Тема 4.2.3. Внешние характеристики.

Внешние характеристики. Условия работы дизеля по внешней характеристике. Энергомеханические показатели, механическая напряженность и теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой группы.

Методические указания.

Внешние характеристики отражают изменения основных параметров и показателей работы судовых ДВС при постоянном положении органов регулирования топливных насосов высокого давления (ТНВД). К основным параметрам и показателям относятся: температура и давление продувочного воздуха, давление в цилиндре в конце сжатия, максимальное давление сгорания, удельный расход топлива, температура отработавших газов, расход воздуха, содержание вредных веществ в отработавших газах.

При этом цикловая подача топлива изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (изменяется коэффициент наполнения). При этом частота вращения коленчатого вала изменяется от минимально устойчивого значения до максимального.

В стендовых условиях на заводе-изготовителе первые образцы вновь разработанных дизелей испытываются при нескольких положениях регулирующих органов, соответствующих определенной нагрузке достигаемой при номинальной или максимальной частоте вращения. В соответствии с этим снимаются параметры работы дизеля соответствующее режимам максимальной мощности (превышение номинальной частоты вращения на 3 %), номинальной мощностью, эксплуатационной мощностью, экономической мощностью и других частичных режимов работы.

То есть внешние характеристики отображают поле возможных режимов работы дизеля. Реальная характеристика работы дизеля определяется в судовых условиях особенностью агрегата, потребляющего мощность. Так если двигатель работает на электрогенератор то это будет нагрузочная (регуляторная) характеристика изменения мощности. При работе на винт фиксированного шага и спокойных внешних условиях двигатель работает по расчетной винтовой характеристике. В условиях волнения моря изменяется сопротивление движению судна и поэтому при неизменном положении органов управления ТНВД двигатель переходит на работу по внешней характеристике. При этом возможно превышение допустимых механических и тепловых нагрузок (при снижении частоты вращения). Так как при примерно постоянной цикловой подаче топлива увеличивается продолжительность цикла по времени.

По внешней характеристике в эксплуатации главный двигатель может работать из-за изменения сопротивления движению судна в штормовых условиях, плавании на мелководье, в узкостях и ледовых условиях.

Механический КПД в соответствии с уравнениями, приведенными, для режимов нагрузочной характеристики увеличивается при снижении частоты вращения. А тепловые и механические нагрузки возрастают. Поэтому в штормовых условиях необходимо уменьшать цикловую подачу топлива.

Студентам необходимо ознакомиться с особенностями изменения основных показателей работы дизеля по винтовой характеристике и возможными причинами перегрузок и, следовательно, снижения его надежности или возникновению аварии.

Литература: [1, с.25-28; 2, с.23-27; 4, с.193-197; 5, с. 144-149]

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение внешней характеристике работы судового дизеля.

2. Как изменяются энергоэкономические показатели при работе дизеля по внешней характеристике?

3. Как изменяется тепломеханическая напряженность дизеля при работе по внешней характеристике?

4. Причины перегрузки двигателя при работе в штормовых условиях.

Тема 4.2.4. Винтовая характеристика.

Винтовые характеристики. Изменения энергоэкономических показателей и показателей теплонапряженности на режимах винтовой характеристики. Влияние технического состояния. Обеспечение условий безопасной эксплуатации.

Методические указания.

Винтовые характеристики отражают изменения основных параметров и показателей работы судовых ДВС при работе двигателя на гребной винт. К основным параметрам и показателям относятся: температура и давление продувочного воздуха, давление в цилиндре в конце сжатия, максимальное давление сгорания, удельный расход топлива, температура отработавших газов, расход воздуха, содержание вредных веществ в отработавших газах.

При работе по винтовой характеристике (прямая передача мощности на винт фиксированного шага) мощность изменяется пропорционально частоте вращения (примерно кубическая зависимость), а среднее эффективное давление – пропорционально квадратичной зависимости. Одновременно изменяется и частота вращения и средне эффективное давление. С увеличением нагрузки от холостого хода механический КПД увеличивается, одновременно повышаются цикловая подача топлива, максимальное давление сгорания, индикаторный КПД, температура отработавших газов, снижается удельный расход топлива. Увеличиваются тепловые и механические нагрузки.

В случае применения винта регулируемого шага двигатель может работать как по винтовым характеристикам, так и по регуляторным за счет изменения шагового отношения гребного винта.

Большое влияние на параметры и показатели работы дизеля оказывает изменение технического состояния основных элементов дизеля.

В нормальных условиях эксплуатации изменение ряда параметров, характеризующих работу дизеля по винтовой характеристике, можно выразить следующими приближенными зависимостями для четырехтактных ДВС современных конструкций:

- давление наддувочного воздуха

P_k=1,41 – 2,04 +7 ²- 2,37 , бар; (7)

- температура отработавших газов

t_г=23,8 +400, ^oС; (8)

- максимальное давление сгорания

P_z=48 + 144 , бар; (8 )

- удельный расход топлива

b_e=231,6 – 106,6 + 2,86 ² +50,9 , г/кВт·ч; (9)

где: - относительная мощность дизеля (в долях).

Оценку теплонапряженности дизеля производить как по косвенным показателям, так и по специальным. Косвенные показатели: среднее индикаторное давление Р_i, положение указателя нагрузки (топливной рейки), температура выпускных газов за цилиндрами t_г; температуры охлаждающей воды t_в и масла t_м.

В качестве специальных можно применить удельный тепловой поток, вычисляемый по одному из существующих методов, например [13, с.28], в котором приводится зависимость для расчета относительных потерь тепла в охлаждающую среду. Тогда удельный тепловой поток будет равняться произведению цикловой подаче топлива на величину относительных потерь и топлотворность топлива деленную на суммарную площадь деталей ЦПГ (поверхность крышки цилиндра, втулки и донышка поршня).

При изучении темы студенту необходимо ознакомиться с закономерностями изменения параметров работы дизеля при работе на режимах винтовой характеристики, включая показатели тепловых и механических напряжений. При этом учесть влияние изменения сопротивления движению судна.

Литература: [1, с.31-42; 4, с. 199-204; 5, с.153-160]

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение винтовой характеристики судового ДВС.

2. Как изменяются энергоэкономические показатели при работе дизеля по винтовой характеристике?

3. Как изменяется тепломеханическая напряженность дизеля при работе по винтовой характеристике?

4. Основные категории опасностей при эксплуатации судовых ДВС по винтовой характеристике.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: