книги из ГПНТБ / Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации корабельных дизелей учебник

метпое влияние снижение давления распыливания, плот­ ности воздуха в цилиндре в период впрыска и интен­ сивности вихреобразоваиня. Для компенсации этого влияния нужно увеличить коэффициент избытка возду­ ха по сравнению с поминальной величиной.

Чем выше давление наддува на номинальном ре­ жиме, тем в меньшей мере можно обеспечить высокое качество рабочего процесса на частичных оборотах, со­ храняя а = const.

Исключение составляют двигатели, у которых конст­ рукция камеры сгорания и топливоподающей системы

предкамерное смесеобразование, топливные насосы с пружинными и газовыми приводами, аккумулирующие топливные системы).

Если топливоподающая система обеспечивает неза­ висимость качества распыливания от числа оборотов, то у такого двигателя с полным основанием может быть принята ограничительная характеристика a = const.

На многих форсированных двигателях с целью до­ стижения возможно больших мощностей иа частичных оборотах заведомо допускают некоторое ухудшение ра­ бочего процесса. В этом случае режимам ограничитель­ ной характеристики на частичных оборотах соответству­ ют меньшие значения коэффициента избытка воздуха, чем на номинальном режиме. В результате совместного влияния снижения числа оборотов и коэффициента из­ бытка воздуха снижается индикаторный к. п.д., возра­ стает удельный расход топлива, возрастает неполнота сгорания, внешним проявлением чего является дымный выпуск.

Учитывая наличие взаимозависимости качества сго­

рания и дымности выпуска, некоторые дизелестроитель­ ные заводы принимают шкалу дымности выпускных га­

зов в качестве основы для ограничения нагрузки (напри­ мер, двигатели 567Д фирмы G. М. С.).

Следует, однако, учитывать, что оценка нагрузки по дымности выпускных газов субъективна и условна.

Дымный выпуск может быть связан не с перегруз­ кой, а с нарушением регулировки, повышенными износами топливного насоса и распылителей форсунок, по­ паданием смазочного масла в камеру сгорания из-за

160

500

Рис. 40. Изменение температуры выпускных газов и вы­ пускного клапана двигателя 37Д в зависимости от на­ грузки при п = 500 об/мин:

1 — выпускных газов за цилиндром; 2 — выпускных газов в кол­ лекторе; 3 — температура выпускного клапана

162

время может быть измерена, но и потому, что с ее по­ мощью можно определить отклонение рабочего процес­ са от нормы независимо от причин, которые вызвали это отклонение (перегрузка, нарушение регулировки двигателя, износ топливоподающей аппаратуры, измене­ ние метеорологических условий, неисправность возду­ хоохладителя, повышение противодавления и т. д.).

ГС

Рис. 41. Изменение температуры выпускных газов и днища поршня 40Д:

/ — температура выпускных газов по ограничительной характеристике; 2 — температура выпускных газов по винтовой характеристике; 3 — тем­ пература днища поршня по винтовой характеристике

Сопоставление температуры выпускных газов за вы­ пускными органами цилиндров позволяет судить о рав­ номерности распределения нагрузки, что имеет боль­

шое значение, так как перегрузка одного цилиндра даже при недогрузке остальных цилиндров не менее опасна,

чем перегрузка всего двигателя в целом. От темпера­ туры выпускных газов зависит также надежность работы газовой турбины.

У четырехтактных двигателей с перекрытием клапа­

нов и у двухтактных двигателей температура выпускных; газов искусственно снижается за счет их перемешива­

ния с продувочным воздухом.

Измеренная при таких условиях температура смеси газов с продувочным воздухом не может служить до­ статочно надежным показателем качества рабочего про­ цесса, нагрузки и теплонапряженности двигателя, так как продувочный воздух вносит искажение в результаты измерения, в особенности при изменении коэффициента продувки.

