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

уменьшением а. Более плавное изменение Pi обусловле­ но тем, что при сохранении неизменной подачи топлива изменение работы газов определяется только величи-

4i

Рис. 54. Изменение индикаторных показателей ЗД6 в зависимости от температуры воздуха на впуске:

ной т]{. У двигателей с наддувом качественно сохранится такая же закономерность изменения Pi и г),-, как и у двигателей без наддува.

На рис. 55 представлены кривые изменения парамет­

ров рабочего процесса двигателя 9Д100 в’ зависимости от температуры.

На рис. 56 показано изменение а и г|г- четырехтакт­ ного турбопоршневого двигателя 16ЧН 24/27 (Д70) в

190'

зависимости Of fekriepafypbi йоздуха г!ёред впускными клапанами [68].

Сравнивая экспериментальные кривые рис. 55 и 56, можно заключить, что качественно характер изменения

, л.с. Не л.с.

Рис. 55. Изменение параметров рабочего процесса, мощности и эко­ номичности двигателя 9Д100 в зависимости от температуры атмосфер­ ного воздуха (ДОт = const, п = const)

индикаторных показателей на номинальном режиме не зависит от конструктивных особенностей, тактности, схе­ мы и степени наддува двигателя. Все эти особенности необходимо иметь в виду при количественном учете вли-'

191

лпия Т0 на работу двигателя. Характер и степень воз­ действия температуры окружающего воздуха иа инди­ каторные показатели двигателя существенно изменяются на режимах частичных нагрузок при работе корабель­ ного двигателя на средних.или малых оборотах.

а

2,2

2,1

2,0

',9

Г,‘К

Рис. 56. Зависимость тц и а двигателя Д70 от тем­ пературы воздуха перед впускными клапанами

Изменение коэффициента избытка воздуха при усло­ вии /г„=const определяется соотношением величины цикловой подачи топлива и весового заряда воздуха:

Переход на пониженные обороты при работе двига­ теля на винт фиксированного шага связан с уменьше­ нием подачи топлива. Полагая, что индикаторная мощ­ ность изменяется при этом по степенной зависимости вида

N'i _ п'т _ до;я'т,;

(187)

получим закон изменения цикловой подачи топлива по

1 9 2

бйндовой характеристике при переходе С оборотов л на обороты п'<п:

Очевидно, что при возрастании Т0 в самых широких пределах уменьшение AGT по винтовой характеристике будет намного более интенсивным, нежели уменьше­ ние ук. Поэтому коэффициент избытка воздуха а' на оборотах п' будет больше номинальной величины а.

Количественное изменение а определяется пределами из­ менения оборотов вала двигателя и Т0, величиной пока­ зателя /и и изменением ук.

Из всего сказанного можно сделать следующие вы­

воды относительно влияния Т0 на индикаторные показа­ тели двигателя:

—на номинальном и близких к нему режимах при

п= const и AGT= const возрастание температуры окру­ жающей среды приводит к уменьшению индикаторного к.п.д. и среднего индикаторного давления;

—по мере уменьшения цикловой подачи топлива и оборотов двигателя, работающего на винт фиксирован­ ного шага, ослабляется отрицательное влияние измене­ ния Т0 на индикаторные показатели двигателя.

На режиме малого хода или близких к нему режи­ мах увеличение Т0 может способствовать улучшению ин­ дикаторных показателей и снижению удельного расхода топлива.

Температура и давление рабочего цикла.

Теплонапряженность

В результате изменения Т0 изменяются не только плотность воздушного заряда и индикаторные показате­ ли, но и давление и температура рабочего цикла, что не­ обходимо учитывать при оценке влияния внешних усло­

вий на механическую и тепловую напряженность дви­ гателя.

На рис. 57 и 58 представлены экспериментальные графики изменения давления и температуры в цилиндре двигателя 2Д100 при температурах атмосферного воз­ духа —17 и +27° С. С повышением Т0 происходит сни­ жение давления и рост температуры газов в цилиндре

двигателя. В указанном диапазоне повышения Т0 мак­ симальное давление газов снижается примерно на 10 кгс/см2, а максимальная температура газов повы­ шается более чем на 100° С. Среднезаменяющая темпе­

на 35° С (с 800 до 860° К, что составляет 20° в расчете на 10°’ повышения Т0). Максимальное давление сгорания при этом уменьшается примерно на 3 кгс/см2.

У двигателя 9Д (8ЧН 30/38) на 10° С повышения t0 температура выпускных газов возрастает на 25—28° С.

Аналогичные результаты получены при испытании опытного отсека четырехтактного турбопоршневого дви­

194

уменьшения подачи топлива до пределов, обеспечиваю­ щих работу двигателя без перегрузки. Более благопри­ ятные условия работы двигателя создаются при наличии регулируемого охлаждения воздуха и регулируемого соплового аппарата турбокомпрессора.

В условиях эксплуатации следует учитывать вероят­ ность возрастания температуры воздуха перед впускны­ ми органами не только из-за повышения Т0, по также и потому, что одновременно с ростом температуры атмосферного воздуха может существенно возрасти тем­ пература забортной воды, используемой для охлажде­ ния воздуха и практически определяющей его температу­ ру. При неизменном расходе воды перепад температуры воздуха в холодильнике уменьшится и, следовательно,

и теплонапряженпости деталей двигателя.

Механические потери и эффективные показатели

Для оценки влияния Т0 на эффективные показатели работы двигателя нужно учесть воздействие температу­ ры не только на индикаторные показатели, но и на ме­ ханические потери и механический к.п.д.

