Режимы двигателя


Режимы работы двигателя

Режимы работы двигателя на судне определяются величиной крутящего момента на коленчатом валу и частотой вращения.

К установившимся режимам относится работа на гребной винт или генератор при постоянной частоте вращения и неизменной нагрузке. Характер этих режимов зависит во многом от сопротивления воды движению судна.

Особыми установившимися режимами являются работа двигателя при увеличенных температурах наружного воздуха, повышенном сопротивлении в выпускном тракте вследствие засорения его сажей и осадками масла, работа с неполным числом цилиндров или при неисправном турбокомпрессоре, работа при плавании в битом льду, с ненормальным дифферентом, с поврежденным гребным винтом.

К неустановившимся режимам работы двигателя относятся работа при пусках, прогреве и остановках, работа при переходе с одного скоростного режима на другой (постановка и выборка орудий лова), работа на винт при разгоне судна, работа во время реверсирования судна или его циркуляции, работа на заднем ходу, работа на генератор при изменении электрической нагрузки.

 

Работа дизеля при увеличенном сопротивлении движению судна.

Если сопротивление движению судна по каким-либо причинам увеличилось, например вследствие обрастания корпуса, плохой погоды, влияния мелководья или при буксировке трала, гребной винт становится более «тяжелым». Иначе говоря, он потребляет от двигателя при той же частоте вращения мощности, большую, чем при обычных условиях. В установке с обычным гребным винтом фиксированного шага во избежание перегрузки двигателя снижают частоту вращения. На сколько нужно понизить частоту вращения, определяют в каждом конкретном случае в соответствии с инструкцией завода-изготовителя, в которой указываются предельные значения температуры выпускных газов, расхода топлива или максимального давления сгорания для каждого значения частоты вращения (ограничительная характеристика). В установке с ВРШ нет необходимости снижать частоту вращения — можно лишь уменьшить шаг винта с таким расчетом, чтобы параметры двигателя, контролируемые по приборам, соответствовали номинальному режиму.

Наиболее тяжелым установившимся режимом является работа на швартовах. В этом случае сопротивление движению корпуса бесконечно велико.

В практике эксплуатации возможны случаи уменьшения сопротивления движению судна, например при плавании в балласте или при сильном попутном ветре. Гребной винт при этом становится «легче», т. е. несколько недогружает главный двигатель при номинальной частоте вращения.

Выбор режима при увеличении сопротивления движению судна диктуется необходимостью сохранения тепловой и механической напряженности двигателя в нужных пределах. Показателем теплонапряженности является величина и характер изменения температуры в стенках поршней, цилиндровых втулок и крышек. Так, температура зеркала цилиндра в районе первого поршневого кольца (при положении поршня в в. м. т.) не должна превышать 175° С во избежание разрушения масляной пленки и возникновения сухого трения. Температура поршней лимитируется в районе первого поршневого кольца из условий предотвращения его закоксовывания, на днище поршня из условий сохранения допускаемых тепловых напряжений и отсутствия коксо- и лакообразования со стороны, омываемой охлаждающим маслом.

Показателем механической напряженности является напряжения и деформации, возникающие в деталях от действия сил давления газов и сил инерции движущихся частей. Косвенно о механической напряженности можно судить по величине максимального давления сгорания и жесткости работы двигателя, под которой понимают интенсивность повышения давления в цилиндре во время сгорания топлива.

Большое влияние на механическую напряженность коленчатого вала оказывают крутильные колебания. Коленчатый вал вместе с другими присоединенными к нему движущимися поступательно и вращающимися деталями представляет собой упругую систему, отдельные участки которой при работе двигателя закручиваются и раскручиваются в разных направлениях. Такие «вынужденные» крутильные колебания наблюдаются на всех режимах, и вызываются они главным образом периодическим действием сил давления газов в цилиндрах. Иногда оказывает влияние и неравномерный крутящий момент гребного винта, периодичность изменения которого зависит от числа лопастей.

Упругая вращающаяся система валов обладает собственными колебательными свойствами — частотой свободных колебаний и их формой. Эти свойства зависят только от расположения масс деталей и упругости соединяющих их участков вала. Свободные колебания не развиваются при работе двигателя, их можно лишь возбудить искусственно, если кратковременно приложить крутящий момент.

После прекращения действия момента система начинает колебаться с определенной частотой, но колебания быстро затухают благодаря внутреннему трению в материале валов. В зависимости от того, в каком месте вала приложить момент, могут возникнуть колебания разных форм. При одной из форм — одноузловой — концы валовой линии закручиваются в разных направлениях, а в средней части одно из сечений не участвует в колебаниях (узел). При двухузловой форме оба конца валовой линии закручиваются в одну сторону, а ее средняя часть — в другую; таким образом образуются два узла. Возможны также трехузловая, четырехузловая и другие формы колебаний. Чем выше форма колебаний, тем больше частота свободных колебаний. В обычных установках практическое значение могут иметь одноузловые и двухузловые колебания; их частота соответственно составляет 200—3000 и 900—10 000 колебаний в минуту.

При увеличении или уменьшении частоты вращения вала двигателя соответственно изменяется и частота вынужденных колебаний от сил давления газов в цилиндрах. На некоторых режимах она совпадает с частотой свободных колебаний одно- или двухузловой формы. В результате развиваются резонансные колебания. Степень их опасности определяется расчетом еще при проектировании установки и проверяется специальным прибором (торсиографом) на одном из судов каждой серии. В случае, если напряжения не превышают допускаемой величины, никаких ограничений не накладывается. Некоторое превышение напряжений говорит о необходимости назначить запретную зону. Продолжительная работа двигателя в этой зоне недопустима, так как может привести к разрушению валовой линии в одном из сечений из-за усталости материала вала. Возможно также повреждение зубьев шестерен редуктора. Внешне работа двигателя в запретной зоне может сопровождаться заметной вибрацией и шумами, но эти признаки обнаруживаются не всегда.

Запретные зоны отмечаются на тахометре красным сектором. Проход через запретную зону при увеличении или уменьшении частоты вращения осуществляется плавно, но быстро.

Значительное превышение напряжений при резонансах над допускаемыми напряжениями представляет опасность даже при кратковременной работе. В таких случаях дизелестроительным или судостроительным заводом принимаются меры борьбы с крутильными колебаниями. Можно, например, уменьшить ширину или диаметр маховика, и тогда запретная зона сместится в зону выше номинальной частоты вращения. Применяют и специальные устройства — демпферы и антивибраторы.

Общим показателем тепловой и механической напряженности дизеля является степень форсирования. Наиболее удобно оценивать степень форсирования величиной удельной поршневой мощности показывающей, сколько эффективных лошадиных сил приходится на 1 дм2 площади поршня.