Температура «чистых» выпускных газов Тг по заме­ ренной температуре смеси газов с продувочным возду­ хом Гг может быть приближенно определена при по­

мощи формулы

где фа — коэффициент продувки; Гк. ц — температура воздуха, поступающего в цилинд­

ры двигателя.

Температура выпускных газов может служить обо­ снованным показателем нагрузки в том случае, когда не нарушена регулировка дизеля и обеспечивается нор­ мальная работа топливоподающей аппаратуры.

Ограничительные характеристики

Для дизелей без наддува или с малыми степенями наддува выбор ограничительной характеристики не пред­

ставляет затруднений, так как с полным основанием можно удовлетвориться характеристикой постоянства

номинальной величины крутящего момента.

Для форсированных дизелей ни один из ранее рас­ смотренных заградительных параметров, взятый в от­ дельности, не является настолько универсальным, чтобы, используя его, можно было гарантировать надежную ра­ боту двигателя без перегрузки.

Иначе говоря, ограничительная характеристика фор­ сированных по наддуву двигателей не может быть зада­ на для всего диапазона оборотов на основе какоголибо одного заградительного параметра.

Температура выпускных газов tv обладает наиболь­ шей по сравнению с другими заградительными парамет­ рами общностью. Но на некоторых режимах при допу­ стимой величине tT двигатель может оказаться перегру­ женным по другим показателям, например в связи с

164

повышением давления в цилиндре сверх допустимого предела.

При ограничении нагрузки следует учитывать усло­ вия работы наиболее напряженных деталей, зону помпажа турбокомпрессора, зоны резонансных крутильных колебаний, уровень вибраций, качество сгорания, усло-

Рис. 42. Ограничительные характеристики:

/ — 37Д ; 2 — М 50Ф -1; 3 — 12ДН 23/30; 4 — 6Ч Н 30/38

вия смазки и обеспечение подвижности поршневых ко­ лец, т. е. необходим комплексный учет показателей ра­ бочего процесса и факторов, определяющих надежность двигателя.

' На рис. 42 сопоставлены ограничительные характе­ ристики двигателей 37Д, М50Ф-1, 12ДН 23/30 и 6ЧН

30/38, отличающихся по тактности, быстроходности, кон­ струкции, составу агрегатов и степени наддува.

Необходимость большего или меньшего отклонения нагрузки от номинальной величины иа частичных обо­

165

ротах определяется двумя главными факторами: изме­ нением давления наддува по оборотам и степенью влия­ ния числа оборотов на качество смесеобразования и сгорания. Все прочие причины, вызывающие необходим мость ограничивать нагрузку, являются производными от условий протекания рабочего процесса и обусловлены указанными двумя факторами.

Применение регулируемых турбокомпрессоров, обес­ печивающих постоянство давления наддува на всех ре­ жимах, вместе с тем позволяет повысить нагрузку на частичных оборотах до значений, близких к номиналь­ ным, без опасения перегрузить двигатель. В этом случае условия ограничения нагрузки приближаются к идеаль­ ному эталону, за который можно принятьчетырехтакт­ ный двигатель без наддува.

Назначение ограничительной характеристики двига­ теля производится заводом-изготовителем. Так как до сих пор не существует общепринятой методики и даже систематизированных принципов определения ограни­ чительных характеристик, то на каждом дизелестрои­ тельном заводе вырабатывается свой собственный под­ ход к назначению допустимых режимов, приспособлен­ ный к конкретным особенностям данного двигателя, с учетом условий работы и требований заказчика.

Наиболее употребительными заградительными пара­ метрами для построения ограничительной характеристи­ ки являются температура выпускных газов за цилиндра­ ми и максимальное давление в цилиндре. Предельно допустимая нагрузка связывается на каждом числе обо­ ротов с достижением обусловленной величины одного из принятых заградительных параметров.

Так, например, верхний предел повышения нагрузки двигателя 12ДН 23/30 на номинальных оборотах огра­ ничивается температурой выпускных газов ir< 520° С и максимальным давлением рг<120 кгс/см2.

