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

После первого пуска температура, характеризующая тепловое состояние дизеля, возрастает, поэтому при пов­ торном пуске, как это следует из рассмотрения пуско­ вых кривых на рис. 78, период пуска сокращается

(Тп2 <С'Сп j И Тп2 <^'Тп1 ) •

Из сопоставления указанных кривых следует также, что при увеличении противодавления период пуска воз­ растает как для случая первого пуска, так и для пов­ торных пусков. Чем выше противодавление на выпуске, тем больше отклоняется кривая изменения числа оборо­ тов при повторном пуске от кривой первого пуска.

Размеры цилиндра и степень сжатия

Двигатели с малыми размерами цилиндра отличают­ ся, как правило, более трудным пуском, чем двигатели с большими размерами цилиндра. Чем больше диаметр цилиндра, тем меньше относительная поверхность ох­ лаждения цилиндра. В пусковой период это обстоятель­ ство приводит к заметному снижению тепловых потерь у двигателей с большими диаметрами цилиндра, что вызывает облегчение и ускорение пуска. Кроме того, с увеличением диаметра уменьшаются удельные потери от утечки газа, что приводит к относительному повыше­ нию давления и температуры в конце сжатия, что так­ же облегчает пуск и обеспечивает возможность пуска при меньшей скорости вращения вала.

Влияние степени сжатия на пусковые качества дви­

гателя обусловлено зависимостью (222). Желательность применения максимально допустимых

степеней сжатия объясняется не только благоприятным влиянием на экономичность, но и главным образом не­ обходимостью обеспечения надежного пуска.

У дизелей с наддувом верхний предел степени сжа­ тия ограничивается допустимым максимальным давле­ нием цикла и обычно с точки зрения экономичности и условий пуска бывает ниже оптимальной величины. По этой причине особенно неблагоприятны условия пуска двигателей с высоким наддувом.

У таких двигателей обеспечение надежного пуска при низких температурах воздуха является трудной проблемой и связано с использованием специальных мер, облегчающих пуск.

240

2.Потери энергии на необратимые процессы перете­ кания заряда и вихреобразования.

3.Пониженные величины давления и температуры конца процесса сжатия в предкамере и вихревой каме­

ре, где происходит самовоспламенение рабочей смеси. 4. Общая растянутость процесса сгорания вследствие того, что сгорание происходит последовательно в пред­

камере (вихревой камере) и в надпоршневой камере. Применение высоких степеней сжатия обычно не ре­

шает проблемы облегчения пуска холодного дизеля, по­ этому пуск дизелей с разделенными камерами может быть обеспечен лишь с помощью специальных приспо­ соблений для принудительного воспламенения рабочей смеси во время пуска или теплоизоляцией стенок пред­ камер и вихревых камер, что позволяет во время пуска уменьшить потери тепла и повысить температуру конца сжатия. Пуск дизеля может быть затруднен при увели­ чении диаметра сопловых отверстий, а также при изно­ се плунжера и втулки топливного насоса. При увели­ чении износа топливоподающей аппаратуры ухудшаются условия смесеобразования и уменьшается скорость нара­ стания оборотов от цикла к циклу, что отрицательно влияет на пусковые качества двигателя.

Количество подаваемого топлива

Пуск двигателя облегчается с увеличением цикловой подачи топлива, так как при этом возрастает вероятность создания необходимых для самовоспламенения концен­ траций топлива в рабочей смеси и улучшается работа топливоподающей аппаратуры.

С увеличением цикловой подачи топлива уменьша­ ются минимальные пусковые обороты, что также указы­ вает на улучшение условий пуска (рис. 79).

Опыты [57] показывают, что если одновременно с на­ чалом проворачивания двигателя воздухом подавать' в цилиндры топливо, то наблюдается устойчивое повыше­ ние температуры и давления в конце сжатия с первых же оборотов.

Объясняется это влиянием дополнительного объема распыленного топлива на повышение сжатия и улучше­ нием уплотняющего действия поршневых колец, в ре­ зультате чего уменьшаются утечки воздуха через не­ плотности.

242

Угол опережения подачи топлива

Влияние угла опережения подачи топлива на пуск объясняется тем, что при больших углах опережения топливо поступает в среду с низкими давлением и тем­ пературой, вследствие чего ухудшается смесеобразование и затрудняется самовоспламенение.

