Режимы работы главного двигателя

Моторист-рулевой

Мощность и частота вращения вала главного двигателя зависят от скорости хода судна и направления его движения. Требования судовождения вызывают необходимость частой перекладки руля, условия судового хода постоянно меняются, а следовательно, изменяется и сопротивление корпусу судна. Ветровые, волновые и другие погодные факторы также влияют па сопротивление движению судна. Все это приводит к необходимости изменения частоты вращения вала двигателя, т. е. к изменению режима его работы. Различают такие режимы работы главных двигателей, как пуск, прогрев, режим холостого хода для нереверсивных двигателей, реверсирование, работа под нагрузкой, установившийся режим, режим работы на номинальной мощности, перегрузочный режим, переход с одной установившейся частоты вращения на другую, режим минимально устойчивой работы, аварийный режим, остановочный режим.

Изменение основных показателей работы дизеля (мощности, частоты вращения, расхода топлива, температуры отработавших газов и т. д.) в зависимости от режима работы называется характеристикой двигателя. Характеристики определяются опытным путем.

Главные двигатели, связанные с гребными винтами непосредственно, а также через редукторную или реверс-редукторную передачу, работают по так называемой винтовой характеристике.

Винтовой характеристикой называется зависимость между мощностью и частотой вращения вала двигателя, приводящего во вращение гребной винт. Такая зависимость строится в виде графиков (рис. 130), на которые также наносятся кривые изменения максимального давления цикла ρz , кг/см2, температуры отработавших газов tо.г ,С, расхода топлива на двигатель G, кг/ч, удельного расхода топлива ge, кг/э.л.с.*ч и другие параметры.

Внешняя характеристика (см. рис. 130) получена при неизменной (номинальной) цикловой подаче топлива плунжерами насосов. Такая характеристика снимается на заводском стенде при фиксированных дозирующих органах насосов. Любая точка, лежащая на кривых внешней характеристики (на рисунке они помечены индексами «вн»), соответствует предельно допустимой нагрузке, которую может развивать двигатель при указанной частоте вращения. Точки пересечения внешней и винтовой характеристик соответствуют режиму номинальной мощности двигателя. Работа двигателя с параметрами, лежащими выше внешней (ограничительной) характеристики, считается перегрузочным режимом и допускается в исключительных случаях, продолжительностью не более 1—2 ч (в зависимости от указаний инструкции по эксплуатации).

Левая граница кривых на рис. 130 соответствует режиму минимально устойчивой частоты вращения, правая — максимальной мощности (110% от Ne.ном ), т. е. перегрузочному режиму. Двигатель 6 ЧСП 18/22 имеет реверс-редукторную передачу, на работу которой затрачивается определенная мощность, что повышает как общий, так и удельный расход топлива на двигатель. Кривые, соответствующие эффективной мощности, отбираемой с выходного фланца реверс-редуктора, и приведенный к этой мощности удельный расход топлива показаны на графике штриховыми линиями.

Установившимся считается режим работы главных двигателей при неизменной частоте вращения, постоянной температуре отработавших газов, охлаждающей воды и масла. Такой режим наступает при движении судна на прямолинейном глубоководном участке в тихую погоду. Для каждого такого установившегося режима и определяют величины всех основных параметров работы двигателя (которые и наносят на график винтовой характеристики) при паспортных испытаниях судна. Испытания проводятся при паспортной загрузке судна. Гребные винты должны быть «согласованы» с двигателями, т. е. обеспечивать номинальную мощность двигателя при номинальной частоте вращения.

Основные показатели работы двигателя, полученные при паспортных испытаниях, не всегда удается сохранить в эксплуатационных условиях. Даже нормальная, но длительная работа дизелей обусловливает износы основных деталей и, как следствие, изменение температур, давлений и других показателей работы двигателя.

Мелководье и различные плавающие предметы часто приводят к повреждениям винтов. От длительной эксплуатации корпус судна деформируется, увеличивая сопротивление воды. Это также приводит к отклонению рабочих параметров от паспортных значений.

Особенно вредно на сроке службы и надежности дизеля отражается работа на перегрузочном режиме. Перегрузка двигателя может наступить при внезапном выходе судна на мелководье и других резких изменениях сопротивления воды корпусу судна. У многовальных судовых установок перегрузка двигателей может быть вызвана остановкой хотя бы одного дизеля без снижения частоты вращения других двигателей. Кратковременные (но частые) перегрузки правого или левого двигателя наступают и при выполнении поворотов судна на номинальной частоте вращения главных двигателей. В этих случаях один из гребных винтов недогружен, а другой перегружается за счет большего отбоя воды в его сторону, и двигатель выходит на перегрузочный режим. В целях сохранности двигателей следует во всех указанных случаях снижать частоту вращения вала двигателя, не допуская даже кратковременной работы дизеля на перегрузочных режимах (если это не вызывается чрезвычайными условиями судовождения).

