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

соответствующее возрастание допустимого срока службы.

При Гп = 93,2 я и действительном распределении ре­ жимов работы, приведенном в табл. 1, суммарный эк­ сплуатационный срок службы составит 960 я.

Таким образом, различие в стендовом и эксплуата­ ционном распределениях режимов работы позволяет уве­ личить срок службы двигателя в 2,4 раза.

Изложенная выше или подобная методика для оцен­ ки срока службы, несмотря на ее приближенный харак­ тер, обладает тремя весьма важными достоинствами:

—такого рода методика позволяет, пользуясь дан­ ными стендовых испытаний двигателя, приближенно под­ считать допустимый срок службы при любом распреде­ лении режимов работы в условиях эксплуатации;

—открывается реальная возможность использовать форсированные режимы кратковременных испытаний для оценки допустимого срока службы;

—на основе учета режимов работы двигателя на ко­

рабле и известной величины условного срока службы данного двигателя Тп можно ориентировочно оценить допустимый эксплуатационный срок службы и обосно­ ванно планировать сроки ремонта.

Факторы, влияющие на надежность и срок службы

Все факторы, от которых зависят уровень надеж­ ности и срок службы дизелей, можно подразделить на конструктивно-технологические и эксплуатационные. '

Не подлежит сомнению, что надежность и срок служ­ бы двигателя закладываются прежде всего и главным образом при его создании на заводе. Однако при прочих равных условиях действительные возможности реализа­ ции качеств, присущих данному двигателю, зависят от комплекса эксплуатационных факторов.

К числу основных эксплуатационных факторов, от ко­ торых зависят надежность и срок службы, относятся следующие:

41

—тщательность выполнения правил эксплуатации, своевременность и качество планово-предупредительных осмотров и ремонтов;

—обоснованность действующих правил эксплуата­

ции;

—уровень подготовки и натренированности обслу­ живающего персонала;

—обоснованность распределения режимов работы двигателя, степень и частота перегрузок, динамичность

переходных режимов, число пусков холодного двигателя, уровень вибраций и крутильных колебаний;

—сорт и качество смазочного масла, эффективность присадок к маслам, соответствие используемого смазоч­ ного масла условиям работы и степени форсировки дви­ гателя;

—сорт и качество применяемого топлива;

—качество охлаждающей воды (жесткость, степень дегазации, наличие и эффективность действия антикор­ розионных присадок).

Эксплуатационник не принимает непосредственного участия в создании двигателя, однако при условии уче­ та и анализа отказов можно своевременно выявить кон­ структивные и технологические недостатки двигателя и тем самым способствовать их устранению. Поэтому ин­ женер-механик должен представлять основные конструк­ тивно-технологические факторы, определяющие надеж­ ность и срок службы дизелей. К числу таких факторов можно отнести следующие:

—простота и совершенство конструкции всех эле­ ментов двигателя; согласованность конструктивных форм, жесткости и вибростойкости деталей узлов и ме­ ханизмов с особенностями их работы; запасы прочности основных деталей; степень эффективности мер по повы­ шению прочности и износостойкости;

—степень стандартизации деталей и возможности

их взаимозаменяемости;

—технологичность конструкции, обеспечивающая минимум дефектов при сборке и монтаже;

—прогрессивность и качество технологии, точность изготовления, тщательность технического контроля на всех стадиях производства, сборки, регулировки и испы­ тания;

—степень форсировки и удельный вес дизеля;

42

—качество применяемых материалов;

—степень технического совершенства систем авто­ матического регулирования, управления, защиты и сиг­

нализации; особое значение имеет наличие автоматиче­ ских устройств для защиты двигателя от перегрузки;

—культура производства (степень механизации и автоматизации, ритмичность, чистота и др.);

—масштабы и уровень опытно-конструкторских н научно-исследовательских работ, уровень подготовки, квалификация и опыт всех категорий заводских работ­ ников, принимающих участие в создании двигателя.

§ 6. МАНЕВРЕННЫЕ СВОЙСТВА

Маневренные свойства главных корабельных двигате­ лей определяются их способностью в кратчайшее вре­ мя включаться в работу на всех предусмотренных режи­ мах и обеспечивать изменение режимов работы в воз­ можно более широких пределах с целью выполнения всех присущих данному кораблю маневров.

К маневренным свойствам двигателя относятся: го­ товность к действию, допустимый диапазон оборотов коленчатого вала и приемистость. От маневренных свойств двигателя в значительной мере зависят такие качества корабля, как скорость разгона, возможность быстрого изменения скорости хода и направления дви­ жения.