Подача топлива с чрезмерно малыми углами опере­ жения приводит также к затруднению пуска, так как к моменту достижения поршнем верхнего крайнего поло­ жения рабочая смесь не успевает приготовиться к само­ воспламенению. При движении поршня вниз температу­ ра рабочей смеси снижается под воздействием расшире­

ния поступающего в цилиндр пускового воздуха. В ре­ зультате самовоспламенение может не наступить.

Благоприятные условия пуска обеспечиваются при некотором оптимальном угле опережения подачи топли­ ва, который обычно не совпадает с установленным на двигателе для рабочих режимов. Условия пуска облег­ чаются, если в конструкции двигателя предусмотрен кор­ ректор для регулирования угла опережения подачи топ­ лива во время пуска.

§ 23. СПОСОБЫ ОБЛЕГЧЕНИЯ ПУСКА ХОЛОДНОГО ДИЗЕЛЯ

Пуск холодного дизеля затруднителен даже в том случае, если в нормальных условиях его пусковые ка­ чества весьма высоки. Каждый двигатель имеет нижнюю границу температур, характеризующих его тепловое со­ стояние, за пределами которой невозможно осуществить пуск без использования специальных средств, облегча­ ющих самовоспламенение рабочей смеси.

Трудности, возникающие при пуске холодного дизе­ ля, обусловлены следующими обстоятельствами:

—большие потери тепла через холодные стенки ци­ линдра приводят к снижению показателя политропы сжатия и температуры воздуха в конце сжатия;

—чем ниже температура двигателя перед пуском, тем больше зазоры между сопряженными деталями и тем больше потери заряда через неплотности;

—резкое ухудшение качества распыливания из-за повышенной вязкости топлива при низких температурах

244

в сочетании с неблагоприятными условиями Смесеобра­ зования, характерными для пускового периода, сравни­ тельно низкие температуры воздуха и распыленного топ­

— повышение вязкости смазочного масла при низких температурах приводит к росту потерь на трение.

В начальный период пуска возможно полусухое и сухое трение.

Так как температура стенок цилиндра значительно ниже точки росы агрессивных компонентов продуктов сгорания, то при непосредственном их контакте со стен­ ками цилиндра возрастает коррозионный износ втулки цилиндра, поршня и клапанов.

Дополнительные трудности вызывает пуск двигателя, подключенного к системе РДП, так как он осуществляет­ ся при повышенном противодавлении на выпуске, суще­ ственно ухудшающем качество очистки и наполнения ци­ линдров (рис. 78).

Первоначальное проворачивание такого двигателя производится с закрытой газовой захлопкой. В связи с этим газовыпускная система должна иметь достаточно большой свободный объем. Открытие газовой захлопки во время пуска может производиться после того, как в системе выпуска будет создано давление, превышающее противодавление столба воды над обтекателем газовой шахты РДП.

Несоблюдение этого условия может привести к зали­ ванию двигателя и гидравлическому удару, последствия которого всегда бывают очень тяжелыми.

При достижении в выпускной системе необходимого давления следует открыть газовые захлопки, руковод­ ствуясь при этом корабельной инструкцией. Не допуская преждевременного открытия газовых захлопок, нужно вместе с тем избегать повышения давления в выпускной системе сверх допустимого для данной энергетической установки.

Для облегчения пуска холодного дизеля следует при­ бегать к таким мерам, которые способствуют уменьше­ нию потерь на трение и улучшению условий самовоспла­ менения и сгорания. Последнее является решающим фак­ тором пуска, поэтому ускорение и улучшение смесеобра­

245

зования и сгорания является наиболее эффективным путем обеспечения более быстрого пуска холодного ди­ зеля.

В зависимости от конструктивных особенностей, места установки и условий использования можно применить один из следующих способов облегчения пуска холодно­ го дизеля, если без искусственных мер пуск неосущест­ вим:

1) подогрев холодного двигателя от вспомогательного двигателя;

2)подогрев холодного двигателя с помощью пара или заполнения зарубашечного пространства горячей водой;

3)подогрев периодической работой вхолостую;

4)подогрев периодическим проворачиванием двига­ теля электромотором;

5)подогрев воздуха на впуске;

6)подогрев смазочного масла;

7)подогрев топлива.

Первый способ предусматривает наличие работаю­ щего вспомогательного двигателя и возможность направ­ ления горячей воды после вспомогательного двигателя в зарубашечное пространство дизеля, который нужно за­ пустить.

Пуск дизеля облегчается в данном случае вследствие повышения температуры стенок цилиндра и смазочного масла, что влечет за собой уменьшение тепловых потерь, улучшение условий смесеобразования и снижение рабо­ ты трения. Аналогичные результаты достигаются при ис­ пользовании второго способа.