На долевых режимах удельная поршневая мощность, а следовательно, и тепловая и механическая напряженности резко снижаются. Но это не значит, что малые частота вращения и нагрузки являются наиболее благоприятными для двигателя. На таких режимах ухудшаются условия охлаждения и смазки, происходят забросы масла в выпускной коллектор. Поэтому продолжительная работа на малых нагрузках нежелательна. Некоторые заводы ограничивают минимальную нагрузку на дизель при разных значениях частоты вращения определенными величинами. Такое ограничение, например, введено для распространенного на флоте рыбной промышленности дизеля 8ДР43/61.

 

Работа двигателя при повышенной температуре наружного воздуха.

 

На режимах, близких к предельно допустимой в эксплуатации мощности, двигатель чувствителен к параметрам наружного воздуха. Повышение температуры и влажности воздуха и снижение атмосферного давления приводят к уменьшению весового заряда воздуха, поступающего в цилиндры. В результате снижается мощность и экономичность, ухудшается тепловая и механическая напряженность. Наибольшее влияние оказывает температура воздуха.

По указанной причине дизелестроительные заводы гарантируют номинальную мощность при определенных внешних условиях. В СССР нормальными условиями, согласно ГОСТ 5733—51, считаются температура воздуха на впуске +15° С, барометрическое давление (760 мм рт. ст.) и относительная влажность 0,6. Некоторые заводы, например «Русский дизель», гарантируют номинальную мощность и при менее благоприятных условиях, в частности при температуре до +25° С (двигатель 8ДР43/61).

Каждый дизелестроительный завод в инструкции по эксплуатации двигателя регламентирует величину снижения мощности при изменении внешних условий. При отсутствии в инструкции соответствующих указаний можно руководствоваться следующими ориентировочными данными: мощность двигателя следует снижать на 3—5% при увеличении температуры наружного воздуха на каждые 10° С свыше 20° С.

Работа двигателя при выключенном цилиндре.

 

При невозможности быстро устранить неисправность в одном из цилиндров допускается временная работа двигателя с отключенным цилиндром. Отключение неисправного цилиндра может сопровождаться только прекращением подачи в него топлива или демонтажем деталей движения. В последнем случае у двухтактного двигателя выпускные и продувочные окна закрывают либо специальными приспособлениями, либо путем подвешивания поршня на талях.

Эффективная мощность главных двигателей, работающих при постоянной частоте вращения (в установках с ВРШ), и дизель-генераторов снижается на величину индикаторной мощности отключенного цилиндра.

В установке с обычным винтом фиксированного шага необходимо снизить частоту вращения (об/мин)до значения

где nн —номинальное число оборотов; Niц— индикаторная мощность отключенного цилиндра; Neн— номинальная эффективная мощность дизеля.

Следует иметь в виду, что при отключенном цилиндре изменяется расположение запретной зоны от крутильных колебаний. Поэтому при работе дизеля следует особенно тщательно следить за его шумом и вибрацией.

 

Работа при трогании с места и разгоне судна.

 

При трогании с места и разгоне судна, кроме сопротивления воды, необходимо преодолеть еще силу инерции массы судна. Следовательно, движущая сила и момент винта могут быть больше, чем при равномерном движении судна с заданной скоростью.

Если при трогании судна с места скорость вращения вала двигателя будет больше, то последний окажется перегруженным.

Быстрый разгон, позволяя быстрее достигнуть скорости полного хода судна, вызывает более высокую нагрузку двигателя или даже его перегрузку. При медленном разгоне судна вращающий момент постепенно достигает значения момента полного хода, и разгон судна совершается без перегрузки двигателя.

 

Работа на задний ход и при реверсировании винта.

 

При работе двигателя на задний ход необходимо, чтобы углы открытия и закрытия клапанов газораспределительного механизмы и углы опережения подачи топлива в цилиндры были равны соответствующим углам при работе на передний ход.

Если предохранительные клапаны «стреляют» только при работе двигателя «Назад», то это указывает на увеличение угла опережения подачи топлива по сравнению с работой двигателя «Вперед».

При частоте вращения заднего хода, равной частоте вращения полного хода вперед, момент сопротивления может значительно превысить номинальный момент на валу двигателя, что приведет к перегрузке двигателя.

Большую опасность представляет увеличение напряжений в коленчатом валу на маневрах при торможении движения сжатым воздухом для ускорения процесса реверсирования, а также при разгоне двигателя на задний ход при продолжающемся движении судна вперед.

При движении судна полным ходом двигатель в процессе реверсирования должен остановить гребной винт (при выключенном двигателе судно по инерции продолжает движение и гребной винт вращается под действием потока воды за судном), удержать его в неподвижном положении и начать вращать в нужном направлении. При этом на коленчатом валу создается крутящий момент значительно больше номинального, что может привести к поломке коленчатого вала. Для предотвращения перегрузки двигателя реверсирование необходимо осуществлять при возможно меньшей скорости судна.

studfiles.net

1.5 Режимы работы двигателя

Режимом малого газа называется режим, при котором двигатель устойчиво и надежно работает на минимальной частоте вращения без тенденции падения частоты вращения и без срыва пламени в камере сгорания. Режим малого газа не является рабочим режимом. Он используется для прогрева двигателя после его запуска и при полете вертолета в режиме авторотации без выключения двигателей. Максимально допустимый заброс температуры газа перед турбиной компрессора при выходе двигателя на режим малого газа не должен превышать 600°С(по прибору). Ограничение температуры газа определяется необходимостью постепенного нагрева деталей двигателя для уменьшения температурных напряжений. Ограничение времени работы определяется тем, что двигатель работает на малой частоте вращения неэкономично, кроме того, детали турбокомпрессора подвергаются повышенным вибрационным нагрузкам и недостаточно эффективно работает система охлаждения.

Крейсерским режимом называется режим, при котором гарантируется соответствующая мощность при непрерывной работе двигателя в течение всего установленного ресурса. Этот режим применяют для горизонтального полета на продолжительность, т.е. ему соответствует минимальный часовой расход топлива.

Номинальным режимом называется основной расчетный режим работы двигателя. Время работы на этом режиме по условиям прочности деталей двигателя ограничено. Номинальный режим работы двигателя применяется в основном для набора высоты. Кроме того, при работе двигателя на номинальном режиме по сравнению с крейсерским уменьшается удельный расход топлива. Поэтому номинальный режим можно использовать для получения минимального километрового расхода топлива при полете вертолета на дальность.

Максимальным режимом называется режим, при котором двигатель развивает максимальную мощность при непрерывной работе в течение ограниченного времени по условиям прочности деталей.

Каждому режиму работы двигателя соответствует определенное сочетание параметров силовой установки вертолета.

1.6 Контроль работоспособности двигателя

Безопасность полета вертолета в значительной мере зависит от своевременного обнаружения экипажем неисправностей, которые могут привести к отказам двигателей и оборудования вертолета. Существует несколько способов контроля исправности двигателей в полете: по показаниям приборов, по звуку, по вибрации, по приемистости и по цвету выходящих газов. Так, например, возникновение помпажа компрессора определяется по росту температуры газа перед турбиной, резкому изменению и падению частоты вращения турбокомпрессора. При длительном, слабо выраженном помпаже обгорают турбинные лопатки, что приводит к разбалансировке ротора и появлению вибрации и тряски. Кроме того, разрушение газовоздушного тракта приводит к выбрасыванию из выходного устройства черного дыма с длинными языками пламени и искрением, хорошо видимым, особенно ночью.

