Файл: Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции..pdf

_ использование двигателя при выходе из строя отдель­ ных цилиндров, воздухоохладителя и агрегатов наддува.

Последствием тепловой перегрузки двигателя является его неизбежный преждевременный выход из строя.Процесс нарушения нормальной работы двигателя протекает следую­ щим образом.

Повышение температуры поршня ведет к интенсивному разложению масла и отложению лака (вязкого продукта разложения масла) в канавках поршневых колец. Лаковые отложения впитывают в себя твердые частицы нагара и про­ дукты износа с образованием плотного слоя. Нарушается нормальная смазка поршневого кольца. Наблюдается потеря подвижности или "зависание" поршневого кольца, т. е. полная потеря его работоспособности. Процесс начинается, как правило, с верхнего поршневого кольца, а после вы­ хода его из строя распространяется на нижележащие кольца до тех пор, пока все они не потеряют своей работоспособ­ ности. В результате прорыва газа и дальнейшего повышения температуры нарушается процесс смазки поршня. Бели неис­ правность не обнаружена своевременно, то двигатель выходит из строя в результате задира поршня.

Повышение температуры донышка поршня может привести к потере материалом механической прочности и к прогару поршня. Последствиями прогара являются: прекращение рабочего процесса в данном цилиндре, попадание топлива в картер двигателя и в масло, снижение мощности двига­ теля.

Повышение температуры в верхней части втулки проис­ ходит обычно одновременно с повышением температуры поршня, что вызывает разложение масляной пленки, появ­ ление сухого трения, интенсивный износ втулки и поршня.

Повышение температуры впускных и выпускных клапанов может вызвать во-первых, увеличение температуры штока клапана и разложение масла на его трущихся поверхностях, что приведет к интенсивному износу трущихся поверхно-

86

стей и.в отдельных случаях к зависанию клапана во втул­

ке; во-вторых, повышение температуры тарелки и посадоч­

ного уплотнительного пояска, что вызовет усиленный высокотемпературный коррозионный износ, нарушение плот­

ности посадочного пояска, прорыв газов, прогар клапана

и потерю герметичности цилиндра.

Личный состав, обслуживающий корабельные двигатели внутреннего сгорания, должен строго контролировать наггрузку двигателя и следить за тепловым состоянием основ­ ных деталей по косвенным показателям, не допуская пере­

грузки двигателя в тепловом отношении. Вместе с тем сле­

дует учитывать и то обстоятельство, что даже при пра­

вильной эксплуатации двигателя, при отсутствии перегру­ зок, в двигателе происходит процесс постепенного увели­ чения температуры деталей главным образом поршня. Это происходит в результате неизбежного, закономерного отло­

жения накипи на деталях даже при использовании воды, в которой количество примесей соответствует техническим

нормам; и в результате неизбежного разложения масла

и образования пленки лака на поверхностях и в канавках

•поршня, даже если применяется штатное масло и необходи­ мые присадки к нему. Теплоотвод постепенно ухудшается, а температура поршня и других деталей возрастает. Это

обстоятельство учитывается, поэтому ресурс многих кора­

бельных форсированных двигателей ограничивается не

величиной износа деталей, а необходимостью удаления

продуктов разложения масла на поршне и других деталях, а также накипи б крышках цилиндров и в зарубашечном

пространстве.

В условиях эксплуатации косвенным показателем тепло­

вого состояния двигателей является температура выпускных

газов. В основе этой оценки лежит предположение о том, что каждой температуре выпускных газов соответствует

вполне определенная температура деталей, соприкасающих­

ся с выпускными газами, и, следовательно, всякое измене­

87

ние температуры газа соответствует пропорциональному изменению температуры детали. Использование температуры газа в качестве косвенного показателя теплового состоя­

ния удобно еще и тем, что она легко измеряется в кора­ бельных условиях с помощью пирометрической установки.

В зависимости от конструкции двигателя термопары устанав­ ливаются в районе выпускных клапанов каждого цилиндра

и в выпускных коллекторах двигателя.

Как показывают экспериментальные исследования, изме­

нение температуры выпускных газов в нормальных условиях эксплуатации правильно отрегулированного двигателя соот­

ветствует вполне определенному изменению температур де­

талей. Однако в некоторых случаях эта закономерность

нарушается, что следует читывать. Например, при увели­ чении угла опережения подачи топлива при &^=ccmst и nA =const температура газа будет уменьшаться, а темпе­

ратура деталей возрастать. Это .явление объясняется,

во-первых, увеличением скорости горения и уменьшением догорания на линии расширения и, во-вторых, увеличением максимального давления сгорания, максимальной температу­ ры цикла и, как следствие, увеличением средней заменяю­ щей температуры и теплового потока через стенки.

Температура газа не всегда отражает •"ампературу деталей при работы двигателя по внешней характеристике. Например, при снижении числа оборотов двигателя, рабо­ тающего по внешней характеристике, температура газа может уменьшиться, а температура деталей возрасти. Объяснение указанного явления легко получить на основа­

нии качественного анализа уравнения теплового баланса

двигателя, представленного в упрощенном виде:

Здесь индексом ноль обозначены показатели исходного режима ТГ,ТК11<,сх,ц>а ,о(Е соответственно - температура газа перед турбиной, температура воздуха перед цилинд-

88

рами, коэффициент избытка воздуха, коэффициент продувки и суммарный коэффициент избытка воздуха на исследуемом

режиме. Тогда

Величина температуры поршня определяется в первую очередь соотношением воздух-топливо в цилиндре. При уменьшении числа оборотов вала дизеля по внешней харак­

теристике цикловая подача топлива остается примерно

постоянной. Количество воздуха уменьшается из-8а умень­

шения давления наддува. Коэффициент избытка воздуха

т. е. соотношение воздух-топливо также снижается. Поэтому,

несмотря на увеличение относительного теплоотвода в воду,

может наблюдаться некоторое возрастание температуры порш­

ня. В то же время период одновременного открытия выпуск­

ных и продувочных органов вследствие уменьшения числа

оборотов возрастает, что приводит к увеличению ^ Л и, <xz . как правило, суммарного коэффициента избытка воздуха В результате температура газовоздушной смеси перед тур­

биной уменьшается. Это обстоятельство должно учитываться

при осуществлении контроля за нагрузкой двигателя по температуре выпускных газов.

