Ограничительные характеристики судового двигателя

Под ограничительной (или заградительной) характеристикой понимают зависимость показателей работы двигателя от частоты вращения при верхних значениях показателей тепловой и механической напряженности, допустимых в эксплуатации.

Гарантией сохранения длительного моторесурса и надежной работы двигателя является эксплуатация его на таких режимах, при которых показатели тепловой и механической напряженности поддерживаются не выше уровня номинального режима. Наиболее обоснованно характеристику ограничения нагрузки можно установить в условиях стенда, когда имеется возможность определить параметры механических и тепловых нагрузок при снижении частоты вращения на режимах полных подач топлива. В эксплуатации эту характеристику следует корректировать в зависимости от внешних условий (состояния окружающей среды, сорта топлива и масла, состояния корпуса судна и винта и т.д.).

Как известно (см. Внешние характеристики дизеля), при неизменном положении топливной рейки (Т.Р = const) и снижении частоты вращения уровень механической и тепловой напряженности двигателя растет (из-за увеличения цикловых подач, снижения ос, увеличения угла опережения подачи топлива в цилиндр φн.п., ухудшения распыливания топлива). Поэтому внешняя характеристика номинальной мощности (кривая 1 рис. 1) не может быть принята в качестве ограничительной.

Рис. 1 Изменение среднего эффективного давления и мощности дизеля при различных условиях: 1 — ha = const; 2 — Ре = const; 3 — Рz = const; 4 — Тст = const; 5 — α = const; 6 — n = const

Для 4-тактных дизелей без наддува в качестве ограничительной обычно принимают зависимость Ре = const (прямая 2). Зависимость среднего эффективного давления от цикловой подачи можно представить в виде: Ре = кр gц ηi ηм. При условии ηe = ηiηм = const, зависимость Pе = const обеспечивается при постоянной цикловой подаче топлива: gц = const, что требует перестановки топливной рейки на меньшую подачу при снижении частоты вращения. В таком двигателе при снижении оборотов воздухоснабжение улучшается за счет повышения коэффициента наполнения, коэффициент а не уменьшается. Поэтому тепловая напряженность двигателя остается на том же уровне (практически не увеличивается). Если при этом Pz остается на том же уровне, то характеристика Рс = const может обеспечить и неизменность механической напряженности. Обычно имеющее место незначительное увеличение Рz находится в допустимых пределах, что позволяет принять характеристику Ре = const в качестве ограничительной для 4-тактных двигателей без наддува.

В случаях, если при снижении оборотов и Рe = const увеличиваются сверх допустимого показатели Pz, ΔР/Δφ, λ (из-за увеличения φн.п.), то в качестве ограничительной для 4- тактных двигателей без наддува принимается характеристика Pz = const (кривая 3). Для обеспечения Pz = const требуется дополнительно уменьшить gц и Рe путем перестановки топливной рейки на меньшую подачу.

Для двигателей с механическим наддувом при уменьшении оборотов снижается давление наддува Ps. Следовательно, уменьшается весовой заряд воздуха в цилиндре, что при Рe = const (gц = const) приведет к снижению коэффициента избытка воздуха на сгорание а. Тепловая напряженность при этом возрастет. Поэтому для двигателей с механическим наддувом при падении оборотов необходимо снижать цикловую подачу и Рe, чтобы обеспечить ту же тепловую напряженность (кривая 4). Снижение Ре тем значительнее, чем больше падение давления наддува Ps при уменьшении частоты вращения.

В двигателях с газотурбинным наддувом ограничение по Рe (кривая 5) еще более значительное, так как Ps падает в большей степени. Падение Ps происходит из-за снижения расхода газа, уменьшения кпд газотурбонагнетателя при работе на нерасчетном режиме, увеличения коэффициента продувки при увеличении времени на продувку цилиндра. Для сохранения той же тепловой напряженности (α ≈ const) требуется значительно уменьшать цикловую подачу топлива. При этом тяговые свойства дизеля ухудшаются.

Для главных судовых двигателей, работающих на винт, дизелестроительные фирмы стремятся обеспечить некоторый запас производительности ГТН с тем, чтобы не ухудшать тяговые свойства двигателя в тропиках и при утяжелении винта. Примером может служить ограничительная характеристика двигателей типа РИД фирмы Зульцер (рис. №2).

Рис. 2 Ограничение нагрузки двигателя RND- 76 фирмы Зульцер

При снижении частоты вращения от 100 до 90% фирма разрешает работать при Рe = const (участок АВ ограничительной характеристики). При дальнейшем снижении оборотов топливоподача и соответственно Рe ограничивается кривой СВ, построенной по данным всесторонних стендовых испытаний двигателя и обеспечивающей допустимую тепловую и механическую напряженность двигателя. При утяжелении винта (кривая 2 рис. №2) режим работы определится точкой D — при сниженном значении указателя нагрузки У.Н., Рe и n.

При работе по ограничительной характеристике с уменьшением частоты вращения уменьшаются значения Pz, Рс, Ps, Тгаз, увеличивается коэффициент продувки, сохраняется α ≈ const, предотвращается перегрев отдельных деталей. Ограничение нагрузки справа от точки А определяется регуляторной характеристикой 6 (рис. №1). Регуляторная характеристика предотвращает повышение частоты вращения и таким образом не допускает превышения сил инерции.

В качестве ограничительных параметров инструкциями по эксплуатации двигателей обычно предусматриваются частота вращения n, максимальное давление сгорания Pz и предельно допустимая температура газов по цилиндрам Тгаз. По первым 2-ум параметрам оценивается механическая напряженность, по последнему — тепловая напряженность двигателя.

Для главных двигателей, работающих на винт, частота вращения косвенно определяет среднее индикаторное давление, следовательно, и суммарное касательное усилие ТΣ. Таким образом, показатели n и Pz в достаточно полной мере оценивают весь комплекс факторов, определяющих механическую напряженность двигателя. Оценка же тепловой напряженности по температуре газов может привести к самым неблагоприятным последствиям из-за несоответствия теплового состояния каждого конкретного цилиндра показаниям термометра температуры выпускных газов. По указанной причине в последние годы дизелестроительные фирмы переходят на использование в качестве ограничительных параметров данных непосредственных замеров температуры деталей цилиндропоршневой группы.

Октябрь, 07, 2016 1079 0
Читайте также