Основным видом контроля работы двигателей на вертолете Ми-8 является инструментальный контроль по приборам. Так, по указателю оборотов турбокомпрессора судят о развиваемой мощности, о протекании теплового процесса в двигателе, об исправности подшипников и проточной части двигателя. Для удобства контроля частоты вращения турбокомпрессоров применяются двухстрелочные указатели, где одна показывает частоту вращения турбокомпрессора левого двигателя, а другая – правого. Разность этих показании на установившихся режимах от крейсерского и выше обычно не должно превышать 2,5%. При правильной регулировке системы «ШАГ-ГАЗ» и системы синхронизации мощности двигателей эта разность в основном определяется ошибкой системы измерения частоты вращения турбокомпрессора которого больше, а двигатель, имеющий меньшую частоту вращения, практически не загружен. Такая работа силовой установки оказывает неблагоприятное влияние на работу нагруженного двигателя и вертолетного редуктора. Разнорежимность работы двигателей при применеии системы синхронизации мощности по давлению за компрессорами может возникнуть из-за нарушения нормальной работы этой системы (например, скопление конденсатов в соединительных шлангах синхронизаторов, частичная разгерметизация воздухопроводов и т.п.), а так же из-за частичного отказа (уменьшения мощности) одного из двигателей.

Тепловые режимы двигателей оценивают по указателю температуры газа перед турбиной и температуры масла.

Температура газа определяет процесс сгорания топлива и со­стояние деталей газовоздушного тракта Каждому режиму работы двигателя строго соответствует установленная для летной эксплуа­тации температура газа. Нормальная температура газа указывает, что тепловой режим двигателя соответствует расчетному. Повыше­ние температуры газа обычно является признаком обрыва турбин­ных или компрессорных лопаток, помнажа компрессора, разрушения подшипников роторов, обледенения входной части двигателя. При­знаком неисправности топливных форсунок и самовыключения дви­гателя является уменьшение температуры газа Особенно опасным является заброс температуры газа выше допустимой при запуске дви­гателя и при работе на максимальном режиме, так как это сопровож­дается перегревом деталей камеры сгорания, гурбин и може: привести к их разрушению. При равномерной загрузке обоих двигателей вертолета разность показаний приборов измерения температуры га­за определяется ошибкой измерительной системы и несовершенством работы системы синхронизации мощности; обычно она постоянна. При правил!.пой регулировке сопротивления цепи термопар и сис­темы синхронизации мощности двигателей разность показаний приборов измерения температуры газа не превышает 20 "С. Увели­чение leMiiepaтури газа перед iyp6nnoii одного из двигателей при сохранении постоянной частоты вращения может свидетельствовать о неисправности проточной части этого двигателя и увеличении по­дачи юплива в него системой синхронизации для сохранения мощ­ности, одинаковой с другим двигателем.

Температура масла определяет исправность системы смазки п тепловое состояние основных деталей и узлов двигателя. Поэтому, несмотря на хорошую вязкостно температурную характеристику применяемого синтетического масла, его температура не должна превышать заданное значение. 11овышение температуры масла выше этого значения свидетельствует о недостаточном количестве масла в системе или о разрушении трущихся деталей двигателя. Рез­кое повышение температуры масла может являться также резуль­татом прорыва газа из газового тракта в масляные полости двига­теля.

Приборы, установленные в кабине вертолета, контролируют также давление масла в маслосистеме и давление топлива перед форрсунками. Падение давления масла свидетельствует о недостаточном его количестве в системе смазки, засорении маслофильт­ров, внешних утечках масла в газовоздушный тракт и об образова­нии воздушной пробки на входе в нагнетающий маслонасос. Работа двигателя с давлением масла ниже допустимого может привести к разрушению подшипников роторов.

Давление топлива перед форсунками отражает исправность топ­ливной системы двигателя. Рост давления топлива выше допустимо­го с одновременным «зависанием» температуры газа перед турбиной обычно означает засорение топливных форсунок. Это явление чрез­вычайно опасное, так как форсунки засоряются неравномерно, что вызывает значительную неравномерность по окружности тем­пературы газа перед турбиной. Турбинные лопатки с большой час­тотой попадают в зоны с различной температурой и могут разрушается. Работу отдельных агрегатов, систем, а следовательно, и са­мого двигателя контролируют также по загоранию на приборной доске сигнализирующих лампочек и световых табло. Исправность работы двигателей определяют также по звуку, т. е. по изменению тона шума, создаваемого двигателем. В вертолет­ной силовой установке несущий винт, газовая турбина, компрессор и струя выхлопных газов являются источниками шума, характер­ного для каждого из них. Звуки в виде стука, скрежета, скрипа являются посторонними и не допускаются. В практике эксплуатации двигателей встречаются и такие неис­правности, которые можно определить только по вибрации. Так, при частичном обрыве компрессорной или турбинной лопатки нару­шается балансировка ротора, что вызывает сильную вибрацию кон­струкции. В отдельных случаях неисправность двигателя и его сис­тем экипаж может определить по запаху. Так, по запаху керосина и масла можно установить разгерметизацию топливной и масляной систем; по запаху дыма — возникновение скрытого очага пожара. Одним из важных способов контроля исправности проточной части двигателя является определение выбега (времени инерцион­ного вращения роторов после выключения двигателя). По времени выбега находят разрушение подшипников, вытяжку и задевание за металлокерамические вставки корпуса турбинных и компрес­сорных лопаток, попадание в двигатель посторонних предметов. Выбег турбокомпрессорной части двигателей определяютобычно начиная от частоты вращения малого газа до полной остановки, а выбег свободной турбины — косвенно по несущему винту. Если несущий винт после выключения двигателей в безветренную погоду еще долго вращается (20...30 с), то считается, что детали транс­миссии исправны и хорошо приработаны. Одновременно с проверкой выбега прослушивают двигатель, чтобы определить посторонние шумы. На новых двигателях, когда еще происходит приработка трущихся пар, время выбега минимальное, а с увеличением на­работки оно увеличивается. Каждый тип двигателя имеет свое минимально допустимое время выбега. Экипаж должен хорошо знать это время и при выключении двигателя проверять его. Двигатель, у которого выбег меньше допустимого, к эксплуатации не допус­кается до выяснения и устранения причины неисправного состо­яния.

studfiles.net

Типы работы судовых двигателей

Режимы работы двигателя на судне определяются величиной крутящего момента на коленчатом валу и частотой вращения.

К установившимся режимам относится работа на гребной винт или генератор при постоянной частоте вращения и неизменной нагрузке. Характер этих режимов зависит во многом от сопротивления воды движению судна.

