Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
8.6 Mб
Скачать

В общем случае с увеличением числа оборотов вала дизеля o il может либо возрастать, либо оставаться примерно

постоянным, либо уменьшаться (в зави­ симости от особенно­ стей самого двигате­

 

 

 

 

 

 

 

ля и его топливной

 

 

 

 

 

 

 

аппаратуры).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Необходимо под­

 

 

 

 

 

 

 

черкнуть, что измене­

 

 

 

 

 

 

 

ние

числа оборотов

 

 

 

 

 

 

 

 

вала

корабельного

ди­

 

 

 

 

 

 

 

зеля

в зависимости

от

 

 

 

 

 

 

 

его

конструктивных

 

 

 

 

 

 

 

 

особенностей, в част­

 

 

 

 

 

 

 

ности от способа при­

 

 

Рис. 56. Изменение периода за­

вода компрессора,

как

 

 

правило, сопровождает­

держки самовоспламенения

в углах

 

ся изменением многих

поворота коленчатого кала

(по дан­

ным Д. А. Портнова"

/20/

).

 

других показателей, в

а -

в зависимости от давления пе­

свою очередь влияющих

ред

цилиндром;

 

 

 

 

Г - в зависимости от температуры

на величину периода

воздуха перед

цилиндром;

 

мм

задержки самовоспламе­

1

-

двигатель

Гц -1%б мм, S -I6 5

2

-

двигатель

2>н - 180 мм, 5 - 2 0 0

мм

нения: цикловой подачи

3

-

двигатель 27н -160 мм, 5-170 мм.

топлива, давления

и

температура наддувочного воздуха,угла опережения подачи

топлива и т .д .

Поэтому характер

и численное изменение Т> ,

d l

»

У^ср I Wм и , А

и pz

зависят от

совместного воздей­

ствия всех этих факторов. В связи с отмеченным данные об интенсивности изменения , А и W %лх в функции от числа оборотов вала дизеля при его работе на винт (рис.

59)должны рассматриваться в качестве частного примера.

Внекоторых современных двигателях угол опережения подачи топлива изменяется в зависимости от числа оборотов.

190

На малых оборотах, когда вследствие ухудшения качества распиливания и снижения руц и Тнц Т; возрастает, угол

Рис. 57. Зависимость Wm . и А

от параметров

воздуха

перед цилиндрами двигателя ■ [20]. Д*=180 мм,

3 -200 мм

при n ^ c o n s t ; Gj=const

 

 

 

 

 

 

 

опережения

подачи топлива уменьшается. Этим приемом до­

стигается

уменьшение

Т i

и Wc^

> т .е .

"мягкая"

работа.

С увеличением числа оборотов,

 

 

 

 

 

 

когда процессы подготовки топ­

 

 

 

 

 

 

лива к

воспламенению

протекают

 

 

 

 

 

 

более

активно и Т i

чрезмерно

 

 

 

 

 

 

уменьшается, увеличение оLon

 

 

 

 

 

 

позволяет

приблизить

цикл

к

s I

,

 

 

 

 

изохорному

и получить высокий

 

 

 

 

 

 

индикаторный к. п. д. при срав­

 

 

 

 

 

нительно малой жесткости рабо­

 

 

 

 

 

 

ты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В практике эксплуатации

 

 

 

 

 

 

корабельных дизелей

известны

 

Рис.

58.

Зависимость

случаи

вынужденного использо­

1 i и oLi

от числа

оборотов

 

алика топливного

насоса

вания

неспецификационных

сор­

 

по данным А. И. Толстова

тов топлива и даже смазочных

и Н. В. Шмигельского).

 

 

 

 

 

 

масел.

Изменение фракционного

состава топлив

вызывает

из­

менение периода задержки

самовоспламенения,

скорости

на-

растения давления и р 2 . Характер изменения Г- при переходе с дизельного топлива на соляр иллюстрируется на

Рис. 59. Относительное изменение

T i

, Wmax и

А

при уменьшении числа оборотов двигателя,

работающего

на

винт (по данным Д. А. Портнова [20]

).

 

 

Fmc. 60. Изменение^

двигателя 6ЧЙ? в зави­ симости от сорта топли­

ва С 2.1: 1 - со л яр ,

2 - дизельное топливо.

