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

нии пуска. Дизель может перейти иа работу без помощи пусковых устройств лишь при условии, когда с каждым последующим циклом происходит прогрессивное нара­ стание избыточной работы газов сверх необходимой для преодоления сопротивлений. Эта избыточная работа га­ зов расходуется на повышение числа оборотов вала двигателя, что в свою очередь приводит к повышению индикаторной мощности и дальнейшему саморазгоиу ди­ зеля до оборотов, обеспечивающих его запуск.

Внешняя проблема пуска заключается в сообщении дизелю энергии, достаточной для вращения коленчатого вала с некоторым минимально необходимым числом обо­ ротов.

Нижний предел чисел оборотов, достижение которого необходимо для обеспечения пуска, называется мини­ мальным пусковым числом оборотов /гпт1п.

Величина п nmin зависит от конструкции, способа и

условий смесеобразования, теплового состояния и быст­ роходности дизеля.

Во время пуска вал двигателя вращается со сравни­ тельно небольшой скоростью, что приводит к последст­ виям, затрудняющим пуск.

1. Давление распыливания топлива изменяется в за­ висимости от числа оборотов по закону, близкому к квадратичному.

При снижении числа оборотов ухудшается тонкость и однородность распыливания, возрастает неравномер­ ность распределения топлива по цилиндрам и по объему камеры сгорания, сокращается длина топливного факе­ ла. Все это вызывает общее ухудшение качества сме­ сеобразования во время пуска дизеля, когда коленчатый вал вращается с малым числом оборотов.

2. Во время пуска между поршнем и втулкой имеют­ ся большие зазоры, что в сочетании с малой скоростью перемещения приводит к повышенным потерям воздуш­ ного заряда.

На рис. 66 показаны кривые зависимости потерь за­ ряда от числа оборотов.

Из рассмотрения этих кривых следует, что на малых оборотах возрастают суммарные потери заряда через неплотности. Это служит одной из причин снижения давления рс и температуры Тс в конце сжатия, что в

220

свою очередь затрудняет самовоспламенение рабочей смеси.

3. В пусковой период отмечается интенсивный тепло­ обмен между воздушным зарядом и холодными стен­ ками цилиндра. Повышенные по сравнению с рабочим состоянием потери тепла вызываются относительным увеличением времени теплообмена на малых оборотах,

Рис. 66. Зависимость потерь воздушного заряда от числа оборотов:

1 — суммарные потерн; 2 — потерн во время сжатия; 3 — потерн во вре­ мя расширения

повышенной разностью температуры между воздухом и стенками цилиндра и потерями заряда через зазоры и неплотности.

В результате средний показатель политропы сжа­

тия во время пуска значительно меньше, чем у рабо­ тающего двигателя:

Из формулы (223) следует, что давление и темпера­ тура в конце сжатия во время пуска уменьшаются, вопервых, потому что низки начальные значения ра и Та и, во-вторых, потому что вследствие интенсивной тепло­ отдачи снижается средний показатель политропы сжа­ тия П\.

Если к тому же учесть отрицательное влияние холод­ ных стенок камеры сжатия на самовоспламенение, то становится очевидным комплекс факторов, затрудняю­

221

щих создание условий, необходимых для запуска дви­ гателя.

Вместе с тем нетрудно обнаружить взаимосвязь меж­ ду внутренней и внешней проблемами пуска.

При прочих равных условиях скорость вращения ко­ ленчатого вала определяет возможность обеспечения надежного самовоспламенения и сгорания, а тем самым и возможность запуска двигателя.

Минимальное пусковое число оборотов может быть в первом приближении оценено теоретически, если пред­ положить, что п^.п должно обеспечить:

—энергию для перевода кривошипно-шатунного ме­ ханизма двигателя через мертвые положения;

—температуру воздуха в конце сжатия, достаточную для надежного самовоспламенения;

—приемлемое качество смесеобразования и смазку трущихся поверхностей двигателя.

В связи со сложностью и значительными погрешно­

стями теоретического расчета оценка n^in произво­

дится на основании опытных данных.