Особыми установившимися режимами являются работа двигателя при увеличенных температурах наружного воздуха, повышенном сопротивлении в выпускном тракте вследствие засорения его сажей и осадками масла, работа с неполным числом цилиндров или при неисправном турбокомпрессоре, работа при плавании в битом льду, с ненормальным дифферентом, с поврежденным гребным винтом.

К неустановившимся режимам работы двигателя относятся работа при пусках, прогреве и остановках, работа при переходе с одного скоростного режима на другой (постановка и выборка орудий лова), работа на винт при разгоне судна, работа во время реверсирования судна или его циркуляции, работа на заднем ходу, работа на генератор при изменении электрической нагрузки.

 

Работа дизеля при увеличенном сопротивлении движению судна

Если сопротивление движению судна по каким-либо причинам увеличилось, например вследствие обрастания корпуса, плохой погоды, влияния мелководья или при буксировке трала, гребной винт становится более «тяжелым». Иначе говоря, он потребляет от двигателя при той же частоте вращения мощности, большую, чем при обычных условиях.

В установке с обычным гребным винтом фиксированного шага во избежание перегрузки двигателя снижают частоту вращения. На сколько нужно понизить частоту вращения, определяют в каждом конкретном случае в соответствии с инструкцией завода-изготовителя, в которой указываются предельные значения температуры выпускных газов, расхода топлива или максимального давления сгорания для каждого значения частоты вращения (ограничительная характеристика).

В установке с ВРШ нет необходимости снижать частоту вращения - можно лишь уменьшить шаг винта с таким расчетом, чтобы параметры двигателя, контролируемые по приборам, соответствовали номинальному режиму.

Наиболее тяжелым установившимся режимом является работа на швартовах. В этом случае сопротивление движению корпуса бесконечно велико.

В практике эксплуатации возможны случаи уменьшения сопротивления движению судна, например при плавании в балласте или при сильном попутном ветре. Гребной винт при этом становится «легче», т. е. несколько недогружает главный двигатель при номинальной частоте вращения.

Выбор режима при увеличении сопротивления движению судна диктуется необходимостью сохранения тепловой и механической напряженности двигателя в нужных пределах. Показателем теплонапряженности является величина и характер изменения температуры в стенках поршней, цилиндровых втулок и крышек. Так, температура зеркала цилиндра в районе первого поршневого кольца (при положении поршня в в. м. т.) не должна превышать 175° С во избежание разрушения масляной пленки и возникновения сухого трения. Температура поршней лимитируется в районе первого поршневого кольца из условий предотвращения его закоксовывания, на днище поршня из условий сохранения допускаемых тепловых напряжений и отсутствия коксо- и лакообразования со стороны, омываемой охлаждающим маслом.

Показателем механической напряженности является напряжения и деформации, возникающие в деталях от действия сил давления газов и сил инерции движущихся частей. Косвенно о механической напряженности можно судить по величине максимального давления сгорания и жесткости работы двигателя, под которой понимают интенсивность повышения давления в цилиндре во время сгорания топлива.

Большое влияние на механическую напряженность коленчатого вала оказывают крутильные колебания. Коленчатый вал вместе с другими присоединенными к нему движущимися поступательно и вращающимися деталями представляет собой упругую систему, отдельные участки которой при работе двигателя закручиваются и раскручиваются в разных направлениях. Такие «вынужденные» крутильные колебания наблюдаются на всех режимах, и вызываются они главным образом периодическим действием сил давления газов в цилиндрах. Иногда оказывает влияние и неравномерный крутящий момент гребного винта, периодичность изменения которого зависит от числа лопастей.

Упругая вращающаяся система валов обладает собственными колебательными свойствами - частотой свободных колебаний и их формой. Эти свойства зависят только от расположения масс деталей и упругости соединяющих их участков вала. Свободные колебания не развиваются при работе двигателя, их можно лишь возбудить искусственно, если кратковременно приложить крутящий момент.

После прекращения действия момента система начинает колебаться с определенной частотой, но колебания быстро затухают благодаря внутреннему трению в материале валов. В зависимости от того, в каком месте вала приложить момент, могут возникнуть колебания разных форм. При одной из форм - одноузловой - концы валовой линии закручиваются в разных направлениях, а в средней части одно из сечений не участвует в колебаниях (узел).

При двухузловой форме оба конца валовой линии закручиваются в одну сторону, а ее средняя часть - в другую; таким образом образуются два узла. Возможны также трехузловая, четырехузловая и другие формы колебаний. Чем выше форма колебаний, тем больше частота свободных колебаний. В обычных установках практическое значение могут иметь одноузловые и двухузловые колебания; их частота соответственно составляет 200 - 3000 и 900 - 10000 колебаний в минуту.

При увеличении или уменьшении частоты вращения вала двигателя соответственно изменяется и частота вынужденных колебаний от сил давления газов в цилиндрах. На некоторых режимах она совпадает с частотой свободных колебаний одно- или двухузловой формы. В результате развиваются резонансные колебания. Степень их опасности определяется расчетом еще при проектировании установки и проверяется специальным прибором (торсиографом) на одном из судов каждой серии. В случае, если напряжения не превышают допускаемой величины, никаких ограничений не накладывается.

Некоторое превышение напряжений говорит о необходимости назначить запретную зону. Продолжительная работа двигателя в этой зоне недопустима, так как может привести к разрушению валовой линии в одном из сечений из-за усталости материала вала. Возможно также повреждение зубьев шестерен редуктора. Внешне работа двигателя в запретной зоне может сопровождаться заметной вибрацией и шумами, но эти признаки обнаруживаются не всегда.

Запретные зоны отмечаются на тахометре красным сектором. Проход через запретную зону при увеличении или уменьшении частоты вращения осуществляется плавно, но быстро.

Значительное превышение напряжений при резонансах над допускаемыми напряжениями представляет опасность даже при кратковременной работе. В таких случаях дизелестроительным или судостроительным заводом принимаются меры борьбы с крутильными колебаниями. Можно, например, уменьшить ширину или диаметр маховика, и тогда запретная зона сместится в зону выше номинальной частоты вращения. Применяют и специальные устройства - демпферы и антивибраторы.

Общим показателем тепловой и механической напряженности дизеля является степень форсирования. Наиболее удобно оценивать степень форсирования величиной удельной поршневой мощности показывающей, сколько эффективных лошадиных сил приходится на 1 дм2 площади поршня.

На долевых режимах удельная поршневая мощность, а следовательно, и тепловая и механическая напряженности резко снижаются. Но это не значит, что малые частота вращения и нагрузки являются наиболее благоприятными для двигателя. На таких режимах ухудшаются условия охлаждения и смазки, происходят забросы масла в выпускной коллектор. Поэтому продолжительная работа на малых нагрузках нежелательна. Некоторые заводы ограничивают минимальную нагрузку на дизель при разных значениях частоты вращения определенными величинами. Такое ограничение, например, введено для распространенного на флоте рыбной промышленности дизеля 8ДР43/61.

