Document 530559

УДК 621.436.192.629
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ АВАРИЙНЫХ ПЕРЕГРУЗОК
ГЛАВНЫХ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В.Г. Кузькин, А.А. Минько
Надежная работа судовых дизелей обеспечена лишь при отсутствии их термической перегрузки. В свою очередь, такая перегрузка возникает чаще всего по причине ухудшения качества
функционирования агрегатов воздухоснабжения. Для предотвращения аварий главных судовых
дизелей необходим оперативный контроль за уровнем их термического нагружения. Приводится
универсальная номограмма ограничительной характеристики, позволяющая избежать опасных
перегрузок судовых дизелей как при работе судна на спокойной воде, так и в штормовую погоду.
судовой дизель, термическая напряженность, критерии оценки, оперативный контроль
Надежная работа судовых дизелей обеспечена лишь при отсутствии их тепловой перегрузки. В свою очередь тепловая нагрузка дизеля неразрывно связана с
обеспечением его воздухом.
Необходимо помнить, что предельно допустимая температура выхлопных
газов [tr] связана не только с нагрузкой двигателя, но и качеством работы агрегатов
воздухоснабжения. Есть все основания полагать, что для судовых дизелей, находящихся в исправном техническом состоянии, величины [tr] на произвольных режимах
эксплуатации должны соответствовать уровням нагружения, при которых коэффициент избытка воздуха при сгорании α снижается до значения его на номинальной
мощности αН.
Условие отсутствия тепловой перегрузки можно записать в виде
   Н или     Н  1 . Относительное значение коэффициента избытка
воздуха на произвольных режимах работы двигателя определяется по зависимости (1):
 1  Т ГО  1,136
,
Т

Т
 Г
ГО 
  (n  p К ) 0,568  
(1)
где n  n nН , рК  рК рКН - относительные величины частоты вращения и давления
наддува; Т Г  Т Г Т ГН - относительная абсолютная температура выхлопных газов; Т ГО константа двигателя.
Построенные по (1) номограммы ограничительных характеристик, рис. 1,
конкретных марок дизелей позволяют контролировать уровни их теплового нагружения. Отмеченная принадлежность ограничительных характеристик к тем или иным
маркам двигателей обусловлена тем, что при их построении используются значения константы Т ГО данных двигателей.
а)
б)
в)
Рис. 1. Номограммы ограничительных характеристик:
а - Т ГО = 0,45; б - Т ГО = 0,57; в - Т ГО = 0,74.
Значения этих констант для различных марок дизелей колеблются в пределах 0,45…0,74. Среднее значение для дизелей составляет 0,57. Эти данные получены по большому количеству 4-тактных и 2-тактных двигателей. При этом зависимости
Т ГО от каких-либо параметров не установлено. Не связана эта константа и с тактностью двигателей.
На рис.1 приведены номограммы ограничительных характеристик двигателей
в относительных величинах параметров n, p K и Т Г для трех значений констант
Т ГО . Строго говоря, каждая из этих номограмм соответствует дизелям с Т ГО = 0,45;
0,57; 0,74 и позволяет устанавливать для произвольного режима работы максимально допустимое значение температуры выхлопных газов [ Т Г ] при   1. Как видно
из приведенных на указанных рисунках данных, величины [ Т ГО ] при одинаковых
величинах (n  p К ) 0,568 несколько отличаются. Для наглядности отмеченных отличий
на рис.2 совмещены диаграммы предельно допустимых величин температуры выхлопных газов [ Т Г ] для Т ГО = 0,45; 0,57; 0,74.
Рис. 2. Зависимость предельных величин температуры выхлопных газов
[ Т Г ] от (n  p К ) 0,568 для трех значений
Т ГО : 1 – 0,74; 2 – 0,57; 3 – 0,45; 4 – возможное максимальное значение [ Т Г ] в
% при использовании характеристики с
Т ГО = 0,45
Из данных рис. 2 видно, что величина [ Т Г ] при Т ГО = 0,45 меньше таковых
для Т ГО = 0,57; 0,74. Это означает, что, приняв для всех двигателей ограничительную
характеристику с Т ГО = 0,45, тем самым вводим ограничение [ Т Г ] в процессе эксплуатации с некоторым запасом. Иными словами, двигатели, у которых реальное
значение константы будет больше 0,45 , будут несколько недогружены в тепловом
отношении.