Обеспечение готовности дизеля к пуску путем перио­ дической работы вхолостую приводит к усиленному из­ носу деталей двигателя, в особенности втулки цилиндра.

некоторых дизелей за один пуск аналогичен 2—3 ч ра­ боты на установившемся тепловом режиме.

Если количественный эквивалент износа при пуске и в условиях работы с нагрузкой для различных дизелей может быть разным, то качественно для всех дизелей справедлив вывод об увеличении степени износа при пуске и работе на холостом ходу. В связи с этим частые пуски и работа на холостом ходу, неизбежные при ис­

246

пользовании третьего способа, приводят к усиленному износу и сокращению срока службы двигателя.

Применение четвертого способа прогревавозможно лишь в том случае, если энергетическая установка вклю­ чает кроме дизеля также и электромотор, который ис­ пользуется для проворачивания дизеля.

Подогрев воздуха, поступающего в цилиндр, может производиться разными способами.

а) Подогрев воздуха спиралями накаливания, кото­ рые устанавливаются во впускной системе па пути дви­ жения воздуха. Для получения должного эффекта от применения этого метода спирали должны быть значи­ тельного размера. В связи с громоздкостью и неэконо­ мичностью этот метод не получил широкого примене­ ния.

б) В некоторых случаях для облегчения пуска во впускную магистраль вводят эфирные соединения, кото­ рые поступают вместе с воздухом в цилиндр дизеля и во время сжатия легко воспламеняются, поэтому к мо­ менту впрыска топлива температура воздуха повышает­ ся и обеспечивается надежное самовоспламенение рабо­ чей смеси.

в) Во впускную магистраль вспрыскивают топливо, которое воспламеняется запальной свечой высокого на­

пряжения, и таким образом обеспечивается повышение температуры воздуха на впуске.

Предварительный прогрев смазочного масла, если температура его в циркуляционной системе ниже +20° С, и прокачка дизеля подогретым маслом способствуют по­ вышению температуры стенок цилиндра, уменьшению мо­ мента сопротивления, а потому облегчают пуск.

Одним из наиболее эффективных способов облегче­ ния пуска холодного дизеля следует считать подогрев топлива непосредственно перед впрыском в цилиндр.

Подогревом топлива достигается сокращение перио­ да задержки самовоспламенения и ускорения предпламенных процессов.

С возрастанием температуры топлива улучшается ка­ чество распыливания, ускоряется испарение топлива, уменьшаются потери теплоты сжатого воздуха на подо­ грев топлива.

Все это способствует сокращению периода задержки самовоспламенения и таким образом непосредственно

247

воздействует на основной фактор, обусловливающий возможность пуска.

Использование весьма простой схемы электроподо­ грева, предложенной И. И. Липатовым (рис. 80), позво­ ляет в сравнительно короткое время обеспе­ чить надежный пуск холодного дизеля в са­

мых неблагоприятных условиях. Нпхромовая спираль наматывается не­

посредственно на корпус форсунки и изоли­ руется слюдяной рубашкой, поверх которой устанавливается легкий жестяной корпус.

Существенной особенностью такой схемы является подогрев малых порций топлива, находящихся в форсунке, перед впрыском в цилиндр.

Если вести подогрев топлива в расход­ ном бачке, то, во-первых, для разогрева

большого количества топлива потребуются большая мощность электроподогревателя и

значительное время разогрева, во-вторых, при перетекании подогретого топлива по холодным магистралям его температура резко падает, что может свести на нет эф­ фективность применения подогрева топ­ лива.

Видимо, в силу этих обстоятельств та­ кого рода подогрев топлива оценивается в литературе по двигателям внутреннего сгорания как ма­

лоэффективное средство облегчения пуска холодного ди­

зеля.

Подогрев топлива в форсунке исключает вышепере­ численные недостатки, присущие подогреву топлива в

расходном бачке, и вместе с тем делает сам подогрев экономичным, быстродействующим и весьма надежным.

Анализ экспериментальных данных изменения пара­ метров рабочего процесса при пуске позволяет устано­ вить, что, как правило, давление и температура в конце сжатия у холодного дизеля выше предельных значений, обеспечивающих самовоспламенение, поэтому не сама по себе величина температуры в конце сжатия ограничи­ вает возможность пуска холодного дизеля.

При определенном сочетании температур воздуха в конце сжатия, топлива и стенок камеры сгорания время,

248