Литература по Механике и для Механиков / Литература / Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (2)

ных дизелях доля теплоты, преобразованной в эффективную работу за счет снижения остальных составляющих теплового баланса, доведена до 50-52%.

§ %.§. Расчетная и предполагаемая индикаторные диаграммы

Завершающим этапом расчета рабочего процесса в цилиндре дви­ гателя является построение индикаторной диаграммы и определение энергоэкономических показателей. В результате расчета определены параметры в основных точках: начале и конце сжатия, на участке сго­ рания и в начале и конце расширения. Эти точки наносятся на график в координатахp -V , как показано на рис. 2.3.

Для построения диаграммы рассчитываются ординаты точек по­ литропы сжатия и расширения по следующим формулам:

Индикаторная работа и определяемое на ее основе среднее инди­ каторное давление расчетного цикла рассчитываются по параметрам рабочего тела в основных точках. Формула для определения полезной работы смешанного цикла известна из курса технической термодина­ мики, поэтому, принимая, что среднее индикаторное давление расчет­ ного цикла равно отношению его индикаторной работы к полному ра­ бочему объему цилиндра для четырехтактного двигателя и к полезно­ му рабочему объему для двухтактного, получим:

В формулу (2.22) при расчете двухтактного двигателя подставля­ ется действительная степень сжатия.

Предполагаемые значения среднего индикаторного давления рас­ считываются по формулам:

- 4-тактный двигатель р . = (0,95 + 0,97)р ^ ас" ;

- 2-тактный двигатель p j = p f ac4 (\ —у/).

Индикаторную мощность определяем по формуле (2.3). Индикаторный КПД определяем по формуле (приводится без

вывода):

а Ь пТ , р .

7 , = 8,314 омГ - (2-23)

Удельный индикаторный расход топлива определяем по формуле

(2 .8).

Приняв по данным двигателя-прототипа значение механического КПД, рассчитываем значения эффективных энергетических и эконо­ мических показателей.

Полученные в результате расчета значения р е и ge и должны быть сравнены с исходными данными к расчету. Допускаются отклонения в пределах ±3%.

§ 2.6. Определение мощности и экономичности судовых дизелей в эксплуатационных условиях

Малооборотные судовые дизели, как правило, оборудованы меха­ ническими индикаторными приводами, которые позволяют снимать с

каждого цилиндра индикаторные диаграммы и затем по ним опреде­ лять среднее индикаторное давление. Запись диаграмм осуществляет­ ся с помощью механического индикатора «Майгак», схема и внешний вид которого показаны на рисунке 2.4.

Индикатор устанавливается на индикаторный кран и закрепляет­ ся гайкой 9. Уплотнение достигается благодаря конической посадке корпуса индикатора и крана. Шнур 2 с помощью крючка на его конце подсоединяется к кольцу на тросике индикаторного привода. При вклю­ чении привода шнур вместе с тросиком совершает возвратно-поступа­ тельные движения синхронно с движением поршня в данном цилинд­ ре. Барабан 4 в нижней части имеет шкив, на который намотан шнур, а внутри - спиральную пружину, удерживающую шнур все время в на­ тянутом состоянии. Движение шнура приводит к вращению барабана синхронно с движением поршня.

На барабан устанавливается и закрепляется держателем специ­ альная мелованная бумага размером 50 х 140 мм. Нажим пера 3 (смен­ ный бронзовый штифт) регулируется специальным винтом. При дви­ жении барабана и пишущего механизма на бумаге записывается ин­ дикаторная диаграмма.

Измерение давления осуществляется поршнем 1 диаметром 9,06 мм, который перемещается во втулке 8. Поршень через шток 7 нагружен пружиной 6, имеющей строго определенную жесткость. В комплект индикатора входит набор пружин (8-10 шт.) с различной жесткостью. При воздействии давления на поршень шток 7 переме­

Для измерения площади индикаторной диаграммы на нее наносят начальную точку отсчета 9, затем устанавливают в эту точку центр лупы 7. Записывают показания счетчика. Затем аккуратно по контуру обводят диаграмму не менее трех раз, записывая после каждого оборо­ та показания счетчика. Площадь диаграммы определяют как среднее арифметическое по числу замеров.

Линия 10 на рисунке получена при включенном индикаторном при воде и закрытом индикаторном кране, ее называют нулевой линией. Вполне очевидно, что площадь индикаторной диаграммы f мм2 про­ порциональна индикаторной работе, а длина нулевой линии /, мм про­ порциональна рабочему объему цилиндра. Их отношениеf/l будет про­ порционально среднему индикаторному давлению. С учетом масшта­ ба пружины индикатора т , реальное значение р определится как

^f

Pl I ■т р ’ баР‘

Индикаторные диаграммы снимают с каждого цилиндра. При индицировании по суммарному счетчику точно определяют частоту вра­ щения коленчатого вала двигателя.

Цилиндровые мощности подсчитывают по формуле N = 100 • С • р. ■п, кВт. Значения среднего индикаторного давления по цилиндрам в реальном дизеле отличаются друг от друга, поэтому будут отличаться и цилиндровые мощности. Общую индикаторную мощность двигате­ ля определяют как сумму цилиндровых мощностей N. = 1N .

При обработке индикаторных диаграмм также определяют р с и р в каждом цилиндре. В процессе индицирования записывают ряд об­ щих параметров дизеля, а также температуру газов на выходе из каж­ дого цилиндра / При наличии расходомерного устройства определяет­ ся часовой расход топлива G , кг/ч и рассчитывается удельный индика­ торный расход топлива g. = G ■1000/Л'., г/(кВтч).

Полученные значения энергоэкономических показателей сравни­ ваются с данными стендовых и ходовых испытаний двигателя, и дела­ ется заключение о его техническом состоянии.

В настоящее время широкое распространение на морском флоте получили электронные системы индицирования. Наиболее простым вариантом таких систем являются переносные электронные индикато­ ры, включающие пьезокварцевый датчик давления, датчик частоты вращения и ВМТ и переносной электронный регистрирующий блок. Электрический сигнал от датчика давления газов (напряжение в мил­ ливольтах, пропорциональное давлению газов в цилиндре) передается

в регистрирующий блок, дискретизируется, масштабируется (милли­ вольты пересчитываются в бары) и сохраняется в памяти регистри­ рующего блока. Импульсы ВМТ цилиндров позволяют точно опреде­ лить частоту вращения коленчатого вала двигателя и привязать снятые индикаторные диаграммы к ВМТ цилиндров.

После завершения индицирования всех цилиндров двигателя ин­ формация переписывается в обычный персональный компьютер, в ко­ тором обрабатывается по специальной программе. Определяются все необходимые параметры индикаторной диаграммы, включая упомяну­ тые выше энергетические показатели.

Преимуществом электронных индикаторов является возможность индицировать любые двигатели, отсутствие ручной обработки диаг­ рамм и удобство хранения и передачи информации (включая электрон­ ную почту).

Глава 3

ТОПЛИВОПОДАЧА, СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ И СГОРАНИЕ ТОПЛИВА

§3.1* Процессы топливоподачи

§3.1.1. Статические параметры

топливоподачи

При работе двигателя в топливовпрыскивающей аппаратуре про­ текают сложные гидродинамические процессы. Протекание рабочего процесса в системах непосредственного впрыскивания и механичес­ ким приводом ТНВД определяется конструкцией ее элементов. Наи­ большее влияние на процессы оказывает конструкция ТНВД (золот­ никовые или клапанные) и способ регулирования цикловой подачи топлива.

Состояние регулирования ТНВД принято оценивать статически­ ми параметрами регулирования: величиной углов в градусах п.к.в. -

жера ТНВД в мм - активным ходом плунжера ha; ходом перепуска в начале и конце подачи (t i ‘"p и кЦр). Дополнительно используется угол, соответствующий активному ходу плунжера (ра, - активная подача по

При производстве двигателя на стенде завода-изготовителя стати­ ческие параметры регулирования ТНВД устанавливаются для каждого ТНВД и фиксируются в формуляре двигателя. В процессе эксплуата­ ции после разборки ТНВД, при смене плунжерных пар или износе элементов привода ТНВД производится подрегулировка статических параметров - (рнпн и h . Напомним, что изменение угла начала подачи

топлива в отдельных ТНВД позволяет изменить в ту или иную сторону величину в цилиндрах, а изменение активного хода плунжера - на­ грузку цилиндра р., так как последняя определяется величиной цикло­ вой подачи топлива (принципы регулирования ТНВД смотрите в I томе учебника, гл. 12).

Зависимость статических параметров регулирования от положе­ ния топливорегулирующего органа, определяемого по шкале указате­ ля нагрузки (УН), называют регулировочными характеристиками по статическим параметрам.

На рис. 3.1. приведены эти характеристики для ТНВД золотнико­ вого типа с регулированием g концом подачи.

НПН ВМТ

а)

Рис. 3.1. Характеристики регулирования золотникового ТНВД по статическим параметрам

При изменении УН активная подача по углу изменяется только за счет (ркпн (рис. 3.1а). Величина хода перепуска в начале подачи и соот­ ветствующего ему угла (р™ при изменении УН остаются постоянны­ ми. В правой части рис. 3.16 представлена зависимость хода плунжера ТНВД от угла поворота коленчатого вала, в левой части - значения h™ и ккпн (ход плунжера, фиксируемый на момент конца подачи насосом). Активный ход плунжера определяется как разность ha = hmH~~ h™p (см. заштрихованную область на рисунке). Величину перепуска топ­ лива в конце подачи можно определить как h™p = hn - hxm, где hn - полный ход плунжера.

У линий, обозначенных на рис. 3.16 как НПН и КПН, есть общая точка А, где они пересекаются. Соответствующее значение указателя обозначено как УН0. Такое положение механизма регулирования g , при котором ha= 0 и (ра = 0, называется нулевой подачей ТНВД. В диа­ пазоне значений УН = О ^-УН0 весь ход плунжера сопровождается пе­ репуском топлива, и гарантируется остановка двигателя при положе­ нии органов управления на «стоп». Поэтому этот диапазон значений УН принято называть областью гарантии нулевой подачи.

Для использования участков профиля, где скорость движения плун­ жера максимальна, так же для компенсации уменьшения цикловой по­ дачи при износе плунжерных пар в процессе эксплуатации, обеспечи­ вается «запас» по активному ходу. Величина /г'"™ составляет 50-70% от полного хода плунжера hn, соответствующее значение УН = 7 + 9.

В условиях эксплуатации для оценки состояния регулирования ТНВД не требуется построения статических характеристик, регули­ ровка контролируется путем определения УН0, а также значений (рнпни ha при положении УН = УН (соответствует установленной 100%-й мощности двигателя). Затем эти параметры сравниваются с данными формуляра завода-изготовителя и, в случае необходимости, делается регулировка. Рассмотренная процедура регламентируется заводской инструкцией по эксплуатации двигателя. На судне имеется комплект приспособлений и приборов для измерения статических параметров регулирования.

Окончательная регулировка ТНВД производится по результатам индицирования двигателя при его работе на режиме с N > 70%. В слу­ чае существенных отклонений р_ и р. в отдельных цилиндрах от сред­ них значений по всем цилиндрам осуществляется окончательная регу­

Изменение (р в сторону увеличения приводит к смещению кри­ вой hn -J[(p) на рис. 3.16 влево, уменьшение этого угла смещает кривую