Для значительного количества разнообразных двига­ телей вышеуказанные условия пуска выполняются, если

где 5 — ход поршня, м.

отношениям.

222

Из таблицы следует, что использование рекомендуе­ мых соотношений Спт не позволяет с достаточной точ­

ностью заранее решить вопрос о минимальном пределе оборотов для обеспечения пуска дизеля. Оценка /г^.

Рис. 67. Зависимость минимального пуско­ вого числа оборотов от температуры охлаж­ дающей воды:

1 — дизель с неразделенной камерой сгорания; 2 — предкамерный дизель; 3 — внхрекаыерный ди­ зель

должна производиться с учетом теплового состояния ди­ зеля перед пуском, температур окружающего воздуха, топлива, смазочного масла и охлаждающей воды. В за­ висимости от этих показателей изменяется и величина

пт\п •

На рис. 67 представлены кривые изменения п^1п трех типов дизелей в зависимости от температуры ох­ лаждающей воды. (Температура воздуха 12—14°С.)

При одинаковой температуре охлаждающей воды наименьшие величины /г^.п потребуются для дизелей с

непосредственным впрыском и неразделенными камера­ ми сгорания. У вихрекамерных и предкамерных дизелей

223

На рис. 68 приведены опытные кривые изменения оборотов коленчатого вала и перемещения рейки топ­ ливного насоса дизеля 40Д для случаев пуска холодно­ го двигателя, первого пуска горячего двигателя и вто­ рого пуска горячего двигателя.

Рассмотрение этих кривых позволяет определить ха­ рактер нарастания оборотов при пуске и изменение про­ должительности пуска.

Рис. 68. Пусковые диаграммы дизеля 40Д:

а — изменение числа оборотов коленчатого вала; б — перемещение рейки

пуска холодного дизеля; т2—период первого пуска горячего дизеля; т3— пе­ риод второго пуска горячего дизеля

Динамику нарастания угловой скорости вращения ко­ ленчатого вала во время пуска важно учитывать не только потому, что она влияет на условия самовоспла­ менения рабочей смеси, но и потому, что она определяет собой нагрузки на приводы компрессоров, вспомогатель­ ных механизмов и соединительных муфт. Резкое нара­ стание усилий на привод ротативных компрессоров во время пуска двигателей 37Д являлось одной из причин поломок торсионных валов.

§ 21. СПОСОБЫ ПУСКА, МОЩНОСТЬ ПУСКОВОГО УСТРОЙСТВА И РАСХОД ПУСКОВОГО ВОЗДУХА

Способы пуска

Для разгона дизеля до n^in необходимо затратить

определенную энергию, которая должна быть подведена извне, от пускового устройства. Выбор способа пуска

224

И пускового устройства зависит от конструктивных осо­ бенностей дизеля, его назначения, условий использова­ ния, места установки, размеров и мощности. Для пуска двигателей применяются следующие способы: стартер­ ный, сжатым воздухом, ручной, инерционный, пиростартерный и с помощью вспомогательного двигателя.

Вкорабельных условиях наиболее употребимыми спо­ собами пуска являются воздушный и электростартерный.

Внекоторых случаях предусматривается сочетание двух способов, например сочетание стартерного и воз­ душного пусков.

Впрактике зарубежного дизелестроения в последние годы используется пиростартерный пуск. Так, например, пиротехническим стартером осуществляется запуск мощ­

ного быстроходного дизеля «Дельтик» фирмы «Непир» (N<, = 2500 л. с.; п= 2000 об/мин), широко .применяюще­

гося на кораблях английского флота. Стартер типа «Плессей 16» устанавливается в верхней части ревер­ сивно-редукторной передачи и соединяется при помощи храпового маховика с одним из валов коробки передач. Движение пиротехнического стартера осуществляется за счет энергии газов, образующихся при взрыве зарядов в специальной камере. Взрыв производится при помощи электрической искры.