192

 

 

Вопросы

для повторения

 

 

 

(Процесс сгорани я в д изелях)

 

1 .

Каковы особенности процесса сгоран и я в дизеле?

С т р .

16 5 ,

16 6 .

 

 

 

 

2 .

Сформулируйте

и поясните требовани я , предъявляемые

к процессу с го р а н и я .

С т р .

166 .

 

3 .

В чем

с у т ь физической подготовки топлива

к само­

воспламенению? С т р .

1 6

7 .

 

 

В чем

заключается

химическая под готовка

топлива к

самовоспламенению? Какова элементарная схема образования

цепной

реакции7 С т р .

1 6 7 , 1 6 8 ,

р и с .

*6 .

5 .

Что называется

периодом

задержки самовоспламенения?

С т р .

168 .

 

 

 

6 . Сформулируйте необходимые н достаточные условия

для самовоспламенения

рабочей смеси.

С т р . I 6 8 - I 7 I , р и с .

48 .

 

 

 

 

7 . Разъясните понятие скорости реакции . От каки х фак­ торов эта величина зависит? С т р . 1 6 9 , формулы ( 1 2 6 ) , ( 1 2 7 ) .

8 . Что понимается под условной энергией акти вац ии ,

константам и соударений и скоростью

химической

реакции?

С т р .

1 7 0 , формула ( 1 2 8 ) .

 

 

 

 

 

9 . Поясните сущность формулы периода задержки само­

воспламенения входящих в нее величин,

а

также

возможность

ее практи ческого

использования. С т р . 1 7 1

,

формула ( 1 2 9 ) .

1 0 .

Изобразите

диаграммы изменения

давления

и темпера­

туры в цилиндре дизеля, развернуты е по

у гл у

п овор ота ко ­

ленчатого вала и совмещенные с диаграммой подъема иглы

форсунки и законом подачи

топ л и ва .

С т р .

1 7 4 ,

р и с . 49 .

1 1 .

Укажите на диаграмме (п ун к т

1 0 )

периоды

процесса

сгорания и поясните и х .

С т р . 1 7 4 ,

р и с .

49 .

 

 

193

12.Что такое средняя и мгновенная скорости нараста­ ния давления и как они могут быть подсчитаны? Стр. 175 ,

формулы (130)-(133) .

13.От какого главного фактора более всего зависит скорость нарастания давления? Стр. 176 , рис. 50 .

14.Какие два основных требования должны выполняться при организации процесса сгорания? Стр. 177 .

15.От каких факторов и как зависит индикаторный

к. п. д.

дизеля? Стр. 178 , рис.

51-53 .

16.

Какими факторами оценивается

динамика процесса

сгорания

и как эти факторы влияют на

надежность работы

дизеля?

Стр. T8 I .

 

17.Пояснить влияние различных факторов на период за­ держки воспламенения и через него на среднюю скорость на­ растания давления и степень повышения давления. Использо­ вать в этих целях формулы проф. Толстова. Стр. 182-184 ,

рис. 54-60, формулы (134)-(13б) .

18.Что произойдет со средней скоростью нарастания давления и удельным расходом топлива, если увеличится (уменьшится) установочный угол опережения подачи топлива?

Стр. 183 , рис. 54, 55 .

19.Как изменяется скорость нарастания давления при увеличении (уменьшении) давления и температуры наддувочно­ го воздуха? Стр. 138 , рис. 56, 57 .

20.Как изменится период задержки самовоспламенения и

параметры динамичности цикла, если увеличатся

(уменьшат­

ся) обороты вала дизеля?

Стр. 138, 190,

рис.

58,

59 .

21. Как влияет сорт топлива на период задержки само­

воспламенения? Стр. I 9i ,

192, рис. 60 .

 

 

22. Для каких целей и каким образом

в процессе

работы

дизеля изменяется угол опережения подачи топлива7

 

Стр. 191.

 

 

 

 

Г л а в а

X

ГАЗООБМЕН В ДВУХТАКТНЫХ

ДВИГАТЕЛЯХ

Общие особенности газообмена в двухтактных двигателях были разобраны в § 3 и 15.

Вопрос о том, в каких случаях следует применять двух­ тактный цикл и в каких четырехтактный, является весьма сложным и большей частью дискуссионным.

Рассмотрим наиболее явные преимущества и недостатки двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными.