 

Работа двигателя при повышенной температуре наружного воздуха

На режимах, близких к предельно допустимой в эксплуатации мощности, двигатель чувствителен к параметрам наружного воздуха. Повышение температуры и влажности воздуха и снижение атмосферного давления приводят к уменьшению весового заряда воздуха, поступающего в цилиндры. В результате снижается мощность и экономичность, ухудшается тепловая и механическая напряженность. Наибольшее влияние оказывает температура воздуха.

По указанной причине дизелестроительные заводы гарантируют номинальную мощность при определенных внешних условиях. В СССР нормальными условиями, согласно ГОСТ 5733 - 51, считаются температура воздуха на впуске +15° С, барометрическое давление (760 мм рт. ст.) и относительная влажность 0,6. Некоторые заводы, например «Русский дизель», гарантируют номинальную мощность и при менее благоприятных условиях, в частности при температуре до +25° С (двигатель 8ДР43/61).

Каждый дизелестроительный завод в инструкции по эксплуатации двигателя регламентирует величину снижения мощности при изменении внешних условий. При отсутствии в инструкции соответствующих указаний можно руководствоваться следующими ориентировочными данными: мощность двигателя следует снижать на 3 - 5% при увеличении температуры наружного воздуха на каждые 10° С свыше 20° С.

 

Работа двигателя при выключенном цилиндре

При невозможности быстро устранить неисправность в одном из цилиндров допускается временная работа двигателя с отключенным цилиндром. Отключение неисправного цилиндра может сопровождаться только прекращением подачи в него топлива или демонтажем деталей движения. В последнем случае у двухтактного двигателя выпускные и продувочные окна закрывают либо специальными приспособлениями, либо путем подвешивания поршня на талях.

Эффективная мощность главных двигателей, работающих при постоянной частоте вращения (в установках с ВРШ), и дизель-генераторов снижается на величину индикаторной мощности отключенного цилиндра.

В установке с обычным винтом фиксированного шага необходимо снизить частоту вращения (об/мин) до значения

где nн - номинальное число оборотов; Niц - индикаторная мощность отключенного цилиндра; Neн - номинальная эффективная мощность дизеля.

Следует иметь в виду, что при отключенном цилиндре изменяется расположение запретной зоны от крутильных колебаний. Поэтому при работе дизеля следует особенно тщательно следить за его шумом и вибрацией.

 

Работа при трогании с места и разгоне судна

При трогании с места и разгоне судна, кроме сопротивления воды, необходимо преодолеть еще силу инерции массы судна. Следовательно, движущая сила и момент винта могут быть больше, чем при равномерном движении судна с заданной скоростью.

Если при трогании судна с места скорость вращения вала двигателя будет больше, то последний окажется перегруженным.

Быстрый разгон, позволяя быстрее достигнуть скорости полного хода судна, вызывает более высокую нагрузку двигателя или даже его перегрузку. При медленном разгоне судна вращающий момент постепенно достигает значения момента полного хода, и разгон судна совершается без перегрузки двигателя.

 

Работа на задний ход и при реверсировании винта

При работе двигателя на задний ход необходимо, чтобы углы открытия и закрытия клапанов газораспределительного механизмы и углы опережения подачи топлива в цилиндры были равны соответствующим углам при работе на передний ход.

Если предохранительные клапаны «стреляют» только при работе двигателя «Назад», то это указывает на увеличение угла опережения подачи топлива по сравнению с работой двигателя «Вперед».

При частоте вращения заднего хода, равной частоте вращения полного хода вперед, момент сопротивления может значительно превысить номинальный момент на валу двигателя, что приведет к перегрузке двигателя.

Большую опасность представляет увеличение напряжений в коленчатом валу на маневрах при торможении движения сжатым воздухом для ускорения процесса реверсирования, а также при разгоне двигателя на задний ход при продолжающемся движении судна вперед.

При движении судна полным ходом двигатель в процессе реверсирования должен остановить гребной винт (при выключенном двигателе судно по инерции продолжает движение и гребной винт вращается под действием потока воды за судном), удержать его в неподвижном положении и начать вращать в нужном направлении. При этом на коленчатом валу создается крутящий момент значительно больше номинального, что может привести к поломке коленчатого вала. Для предотвращения перегрузки двигателя реверсирование необходимо осуществлять при возможно меньшей скорости судна.

seaman-sea.ru

Режим работы двигателя - это... Что такое Режим работы двигателя?

 Режим работы двигателя Режим работы двигателя состояние, характеризуемое совокупностью параметров двигателя в конкретных условиях полёта при определенном постоянном положении основного регулирующего двигатель устройства (рычага управления двигателем при ручном управлении или задатчика режимов при автоматическом управлении, например с помощью бортовой ЦВМ). Каждому Р. р. д. соответствует также определенное положение или совокупность положений всех др. устройств, регулирующих элементы двигателя. Р. р. д. классифицируются по различным признакам, например по назначению (рабочие, или эксплуатационные, и нерабочие), близости к расчётному режиму (расчётные, нерасчётные, глубоко нерасчётные), характеру протекания во времени (установившиеся, неустановившиеся, переходные). Переходные режимы подразделяются на медленные и быстрые. При использовании пусковых устройств определенную группу переходных режимов составляют так называемые пусковые режимы. При установке на двигателе средств форсирования его по тяге вводятся нефорсированный, форсированный режимы и в ряде случаев чрезвычайный режим наибольшего кратковременного форсирования двигателя. Аналогичным образом при наличии на двигателе реверсивного устройства используется реверсированный режим (режим обратной тяги). Наибольшее значение имеют, как правило, рабочие Р. р. д. Их название обычно отражает какую-либо функцию, выполняемую двигателем на летательном аппарате, например взлётный, номинальный (режим набора высоты), крейсерский (один из основных полётных режимов) Р. р. д., режим полётного малого газа (снижение и заход летательного аппарата на посадку), режим земного малого газа (рулёжка летательного аппарата по аэродрому). В пределах каждой группы эксплуатационных режимов могут выделяться максимальные (полные), минимальные и промежуточные (частичные) режимы, как, например, режим полного форсирования, режим минимального форсирования, режим частичного форсирования; минимальный, максимальный и промежуточные крейсерские режимы. См. также Переходные режимы работы двигателя, Расчётный режим работы двигателя.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.

.

