3. Техническая эксплуатация судовых дизельных двигателей

   0. 3.1 Показатели работы дизельного двигателя

Характеристикой двигателя называется аналитическая или графическая зависимость его показателей от одного из независимых показателей (независимых переменных). 

С помощью характеристик устанавливаются функциональные связи между основными параметрами двигателей и факторами, которые влияют на их эксплуатацию. К основным характеристикам двигателей относятся скоростные и нагрузочные.

В скоростных характеристиках независимой переменной является частота вращения двигателя n, в нагрузочных — эффективная мощность N_e, среднее эффективное давление р_e и вращающий момент М. Условия протекания рабочего процесса, характеризующиеся совокупностью его основных показателей, называются режимом работы двигателя.

Различают установившиеся и неустановившиеся режимы работы. На установившихся режимах основные показатели рабочего процесса двигателя считаются постоянными и не зависят от времени. На неустановившихся режимах частота вращения и другие показатели двигателя изменяются во времени, что обусловлено в основном изменением внешней нагрузки двигателя. Неустановившиеся режимы являются переходными от одних установившихся режимов к другим и охватывают такие важные для эксплуатации режимы, как пуск, реверс, остановка, работа при прогреве и переходе с одного установившегося режима на другой.

Характеристики двигателей могут быть получены расчетным путем или экспериментально. Большую достоверность имеют характеристики двигателей, полученные экспериментально. Для этого двигатели проходят специальные испытания на заводских стендах: в широком интервале изменения частоты вращения изменяется их мощность (скоростные характеристики) или при постоянной частоте вращения изменяется нагрузка (нагрузочные характеристики).

Основными энергетическими и экономическими показателями эксплуатационных характеристик работы судового дизеля являются величины N_e, M_e, p_e, g_e, которые зависят от одних и тех же параметров рабочего цикла η_н, α, γ_г, η_i, η_m, n.

0. 3.2 Динамика дизельного двигателя и механическая напряженность его узлов и деталей

Основными конструктивными параметрами КШМ являются радиус кривошипа r, длина шатуна L_ш и их отношение λ_ш = r/L_ш, называемое постоянной механизма. При анализе КШМ угол поворота кривошипа φ, отсчитываемый в направлении его вращения от положения ВМТ φ = ωτ, рад, принимается независимой переменной, определяющей положение механизма.

Угловая скорость кривошипа ω при кинематических и динамических расчетах принимается постоянной и равна,

ω = φ/τ

где τ — время перемещения кривошипа на угол φ.

Угловое перемещение кривошипа φ

φ = 180ωτ/π

Угол отклонения шатуна от оси цилиндра β, град.

β = arcsin(λ_шsinφ).

Перемещение поршня S_φ отсчитывается от положения в ВМТ и является функцией угла поворота кривошипа S_φ = f(φ). 

S_φ = r[(1 + cosφ) + λ_ш/4(1 - cos2φ)]

Скорость поршня при постоянной угловой скорости вращения коленчатого вала не постоянна. Среднее значение скорости с_m = S_n/30, м/с.

гновенное значение скорости находят дифференцированием уравнения перемещения поршня по времени. Продифференцировав уравнение, получим приближенное выражение для определения скорости поршня, м/с,

v = dS_φ/dτ = dS_φω/dφ = rω(sinφ + λ_шsin2φ/2)

Ускорение поршня j получим, продифференцировав уравнение скорости поршня по времени, м/с²,

j = dv/dτ = dvω/dφ = rω²(cosφ + λ_шcos2φ)

Скорость поршня при постоянной угловой скорости вращения коленчатого вала не постоянна. Среднее значение скорости с_m = S_n/30, м/с. Мгновенное значение скорости находят дифференцированием уравнения перемещения поршня (S_φ = r[(1 + cosφ) + λ_ш/4(1 - cos2φ)]) по времени. Продифференцировав уравнение, получим приближенное выражение для определения скорости поршня, м/с,

v = dS_φ/dτ = dS_φω/dφ = rω(sinφ + λ_шsin2φ/2)

Приближенное выражение для безразмерной скорости поршня с учетом этого уравнения запишется в виде 

v = sinφ + λ_шsin2φ/2

Формулы показывают, что при конечной длине шатуна (λ_ш ≠ 0) скорость поршня находится как сумма двух гармонических составляющих первого и второго порядков. На рис. произведено графическое суммирование гармонических составляющих приближенного выражения безразмерной скорости поршня. Штриховой кривой показана зависимость безразмерной скорости поршня от угла поворота кривошипа α. Из рисунка следует, что максимум безразмерной скорости поршня несколько больше единицы и он достигается при угле α_m < 90°. В интервале α от 0 до 180° скорость положительна, а в интервале α от 180 до 360° скорость отрицательна. За положительное направление скорости поршня принимают направление от в. м. т. к н. м. т.