Преимущества?

 

 

 

1. При равных значениях

, Vh ,«,*

и z

индикаторная

мощность двухтактного двигателя вдвое

больше, чем четырех­

тактного (см. формулу (85)),

так как рабочий цикл осуще­

ствляется за один оборот вала

вместо двух и

J£=I вместо

0 , 5.

 

 

 

2. При одинаковых числах оборотов рабочий ход в двух­ тактном двигателе совершается в два раза чаще, чем в че­ тырехтактном, отсутствуют ходы впуска и выпуска, поэтому изменения крутящего момента по углу поворота и неравно­ мерность вращения коленчатого вала получаются меньшими.

3. Шатуны и коленчатые валы двухтактных двигателей испытывают нагрузку с меньшими амплитудами, поэтому запас прочности при сохранении остальных условий получается

большим.

4. Двухтактные двигатели с контурными схемами газо­ обмена по конструкции проще четырехтактных вследствие от­ сутствия клапанного механизма.

195

 

5 .

Возможность получения

больной

а гр е га тн о й

моцности

(до

4 0 .0 0 0 л . с . ) при использовании дешевых

сортов

тяже-

лого жидкого топлива и высокой экономичности

( q e “

1 4 7 *

15 3 г р / л . с . ч ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н ед остатки :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 .

Трудность качественной очистки и

наполнения

ци­

линдра

(о тсутств ую т

специальные

насосные

ходы

п о р н н я ).

 

2 . Более тяжелые температурные условия работы цнлинд-

ро -пориневой группы

(о т с у тс тв и е

насосных

ход ов ,

во

время

которы х происходит дополнительное охлаждение

п ори н ей ).

Порини

двухтактны х

двигателей во

время работы

нагреваю т­

ся

до

более высоких

тем п ер атур ,

несмотря

на

охлаждение

и х

продувочным

воздухом .

 

 

 

 

 

 

 

 

3 .

Высокая

тепловая н а гр у з к а ,

использование

только

ч асти

ра б о ч е го

объема цилиндра V f c ' »

V k (

l

и

односторон­

няя н а гр у з к а на головные и мотылевые подшипники

вынуждают

применять меяьние средние индикаторные давления,

нежели

в четы рехтактны х д в и га те л я х .

Односторонняя н а груз ка

под­

шипников уменьиает опасность

появления ударной н а гр

уз к и ,

и это создает благоприятны е условия для и х работы . С дру­ гой стороны , при односторонней н агрузке иатунннх и ко­ ренных подиипдихов уменьшается количество м асла, прока­ чиваем ого между трущимися поверхностям и , уменьшается ко­

личество

отводимого

те п л а ,

и это создает более

тяжелые

условия

работы

подшипников

по сравнению с четырехтактны ­

м и. Вследствие

э т о го

у двухтактны х двигателей

приходится

увеличивать подачу и давление масла в системе смазки, что приводит к больному расход у масла по сравнению с че­ тырехтактными.

4 . Для обеспечения газообм ена на всех режимах работы дизеля обязательно выполнение условия PVH> F V * в связм

с чем возникают дополнительные конструктивны е проблемы, увеличиваю тся затраты моцности на привод ком прессоров, а возможности использования двигателей в условиях повышенного противодавления уменьшаются.

196

В двухтактном двигателе труднее осущ ествить га з о ту р ­ бинный наддув, чем в четы рехтактном . С одной стороны , для хороней очнсткн и наполнения цилиндра необходимо, чтобы

давление

продувочного

возд уха

р Ж(4

значительно превыша­

ло давление в выпускном коллекторе

рг

(в четы рехтакт­

ном двигателе это превышение необязательно, двигатель

может

р а б отать и при

рмц <

рг

) .

С другой стороны ,

тем­

п ература отработавш их га з ов

 

Т г

в двухтактном двигателе

ниже,

чем

в четы рехтактном ,

вследствие значительного

ко ­

личества

в озд уха ,

попадавшего

в

выпускной

коллектор

во

время

продувки.

