3.3 Определение приведённого момента инерции

В высоко- и среднеоборотных двигателях обычно пренебрегают силами тяжести деталей движения ввиду их незначительной величины по сравнению с другими действующими силами; в малооборотных двигателях () силы тяжести, как правило, следует учитывать.

Основные силы действующие в КШМ являются силы давления газов и силы инерции движущихся масс. Силы инерции определяются массами движущихся деталей, ходом поршня и частотой вращения двигателя.

Момент инерции КШМ одного цилиндра равен:

где SиD– ход поршня и диаметр цилиндра дизеля, м.

Коэффициент βопределяется для крейцкопфных дизелей как

где d_ср–средний диаметр шеек коленчатого вала

Из опыта установлено, что для двигателей внутреннего сгорания отношение лежит в пределах 0,6–0,9.

Суммарный момент инерции двигателя:

где i – число цилиндров двигателя.

Приведённый момент инерции движущихся элементов двигателя, редуктора, валопровода, гребного винта с присоединённой массой воды:

3.4 Построение скоростных статических характеристик мощности пропульсивного комплекса судна

Каждый режим работы двигателя характеризуется совокупностью многих параметров, отражающих те или иные свойства. К числу таких параметров можно отнести:

N_e– эффективную мощность;М– крутящий момент;ω– угловую скорость коленчатого вала;р_к– давление наддува;g_e– эффективный удельный расход топлива;Т– температуру охлаждающей воды;α– коэффициент избытка воздуха;η_е– эффективный КПД;h– положение рейки топливного насоса (органа управления);ψ– положение рычага управления автоматическим регулятором и др.

Режим работы двигателя называется установившимся, если числовые значения всех названных (и многих других) параметров двигателя сохраняются постоянными во времени.

Диапазон изменений каждого параметра обуславливается назначением двигателя и ограничивается его прочностными, тепловыми и газодинамическими возможностями. Например, угловая скорость коленчатого вала ДВС может изменяться в ограниченных пределах. Ряд факторов не позволяет превышать заданной максимальной угловой скорости вала ω_max , т.к. это влечёт за собой превышение допустимых значений сил инерции в деталях двигателя с точки зрения их прочности, приводит к ухудшению качества протекания рабочих процессов в цилиндре двигателя, увеличивает термическое перенапряжение деталей двигателей и т.п.

В некоторых случаях двигателю приходится работать при самой малой частоте вращения вала. При этом скоростной режим должен быть таким, чтобы двигатель работал устойчиво. Если снизить угловую скорость вала ниже допустимого минимального предела ω_min, то появятся перебои в работе, в результате чего двигатель может самопроизвольно остановиться.

Анализ режимов работы пропульсивного комплекса, обеспечивающего движение судну, и расчёт динамических характеристик ГД производится на основе статических энергетических характеристик этого комплекса.

Паспортные данные двигателя позволяют, вычислить для номинального режима номинальное значение фазовой переменной внешнего возмущающего воздействия с_н:

где N_ениn_н – номинальные значения эффективной мощности и частоты.

Расчёт винтовых характеристик производят для 5-ти фиксированных значений параметра с, равных 0,6с_н, 0,8с_н,с_н, 1,2с_н, 1,4с_н.

Таблица 2 Расчёт винтовых характеристик

Под статической характеристикой двигателя Ne (n,h₀)понимают зависимость развиваемой им эффективной мощностиNe от частоты вращенияnвала в установившихся режимах работы при некотором фиксированном положенииh₀топливорегулирующего органа.

Для построения статических характеристик двигателя воспользуемся эмпирической формулой:

где – заданное, долевое, безразмерное значение мощности относительно номинала;

Nер– соответствующее абсолютное значение эффективной мощности двигателя для скоростного режима его работы, когдаn=n_зх;

n_зх – частота вращения вала, удовлетворяющая долевому значению μ нагрузки двигателя, иначе, заданный ход судна при работе по некоторой винтовой характеристике.

В качестве опорных режимов зададим нормативно назначаемый ряд нагрузок двигателя при проведении ходовых испытаний силовой установки судна, для которых μ составляет: 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,1.