Готовность к действию

Возможность начать движение корабля зависит от времени, необходимого для приведения энергетической установки в рабочее состояние. Это время определяется прежде всего продолжительностью приготовления глав­ ных двигателей к пуску, осуществления пуска и прогре­ ва (см. гл. IV и V ).

Диапазон рабочих оборотов. Минимально устойчивое число оборотов

Допустимый диапазон скоростей корабля определяет­ ся широтой диапазона рабочих оборотов коленчатого вала главного двигателя в пределах от минимально ус­ тойчивых до максимальных.

43

Опытные данные по большому количеству корабель­ ных и судовых дизелей показывают, что минимально ус­ тойчивое число оборотов, как правило, составляет

(0,25-^0,35) пп.

Так как номинальное число оборотов для каждого данного двигателя величина заданная, то расширение диапазона рабочих оборотов может быть достигнуто только за счет снижения минимально устойчивых обо­ ротов.

Чем меньше /гЮ]Пуст, тем шире возможности исполь­

зования энергетической установки для обеспечения са­ мых малых скоростей корабля, тем более благоприятны условия маневрирования корабля в узкостях, при дви­ жении по извилистым фарватерам, на рейдах, при швар­ товке и в других случаях, когда необходимо обеспечить минимальную скорость корабля.

Снижение числа оборотов вала двигателя возможно до определенной величины, за пределом которой двига­ тель начинает работать неустойчиво, а затем «выпада­ ет» из работы, т. е. самопроизвольно останавливается.

Устойчивость работы двигателя на малых оборотах зависит прежде всего от возможностей обеспечения не­ обходимых условий смесеобразования и сгорания.

Так как цикловая подача топлива изменяется при­ мерно пропорционально среднему эффективному давле­ нию или крутящему моменту, а последний при работе на винт фиксированного шага пропорционален квадрату числа оборотов гребного винта, переход на малые обо-' роты связан с резким уменьшением цикловой подачи топлива.

Подача топлива изменяется при этом не только коли­ чественно. С одной стороны, переход на малые обороты вызывает падение давления распыливания, что ухудша­ ет качество смесеобразования. С другой стороны, на ма­ лых оборотах возрастает степень неравномерности пода­ чи топлива по цилиндрам: '

Д 0Тшах — ЛС Tmin

ДОтср

(41)

где AGt max>-AGTmjn, AGTcp — максимальная, минималь­ ная и средняя величины цикловой подачи топлива;

44

где. г — число цилиндров.

Причинами увеличения степени неравномерности по­ дачи топлива и неустойчивости работы дизеля на малых оборотах могут быть:

1. Наличие люфтов в системе управления топлив­ ными насосами, в результате чего при неизменном поло­ жении рейки топливных насосов полезный ход плунже­ ров будет изменяться.

На малых оборотах, когда цикловая подача топлива мала, изменение ее величины из-за воздействия люфтов оказывается относительно большей, чем при полной по­ даче.

При наличии люфтов под воздействием вибраций мо­ жет происходить непроизвольное и разновременное из­ менение полезных ходов плунжеров топливных насосов при постоянном положении рейки, что усиливает нерав­ номерность подачи топлива по цилиндрам и вызывает неустойчивую работу на малых оборотах.

i 2. Различие размеров и формы сопловых отверстий форсунок, вследствие чего условия распыливания по ци­ линдрам оказываются разными. Воздействие этого раз­ личия усугубляется на малых оборотах.

3. Разная величина давления затяжки пружин форсу­ нок Р ф , из-за чего нельзя обеспечить идентичность усло­ вий распыливания во всех цилиндрах. По опытам ЦИАМ на быстроходных дизелях разница в давлениях Рф до 10 кгс/см2 дает расхождение в расходе топли­ ва на полных оборотах 3% и на малых оборотах до

20% и более.

Если во время регулировки форсунок обеспечена рав­ номерная затяжка пружин, то это не означает, что через некоторое время не обнаружится различие в Рф разных

форсунок.

Как правило, через несколько часов работы перво­ начальная величина Рф снижается на 10—20 кгс/см2, причем неравномерно на разных форсунках.

4. Различная плотность насосных пар. Даже при.са­ мом тщательном подборе трудно обеспечить одинако­

45

вый диаметральный зазор между плунжерами и втул­ ками всех топливных насосов. Различие в зазорах при­ водит к увеличению неравномерности подачи топлива по цилиндрам, которая возрастает по мере уменьшения нагрузки и числа оборотов двигателя.

Опыты ЦИАМ показали, что при переходе с номи­ нального режима на режим, близкий к минимально ус­ тойчивым оборотам, степень неравномерности подачи

тойчиво дозирование топлива. Это приводит на малых оборотах не только к неравномерности подачи топлива по цилиндрам, но и к колебаниям подачи от цикла к цик­ лу в каждом данном цилиндре, что в свою очередь вле­ чет за собой увеличение степени неравномерности кру­ тящего момента и скорости вращения коленчатого вала.