Вследствие

э то го

энергия

отработавш их г а ­

зов уменьшается

и

газовая турбина

не может развить мощ­

н о с ть ,

достаточную

для сжатия

продувочного возд уха до

требуем ого давления. Поэтому при

газотурбинном наддуве

д в ухта к тн о го двигателя приходится

соединять турбоком прес­

сор с коленчатым валом с помощи) ред уктора для сообщения газовой турбине недостающей мощности или использовать газовую турбину для привода компрессора первой ступ е н и , сжимающего воздух до н екотор ого промеж уточного давления, а дальнейшее повншение давления производить в компрессо­

ре второй ступ е н и , приводимом от коленчатого вала

двига­

те л я .

В обоих

случаях эффективность га з о тур б и н н о го

над­

дува

меньше,

чем в четы рехтактны х д в и га те л я х .

При

прочих

равных условиях расход воздуха в двухтактном двигателе

больше, чем в четы рехтактном , а следовательно,

требуются

большие производительность и мощность ком прессора. В ре­

зультате больней затраты

мощности на привод компрессора

в двухтактном двигателе

с газотурбинным наддувом механи­

ческий к . п . Д . меньше, чем у четы рехтактн ого . Увеличенный по сравнению с четырехтактными д вигате ­

лями расход воздуха вызывает необходимость делать возд ухо­ заборные и впускные трубопроводы больших разм еров.

Перечне ленныв обстоятельства должны учиты ваться при выборе тннн двигатели для корабля.

*». Двухтактные «ьи гагел и более чувствительны к смене

197

скоростного ренина, чем четырехтактные. У двигателей с приводным нагнетателем с изменением скоростного режима меняются давление продувочного воздуха и время-сечение впускных и выпускных органов. При малых нагрузках энер­ гии выпускных газов недостаточно для приведения в дейст­ вие газотурбонагнетателя и пуск двигателя становится за­ труднительным. Для обеспечения пуска и работы двигателя на малых нагрузках применяется комбинированная схема наддува (первая ступень - турбонагнетатель, вторая - при­

водной

нагнетатель), более

сложная,

нежели у

четырехтакт­

ного двигателя.

 

 

оС среднее ин­

6 .

При одинаковых

S , JD , w

, рд и

дикаторное давление двухтактных дизелей приблизительно на 25# ниже, чем у четырехтактных. Это объясняется тем,

что коэффициент наполнения у двухтактных двигателей,

от­

несенный к полному ходу поршня и условиям в продувочном

ресивере,

при прочих равных условиях меньше,

чем у четы­

рехтактных

двигателей с наддувом. В связи с меньшими

p L

и Ч

у

выполненных двигателей, несмотря на

вдвое

боль­

шее число

тактнббти ( X =1 у двухтактных и

Я. =1 /2

у

четырехтактных двигателей), удельная мощность

л.с./дм 2,

т .е .

мощность двигателя,

отнесенная к площади поршней, и

мощностная

насыщенность

( ^ - л. с./м ,

л.

с./м 3,

L , В

и Н

- длина, ширина и высота двигателя)

не

превос­

ходят значений, достигнутых для четырехтактных двигателей.

Очевидно, что однозначный ответ на вопрос о целесо­ образности использования двухтактных или четырехтактных дизелей невозможен. У каждого из этих типов двигателей свои области применения.

§33. Анализ особенностей основных схем газообмена

Взависимости от назначения двухтактные двигатели вы­ пускаются различных типов и быстроходности. Стремление

198

повысить конструктивными мерами качество и эффективность процессов очистки и наполнения цилиндров привело к появ­ лении разнообразных схем газообмена.

Все существующие схемы газообмена, в зависимости от формы траектории движения воздуха в цилиндре двигателя во

время продувки,

могут быть разделены на две

группы:

к о н ­

т у р н ы е

и п р я м о т о ч н ы е .

 

 

 

 

 

 

Контурные схемы газообмена

 

 

 

 

 

К контурным или петлевым (рис.

61 )

относятся

те

 

ВИТ

 

 

 

 

 

 

 

 

i и 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

о'

 

 

 

 

 

 

 

 

о \ / f*

 

 

 

 

 

D,

л

\

{

д"

 

 

 

 

f

\

 

 

ч

 

\

\

Ё

,0

 

ч

 

 

«\

 

 

 

 

 

4

Ял#!

 

 

4 <4

НМТ

 

4

 

 

Рис. 61. Контурная схема газообмена.

а) Схема расположения впускных и выпускных органов.

б) Диаграмма угол-сечения впускных и выпускных органов.

199

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