Влияние начальной температуры воздуха на работу трения двигателя при условии сохранения « = const и при неизменных условиях смазки, как правило, несу­ щественно.

Потери на привод вспомогательных механизмов рв. м и среднее давление насосных ходов р„. х можно в пер­

вом приближении считать не зависящими от Т0.

Для четырехтактных двигателей без наддува при из­ менении Т0 на 100° С насосные потери изменяются всего

на 0,5ч-0,6%.

Результаты опытных исследований четырехтактного турбопоршневого двигателя Д70, проведенных в Харь­ ковском политехническом институте [68], показали, что при изменении температуры на впуске от 50 до 90° С доля насосных потерь практически не изменяется и на экономичность двигателя не влияет. Относительные за­

196

траты мощности иа привод компрессора бк изменяются мало. С учетом принятых условий при п= const и и AGT= const индикаторная мощность и среднее инди­

каторное давление уменьшаются с повышением Т по­ этому относительные потери на трение и привод вспо­ могательных механизмов (бТр и 6В. м) растут, что обус­ ловливает уменьшение механического к.п.д. Интенсив­ ность уменьшения механического к.п.д. определяется главным образом пределами изменения среднего инди­ каторного давления. В связи с указанным характером изменения т)м при повышении Т0 эффективная мощ­ ность, среднее эффективное давление и эффективный к.п.д. изменяются более интенсивно, чем соответствую­ щие индикаторные показатели.

Изменение эффективных показателей при одном и том же изменении Т0 неодинаково у различных двигате­ лей и даже у одного и того же двигателя на разных режимах работы. Большое влияние на результат воздей­ ствия изменения температуры воздуха оказывают не только конструктивные особенности двигателей и агрега­ тов наддува, но и такие показатели, как начальная вели­

В расчете на 10° С изменения температуры атмосфер­ ного воздуха уменьшение эффективной мощности и уве­ личение удельного эффективного расхода топлива при ?г = const и AGT = const для разных двигателей составля­ ют 1,0—2,5%.

Ограничение мощности и допустимые режимы работы двигателя

При оценке влияния температуры воздуха на усло­ вия эксплуатации двигателя следует учитывать два

а) если Т0^>То, то возможны перегрузка двигателя, перегрев его деталей, ухудшение рабочего процесса; что­ бы не перегрузить двигатель, нужно снизить нагрузку, уменьшив подачу топлива;

б) если Т0'< Т 0, происходит повышение плотности воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Темпера­

197

тура Тк и соответственно все характерные температуры рабочего цикла снижаются. При сохранении неизмен­ ной подачи топлива возрастают коэффициент избытка воздуха и индикаторный к.п.д. У двигателя, работаю­ щего на винт при неизменном числе оборотов, умень­ шаются подача топлива, температура выпускных газов, теплонапряженность двигателя и удельный расход топ­ лива.

Вместе с тем происходит некоторое повышение pz и механической напряженности деталей, ухудшаются пус­ ковые качества двигателя, увеличивается продолжи­ тельность пуска и прогрева, что приводит к повышенно­ му износу цилиндропоршневой группы.

2. Влияние Т0 следует связывать с режимом работы двигателя. Изложенные выше соображения имеют в ви­ ду работу главного корабельного двигателя на номи­ нальном или близких к нему режимах. На частичных режимах, обеспечивающих работу двигателя в области, расположенной значительно ниже ограничительной ха­ рактеристики, при 7 У > Г 0 нет оснований опасаться ухудшения условий эксплуатации. Более того, в некото­ рых случаях можно ожидать снижения удельного и ча­ сового расхода топлива.

Необходимость ограничения нагрузки двигателя при Т'0> Т 0 возникает в двух случаях: на номинальном ре­ жиме и на частичных оборотах при нагрузке, близкой к предельно допустимой. Второй случай реален, напри­ мер, для двигателей, работающих на ВРШ и в режиме

«винт-зарядка» или «винт-расход» на ВФШ. Рассмотрим случай работы главного корабельного

двигателя на ВФШ с учетом следующих обстоятельств.

1.Номинальный режим при температуре атмосфер­ ного воздуха Т0 является исходным режимом.

2.Необходимо определить допустимый режим рабо­ ты двигателя, если 7'0/> 7 ’0.

3.Винтовая характеристика известна и может быть записана в виде Ne—Cn3 или Ме —С\п2.

При повышении температуры воздуха по сравнению со стандартной на величину АТ=Т0'—Т0 необходимо уменьшить подачу топлива на величину AG, т. е. при

данном числе оборотов пп нужно перейти на частичную характеристику, обеспечивающую допустимые условия эксплуатации двигателя. Эти условия определяются па-

19.8

раметрами рабочего процесса и теплонапряженностью. Каждый двигатель должен иметь экспериментально обоснованный график ограничения нагрузки на номи­ нальных оборотах.в зависимости от температуры атмос-

Рис. 59. Ориентировочный график ограничения мощности двигателя 9Д в зависимости от темпе­ ратуры атмосферного воздуха

ферного воздуха. Пример такого графика, построенного для двигателя 9Д по предельной температуре выпуск­ ных газов, показан на рис. 59. Так как нагрузка кора­ бельного двигателя, работающего на винт фиксирован­ ного шага, целиком определяется числом оборотов, то снижение нагрузки до допустимой величины возможно при соответствующем снижении числа оборотов.

199