У некоторых двигателей на малых оборотах отме­ чаются значительное нагарообразование, закоксовыв.а- ние поршневых колец, перегрев некоторых деталей, ухудшение условий смазки и снижение надежности ра­ боты ряда узлов двигателя. В связи с этим обстоятель­ ством допустимая величина температуры выпускных га­ зов снижается по мере уменьшения числа оборотов вала двигателя.

166

Например, при числе оборотов, составляющих 40% от номинальных, допустимая величина температуры вы­ пускных газов снижается у двигателей 6ЧН 30/38 при­ мерно на 20%.

Ограничительная характеристика устанавливается для определенных условий работы двигателя с указа­ нием давления, температуры и влажности атмосферного воздуха, противодавления на выпуске, выходных пара­ метров воздухоохладителя.

При возрастании противодавления, температуры воз­ духа перед всасыванием в компрессор, влажности воз­ духа, температуры воздуха за воздухоохладителем и при уменьшении атмосферного давления допустимая нагруз­ ка двигателя уменьшается, так как предельные значе­ ния заградительных параметров будут достигаться при меньших подачах топлива.

Таким образом, установленная для данного двигате­ ля ограничительная характеристика ограждает двига-. тель от перегрузки лишь в том случае, когда действи- 'гельные условия работы двигателя соответствуют усло­ виям определения ограничительной характеристики.

Двигатель считается перегруженным, если его на­ грузка или один из заградительных параметров превы­ шает допустимую для данных условий эксплуатации ве­ личину.

Ограничению подвергается не только верхняя гра­ ница нагрузок.

При некоторых малых подачах топлива работа дви­ гателя становится неустойчивой и сопровождается зна­ чительным недогоранием топлива, нагарообразованием, ухудшением условий смазки, повышенным износом порш­ невых колец и втулки цилиндра. Длительная работа на таких режимах также недопустима.

Этими же обстоятельствами определяется регламен­ тация длительности работы двигателя на режиме холо­ стого хода.

Чем меньше число оборотов двигателя, тем труднее обеспечить устойчивую работу двигателя при малых нагрузках.

Для того чтобы избежать использования двигателя на таких режимах, заводы-изготовители устанавли­ вают также нижн-юю границу допустимых нагрузок в ра­ бочем^диапазоне оборотов. J

167

Mg л.с

Рис. 43. Поле допустимых режимов работы двигателя

и, л с.

Рис. 44. Ограничительные характеристики двигателя 37Д:

168

Поле установившихся режимов работы двигателя ог­ раничивается, как это показано на рис. 43, верхней огра­ ничительной характеристикой ЛДтах , регуляторными ха­

рактеристиками Р | и Яг при полных пп и минимально устойчивых /iminyCT оборотах и нижней ограничительной

характеристикой NPmXn. Вертикальными пунктирными

линиями обозначены нагрузочные характеристики при

номинальных и минимально устойчивых оборотах вала двигателя.

Длительная работа двигателя допускается в диапа­ зоне оборотов от номинальных до минимальных эксплу­ атационных, которые всегда больше, чем минимально устойчивые обороты.

На рис. 44 показаны ограничительные характеристи­ ки двигателя 37Д при нормальных условиях и при по­ вышенных разрежении на всасывании воздуходувки и противодавлении на выпуске.

§ 15. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Для предотвращения перегрузки двигателя недоста­ точно располагать ограничительной характеристикой. Нужно иметь возможность во время работы двигателя определять действительные нагрузки и, сравнивая их с допустимыми, следить за тем, чтобы режим работы не выходил за пределы ограничительной характеристики. Задача сводится к определению мощности. В условиях испытательного стенда эффективная мощность двигате­ ля определяется сравнительно просто при помощи гид­ равлических или электрических тормозов.

Так как число оборотов вала на всех без исключения двигателях контролируется непрерывно, то, измерив кру­ тящий момент, можно легко подсчитать эффективную мощность:

169