Одно только уменьшение средней скорости вращения коленчатого вала на малых оборотах, даже если пренеб­ речь влиянием неравномерности подачи топлива и рас­ пределения нагрузок по цилиндрам, вызывает увеличе­ ние степени неравномерности вращения коленчатого ва­ ла двигателя, что вытекает из известной формулы:

где / — момент инерции всех масс, связанных с валом двигателя;

А — избыточная работа, определяемая по суммар­ ной диаграмме касательных усилий;

со — угловая скорость вращения коленчатого вала. В действительности неравномерность крутящего мо­ мента и угловой скорости вращения коленчатого вала еще более возрастает под воздействием усиливающейся неравномерности подачи топлива и распределения на­ грузки по цилиндрам. С учетом всех этих обстоятельств условия смесеобразования и сгорания в цилиндрах дви­ гателя при его работе на холостом ходу и с нагрузкой на малых оборотах по винтовой характеристике отлича­

ются следующими особенностями:

— падение давления распыливания, резкое уменьше­ ние цикловой подачи топлива, снижение интенсивности вихреобразования в камере сгорания ухудшают качество

46

вой подачи топлива в неотключеииые цилиндры и позво­

лит обеспечить работоспособность двигателя на более низких оборотах, чем в случае, когда все топливные на­

сосы включены. Длительная работа иа холостом ходу и малых оборотах сопровождается нагарообразованием и лакообразованием, особенно в ручьях поршневых колец, разжижением смазочного масла топливом и повышен­ ным износом деталей двигателя в результате ухудшения условий смазки.

Вследствие увеличения неравномерности изменения опрокидывающего момента происходит усиление вибра­ ций, в особенности когда двигатели установлены на амортизаторы.

С течением времени эксплуатации диапазон рабочих оборотов двигателя сокращается.

Возрастание минимально устойчивого числа оборо­ тов во время эксплуатации происходит под воздействи­ ем износа деталей двигателя, сопловых отверстий фор­ сунок, плунжеров и втулок топливных насосов высокого давления, увеличения люфтов в системе управления топливными насосами и нарушения первоначальной ре­ гулировки.

Приемистость

Приемистость двигателя оценивается возможностью двигателя развить в кратчайшее время полную мощ­ ность.

Возможность достижения полной мощности, в свою очередь, определяется временем, необходимым для раз­ вития полных оборотов и номинальной величины крутя­ щего момента или соответствующего значения среднего эффективного давления:

В условиях корабля, когда двигатель работает на винт, всегда имеется расхождение между временем тп. п для достижения полных оборотов пн и временем тп. м. не­ обходимым для достижения номинальной величины кру­ тящего момента Мен-.

Причем тп. п> т п. м.

48

В связи с этим различают приемистость по моменту тп. м и приемистость по числу оборотов тп. я-

•Приемистость по моменту зависит:

—от времени, необходимого для изменения исход­ ной величины подачи топлива до полной;

—от времени, необходимого для стабилизации рабо­ чего процесса;

—от возможностей агрегатов наддува быстро уве­ личивать подачу воздуха до поминальной величины.

Приемистость по числу оборотов обусловлена не только внутренними качествами двигателя, особенностя­ ми протекания его внешней характеристики, схемы над­ дува и характеристик агрегатов наддува, но и сопротив­ лением воды движению корабля, суммарной величиной массы корпуса корабля и присоединенной массы воды, характеристиками гребного винта.

Приемистость корабельного двигателя по числу обо­ ротов соответствует времени разгона корабля, так как полное число оборотов коленчатого вала двигателя в спецификационных условиях соответствует полной ско­ рости корабля.

Поэтому изменение приемистости следует рассматри­ вать в зависимости от условий взаимодействия двигате­ ля с гребным комплексом при трогании с места и разго­ не корабля.

В связи с зависимостью приемистости дизеля от потребителя различают стендовую и эксплуатационную приемистость. Стендовая приемистость характеризует свойства собственно двигателя. Эксплуатационная прие­ мистость зависит не только от свойств двигателя, но и от особенностей его взаимодействия с потребителем энергии. Очевидно, что в условиях эксплуатации важно учитывать последнее обстоятельство, так как рассмотре­ ние приемистости изолированного двигателя вне связи с энергетическим комплексом теряет всякий практиче­ ский смысл.

В каждый данный момент взаимодействия сохраняет­ ся равенство эффективного момента двигателя и сум­ марного момента сопротивления гребного комплекса (винт, валопровод и механизмы, связанные с ним) с уче­ том динамического момента всех вращающихся масс, связанных с двигателем.