Файл: Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 72
Скачиваний: 0
Рис. 2.8. Графики, характеризующие устойчи
вость работы системы двигатель-потребитель:,
а) устойчивая система; б) неустойчивая система
Если для состояния равновесия при установившемся режиме работы М с= М си, М А=У1А.Ч , со = со0 ?
то в случае отклонения от положения равновесия
M t= Мс.у+ д м с • М А= М АУ+ Д М д ;
со = со0+-Дсо.
Предполагаем, что Дсо настолько мало, что в интервале от оо0 до со моменты изменяются по прямой линии, поэтому уравнения для приращений могут быть записа ны в виде:
(2.17)
(2.18)
В условиях динамического равновесия системы двига
тель-потребитель приращения моментов равны, тогда на
35
основании уравнений (2.17) и (2.18), произведя пере становку, получим
|
. с1йсо |
(dMc |
d N V |
Дсло=0 |
fО 19) |
|
А d t |
vdoo |
oLco |
|
|
Последнее |
уравнение представляет собой не что иное, |
||||
как уравнение |
динамического равновесия системы. После |
||||
разделения переменных уравнение |
примет вид |
• |
|||
|
dAu) |
1 f d K |
dM |
|
Auo ~ |
3Al doo |
dco( df. |
После интегрирования уравнения от to а до |
|||
<С0 до 'С получим |
|
т |
|
|
1 ( |
'dMc |
|
4/пДоо |
|
||
|
V |
vdeo duo] ^0 |
|
(2.20)
со и от
(2.21)
или
Доо |
i |
fdмс |
dMAV |
t„-o |
(2 .22) |
|
|
За vduj |
&«>Г’ |
|
|||
Последнее равенство можно переписать в виде |
|
|||||
|
Доо |
Эд(.с1.с« |
otw /г |
|
(2.23) |
|
|
Дсос |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
или окончательно |
|
■ ЗДс1а> " ct<x> I'17 |
|
|||
|
|
4 /оИЧ, |
ctM, |
|
|
|
|
Дса^— Део0е |
|
|
|
(2.24) |
|
Полученное приращение Дсо в зависимости от зна чения показателя степени будет либо убывать (устойчивый
режим), либо возрастать (неустойчивый режим). Для того
чтобы Доо убывало, необходимо выполнить условие
i |
(dMc |
dM |
(2.25) |
3A vdco |
d.u>А) >0 |
||
|
|
з / |
|
всегда положительно, поэтому устойчивость зависит |
|||
от разности |
Fa ,получившей название |
коэффи |
|
циента устойчивости. Приращение |
Дсо будет уменьшаться и |
режим будет устойчивым, когда |
имеет положительное |
36 |
|
значение (4F y>0') ", приращение будет возрастать и режим
будет неустойчивым, когда Fy имеет отрицательное зна
чение (Fy<0). Как было сказано выше, выполнение условия Fy> Q зависит от характера изменения момента сопротив ления и момента двигателя от угловой скорости вращения. На рис. 2.8,а значение Fy = tg«.c-tgoiA - положи
тельное и, следовательно, система будет работать устой чиво; на рис. 2.8,6 Fy=tgac-tq«A имеет отрицательное
значение, поэтому равновесие системы неустойчиво. Бели
под воздействием каких-либо причин угловая скорость
устойчивой системы со уменьшится на величину Д с о , то движущий момент станет больше момента сопротивления и, под влн яием разности моментов число оборотов увеличится до прихода в исходную точку А ,• где моменты будут равны. Если под воздействием каких-либо причин угловая
скорость этой же системы увеличится на величину Д со
то момент сопротивления станет больше движущего момента,
система начнет притормаживаться до тех пор, пока не
возвратится в исходную точку А.
Работу устойчивой системы двигатель-потребитель можно сравнить с шариком, помещенным в лунку. Любое отклонение шарика от положения равновесия неизбежно, под воздействием силы тяжести, приведет его в центр лунки, в положение равновесия.
Бели под воздействием каких-либо причин угловая скорость неустойчивой системы со уменьшится на вели чину Дсо, то момент сопротивления станет больше движу щего момента, система будет притормаживаться до тех пор,
пока не остановится. Если угловая скорость этой же си
стемы увеличится на величину Дел)7 то движущий момент
станет больше момента сопротивления, система будет продолжать разгоняться и увеличивать обороты (пойдет в
разнос).
Работу неустойчивой системы можно сравнить с шариком,
помещенным на вершину сферы. Любое отклонение шарика от
37
положения равновесия неизбежно, под воздействием силы тяжести, приведет к его скатыванию.
При работе дизеля на винт момент сопротивления опре
деляется моментом сопротивления гребного винта. Движущий
момент определяется крутящим моментом двигателя при
закрепленном рычаге управления. Если дизель не имеет всережимного регулятора, это будет частичная или внеш
няя характеристика. Если дизель снабжен всережимным
регулятором, это будет регуляторная характеристика.