Мощность пускового устройства

Потребная мощность стартера или другого пускового агрегата может быть определена по зависимости

РлУhгащ'|п *

(224)

0 145 Лп

где рд— среднее давление потерь при пуске, включая потери на преодоление трения, на привод вспомогательных механизмов, на преодоление компрессии и сил инерции движущихся частей при разгоне;

Vh— рабочий объем цилиндра;

т)п — к.п.д. передачи от пускового агрегата к дви­ гателю;

t — суммарное число рабочих ходов за один обо­ рот вала.

Из приведенной зависимости следует, что моЩнОйтВ пускового агрегата зависит от среднего давления потерь при пуске и минимального пускового числа оборотов.

Величина рп зависит от конструкции двигателя, тем­ пературы и вязкости смазочного масла, степени сжатия и теплового состояния двигателя:

где ртр — среднее давление трения; Рв. м — среднее давление потерь на привод вспомога­

п0, 45•

откуда рП= аМи, где

а _ 0.45 г1П 716,2 К/, Г

С учетом величины крутящего момента, который нужно приложить к валу двигателя при пуске, мощность пускового агрегата может быть выражена формулой

75 Tin

где ш^|П— угловая скорость вращения вала двигателя

при пуске.

Аналогично выражению для рп можно написать

Если двигатель запускается с включенным винтом, то дополнительно нужно учесть момент сопротивления воды вращению винта.

Приближенную оценку ртр применительно к пуско­ вому периоду можно произвести, пользуясь эмпириче­ ской зависимостью среднего давления трения от вяз­

кости масла:

226

Задавшись рядом значений углов поворота ср, можно построить кривую зависимости изменения угла поворота вала двигателя в пусковой период от времени пуска т.

Зная закон изменения ср=/(т), можно определить

кривую разворачивания вала двигателя в координатах п—т. Для расчета кривой n = F (x ), характеризующей динамику пуска, нужно иметь такие исходные данные, как пусковые диаграммы дизеля, зависимость крутящего момента от угла поворота вала, величину момента инер­ ции движущихся частей дизеля, приведенных к валу.

Экспериментальные кривые разворачивания коленча­ того вала дизеля 40Д представлены на рис. 68. Сопо­ ставление кривых показывает, что пусковая диаграмма данного дизеля не остается неизменной при изменении

условий пуска.

Величина рп зависит главным образом от величи­ ны ртр, поэтому в некоторых случаях мощность пусково­ го агрегата в первом приближении можно оценить этой

величиной без учета рв.м, Рка и Рд Рассмотрение кривых зависимости среднего давления

потерь при пуске рп от числа оборотов (рис. 67) показы­ вает, что сопротивление прокручивания дизеля тем боль­ ше, чем ниже его температура и выше пусковое число оборотов.

Мощность пускового устройства не является прямой функцией эффективной мощности самого двигателя. Как известно, среднее давление механических потерь р ^ ,

близкое по значению величине рп, составляет долю сред-

228 '

него индикаторного давления и не зависит от суммарной мощности дизеля.

Мощность пускового агрегата можно определить так­ же, пользуясь величиной удельной или литровой мощ­ ности пускового агрегата:

где Vh — выражен в литрах;

z — число цилиндров двигателя.

Рис. 69. Зависимость среднего давления потерь при пуске от теплового состояния дизеля

Для ориентировочных расчетов можно принять вели­ чину

N £*=1,5 4-1,7 л.с.1л,

тогда

Из формулы (235) следует, что при прочих равных условиях Nn зависит от суммарного рабочего объема

•цилиндров двигателя, т. е. от размеров цилиндра и чис­ ла цилиндров. Чем больше суммарный рабочий объем, тем больше потребная мощность пускового агрегата.

Расход пускового воздуха

Корабельные дизели большой мощности, как прави­ ло, запускаются е помощью сжатого воздуха.

Расширение пускового воздуха является источником получения полезной работы, возмещающей затраты ла преодоление суммарных потерь при пуске. Сжатый воз­ дух хранится в баллонах при давлении 40—75 или

150—200 ати.

229