Файл: Болотин Ф.Ф. Динамика корабельных ДВС учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.06.2024
Просмотров: 151
Скачиваний: 0
смалогабаритными или малоцидиндроьыми вспомогательными двигателями (дизель-генераторных и др.) это достигается
спомощью дополнительных маховиков, присоединяемых к ко ленчатому валу двигателя. Величина требуемого момента инерции маховика определяется исходя из заданной степени неравномерности q .
Вустановках главных судовых двигателей, включающих
обычно соединительные и разобщительные муфты, роторы ге нераторов или гребные винты с большими моментами инерции вращающихся масс, обычно специальные маховики не требуют ся.
Вопросы для самоконтроля
1.Назовите причины неравномерного вращения вала двигателя даже при совершенной регулировке топливоподачи
2.Что называется степенью неравномерности вращения
вала? |
определить углы |
поворота |
вала а {и <х.г на графике |
3. Как |
|||
i t = -fc(oO |
> ПРИ КОТОРЫХ |
CAj=COmtn |
и <м =о о т а к ? |
4.Как определить величину А и каков ее физический
смысл?
5.Из какого уравнения выводится формула для оценки величины q (каков физический смысл этого уравнения)?
6.Назовите допускаемые пределы величины q для ДВС раз личного назначения?
7.Какими мерами можно уменьшить величину q до допу стимых значений?
93
Ч А С Т Ь |
П |
УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВС
Г Л А В А |
6 |
ВНЕШНЯЯ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ РЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ
§ 20. Понятие об уравновешенности двигателя
Во время работы двигателя в нем действуют переменные силы давления газов и силы инерции движущихся частей. Следствием действия этих сил является периодический опро кидывающий момент, передающийся через элементы крепления двигателя на корпусные конструкции корабля. Если инерцион ные силы взаимно не компенсируют друг друга в пределах двигателя, то результирующая сила или результирующий мо мент этих сил также передается на корпус кбрабдя.
Периодические усилия, передающиеся на корпус корабля, вызывают вибрацию последнего. Эта вибрация (так называе мый структурный шум) распространяется в другие помещения. Она ухудшает условия работы механизмов, приборов. При вибрации в конструкциях возникают знакопеременные напря жения. Амплитуды напряжений достигают особенно больших величин в случае резонанса, когда частота возмущающих переменных сил иди моментов совпадает с частотой свободных
94
колебаний. При этом могут |
возникать усталостные трещины |
в корпусных конструкциях, |
трубопроводах, выхлопном кол |
лекторе и газоотводе, в деталях крепления и др. Вибрация корпуса увеличивает также акустическое поле
корабля. Для его уменьшения двигатели устанавливают на упругих амортизаторах. Последние предохраняют и сами дви гатели при сотрясениях корпуса. Большие вибрации аморти зированного двигателя могут привести к выходу из строя амортизаторов, а также связанных с двигателем трубопрово дов. Требования к уравновешенности амортизированного дви гателя еще выше.
Итак, переменные силы, передающиеся на фундамент, ока зывают немаловажное влияние на работу установки.
Двигатель считается уравновешенным, если во время уста новившегося режима работы через опоры на фундамент не передаются переменные по величине усилия. Таковы, напри мер, паровая и газовая турбины или электродвигатель. При установившемся режиме их работы на фундамент передаются постоянные усилия. Предполагается при этом, что ротор статически и динамически отбалансирован. Конечно, в слу чае плохой балансировки при работе и этих двигателей через опоры будут передаваться переменные по величине и направ лению центробежные силы и их моменты. Если же тщательной балансировкой ротора эти силы исключить, то фундамент испытывает только усилия опрокидывающего момента, равного крутящему моменту, который в указанных двигателях являет ся практически постоянным на рассматриваемом установившем ся режиме.
Двигатель считается неуравновешенным, если при устано вившемся режиме работы через его опоры передаются пере менные силы. Как было сказано выше, поршневые двигатели по своей природе являются неуравновешенными машинами, так как всегда имеющийся во время работы двигателя переменный опрокидывающий момент воспринимается и передается опора ми. При увеличении числа цилиндров амплитуда изменения
95
суммарного крутящего, а значит, и опрокидывающего момента уменьшается. Особенно она мала в звездообразных двигате лях с большим числом цилиндров. Таким образом, полностью уравновешенным поршневой двигатель быть не может, так как уже одна неизбежная неравномерность крутящего момента является причиной переменных периодических усилий, пере даваемых на фундамент.
Другая причина неуравновешенности поршневого двигателявозникновение при движении деталей кривошипно-шатунного механизма сил инерции, которые в одноцилиндровом двигате ле, как было показано выше, передаются на фундамент. В многоцилиндровом двигателе силы инерции масс кривошипно шатунных механизмов отдельных цилиндров могут вызвать появление неуравновешенных периодически изменяющихся ре зультирующих сил и моментов. При удачно выбранных кон структивных элементах двигателя силы инерции отдельных цилиндров в любой момент времени взаимно компенсируют друг друга, так что результирующие сил и моментов оказы ваются равными нулю. В этом случае говорят об уравновешен ности двигателя по силам инерции и их моментам (т.е. об уравновешенности в узком смысле, так как поршневые двига тели, как уже было сказано выше, не могут быть полностью уравновешенными в широком смысле).