Читайте также:  Схема двигателя авео 101 л

Нормальные режимы двигателей предусматривают их работу с согласованными винтами, позволяющими развивать полную (номинальную) мощность при паспортной (номинальной) частоте вращения. Но если по каким-то причинам (например, при ударе) шаг гребного винта (или хотя бы одной из его лопастей) оказался увеличенным, т. е. при той же частоте вращения винт стал отбрасывать большее количество воды,— согласование винта с двигателем нарушается. Винт становится «тяжелым», а это равнозначно работе дизеля в перегрузочном режиме, что недопустимо. В таком случае необходимо установить двигателю пониженную частоту вращения nт (рис.131), ограничивающую мощность по внешней характеристике.

Следовательно, при «тяжелом» винте двигатель может сохранить свои основные рабочие параметры при меньшей частоте вращения nт и меньшей мощности Nт, ограниченной внешней характеристикой. Это положение распространяется на все виды перегрузочных режимов. Винт становится как бы «тяжелым» и

при работе двигателя на швартовах. В последнем случае разрешается развивать частоту вращения не более 80—90% от номинальных значений.

Рис. 130. Совмещенные характеристики двигателя 6ЧСП18/22

При работе буксировщика-толкача или грузового судна порожнем также появляется несогласованность гребного винта и двигателя. Винт становится «легким», а чтобы двигатель развил номинальную мощность, нужно значительно увеличить частоту вращения. Но из условий сохранения прочности деталей двигателя частоту вращения можно повысить только на 3%, до величины nл. Следовательно, при «легком» винте двигатель также не будет развивать полной мощности, но уже из-за ограничения по частоте вращения.

Таким образом, как в случае «тяжелого», так и в случае «легкого» винта мощность двигателя будет меньше (Nт и Nл), чем номинальная мощность Ne.ном . В практике эксплуатации наиболее удобными для постоянного косвенного контроля мощности, развиваемой двигателем, являются температура отработавших газов и частота вращения вала. Их превышение против установленных значений недопустимо.

Режим холостого хода главных двигателей, оборудованных реверс-редукторами, характерен низкими температурами детали, плохим распыливанием малых порций топлива и большой неравномерностью цикловых подач топлива (даже пропуском вспышек) по цилиндрам, что способствует повышенному нагарообразованию. Поэтому продолжительная работа дизелей (свыше 15-30 мин) на таком режиме не рекомендуется. Она может быть оправданной лишь при кратковременных стоянках судна, так как частые пуски двигателя ведут к повышенным износам.

Рис. 131. Внешняя и винтовые характеристики эффективной мощности двигателя

Аварийный режим, т. е. работа двигателя при наличии каких-то серьезных неисправностей, допускается только в исключительных случаях (оказание помощи судну, терпящему бедствие, спасение людей, спасение груза и собственно судна и т. п.). При этом необходимы постоянное наблюдение за двигателем и другие меры, позволяющие поддерживать работоспособность главных двигателей.

Вспомогательные двигатели работают при постоянной частоте вращения, поддерживаемой регуляторами. Меняется у них только нагрузка, что вызвано изменением потребляемой электроэнергии при включении и выключении потребителей тока. В связи с этим графическая зависимость между мощностью дизеля и основными его рабочими параметрами при неизменной частоте вращения носит название нагрузочной характеристики.

Регулирование мощности дизеля, работающего по нагрузочной характеристике, достигается изменением количества топлива, подаваемого за цикл. При уменьшении нагрузок удельный расход такого двигателя возрастает интенсивнее, чем у двигателя, работающего по винтовой характеристике.

Как показывает опыт эксплуатации вспомогательных двигателей, их режимы работы редко превышают 50% мощности. Обычно потребность в электроэнергии на судне такова, что они развивают мощность около 20—25% номинальной. Это обусловливает их более длительный срок службы по сравнению с паспортными данными.

Источник

Устройство автомобилей

Режимы работы двигателя

При эксплуатации автомобиля постоянно меняется режим работы двигателя. При этом под режимом работы двигателя понимается частота вращения коленчатого вала и развиваемая им мощность, т. е. тяговое усилие. Мощность двигателя, которая расходуется на преодоление сопротивлений, возникающих при движении автомобиля (сопротивление дорожного покрытия, воздуха, подъема или спуска, массы перевозимого груза и т. д.) называется нагрузкой .