  • Режим полета летательного аппарата
  • Режимы летательного аппарата

Смотреть что такое "Режим работы двигателя" в других словарях:

  • режим работы двигателя — режим работы двигателя — состояние, характеризуемое совокупностью параметров двигателя в конкретных условиях полёта при определенном постоянном положении основного регулирующего двигатель устройства (рычага управления двигателем при ручном… …   Энциклопедия «Авиация»

  • режим работы двигателя — режим работы двигателя — состояние, характеризуемое совокупностью параметров двигателя в конкретных условиях полёта при определенном постоянном положении основного регулирующего двигатель устройства (рычага управления двигателем при ручном… …   Энциклопедия «Авиация»

  • режим работы двигателя — Рабочее состояние двигателя, характеризуемое совокупностью параметров, определяющих развиваемую им мощность (тягу), расход топлива, тепловую и динамическую напряженность его деталей …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Расчётный режим работы двигателя — задаваемый при проектировочном расчёте авиационного воздушно реактивного двигателя режим его работы. При проектировании определяются размеры проходных сечений проточной части двигателя и его составных частей компрессора, турбины, камеры сгорания …   Энциклопедия техники

  • расчётный режим работы двигателя — расчётный режим работы двигателя — задаваемый при проектировочном расчёте авиационного воздушно реактивного двигателя режим его работы. При проектировании определяются размеры проходных сечений проточной части двигателя и его составных… …   Энциклопедия «Авиация»

  • расчётный режим работы двигателя — расчётный режим работы двигателя — задаваемый при проектировочном расчёте авиационного воздушно реактивного двигателя режим его работы. При проектировании определяются размеры проходных сечений проточной части двигателя и его составных… …   Энциклопедия «Авиация»

  • РЕЖИМ РАБОТЫ СУДОВЫХ МЕХАНИЗМОВ — рабочее состояние механизма, характеризуемое определ. сочетанием значений параметров его работы. Понятие режима работы суд. механизмов несколько условно, т. к. оно определяется кол вом параметров, замеряемых в конкретных условиях. Разнообразие… …   Морской энциклопедический справочник

  • продолжительный номинальный режим работы — 3.11 продолжительный номинальный режим работы (S1): Режим работы при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышение температуры всех частей электрической машины, аппарата или прибора, при неизменной температуре… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • кратковременный номинальный режим работы — 3.12 кратковременный номинальный режим работы (S2): Режим, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения. При этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • моторный режим работы — 3.14 моторный режим работы (motoring): Работа двигателя без топлива с отключенным зажиганием. Источник: ГОСТ Р 52946 2008: Нефтепродукты. Определение детонационных характеристик моторных и авиационных топлив. Моторный метод …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

dic.academic.ru

РЕМОНТ / ДИАГНОСТИКА / РЕГУЛИРОВКА ТНВД И ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ – Режимы работы дизельного двигателя

Пуск

При пуске двигателя стартером прокручивается кривошипно-шатунный механизм, в цилиндрах происходит воспламенение смеси и обороты коленвала увеличиваются до холостого хода. Из-за сжатия, воздух нагревается и воспламеняет топливо (минимальная температура для воспламенения составляет 250 С). Минимальная температура должна быть гарантирована и при низкой частоте вращения коленвала, а также низкой температуре окружающей среды (в зимний период) и низкой температуре охлаждающей жидкости (холодный двигатель). Существенно осложняют быстрый пуск следующие причины:

  • низкая частота вращения коленвала влияет на понижение конечного давления сжатия и понижение температуры. Причина этого — утечки заряда в зазорах поршневых колец между поршнем и стенкой цилиндра. И из-за первоначальной масляной пленки, которая ещё не успела образоваться. Во время сжатия, максимум температуры приходится на угол за несколько градусов до угла термодинамических потерь.

  • потеря тепла на такте сжатия на холодном двигателе. Высокие теплопотери у двигателей с разделенными камерами сгорания (из-за большой поверхности камер)

  • повышение трения в кривошипно-шатунном механизме из-за вязкости масла при низкой температуре.

  • падающее (на холоде) напряжение аккумулятора влияет на снижение частоты вращения вращения стартера

  • образование парафина в топливе, при использовании его в погодных условиях с низкой температурой (зима).

Решение проблем с топливом

Проблему образования кристаллов парафина можно решить подогревом топлива или фильтра. Или можно (а лучше — желательно) использовать топливо, предназначенное специально для зимнего времени года.

Системы предвпускного подогрева

При впрыске топлива облегчение пуска дизеля осуществляется за счет подогрева воздуха во впускном тракте (грузовые автомобили) или свечами накаливания (легковые автомобили). В двигателях с разделенными камерами сгорания применяются свечи накаливания. Это способствует облегчению испарения топлива и надежному воспламенению. Свечи накаливания предварительно нагреваются за несколько секунд, это обеспечивает быстрый пуск. Последнее поколение свечей имеют низкую температуру нагретого состояния, и это похволяет дольше сохранять им температуру. За счет этого снижается эмиссия ОГ и уровень шума работающего прогретого двигателя.

Изменение параметров впрыскивания

Для облегчения пуска должны быть соблюдены несколько условий. Первое — увеличение стартовой цикловой подачи топлива для повышения крутящего момента и компенсации потерь на утечки и конденсат. Второе — ранний момент начала впрыска для облегчения воспламенения в ВМТ поршня при максимальной температуре конца сжатия. Момент начала впрыска важно установить максимально точно. Если топливо впрыснуто рано, то оно оседает на холодных стенках цилиндра и испаряется только малое количество, так как температура заряда воздуха еще низкая. При позднем впрыске топливо воспламеняется на такте расширения, и поршень имеет слишком малое ускорение. Для качественного своевременного

распыления топлива и его распределения по камере системой впрыска должна соблюдаться дисперсность (минимальный размер распыляемых частиц топлива) для быстрого смесеобразования.

Нулевая нагрузка

Нулевая нагрузка — это все рабочие режимы двигателя, при которых крутящий момент не развивается, а двигатель при этом преодолевает только своё внутреннее трение, педаль газа может занимать любое положение, также как и любая частота вращения коленвала( до срабатывания ограничителя частоты вращения).

Холостой ход

Этот режим подразумевает минимальную частоту вращения коленвала при нулевой нагрузке.

Педаль газа при этом в свободном сосотоянии. Двигатель не производит крутящий момент, а преодолевает только внутреннее трение. Максимальная частота вращения коленвала при нулевой нагрузке называют максимальной частотой вращения коленвала на холостом ходу.

Полная нагрузка

Педаль газа полностью нажата. В стационарном режиме работы двигатель развивает максимальный крутящий момент. В нестационарном режиме (с ограничением давления наддува) двигатель выдает максимально возможный (ниже по сравнению со стационарным режимом) крутящий момент, доступен весь диапазон частоты вращения — от холостого хода до максимально допустимого значения.

Частичная нагрузка

Охватывает промежуток между нулевой и полной нарузкой. Крутящий момент при этом между нулевым и максимально возможным значением.

Частичная нагрузка в режиме холостого хода

Частота вращения холостого хода поддерживается регулятором. Значение крутящего момента может доходить до полного.