На рис. 2.9 показаны характеристика момента сопротив
ления гребного винта (винтовая характеристика) и частич
ные характеристики дизеля при различных положениях Закреп ленной рейки топливного насоса. Как видно на рисунке,
Рис. 2.9. График, характеризующий устойчивость
работы дизеля, не имеющего всережимного регулятора, 38 по винтовой характеристике
работа двигателя, не имеющего всережимного регулятора,
по б и н т о в о й характеристике на |
большей части диапазона |
оборотов является устойчивой. |
При уменьшении оборотов |
ниже (0,35-0,45) п н устойчивость нарушается, т. е.'
работа дизеля переходит в неустойчивую зону.
Причину потери устойчивости работы дизеля, не имею
щего всережимного регулятора, на малых оборотах по вин товой характеристике и на холостом ходу следует искать в характере изменения крутящего момента двигателя и момен та сопротивления гребного винта в этой области. В зоне
малых чисел оборотов и нагрузок частичные характеристики
двигателя М с=?(Пд) крутые. Область, расположенная
вправо от точки А ?является зоной устойчивой работы дизе
ля, |
а область, расположенная влево от точки |
А , является |
|
зоной неустойчивой |
работы. |
|
|
|
Коэффициент устойчивости с уменьшением числа оборотов |
||
дизеля по винтовой |
характеристике от точки Н |
уменьшает |
|
ся, |
в точке А становится равным нулю и левее принимает |
||
отрицательные значения (неустойчивая зона). Таким обра зом, основная причина потери устойчивости работы дизеля заключается в том, что на малых оборотах и нагрузках частичные характеристики дизеля становятся более крутыми,
а винтовая характеристика становится более пологой.
Такой характер протекания частичных характеристик дизеля в этой области объясняют следующие причины:
а) гидродинамические причины, связанные с харак теристиками топливного насоса. Пример характеристик
топливного насоса золотникового типа показан на
рис. |
2.10. Характеристики |
(ид) сняты при различ |
н а |
полезных хода.х плунжера |
топливного насоса. С увели |
чением числа оборотов цикловая подача топлива возрастает, что объясняется уменьшением потерь на утечки через зазоры в плунжерной паре насоса и в паре игла-иглодержатель.
Увеличению крутизны характеристики способствует также
явление дросселирования во впускном канале втулки плун-
39
Рис. 2.10. Характеристики топливного насоса золотнико
вого типа
жера. При увеличении оборотов и скорости плунжера момент начала нагнетания наступает несколько раньше, чем кромка плунжера пере кроет впускной канал.
В результате дроссели
рования как бы увеличи
вается полезный ход
плунжера.
Крутящий момент
двигателя и цикловая
подача топлива связаны
следующим соотношением
М с ^ А & т Ч е , (2.26)
где & т - цикловая подача топлива; эффективный к. п. д. дизеля;
А - коэффициент, объединяющий постоянные числа. Вид характеристик крутящего момента двигателя,
таким образом, в основном определяется характеристиками
топливного насоса и изменением эффективного к. п. д. дизеля;
б) причины, связанные с качеством рабочего про цесса^ определяющие характер изменения индикаторного к. п. д. дизеля в области малых чисел оборотов и нагру
зок. При снижении числа оборотов ухудшается процесс рас пиливания топлива и смесеобразования в камере сгорания,
возрастают потери тепла в охлаждающую воду. Все это способствует уменьшению индикаторного к. п. д. и увеличению крутизны характеристик крутящего момента
дизеля; в) динамические причины, связанные с увеличением
степени неравномерности вращения коленчатого вала дч-
4С
зеля при снижении числа оборотов. Увеличение неравномер
ности вращения определяется уменьшением кинетической
энергии вращающихся деталей и увеличением неравномерности подачи топлива по цилиндрам дизеля. Это подтверждается
формулой для степени неравномерности
Vh А |
|
8= 2сог0 д |
(2.27) |
где А - избыточная работа касательных сил;
Vhрабочий объем цилиндра;
0Амомент инерции вращающихся частей дизеля;
оо- угловая скорость вращения коленчатого вала.
Суменьшением числа оборотов избыточная работа каса тельных сил увеличивается.
Неравномерность вращения коленчатого вала и крутизна характеристики крутящего момента связаны между собой.
Бели обратиться к тахограмме работы четырехцилиндрового дизеля, изображенной на рис. 2.II, то можно увидеть,
Рис. 2.II. Тахограмма четырехцилиндрозого
дизеля
что минимум угловой скорости соответствует моменту,
когда пориень завершает такт сжатия, т. е. моменту начала подачи топлива. Следовательно, подача топлива
осуществляется при угловой скорости коленчатого вала,
меньше сре,дней. Например, при среднем числе оборотов дизеля 300 об/мин и степени неравномерности вгашения 30/
41