Если оказывается, что за счет рационального выбора конструктивных элементов двигателя не удается добиться равентсва нулю результирующей сил или результирующей мо ментов сил инерции, иди того и другого, то двигатель ока зывается неуравновешенным. В этом случае может возникнуть необходимость в уравновешивании двигателя при помощи спе циальных устройств.
Прежде чем уравновешивать двигатель, необходимо опреде лить его внешнюю неуравновешенность, т.е. величину, закон изменения и направление действия указанных результирующих сил инерции и их J ^ментов.
сб
Определение результирующих центробежных сил инерции и их моментов не вызывает затруднений, так как центробежные силы одинаковы для всех цилиндров по величине и направле ны по соответствующим кривошипам.
Сила инерции Pj поступательно движущихся масс КШМ, как было показано в главе 2, с большой точностью представляет ся в виде суммы двух сил: силы инерции ПДМ перво,гс поряд
ка Pj.j. и силы |
инерции ПДМ второго порядка |
. |
(6.1) |
||
|
Pj |
+ |
**Pj cosa. + Рг cos2ot . |
|
|
Такое представление позволяет при определении резуль |
|||||
тирующих |
сил инерции ПДМ I и 2-го порядка, |
а также |
резуль |
||
тирующих |
моментов |
от этих сил использовать |
метод, |
анало |
гичный методу определения результирующих сил инерции ВМ и их моментов.
Далее будем считать, что КШМ всех цилиндров являются идентичными: поршни имеют одинаковый вес, а шатуны, кроме того, имеют и одинаковое расположение центра тяжести. Предполагается также постоянство угловой скорости оо ко ленчатого вала.
При рассмотрении действия сил в КШМ одноцилиндрового двигателя мы установили, что внешнее действие силы инер ции ПДМ сводится к следующему.
1. Переменная сила инерции ПДМ направлена по оси цилин дра. Составляющая Р,-г этой силы стремится оторвать двига тель от фундамента и прижать его к фундаменту один раз за один оборот коленчатого вала. Составляющая Pjs оказывает такое же действие, но с удвоенной частотой.
2. Сила инерции ПДМ создает переменный крутящий момент, приложенный к коленчатому валу, и равный ему опрокидываю щий момент, передающийся на опоры. Средняя величина этих моментов равна нулю. Опрокидывающий момент от силы инер ции ПДМ складывается с опрокидывающим моментом от силы давления газов. Суммарный опрокидывающий момент обусловли вает действие переменных сил на фундамент, которые не мо гут быть уравновешены и далее не рассматриваются.
97
3. Вертикальная составляющая центробежной силы инерции вращающихся масс
1^ у = COSC*
оказывает такое же действие, как сила инерции ПДМ, нахо дится в фазе и суммируется с этой силой.
Горизонтальная составляющая центробежной силы инерции РЯ Х = Р К s u m
стремится сдвинуть двигатель в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном оси вращения коленчатого
вала, |
один раз влево и вправо за один оборот |
вала. |
|
||
Воспользуемся тем, что сила инерции ПДМ 1-го порядка |
|||||
изменяйся по гармоническому закону*- |
|
|
|
||
|
]}j = Px co5a=PjCOScot = mj P со2'c o s w t . |
|
(6.2) |
||
|
|
Представим |
ее |
как |
|
|
|
проекцию на ось цилин |
|||
|
|
дра фиктивного |
вектора |
||
|
|
Pj , постоянного |
по |
||
|
|
величине, численно рав |
|||
|
|
ного амплитудному |
зна |
||
|
|
чению этой силы и на |
|||
|
|
правленного по |
радиусу |
||
|
|
кривошипа (рис. 6.1,а). |
|||
|
|
Аналогично |
(рис. |
||
|
|
6.Х,б) представляется |
|||
Рис. 6.1. Первый способ геометри |
и сила инерции ПДМ |
||||
ческой интерпретации сил инерции |
2-го порядка, |
но |
в |
||
ПДМ: а) - первого порядка; |
соответствии с ее ана |
||||
|
б) - второго порядка |
||||
|
|
литическим выражением |
|||
длина |
E^Pjcos£oc =Ps cos 2cot=mjRa)2Acos2cot |
(6.3) |
|||
фиктивного вектора Рд равна |
амплитуде |
силы |
инерции |
||
2-го |
порядка, а направлен он под |
углом2а |
к оси |
цилиндра, |
т.е. по фиктивному кривошипу, двигающемуся с удвоенной угловой скоростью (или по кривошипу схемы 2-го порядка).
*Положительное направление силы инерции ПДМ примем здесь от оси вращения зала.
98
§21. Внешнее действие сил инерции в многоцилиндровом рядном двигателе
При рассмотрении внешней неуравновешенности двигатель рассматривается как абсолютно твердое тело. Силы инерции, действующие во время работы двигателя в каждом цилиндре, образуют три системы сил;
-центробежные силы инерции вращающихся масс;
-силы инерции ПДМ 1-го порядка;
-силы инерции ПДМ 2-го порядка.
Каждая из этих совокупностей сил, как известно из тео ретической механики, может быть заменена главным вектором и главным моментом, т.е. силой и парой. Величины главных векторов (результирующих сил) не зависят от выбора точки приведения, а величины главных моментов (результирующих
Рис. 6.2. К выбору центра приведения сил инерции
99