Нижняя область частичных нагрузок

При низкой частоте вращения коленвала температура сжатия мала. Тепловыделение и повышение температуры не велики и камера сгорания остается холодной и её разогрев происходит медленно. При маленькой нагрузке и предварительном впрыске за один цикл в камеру сгорания подается несколько кубических миллиметров топлива. Как и при пуске, максимальная температура сгорания возникнет только в верхней мертвой точке поршня. Момент начала впрыска должен определяться с высокой точностью. Во время задержки воспламенения, нужно малую часть подачи из всего цикла, так как количество топлива в камере сгорания определяет скорость повышения давления в цилиндре. Шум сгорания зависит от повышения давления. Предварительный впрыск топлива сведет задержку воспламенения к нулю и шум от сгорания уменьшится.

Принудительный холостой ход

В этом режиме двигатель приводится трансмиссией (при движении под уклон)

Стационарный режим

Крутящий момент равен требуемому, частота вращения коленвала — неизменна.

Нестационарный режим

Крутящий момент не соответствует нужному. Частота вращения коленвала изменяется.

Переход между режимами

При изменении нагрузки, частоты вращения, педали газа изменяется и работа двигателя.

tnvd.org

Устойчивость режимов работы двигателей

Равновесный режим работы двигателя может поддерживаться в течение конечного интервала времени только при условии ра­венства количества энергии, вырабатываемой двигателем, количеству энергии, поглощаемой потребителем. Если эти количества энергии охарактеризовать крутящим моментом двигателя М и моментом сопротивления Мс, приведенным к валу двигателя, то условие получения равновесного режима обусловливается урав­нением статического равновесия (1). Частота вращения коленчатого вала при этом остается постоянной во времени.

На рис. 26 приведен график, на котором совмещены характе­ристики двигателя (кривые 1, 2, 3 и 4) с характеристиками потре­бителя (кривые 5, 6, 7 и 8). Точки пересечения их (А, В, С и т. д.) характеризуют установившиеся режимы работы, так как удовлет­воряют условию (1). График показывает также и то, что при выб­ранных положениях органа управления (выбрана частичная ха­рактеристика двигателя, например, кривая 2) и ха­рактеристике потребителя (например, кривая 6) равновесный режим (точка В) для данного вида характеристик соот­ветствует определенной угловой скорости ?B.

Установившийся режим работы двигателя с течением времени может нарушаться по различным причинам, вызывающим кратко­временные изменения в условиях работы или двигателя, или потребителя. К таким причинам можно отнести, например, пропуск вспышки в одном из цилиндров двигателя, отчего получается крат­ковременное уменьшение крутящего момента (по существу кратковременный переход на другую частичную характеристику) или оголение гребного винта судна во время штормовой погоды, вы­зывающее изменение характеристики сопротивления (вместо харак­теристики 6 для гребного винта, находящегося в воде, в этот мо­мент действует характеристика 8 для гребного винта, находяще­гося в воздухе).

Нарушение установившегося режима работы двигателя вызы­вает отклонение частоты вращения вала в ту или иную сторону. При оголении гребного винта нагрузка главного двигателя резко уменьшается, поэтому частота вращения вала увеличивается и ока­зывается больше частоты вращения вала при равновесном режиме (?в) в момент погружения винта, когда характеристикой сопро­тивления вновь становится кривая 6. Работа главного двигателя в этот момент зависит от взаимного протекания характеристик двигателя и потребителя. Действительно, при новой угловой ско­рости ?в’ > ?в (рис. 27, а) момент сопротивления Мс становится больше крутящего момента двигателя М, вследствие чего угловая скорость вала уменьшается и равновесный режим восстанавли­вается.

При пропуске вспышки частота вращения вала, наоборот, уменьшается до значения ?в”<?в, вследствие чего момент сопротивления Мс окажется меньше крутящего момента двига­теля М. Это вновь вызовет увеличение частоты вращения вала и, так же как и в предыдущем случае, восстановление установив­шегося режима ?в.

Способность двигателя восстанавливать равновесный режим без воздействия на орган управления называется самовыравниванием (устойчивостью). В этом случае считают, что двигатель обла­дает положительным самовыравниванием или имеет устойчивые равновесные режимы работы.

Устойчивый равновесный режим двигателя аналогичен край­нему нижнему положению шарика на вогнутой поверхности (рис. 27, а).

При ином взаимном протекании характеристик двигателя и по­требителя в точке равновесного режима последний может быть слабо устойчивым или неустойчивым вообще (рис. 27, б). Действи­тельно, при отклонении скоростного режима от равновесного ?в, например, в сторону увеличения угловой скорости ?в’>?в, крутящий момент двигателя М оказывается больше момента со­противления Мс. Поэтому в системе двигатель—потребитель по­является избыток энергии, что вызывает увеличение частоты вра­щения, и равновесный режим ?в, таким образом, не восстанавли­вается. При уменьшении угловой скорости до ?в’ крутящий мо­мент двигателя М становится меньше момента сопротивления Мс, в результате чего происходит дальнейшее снижение частоты вра­щения вплоть до самопроизвольной остановки двигателя. Это зна­чит, что равновесный скоростной режим в точке В является не­устойчивым.

Неустойчивый режим двигателя аналогичен положению ша­рика, находящегося в крайней верхней точке выпуклой поверх­ности (при малейшем отклонении шарик не вернется в прежнее положение). В этом случае двигатель обладает отрицательным само­выравниванием.

Наконец, если характеристики двигателя и потребителя сов­падают всеми своими точками в некотором диапазоне скоростных режимов, то двигатель в этом случае обладает нулевым самовырав­ниванием. Такой режим двигателя аналогичен положению шарика на горизонтальной плоскости.

Таким образом, устойчивость режимов работы двигателей опре­деляется взаимным влиянием характеристик двигателя и потре­бителя. Поэтому один и тот же двигатель с одним потребителем может работать на хорошо устойчивых режимах, а с другим — на слабоустойчивых или вообще неустойчивых режимах.

Понятие устойчивости включает, следовательно, не только ка­чественную характеристику режима работы двигателя, но и ко­личественную, так как устойчивые (или неустойчивые) режимы ра­боты неравноценны. Для уяснения этого положения достаточно проанализировать режим в точке В (см. рис. 27, а), образуемый пересечением характеристики потребителя (кривая 2) с характери­стиками двух различных двигателей (кривые 1 и 3). Восстановле­ние режима в точке В происходит из-за избытка (при уменьшении ?) или недостатка (при увеличении ?) крутящего момента.

Чем больше избыток или недостаток крутящего момента при том же отклонении частоты вращения от равновесной, тем большее количество энергии участвует в восстановлении равновесного режима и тем быстрее (при про­чих равных условиях) последний будет восстановлен.

При уменьшении угловой скорости до ?в” двигатель, имеющий характеристику 1, получит избыток крутящего момента

?Мі = М” — М”с,

а двигатель, имеющий характеристику 3, избыток крутящего мо­мента

?М2 = М”’ — М”c,

но так как ?М1 > ?М2, то режим работы первого двигателя бо­лее устойчив, чем второго.

Устойчивость работы зависит от дисбаланса крутящего момента двигателя и момента потребителя при данном отклонении угловой скорости от равновесного режима. Поэтому оценкой устойчиво­сти режима работы двигателя может служить отношение

Fд=?M’/?? ,

называемое фактором устойчивости двигателя.

