Работа двигателя с перегрузкой

Анализ работы судового двигателя на различных режимах, выполненный нами, позволяет сделать вывод, что при изменении сопротивления движению судна тепловая и динамическая напря­женность двигателя может недопустимо возрастать.

Режим работы двигателя, при котором тепловая и динамическая на­пряженность его становится выше, чем допустимо, является перегрузочным. Перегрузочным режимом работы двигателя можно назвать такой режим ра­боты, при котором значение коэффициента избытка воздуха при горении становится меньше, чем при работе на номинальном режиме. Работа дизеля с ? < ?_ном происходит при возрастающем догорании топлива на линии расширения, а следовательно, сопровождается увеличением температуры выпускных газов и средней температуры за цикл. Повышение средней тем­пературы газов за цикл увеличивает температуру стенок цилиндра, а потому способствует дальнейшему уменьшению весового заряда цилиндра воздухом и, следовательно, уменьшению ?. Поэтому повышение температуры выпуск­ных газов и стенок цилиндра при этом является прогрессирующим, в резуль­тате чего может произойти коксование смазочного масла на стенках цилиндра и образование задиров и заеданий поршней, т. е. такая работа может двига­тель привести к аварии.

При неудовлетворительном техническом состоянии двигателя перегру­зочный режим работы может наступить при мощности и числе оборотов меньше номинальных.

Внешними признаками перегрузки двигателя являются: дымный вы­хлоп, высокая температура отработавших газов, сильный нагрев крышек и стенок цилиндра.

Причинами перегрузки двигателя, кроме ранее рассмотренных (силь­ное течение и ветер, мелководье, большой воз и др.), могут быть следующие.

Неравномерность распределения мощности по цилиндрам, главным об­разом вследствие неправильной регулировки топливных насосов, приводит к перегрузке отдельных цилиндров двигателя. Такая перегрузка, не обна­руженная своевременно, может привести не только к заеданию поршня, но и к образованию прогара его донышка и взрыву масляных паров в картере двигателя. Контроль температуры выпускных газов по цилиндрам и охлаж­дающей воды позволяет своевременно обнаружить перегрузку отдельных цилиндров и устранить ее. Температура выпускных газов по цилиндрам не должна отличаться, при номинальной мощности двигателя, более чем на ±5% от средней температуры для всех цилиндров.

Мощность отдельных цилиндров не должна отличаться более чем на ±2,5% от среднего ее значения.

Несоответствие элементов гребного винта номинальной мощности и числу оборотов (винт более «тяжелый») приводит также к перегрузке двига­теля. Повышение сопротивления газовому потоку в выпускном и во впускном трактах (малый диаметр, большая длина, скопление сажи и маслянистых осадков) способствует перегрузке двигателя.

Особо следует отметить влияние изменения метеорологических условий на возможность перегрузки двигателя.

Пренебрегая весьма малым влиянием величины температуры наружного воздуха на коэффициент наполнения цилиндра, мощность двигателя, соглас­но формуле (158), можно выразить так:

Допустим, что двигатель при стендовых испытаниях развивал мощность N_{e ном} и имел n_ном при давлении и температуре наружного воздуха р₀ и Т₀:

При других значениях давления и температуры наружного воздуха мощ­ность этого двигателя при том же числе оборотов будет равна

или, выражая ее через номинальную мощность, будем иметь

Принимая в первом приближении, что изменение параметров наружного воздуха одинаково влияет на величину коэффициента избытка воздуха и на величину индикаторного к. п. д. двигателя, и пренебрегая изменением меха­нического к. п.д. его, при этом будем иметь

Так, например, при значениях: р₀ = 760 мм рт. ст.; р₀ = 740 мм рт. ст Т₀ = 293° К и Т₀ = 313° К

Таким образом, из приведенного примера следует, что падение давления и повышение температуры наружного воздуха, которые наблюдаются в прак­тике эксплуатации силовых установок, приводят к значительному сниже­нию номинальной мощности двигателя. При работе двигателя на гребной винт указанные изменения параметров наружного воздуха уменьшают мощ­ность его и число оборотов вала.

Сохранение мощности при рассматриваемом изменении параметров наружного воздуха, путем увеличения подачи топлива, приводит, как это видно из дальнейшего, к значительному снижению коэффициента избытка воздуха при горении, а следовательно, к перегрузке двигателя. Действи­тельно, при условии, что N_e? = N _{е ном}, будем иметь

Допустим, что в рассматриваемом примере дизель имеет ? = 2,0, и если принять, что уменьшение индикаторного к. п. д. будет пропорционально уменьшению веса заряда цилиндра воздухом, то найдем значение ?':

При таком уменьшении значения коэффициента избытка воздуха по сравне­нию с номинальным значением его не вызывает сомнения, что двигатель будет работать с недопустимой перегрузкой.

Работа двигателя с перегрузкой допускается только в исключительных случаях, и при этом должно быть усилено наблюдение за работой его. Осо­бое внимание должно уделяться контролю за температурой отработавших газов двигателя и за работой охлаждающей и масляной систем. Следует при этом иметь в виду, что быстроходные форсированные двигатели имеют при номинальном режиме работы сравнительно низкое значение коэффициента избытка воздуха, а потому повышение мощности их путем перегрузки может быть незначительным.