Если, например, двигатель при частоте вращения коленчатого вала 3200 об/мин в данных дорожных условиях развивает мощность 40 кВт, то нагрузка двигателя составляет 40 кВт.
Если максимально возможная мощность двигателя при этой частоте вращения коленчатого вала равна 80 кВт, то нагрузочный режим в данном конкретном случае соответствует 50 %, т. е. двигатель работает в половину своей силы. Мощность двигателя завит от положения дроссельной заслонки: по мере ее открытия мощность повышается, и наоборот.

Читайте также:  Лучшие масляные фильтры для двигателя 417

Когда автомобиль стоит или движется по инерции (что с точки зрения науки Статики – одно и то же), двигатель работает на холостом ходу и развиваемая им мощность должна покрывать только внутренние потери.
На хороших дорогах и если автомобиль не полностью загружен, двигатель работает на средних нагрузках. При движении полностью загруженного автомобиля по плохим дорогам, на крутых подъемах двигатель развивает максимальную мощность.

Если водитель решил резко повысить скорость движения автомобиля в зависимости от условий движения, мощность двигателя должна быстро нарастать.
Особые условия работы двигателя имеют место и при его запуске после длительной стоянки автомобиля, т. е. когда двигатель холодный.

Исходя из перечисленных выше возможных режимов работы двигателя, можно выделить следующие условия, в которых ему приходится выполнять свои функции, и которые следует учитывать, разрабатывая конструкцию системы питания:

  • работа в режиме отсутствия нагрузки (холостой ход);
  • работа в режиме планируемых оптимальных нагрузок (средние нагрузки);
  • работа в условиях длительных повышенных нагрузок (максимальные нагрузки);
  • работа в условиях кратковременных экстремальных нагрузок (разгон, ускорение);
  • пуск холодного двигателя.

Для каждого из перечисленных режимов мощность двигателя различна, значит, система питания автомобиля должна гибко подстраиваться под сиюминутные требования, диктуемые внешними нагрузочными условиями (масса груза, состояние и профиль дороги и т. п.), намерениями водителя и другими обстоятельствами (например, пуск холодного двигателя).

Разумеется, нельзя все проблемы взваливать только на систему питания. Некоторую «ответственность» несет и трансмиссия автомобиля, например, коробка перемены передач, но, поскольку мы сейчас рассматриваем систему питания, то нас интересует, каким образом она должна реагировать на характер эксплуатации автомобиля и двигателя в тех или иных условиях.

Решение основных сиюминутных задач и выполнение насущных требований к системе питания обеспечивается регулированием качественных и количественных характеристик горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Количественные характеристики можно корректировать с помощью дроссельной заслонки (или педали акселератора), а вот качественный состав горючей смеси должен обеспечивать карбюратор. При этом должны учитываться следующие требования:

    пуск холодного двигателя требует очень богатой смеси (0,80 ≤ α ≥ 0,60), поскольку ухудшаются условия распыления и испарения топлива из-за малых скоростей движения горючей смеси и увеличения содержания в рабочей смеси остаточных газов, так как дроссельная заслонка прикрыта;

на холостом ходу в цилиндры двигателя следует подавать небольшое количество горючей смеси, но она должна быть слегка обогащенной, чтобы работа двигателя была устойчивой;

режим частичных (средних) нагрузок, являющийся основным (оптимальным) режимом работы двигателя характеризуется обедненной рабочей смесью, поскольку в этом режиме двигатель функционирует основную часть времени, и главное требование к данному режиму – максимальная экономия топлива (1,50 ≤ α ≥ 1,15);

режим полных (максимальных) нагрузок требует обогащения состава смеси (0,85 ≤ α ≥ 0,90);

  • режим ускорения (экстремальный режим – резкое увеличение мощности двигателя, например, при обгоне), требует значительного обогащения горючей смеси.
  • Простейший карбюратор, конструкция которого рассмотрена в этой статье, не способен обеспечить требуемый качественный состав горючей смеси, необходимый для работы двигателя в перечисленных режимах нагрузки.
    Поэтому в конструкциях реальных современных карбюраторов предусмотрены специальные устройства, обеспечивающие корректировку состава горючей смеси в зависимости от постоянно изменяющихся потребностей автомобильного двигателя на различных режимах:

    • корректирующие устройства главных дозирующих систем;
    • приспособления для облегчения пуска двигателя;
    • системы холостого хода;
    • экономайзеры (обогатители);
    • ускорительные насосы (ускорители).

    С особенностями работы и принципом действия этих дополнительных устройств, расширяющих круг возможностей простейшего карбюратора, можно ознакомиться в следующих статьях.