При выбранном отклонении скоростного режима ?? (рис. 28) разность ?M’ момента сопротивления и крутящего момента дви­гателя может быть принята приближенно равной отрезку между касательными 3 и 4, проведенными к характеристикам 1 и 2 в точке равновесного режима В. Из графика видно, что ?М' будет тем точнее соответствовать действительному дисбалансу ?Мд, чем меньше ??. Принимая отклонение скоростного режима от равно­весного малым, фактор устойчивости можно представить в виде

При известных углах ?с и ?е наклона касательных в точке В равновесного режима приращения ?Мс момента сопротивления и ?М крутящего момента двигателя определяются соотношениями

Здесь использованы частные производные, так как момент сопроти­вления зависит не только от скоростного режима, но и от настройки потребителя (например, от выбора передачи в коробке передач или от шага ВИШ), а крутящий момент двигателя зависит, кроме угловой скорости вала, от положения органа управления. С уче­том этих соотношений

Fд=дМс/д? – дМ/д?

Характер сил, появляющихся при выводе коленчатого вала двигателя из состояния равновесного вращения, определяется знаком Fд. Если дМс/д? > дМ/д? характеристика сопротивле­ния будет более крутой, чем характеристика двигателя, и режим работы будет устойчивым. Фактор устойчивости Fд при этом по­ложителен, и двигатель имеет положительное самовыравнивание. Если дМс/д? < дМ/д?, то Fд<0, режим неустойчив, а двигатель обладает отрицательным самовыравниванием.

Сравнение характеристик карбюраторного двигателя (см. рис. 23, а) с характеристиками потребителя (см. рис. 25) позволяет заключить, что карбюраторные двигатели имеют существенное положительное самовыравнивание (Fд > 0), в то время как у ди­зелей фактор устойчивости либо положителен, но мал по абсолют­ной величине (рис. 29), либо имеет даже отрицательное значение (см. рис. 27, б).

vdvizhke.ru

Неустановившиеся режимы работы двигателей

Наблюдения за эксплуатацией двигателей внутреннего сгорания показывают, что значительную часть их рабочего времени зани­мают такие режимы работы, которые являются следствием смены нагрузки со стороны потребителя энергии (или других внешних условий) или воздействия на двигатель обслуживающего персо­нала. При таких режимах постоянство во времени значений тех или иных параметров, входящих в функциональную зависимость (6), нарушается и все они (или некоторые из них) меняют свои значения с течением времени.

Изменение во времени одного, нескольких или всех параметров, характеризующих работу двигателя, является единственным и исчерпывающим признаком появления в процессе эксплуатации так называемых неустановившихся режимов работы двигателя. Практика показывает, что неустановившиеся режимы часто зани­мают значительно больше рабочего времени двигателя (до 66— 80%), чем установившиеся режимы.

Основным признаком появления неустановившегося режима работы двигателя является нарушение условий статического рав­новесия (1)—(5) или любых других, аналогичных названным. В результате этого двигатель вырабатывает избыточное (или не­достаточное) количество энергии или нарушается его тепловой баланс. Например, избыток (в алгебраическом смысле) энергии в виде крутящего момента М двигателя расходуется на изменение угловой скорости (о коленчатого вала двигателя и связанных с ним агрегатов, определяемое дифференциальным уравнением, написан­ным в соответствии с принципом д'Аламбера:

где J — приведенный момент инерции двигателя и связанных с ним агрегатов.

Нарушение теплового баланса в системе охлаждения двига­теля приводит к изменению температурных показателей работы этой системы в соответствии с дифференциальным уравнением

где С — теплоемкость системы охлаждения двигателя.

Давление Рк воздуха во впускном коллекторе двигателя изменя­ется по закону, определяемому дифференциальным уравнением

где Vв — объем впускного коллектора; Тк — температура воздуха в нем; R — газовая постоянная.

Давление рг отработавших газов в выпускном коллекторе двигателя изменяется по закону, определяемому дифференциаль­ным уравнением

где Vr — объем выпускного коллектора; Тr — температура отра­ботавших газов в выпускном коллекторе; Rr — газовая постоян­ная отработавших газов.

Избыток крутящего момента Мт турбины турбокомпрессора приводит к раскрутке его ротора в соответствии с дифференциаль­ным уравнением

где Jk — приведенный момент инерции ротора турбокомпрессора; ?к — его угловая скорость.

В связи с нарушением условий статического равновесия (1)— (4) или (5) и появлением в системе изменений, определяемые дифференциальными уравнениями (8)—(11) или (12) (и другими, подобными им), все (или некоторые) параметры, входящие в за­висимость (6), при неустановившихся режимах получают прира­щения, и их значения становятся зависимыми от времени. В связр с этим зависимость (6) применительно к неустановившимся ре­жимам работы двигателя должна быть дополнена координатор времени I и представлена в виде

Введение времени t в функциональную зависимость (13) сви­детельствует о том, что определенные (числовые) значения пара­метров, входящих в эту зависимость, имеют смысл лишь для конкретно выбранного мгновения времени t. В зависимость (13), таким образом, должны входить мгновенные значения параметров, меняющихся во времени. Для неустановившихся режимов можно строить характеристики, аналогичные показанным на рис. 23 или 24, с той лишь разницей, что для каждой точки такой характе­ристики должно быть указано время, при котором получены зна­чения параметров, определяющих точку этой характеристики. Сле­довательно, один неустановившийся режим соответствует только одному значению времени, и это обстоятельство является одним из основных признаков неустановившихся режимов, отличающих их от установившихся режимов.

Во многих случаях наибольший интерес при оценке неустано­вившихся режимов представляют не все параметры, входящие в функциональную зависимость (13), а только некоторые из них или один. Если таким параметром является, например, угловая скорость ? коленчатого вала, то говорят о неустановившемся ско­ростном режиме; если таким параметром является крутящий мо­мент М, то говорят о неустановившемся нагрузочном режиме. При этом изменения во времени других параметров можно не рассматривать.

Приведенные выше признаки неустановившихся режимов под­тверждаются сопоставлением уравнений статического равновесия (1)—(5), обусловливающих работу двигателя на установившихся режимах, с соответствующими уравнениями (8)—(12) динамиче­ского равновесия, обусловливающими появление неустанови­вшихся режимов.

Действительно, если исследуемые параметры в уравнениях (8)—(10) не зависят от времени, то их производные, входящие в эти уравнения, оказываются равными нулю:

В этом случае уравнения (8)—(12) динамического равновесия, со­ответствующие неустановившимся режимам, превращаются в урав­нения (1)—(5), соответствующие установившимся режимам работы двигателя.

Условия (14) могут встречаться и при неустановившихся ре­жимах, но лишь для конкретных мгновений (значений) времени (например, при смене алгебраического знака производных).

vdvizhke.ru


Смотрите также