Судовые установки

Вопрос 1. Характеристики и режимы работы СЭУ. Объясните что такое режим и характеристика роботы двигателя, нарисуйте график изменения скоростой и нагрузочной характеристики двигателя. Ответ Для современных судовых двигателей характерен высокий уровень напряженности рабочего процесса. Элементы конструкции, и в первую очередь детали цилиндро-поршневой группы двигателей, испытывают действие больших тепловых и механических нагрузок.Причем разрыв между рабо¬чими уровнями тепловой и механической напряженности двига¬телей на номинальном режиме и их, предельными значениями, как правило, невелик.

Поэтому если режим полного хода соответствует номинальному, то резерв на возможное в эксплуатации превышение мощности или изменение технического состояния двигателя и параметров окружающей среды, которое может вызвать повышение его напряженности, оказывается также небольшим.О наличии малого резерва свидетельствуют участившиеся в последние годы случаи выхода из строя головок поршней, втулок и крышек рабочих цилиндров, появления интенсивных износов цилиндров, возникновения трещин и выкрашивания антифрикционного сплава подшипников.

Режим полного хода, как уже ранее отмечалось, не остается неизменным: нагрузка цилиндров и частота вращения вала меняются в связи с систематически изменяющимися внешними ус¬ловиями плавания судна.Увеличение сопротивления движению судна сопровождается «утяжелением» винтовой характеристики. Таким образом, когда за режим полного хода принимается режим номинальной мощности, то тем самым создаются условия возможных перегрузок двигателя.

Поэтому современная практика эксплуатации ориентируется на: 1) облегчение винтовой характеристики путем установки гребного винта, загружающего главный двигатель при номинальной частоте вращения на 85—90% МеНом 2) ограничение нагрузок двигателя, особенно при увеличении сопротивления движению судна и снижении частоты вращения путем задания зоны рекомендуемых для длительной работы режимов с помощью ограничительных характеристик.

Ограничительная характеристика (линия /) назначается таким образом, чтобы при работе двигателя на принадлежащих ей режимах обеспечивалось сохранение его тепловой и механической напряженности на уровне, не превышающем уровень напряженности на номинальном режиме.В эксплуатации важно следить за тем, чтобы режимы работы двигателя находились в пределах зоны, ограниченной этой характеристикой. Как исключение, допускается только кратковременная работа за ее пределами при выполнении судном маневров.

Режимы малых оборотов и нагрузок. Переход главных двигателей на режимы малых оборотов, как и переход вспомогательных на режимы малых нагрузок, связан со значительным сокращением подачи топлива в цилиндры и увеличением избытка воздуха. Одновременно снижаются параметры воздуха в конце сжатия.Особенно заметно изменение рс и Тс в двигателях с газотурбинным наддувом, так как газотурбокомпрессор на малых нагрузках практически не работает и двигатель автоматически переходит на режим работы без наддува.

Малые порции сгорающего топлива и большой избыток воздуха снижают температуру в камере сгорания. Из-за низких температур цикла процесс сгорания топлива протекает вяло, медленно, часть топлива не успевает сгореть и стекает по стенкам цилиндра в картер или уносится с отработавшими газами в выпускную систему.Ухудшению сгорания топлива способствует также плохое смесеобразование топлива с воздухом, обусловленное снижением давления впрыска топлива при падении нагрузки и снижении частоты вращения.

Неравномерный и нестабильный впрыск топлива, а также низкие температуры в цилиндрах вызывают неустойчивую работу двигателя, нередко сопровождающуюся пропусками вспышек и повышенным дымлением. Нагарообразование протекает особенно интенсивно при использовании в двигателях тяжелых топлив.При работе на малых нагрузках из-за плохого распыливания и относительно низких температур в цилиндре капли тяжелого топлива полностью не выгорают.

При нагревании капли легкие фракции постепенно испаряются и сгорают, а в ее ядре остаются исключительно тяжелые высококипящие фракции, основу которых составляют ароматические углеводороды, обладающие наиболее прочной связью между атомами.Поэтому окисление их приводит к образованию промежуточных продуктов — асфальтенов и смол, обладающих высокой липкостью и способных прочно удерживаться на металлических поверхностях. В силу изложенных обстоятельств при длительной работе двигателей на режимах малых оборотов и нагрузок происходит интенсивное загрязнение цилиндров и особенно выпускного тракта продуктами неполного сгорания топлива и масла.

Выпускные каналы крышек рабочих цилиндров и выпускные патрубки покрываются плотным слоем асфальто-смолистых веществ и кокса, нередко на 50—70% уменьшающих их проходное сечение.В выпускной трубе толщина слоя нагара достигает 10— 20мм. Эти отложения при повышении нагрузки на двигатель пе¬риодически воспламеняются, вызывая в выпускной системе пожар.

Все маслянистые отложения выгорают, а образующиеся при сгорании сухие углекислые вещества выдуваются в атмосферу. Остановка двигателя. Наряду с режимом прогрева не менее опасным является и переходный режим резкого снижения нагрузки или внезапной остановки двигателя. При резком сбросе нагрузки и особенно при остановке двигателя, до этого работавшего в режиме полного хода, в нем, как и при прогреве, появляются высокие тепловые напряжения.Причина этого заключается в неравномерном остывании деталей цилиндропоршневой группы.

Максимум напряжений наблюдается в первый период после остановки двигателя, так как именно для этого периода характерна наибольшая скорость падения температуры нагретых поверхностей. Для уменьшения напряжений, возникающих при остывании горячего двигателя, необходимо заблаговременно, до полной остановки двигателя, снижать развиваемую им мощность.Мощные малооборотные двигатели рекомендуется переводить на режим среднего, а затем малого хода, по крайней мере, за 30—60 мин до начала маневров.

Нагрузочная характеристика двигателя представляет собой графическую зависимость его основных показателей от нагрузки при постоянном скоростном режиме (п = const). Кри¬терием нагрузки служит среднее эффективное давление ре, которое и принимается в качестве неза¬висимого переменного.При построении нагрузочной характери¬стики значения ре откладывают по оси абсцисс, а параметры, ха¬рактеризующие работу двигате¬ля, — по оси ординат (рис. 11). По нагрузочной характеристике работают вспомогательные дизель-генераторы и главные двигатели, когда управление ими осуществляется всережимным регулятором числа оборотов.