Поле возможных режимов работы судовых дизелей

Изменение нагрузки двигателя обычно изображается в виде графика в координатных осях N_e и п, показывающего зависимость эффективной мощности двигателя N_e от частоты вращения коленчатого вала (KB) двигателя п.

Дизелестроительные заводы при испытании двигателей на стенде определяют основные показатели, характеризующие режим работы двигателя на различных нагрузках. Можно упрощенно представить себе испытания двигателя на стенде по следующей схеме нагружения (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Поле режимов работы дизеля

АВ — холостой ход;

ВС — регуляторная характеристиками при n_сн = const;

CD — номинальная внешняя характеристика,

DA — характеристика минимально устойчивой частоты вращения коленвала;

ОС — ограничительная характеристика (М_ен = const);

EF — ограничительная по теплонапряженности,

KL — нижняя ограничительная характеристика (N_е = 0,5N_eн)

Сначала двигатель пусковым устройством раскручивается до минимально устойчивой частоты вращения KB п_min (на графике этот процесс изображается горизонталью ОА),когда он начинает устойчиво работать на топливе (точка А), при этом вал двигателя не нагружается тормозным устройством, т.е. осуществляется холостой ход N_e = 0. Постепенно увеличивая подачу топлива, не нагружая двигатель, на холостом ходу повышается частота вращения KB вплоть до номинальной величины п_н (холостой ход — отрезок АВ).

При достижении номинальной частоты вращения KB n_сн, включается автоматический регулятор поддержания постоянной частота вращения KB n_сн = const и начинается постепенное нагружение вала двигателя тормозным устройством.

Нагружение тормозом осуществляется до тех пор, пока двигатель не разовьет величину номинальной мощности N_eн в точке С. На графике (см. рис. 1.1) этот процесс показан вертикальным отрезком ВС. Отрезок ВС, отражающий изменение мощности от N_e = 0 до N_eн при n_сн=const называется регуляторной характеристикой двигателя.

Как известно, эффективная мощность двигателя определяется по формуле:

где М_е — тормозной момент па валу двигателя, кН·м;

п_с — частота вращения коленчатого вала, с^-1.

Итак, в точке С двигатель работает в номинальном режиме, развивая номинальную мощность N_eн при номинальной частоте вращения KB n_сн. Этот режим соответствует максимальной длительной мощности (МДМ) двигателя, при котором продолжительность работы двигателя по времени не ограничивается (Maximum Continuous Rating — MCR, т.е. Nominal Power at Nominal Engine Speed).

Затем выключается из работы регулятор поддержания постоянной частоты вращения KB, а нагружение вала двигателя тормозным устройством увеличивается, т.е. тормозной момент М_е возрастает. При этом двигатель работает с выключенным регулятором с постоянной цикловой подачей топлива, т.е. рейка топливного насоса, установленная для номинального режима N_eн и n_сн, остается все время в этом положении, не меняя величину подачи топлива.

Скоростной режим работы двигателя, показывающий зависимость изменения мощности двигателя N_e от частоты вращения KB n при неизменной цикловой подаче топлива, называется внешней характеристикой двигателя. В данном случае двигатель работает в режиме номинальной внешней характеристики. При меньших, чем для номинального режима, постоянных цикловых подачах топлива будут осуществляться частичные (долевые) внешние характеристики.

Работа двигателя по внешней характеристике вследствие увеличения тормозного момента будет характеризоваться соответствующим уменьшением частоты вращения KB и мощности. Если двигатель продолжать загружать тормозом, то, перейдя рубеж минимально устойчивой частоты вращения ко-ленвала n_min, двигатель заглохнет — остановится. Во избежание этого в точке D, соответствующей минимально устойчивой частоте вращения KB, включается регулятор поддержания минимальной частоты вращения KB, a нагружение двигателя тормозом постепенно уменьшается до М_е = 0, N_e = 0, т.е. двигатель в дальнейшем переходит в режим работы холостого хода при N_e = 0.

Этот процесс (отрезок DA) определяет режим работы с минимально устойчивой частотой вращения коленвала n_min.

В результате, в координатах «N_e - п» изображается поле возможных нагрузок двигателя, ограниченное снизу линией холостого хода АВ при N_e = 0, справа — регуляторной характеристикой ВС при n_сн = const, сверху — внешней номинальной характеристикой CD, слева — режимом минимально устойчивой частоты вращения коленвала n_min — отрезок DA.