32.Закономерности изменения энергоэкономических показателей дизеля

на режимах внешней хар.

Изменение энергоэкономических показателей. Особенность внешней

характеристики состоит в том, что рабочий процесс при различных скоростных режимах протекает при сравнительно малых изменениях коэффициента избытка воздуха  и, следовательно, i.

Это положение вытекает из формулы для :

= Psн/haп

При h=const соотношение между воздухом и топливом зависит от изменения плотности воздуха Ps, условий наполнения цилиндра (н) и подачи топлива (п).

Для четырехтактного дизеля без наддува Ps=Po=const коэффициент  зависит только от отношения т]н/т]п. Улучшение наполнения цилиндра при снижении n из-за уменьшения гидравлического сопротивления в клапанах обычно сопровождается некоторым увеличением цикловой подачи вследствие роста коэффициента подачи. Последнее характерно для большинства типов топливной аппаратуры.

Для двухтактных дизелей и четырехтактных с наддувом =const.

С понижением частоты вращения уменьшается Ps и коэффициент  падает. Следствием этого является ухудшение экономичности на пониженных скоростных режимах, и тем в большей степени, чем больше увеличение п и уменьшение массы заряда воздуха. Отсюда очевидно влияние на экономичность, момент и мощность дизеля характеристик подачи топливной аппаратуры, нагнетателя и системы наддува. Без специальных устройств, регулирующих подачу турбокомпрессоров при пониженной частоте вращения, не обеспечивается постоянство заряда воздуха, и уменьшение а может вызывать падение i и рi.

33.Показатели механической напряженности.

Изменение механической напряженности. Для дизеля, работающего

по внешней характеристике, снижение частоты вращения вызывает отме-

ченное выше смещение начала воспламенения на линию сжатия. Разви-

тие процесса сгорания в меньших относительных объемах цилиндра, ча-

стично еще при восходящем ходе поршня сопровождается увеличением

нагрузок на детали механизма движения и остова. Несмотря на сниже-

ние давления Pс, наблюдается увеличение давления Pz, особенно  и отно-

шения р/, обусловливающих жесткую работу дизеля. Вследствие

этого даже при Pz=const механическая напряженность не будет равно-

ценна таковой при номинальных частотах вращения.

С увеличением Pz усиливаются динамические нагрузки и общие вибра-

ций, вызываемые не только преждевременным воспламенением и жесткой

работой, но и большими колебаниями крутящего и опрокидывающего

моментов дизеля.

Кроме динамических показателей, на механическую напряженность

при изменении частоты вращения большое влияние могут оказывать кру-

тильные колебания валопровода. С изменением частоты вращения в зави-

симости от крутильной схемы и конструкции дизеля возможно увеличе-

ние или уменьшение амплитуды резонансных крутильных колебаний. Есте-

ственно, что в последнем случае следует ожидать значительного увеличе-

ния касательных напряжений и уменьшения запаса прочности валопро-

в ода . Для конкретного дизеля, сопряженного с определенной нагрузкой,

опасные зоны резонансных частот вращения обычно указывают на тахо-

метре. Длительная работа в этих зонах не допустима. Переход от одного

скоростного режима к другому через запретные зоны должен быть кратко-

в ременным.

34-Изменение теплонапряженности.

Изменение тепловой напряженности. В отличие от нагрузочной харак-

теристики работа дизеля на режимах внешней характеристики сопрово-

ждается своеобразным изменением теплонапряженности. Казалось бы,

с уменьшением частоты циклов должны уменьшаться расход топлива

и средняя тепловая нагрузка цилиндра

qср=qhaпngохл=’qpegengохл.

Уменьшение qср должно было бы вызвать понижение температуры

стенок и, следовательно, теплонапряженности. В действительности такое

положение наблюдается лишь при существенном снижении n. В диапазоне

же эксплуатационного уменьшения n до (0,80—0,90) nном температуры сте-

нок часто сохраняются постоянными или даже возрастают.

Сохранение или повышение теплонапряженности возможно, если с

уменьшением n возрастают цикловая подача топлива qц

и относительная потеря в стенки qохл. Последнее обычно и наблюдается

в действительности. Увеличение (hап) и снижение заряда воздуха вызы-

вает уменьшение ; рост средней температуры и давление газов способ-

ствует интенсификации теплообмена между газом и стенкой. Относительный

теплоотвод в стенки qохл возрастает, а с газами уменьшается.