С течением времени на поверхностных нагретых деталей двигателя откладывается слой накипи или нагара, что ухудшает теплоотвод и приводит к постепенному повышению температуры деталей. Температура выпускных газов эти

явления отражает недостаточно полно, что может быть при­

чиной ошибок в определении теплового состояния двигателя

иперегрузки по тепловой напряженности.

Востальных случаях (при перегрузке двигателя, при

изменении внешних условий и т. д.) температуре газа отражает уровень температуры деталей и поэтому считается

основным косвенным показателем тепловой напряженности

8 . Докажите достоверность косвенных показателей механической напряженности деталей кривошипно-шатунного механизма? Стр. 59-65.

9.Как влияет изменение максимального давления сгорания на механическую напряженность двигателя?

Стр. 65-66.

10.К каким последствиям может привести увеличение

числа оборотов двигателя сверх максимальных? Стр. 64.

11.Дайте характеристику влияния резонансных зон

крутильных колебаний на механическую напряженность

двигателя? Стр. 64-65.

12.Какими показателями характеризуется тепловое состояние деталей двигателя? Стр.67.

13.Перечислите характерные зоны деталей, температуры которых определяют надежность и долговечность двигателя,

назовите предельные температуры этих зон. Стр. 67-70.

14.В чем особенность процесса теплопередачи в цилинд­ ре дизеля? Стр. 71-72.

15.Какие допущения принимаются для упрощения мате­

матического описания процесса теплопередачи в цилиндре

дизеля? Стр. 72.

16.Покажите особенности теплопередачи от газа к стенке, через стенку и от стенке к охлаждающей воде.

Стр. 73-74.

17.Выведете формулу для определения температуры

на поверхности стенки со стороны газа и перепада тем­ ператур между стенками. Стр. 75-76.

18.Дайте определение и объясните физический смысл средней заменяющей температуры газа. Стр. 76-78.

19.Что понимается под удельным тепловым потоком

ипочему удельный тепловой поток может характеризовать

тепловую напряженность двигателя? Стр. 79.

20.Приведите формулу Костина для удельного теплового

потока и покажите какая существует связь между удельным

тепловым потоком и температурой деталей цилиндрово­ поршневой группы. Стр. 79-80.

91

21.Какое влияние оказывают на тепловую напряженность двигателя отложения накипи и нагара на его нагретых дета­

лях? Стр. 81.

22.К каким последствиям приведет отложение лака на нагретых поверхностях поршня, в канавках поршневых колец

ив масляных каналах? Стр. 83.

23.К каким последствиям приводит тепловая перегруз­

ка дизеля? Стр.85.

24.Какие косвенные показатели характеризуют тепло­ вую напряженность дизеля? Стр.87.

25.Почему тепловая напряженность дизеля может оцениваться по температуре выпускных газов? 3 каких случаях температура газа не отражает теплового состоя­

ния деталей? Стр. 87-89.

Ли ' т е р а т у р а

1.Гаврилов В.С., Камкин С.В., Шмелев В.П. Техниче­ ская эксплуатация судовых дизельных установок. Изд.

"Транспорт", 1967.

2.Давыдов В.Г., Овсянников М.К. Температурные

напряжения в деталях судовых дизелей. Изд. "Судостроение",

1969.

3.Дьяченко Н.Х. и др. Теплообмен в двигателях

итеплонапряженность их деталей. Изд. "Машиностроение", 1969.

4.Возницкий И.В.Техническая эксплуатация двигателей

промысловых судов. Изд. "Пищевая промышленность", 1969.

92

ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРАБЕЛЬНЫХ ДВС

§ I. Область допустимых длительных нагрузок корабельных

ДВС

Корабельные двигатели внутреннего сгорания, работаю­

щие на винт фиксированного шага, используется в широком диапазоне нагрузок и чисел оборотов по винтовой характе­ ристике. Винтовая характеристика не остается постоянной,

а в зависимости от состояния корпуса корабля, его водоиз­ мещения и условий плавания изменяется и может быть "тя­

желой" или "легкой". Двигатели, работающие на винт регу­ лируемого шага, эксплуатируются по нагрузочным характе­ ристикам в широком диапазоне изменения крутящих моментов. Одной из особенностей эксплуатации корабельных ДВС являет­

ся возможность частых и значительных перегрузок, следст­ вием которых могут быть повышенные тепловые и механиче­ ские напряжения, повышенный износ деталей, поломки и даже преждевременный выход двигателя из строя.

При широком диапазоне нагрузок и чисел оборотов на некоторых режимах не обеспечивается надлежащее смесеоб­ разование и качество рабочего процесса, например, на малых оборотах и нагрузках. Длительная работа на этих режимах может привести к повышенному нзгарообразованию, нарушению процесса смазки и, в конечном итоге, к преждевременному

выходу двигателя из строя. Надежная работа корабельного

двигателя будет полностью обеспечена только в том случае, если тепловые и механические напряжения деталей не будут

превышать предельных значений и качество рабочего про­

цесса будет достаточно хорошим.

Чтобы во время эксплуатации двигателя избежать пере­ грузок и исключить длительную работу на режимах, где

93