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