    Источник

    Некоторые особенности режимов работы главного двигателя с винтом регулируемого шага

    СУДНА С ВРШ

    РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПРОПУЛЬСИВНОЙ УСТАНОВКИ

    При работе на гребной винт (ГВ) режим главного двигателя подчиняется прямому силовому действию ГВ, т.е. развиваемая мощность ГД на различных режимах работы соответствует мощности, потребляемой ГВ. В этом случае двигатель работает по так называемой винтовой характеристике.

    Читайте также:  Что такое водородный двигатель авто

    В установках с гребным винтом фиксированного шага (ВФШ) изменение режима работы двигателя в обычных эксплуатационных условиях осуществляется непосредственно путем управления и регулирования двигателя за счет изменения подачи топлива. При этом жесткая связь работы ГД и ГВ их совместная согласованность, определяет режим работы ГД и ограничивает его возможности полного использования номинальной мощности в различных изменяющихся условиях плавания судна. Такая связь ГД с ВФШ в зависимости от эксплуатационных условий судна, когда существенно меняется сопротивление его движению (изменение осадки, мелководье, штормовые условия, обрастание корпуса и ГВ и др.), приводит к режимам работы ГД на гидродинамически «тяжелый» или «легкий» винт, а также значительно сужает маневренные качества судна.

    Применение ВРШ во многом снимает вышеуказанные недостатки ВФШ за счет того, что изменение нагрузки двигателя в установках с ВРШ может осуществляться не только за счет изменения подачи топлива, а также путем воздействия на шаг винта. Это значительно расширяет область эксплуатационных режимов энергетической установки, увеличивает возможность полного использования номинальной мощности ГД, улучшает маневренное качества судна, компенсирует влияние внешних факторов на характеристику винта и исключает режимы работы в области «тяжелого» винта.

    При использовании установки с ВРШ можно выделить три основные возможные сочетания режимов работы ГД и ГВ:

    1. Режим работы ГД при постоянной частоте вращения вала (n = const) и переменном шаговом отношении ГВ (H/D = var) где Н — шаг винта, D — его диаметр.

    2. При работе двигателя с переменной частотой вращения вала (n = var) и изменяемым шаговым отношением (H/D = var).

    3. Режим работы установки в условиях фиксированного шага, т.е. когда не меняется шаговое отношение (H/D = const), а мощность двигателя и частота вращения изменяются в соответствии с законом винтовой характеристики (n = var, Ne = cn 3 , где с — постоянная винтовой характеристики).

    Первый вариант — управление ВРШ при постоянной частоте вращения, применяется для транспортных судов, траулеров и других типов судов, где есть возможность использования валогенератора на различных нагрузочных режимах работы двигателя.

    Второй способ — управление путем изменения частоты вращения и шага винта, так называемое комбинаторное управление, применяется в основном для частичных нагрузок двигателя и маневренных режимов. Этот вариант, как показывает практика, позволяет снизить расход топлива по сравнению с другими способами управления.

    Третий способ — работа ВРШ по характеристике фиксированного шага используется, как правило, на режимах полного хода.

    Следует отметить, что при работе на ВРШ условия для перегрузки ГД становятся более вероятными, чем при работе на ВФШ, так как управление может осуществляется одновременно изменением подачи топлива на ГД и изменением шага ГВ. Т.е. в отличие от работы ГД на ВФШ в пропулъсивной установке с ВРШ вместо одного управляемого воздействия вводятся два (топливо и шаг ГВ).

    Эти обстоятельства выдвигают специфические требования к назначению режимов работы ГД, к системам управления и зашиты. В программах дистанционного управления главным двигателем с ВРШ обычно предусматривается регулятор нагрузки, который связывает положение рейки топливного насоса и разворот лопастей винта, не допуская возможности перегрузки двигателя путем воздействия на изменение шага винта [5].

    Как было показано в разделе 2 данного конспекта и в методических указаниях для выполнения курсовой работы, для установок с ВФШ разрабатываются паспортные диаграммы пропульсивной установки, на которых строятся графики изменения мощности ГД, полезной тяги винта и других показателей работы СЭУ в зависимости от скорости движения судна и частоты вращения ГВ. Такие графики, показывая взаимодействие ГД и ГВ, позволяют назначать и контролировать режимы работы пропульсивной установки в различных эксплуатационных условиях плавания судна.

    В отличие от установок с ВФШ такую паспортную диаграмму для установок с ВРШ практически рассчитать и построить очень сложно, т.к. требуется увязать (согласовать) между собой значительно большее число изменяющихся показателей (Ne, H/D, n, v) работы пропульсивной установки (ПУ). Следовательно, для этой цели нужно рассчитать и построить множество частных паспортных диаграмм для различных условий плавания судна с ВРШ [11].

    Источник