35,36-Закономерности изменения энергетических показателей дизеля

на режимах нагруз. Характ. И показателей топливной

экономичности.

Зависимости показателей дизеля от нагрузки Nе, Ме или Pе при не-

изменной частоте вращения называются нагрузочной характеристикой.

Параметры Nе, Ме или Pе при n=const пропорциональны и в одинаковой

степени определяют нагрузку дизеля. По нагрузочной характеристике

работают вспомогательные дизели, предназначенные для привода гене-

раторов, компрессоров, насосов, а также главные судовые дизели в уста-

новках с электродвижением или с винтами регулируемого шага.

Изменение энергоэкономических показателей. Анализ следует начи-

нать с выявления особенностей изменения отдельных показателей, свой-

ственных данной характеристике. Для нагрузочной характеристики такой

особенностью является незначительное изменение механических потерь

на эксплуатационных нагрузках. Условие Nм (Мм, Pм,)=const (рис. 1.8)

определяет зависимость индикаторных показателей Ni (Мi, Pi) от нагруз-

ки в виде прямой, параллельной Ne (Ме, Pе). Из сопоставления Nь

и Ni видно, что механический к.п.д. дизеля быстро возрастает от

нуля на режиме холостого хода , так как Ni=Nм, до конеч-

ного значения при Pe=100%.

А-изменение энергетических показателей механического к.п.д м

И расхода топлива Gт.

с уменьшением нагрузки коэффициент  неуклонно возрастает вслед-

ствие преобладающего уменьшения подачи топлива (haп) над зарядом

воздуха (Psн).

С увеличением избытка воздуха возрастает скорость и полнота сгорания

топлива, способствующая снижению тепловых потерь. Но по мере умень-

шения подачи топлива избыток воздуха становится чрезмерным (=4—5

и более), уменьшается температура цикла и стенок камеры сгорания.

Из-за малых подач ухудшаются распиливание, смесеобразование, сго-

рание топлива.

37-Показатели механической напряженности

Изменение механической напряженности. При n=const инерционные

нагрузки на всех режимах сохраняются постоянными и механическая

напряженность дизеля в основном определяется динамическими показа-

телями рабочего цикла Pz, ’, р/. Изменение этих параметров почти

линейно следует за изменением нагрузки дизеля, но в области малых

нагрузок в связи с переходом сгорания на линию расширения отмеча-

ется интенсивное их снижение (рис. 1.11).

На режиме номинальной мощности значения Pz, , р/. дости-

гают максимума и являются ограничительными показателями механи-

ческой напряженности дизеля. Действительно, при ре =100 %

И Рimax=const детали механизма движения подвергаются воздействию

наибольшей амплитуды движущего и касательного усилий и работают

с минимальными запасами прочности.

Вследствие роста Pz с увеличением нагрузки усиливается общая виб-

рация дизеля. Пропорционально Pz изменяются амплитуда суммарного

касательного усилия T, степень неравномерности вращения вала

=(Pz/n2), амплитуда колебании крутящего и опрокидывающего моментов.

Что касается наложения дополнительных напряжений от крутиль-

ных колебаний, то возрастание амплитуды крутильных колебаний из-за

уменьшения демпфирующего сопротивления генератора при малых ре

обычно не происходит. Имеющиеся резонансные колебания ограничи-

ваются силами внутреннего сопротивления или гасятся демпфером, анти-

вибратором. В ряде случаев крутильные системы дизель-генераторов

позволяют избежать появления резонансных колебаний при рабочих ча-

стотах вращения.

38-Изменение теплонапряженности

Изменение тепловой напряженности. Тепловое состояние дизеля, рабо-

тающего по нагрузочной характеристике, зависит в основном от изме-

нения условий теплообмена со стороны газа.

Теплонапряженность возрастает пропорционально увеличению нагрузки

и совместно с механической напряженностью ограничивает форсирование

дизеля по ре и его номинальную мощность.

При малых нагрузках и холостом ходе температуры стенок значительно

снижаются, способствуя отмеченному выше увеличению периода задержки

воспламенения, переходу сгорания на линию расширения, отложению

масла в выпускном тракте, окнах втулки и последующему его коксова-

нию при увеличении нагрузки. Поэтому при длительной работе на малых

нагрузках целесообразно поддерживать температуру в системе охлажде-

ния на верхнем пределе и отключать воздухоохладители.