Максимальное процентное значение этой недогрузки по максимальной температуре выхлопных газов [ Т Г ] представлено на рис. 2. Важно обратить внимание на то, что
лишь при (n  p К ) 0,568 = 0,7 величина недогрузки или запаса достигает 4 %. В свою очередь, параметру (n  p К ) 0,568 = 0,7 соответствует мощность двигателя около 50 % от номинальной. На основании изложенного можно рекомендовать для практического использования в эксплуатации универсальную ограничительную характеристику с величиной константы Т ГО = 0,45. Применение ее для ограничения уровня тепловой нагруженности всех двигателей с наддувом обеспечивает безаварийную работу.
Отметим, что для практического использования предлагаемой ограничительной характеристики с целью установления уровня тепловой нагрузки двигателя на
контролируемом эксплуатационном режиме нужно зафиксировать лишь частоту
вращения n Э , давление наддува ркэ и наибольшую по цилиндрам температуру
выхлопных газов tгэ и подсчитать по ним nЭ  nЭ / n Н , р КЭ  р КЭ / р КН и
Т ГЭ  Т ГЭ / Т ГН .
Важно отметить, что приведенная универсальная ограничительная характеристика позволяет контролировать и корректировать нагрузку двигателей до
уровня, исключающего перегрузку, и при работе двигателей с наддувом в штормовую погоду.
Обеспечить постоянную нагрузку двигателя в таких условиях не представляется возможным. Можно лишь снизить диапазон изменения мощности за счет
уменьшения подачи топлива. На рис. 3 изображена схема, иллюстрирующая работу
двигателя при волнении моря на винт фиксированного шага.
а)
б)
Рис. 3. Схема работы главного двигателя в штормовую погоду:
а – ВФШ; б – ВРШ
В этом случае работа на номинальной частоте вращения сопровождается большими перегрузками на участке о - а - b. Лишь снижение оборотов двигателя делает
возможным избежать тепловой перегрузки и ограничить колебания мощности без
превышения ограничительной характеристики (линия c1 - b1).
При этом, естественно, возникает вопрос, как убедиться в достаточности
снижения оборотов двигателя? С этой целью также можно воспользоваться универсальной ограничительной характеристикой. Для этого на контролируемом режиме
сниженной нагрузки достаточно зафиксировать минимальную величину оборотов nmin
(минимальное значение диапазона изменения), минимальную величину давления
наддува рк min и максимальную температуру выхлопных газов в одном из цилиндров
trmax и подсчитать относительные величины: nmin  nmin nH , p K  p K min / p KH ,
TГ max  TГ max / TГН . Используя номограмму универсальной ограничительной характеристики, можно определить величину  , соответствующую предельному нагружению двигателя в данных условиях эксплуатации. Полученное по nmin , p K min и
TГ max значение  определит целесообразность дальнейшей корректировки частоты
вращения. Если  окажется меньше единицы, необходимо дальнейшее снижение
оборотов и повторный контроль.
Особенности работы двигателя в штормовую погоду на винт регулируемого
шага видны из рис.3. Причина перегрузки на режиме полной мощности в этом случае аналогична работе на винт фиксированного шага. Но необходимое снижение
нагрузки здесь может быть осуществлено лишь путем уменьшения шагового отношения винта до величины (H/D), обеспечивающей работу двигателя без тепловой
перегрузки. Такой уровень сниженного нагружения двигателя, как видно из рисунка,
достигается, когда верхняя винтовая характеристика « с » будет пересекать ограничительную характеристику   1при n  nH . Корректировка и контроль уровня
нагружения могут быть осуществлены и в этом случае описанным выше способом.
В заключение отметим, что для удобства и оперативности использования
номограммы универсальной ограничительной характеристики применительно к
конкретным маркам двигателей координатные оси n и T Г целесообразно продублировать осями с абсолютными значениями частоты вращения п об/мин и tr °C.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузькин В.Г. Регулировка дизелей промысловых
Кузькин, А.А. Минько. - М.: Агропромиздат, 1988. - 255 с.
судов
/
В.Г.
PREVENTION OF EMERGENCY OVERLOADS
OF THE MAIN SHIP ENGINES
V. Kuzkin, A. Minko
Reliable work of ship diesel engines is provided only at absence of their thermal overload. In
turn such overload arises more often owing to deterioration of functioning of units air supply. The operative control over their level is necessary for accident precaution of the main ship diesel engines thermal
loading. It is resulted universal nomogram the restrictive characteristic, allowing to avoid dangerous overloads of ship diesel engines as at work of a vessel on quiet water, and in storm weather.