39-Ограничительные характеристики дизелей.

Ограничительная характеристика – внешняя характеристика максимальной мощности – заградительная характеристика по ТНВД, для защиты ДВС от перегрузок , увеличение подачи топлива сверх допускаемого ограничивается упором рейки ТНВД , установленные заводом изготовителем. Чтобы механическая напряженность кол-го вала и валопровода не превышали допускаемые значения дизеля, его вращающий момент М_вр и р_е не должны превосходить номинальные значения.

Зависимость изменения N_e от частоты вращения называется ограничительной характеристикой при М_вр = const. по вращающему моменту.

Если Р не превышает допустимых пределов, то сохр. пос. значении М_вр , р_е является достаточной для предотвращения динамической перегрузки дизеля. В противном случае приходится ограничивать подачу топлива.

У 4-х тактных ДВС без наддува при уменьшении n падает скорость воздуха, выходящего из цилиндра через клапаны (выпускные) в период перекрытия фаз. Это приводит к увеличению коэф. пополнения цилиндра, уменьшается цикловая подача топлива между плунжерами ТНВД.α – коэф. наполнения у таких ДВС при снижении n остается постоянным , но и частично возрастает, чего достаточно для предохранения 4-х тактного ДВС без наддува от тепловых перегрузок на режиме внешней характеристики номинальной мощности.

Вводят ограничения по температуре выпускных газов для защиты от тепловой нагрузки.

У 4-х тактного ДВС с наддувом при частоты вращения снижается производительность воздушного компрессора, что приводит к уменьшению α ( коэф избытка воздуха). В этих условиях работа как на режимах внешней характеристики номинальной мощности с пос. подачей топлива в цилиндры, так и по ограничительной характеристики по моменту вызывают тепловой перегрев ДВС. Ограничительные характеристики разных ДВС показывают, что ДВС с наддувом при пониженной частоте имеют меньший запас мощности, чем ДВС без наддува. Для перехода на более низкую ограничительную характеристику следует уменьшить подачу топлива в цилиндры. Работа с перегрузкой у большинства ДВС конструктивно ничем не ограничивается, а ограничительная характеристика номинальной мощности оказывается условной. Поддержание нагрузки в пределах ограничительной характеристики возможно с помощью регуляторов нагрузки (всережимных). (с увеличением сопротивления движения судна число оборотов снижается, мех. и тепловые напряжения увеличив. ЦПГ с уменьшением α ухудшения распыла и сгорания топлива).

В тяжелых условиях плавания, вызывающих снижение частоты вращения (обрастание корпуса, винта, работа на мелководье, во льдах, при буксировке, волнении моря и т. п.) длительные режимы должны назначаться таким образом, чтобы исключалась перегрузка дизеля в тепловом и механическом отношении. режимывнешней характеристики haном=const не в полной мере отвечают этим требованиям.

В области пониженных частот вращения следует ограничивать подачу топлива значениями haдоп>haном, т. е. задавать режимы в соответствии с ограничительными харак-ми.

Под последними понимаются зависимости показателей дизеля от частоты вращения, отвечающие условию сохранения механической и тепловой напряженности.

На судах, у которых часто бывают режимы работы с повышенным сопротивлением движению (ледоколы, буксиры, траулеры), предусматривается автоматическое уменьшение подачи топлива механизмом ограничения нагрузки всережимного регулятора [изменением положения подвижного упора регулятора, реализующего зависимость haдоп=f(n) по зада-

ваемой или фактической частоте вращения]. Нагрузка дизеля ограничивается допускаемыми значениями Peдоп=f(n) или крутящего момента Медопf(n) по линейному закону (линия 2) на рис. 1.21 или задается кусочно-линейным изменением Ме=f(n) (линия 3). В любом случае для надежного воспламенения топлива при пусковой частоте вращения nmin подача топлива должна быть не ниже (0,5—0,6) gцном.

Наиболее правильно характеристику ограничения нагрузки можно установить при испытаниях дизеля на стенде, когда имеются возможности выявить уровни механических и тепловых нагрузок при различных подачах топлива и частотах вращения.

Ограничение нагрузки по Pe=f(n) и Ne=f(n) дизилей; 1-четырехтактных без наддува

2-двух и четырех с механическим наддувом 3-двух с газотурбинном наддувом.