4. Условия работы дизеля
Судовые дизельные установки состоят из двигателя и систем, обеспечивающих его функционирование: топливоподачу, воздухоподачу, смазывание, охлаждение, пуск, реверс, ручное и автоматическое управление.
режимы работы двигателей характеризуются совокупностью многих параметров, определяющих эффективную мощность Ne, и экономичность (эффективный КПД е или эффективный удельный расход топлива gе). К числу этих параметров относятся: крутящий момент М, угловая скорость вала , положение органа топливоподачи h, давление наддува рн, температура охлаждающей воды Т и др. Поэтому функциональная зависимость эффективной мощности Ne(м; ; h; рн;Т… )
Двигатель может работать в установившихся и в неустановившихся режимах.
Режим работы двигателя называется установившимся (статическим), если значения его параметров во времени сохраняются постоянными. Это возможно, если условия работы двигателя на подводе и отводе энергии неизменны, т.е. существует равенство произведённой двигателем и израсходованной потребителем энергии. При этом Ме-Мс=0, где Ме- эффективный крутящий момент, а Мс- момент сопротивления вращению гребного винта.
Равенство моментов может быть справедливо при различных режимах, которым соответствуют различные значения параметров. Диапазон изменения каждого параметра обуславливается конструктивными и эксплуатационными особенностями двигателей. Так, частота вращения вала двигателя может изменяться в ограниченных пределах. Максимальное значение частоты лимитируется прочностью элементов двигателя, а минимальное возможностью устойчивого поддержания режима работы. Между параметрами, характеризующими работу двигателя на каждом установившемся режиме, существуют определённые функциональные зависимости. Этим функциональным зависимостям соответствуют статические характеристики, построенные в координатах установившихся параметров. С точки зрения анализа режимов работы двигателя наибольший интерес представляют статические характеристики и функции, выражающие зависимости между наиболее важными параметрами двигателя (Ne,. Ме, , h, Т и др.)
Рассмотрим статические характеристики эффективной мощности Ne, и эффективного крутящего момента Ме как функции частоты вращения вала двигателя. Эти характеристики называют частичными, поскольку положение каждой из них определяется частичной топливоподачей или частичным положением топливорегулирующего органа. При этом h1 >h2> h3. В процессе управления двигателем при перемещении топливорегулирующего органа с целью увеличения топливоподачи статическая характеристика эффективной мощности или эффективного крутящего момента перемещается вверх. ала двигателя может изменяться конструктивными и эксплуатационными особенностями двигателей.
Статические характеристики зависимости мощности (момента) сопротивления Nс вращению гребного винта от частоты вращения вала двигателя называют винтовыми характеристиками. Винтовые характеристики момента сопротивления соответствуют закону квадратичной параболы: Мс=Км2, а винтовые характеристики мощности сопротивления - закону кубической параболы: Nc=KN3.
Винтовые характеристики являются характеристиками нагрузки для двигателя, работающего на гребной винт. Положение этих характеристик зависит от условий движения судна и гребного винта (силы и направления ветра, степени волнения моря. глубины фарватера, состояния поверхностей корпуса судна и винта, осадки судна, и других факторов), при изменении которых изменяется скорость судна и относительная поступь винта р=с/(вD), где с- скорость судна; D - диаметр гребного винта; в - частота вращения гребного винта. Винтовая характеристика будет смещаться влево и вверх, если условия движения судна будут ухудшаться (возрастёт сила встречного ветра, обрастёт поверхность корпуса судна и т.п.) и относительная поступь винта будет уменьшаться, т.е. р3 > р2 > р1.
В случае работы ГД на винт регулируемого шага положение винтовой характеристики, кроме того, будет зависеть от шагового отношения H/D. Причём с увеличением шагового отношения винтовая характеристика будет смещаться влево и вверх, т.е. H/D1 > H/D2 > H/D3.
Пересечение характеристик эффективной мощности и мощности сопротивления вращению гребного винта определяет точку установившегося режима работы двигателя, для которой справедливо равенство Ме-Мс=0. На рисунке 4 установившимся режимам соответствуют точки пересечения характеристик А, В, С, которые получаются в процессе управления двигателем при переходе с малого на средний и затем полный ход в результате перестановки топливорегулирующего органа на увеличение подачи топлива.
Рис. 4. Установившиеся режимы работы двигателя при различных значениях топливоподачи.
При работе двигателя с заданной топливоподачей, например в режиме полного хода, также возможны различные установившиеся режимы, что наблюдается при изменении условий плавания судна (р3 р2 р1.) или при управлении пропульсивной установкой посредством изменения шага винта (H/D3 H/D2 H/D1.).
В реальных условиях работы СЭУ могут происходить одновременные изменения положений статических характеристик эффективной мощности и мощности сопротивления.
Установившиеся режимы работы двигателя лимитируются статическими характеристиками максимальной и минимальной эффективных мощностейNe1(hmax) или Ne2(hmin), минимальной мощности сопротивления Nс2(р max), граничными линиями минимально и максимально допустимых частот вращения вала (min и max). Эти характеристики и линии соответствуют предельным физическим возможностям двигателя и определяют область его возможных рабочих режимов.
Эксплуатация ГД проводится с учётом расположения заградительной характеристики ЗД, которая устанавливается заводом-изготовителем по предельному крутящему моменту или пределу дымности сгорания топлива.
Вывод: с увеличением времени объекта, заброс уменьшается, время переходного периода увеличивается, ц остаточное уменьшается.
Исследованию вопросов регулирования параметров цикла парконденсат посвящены работы [1, 2, 3, 4, 5], а результаты этих исследований реализованы на целом поколении паротурбинных судов отечественной постройки (типа «Пекин», «Ленинский комсомол», «София»). Полученный опыт использован при создании системы регулирования ПТУ танкеров типа «Крым», снабженных новой высокоэкономичной энергетической установкой.
Конкретные задачи регулирования параметров цикла «парконденсат» вытекают из принятой тепловой схемы установки и дополнительных требований к системе регулирования. Тщательный анализ этих данных, необходимых при проектировании, позволил сформулировать общие технические требования, с позиций которых велись разработка и создание системы регулирования параметров цикла пар-конденсат. Существо их сводилось в основном к следующему:
Выбор рациональной структуры отдельных контуров регулирования и системы в целом.
Конструктивная простота, высокая надежность и эксплуатабельность системы.
Невысокая стоимость системы.
Поскольку указанные требования тесным образомвзаимосвязаны, задача создания системы регулирования, оптимально удовлетворяющей этим требованиям, может быть успешно решена лишь при комплексном подходе к проектированию.
В установке предусматривается автоматическое поддержание уровня во вспомогательном конденсаторе, подогревателях питательной воды высокого и низкого давления, деаэраторе, а также поддержание давления в магистралях охлажденного и отработавшего пара. В главном конденсаторе уровень конденсата на нагрузках, близких к номинальной поддерживается посредством саморегулирования производительности кавитирующих конденсатных насосов.
Поддержание давления в магистрали охлажденного пара осуществляется двумя регуляторами РД5 и РД6, включенными параллельно на общую магистраль. Охлажденный пар подается к трубопроводам вспомогательных механизмов, и том числе к блоку приводных агрегатов (БПА).
Нормальная работа лабиринтовых уплотнений ГТЗА обеспечивается традиционным способом за счет поддержания в уравнительном коллекторе небольшого избыточного давления при помощи сдвоенного регулирующего клапана, который в случае понижения давления открывает подачу пара из магистрали II отбора в коллектор, а в случае его повышения открывает сброс пара из коллектора в магистраль 1 отбора, имеющую более низкое давление(регулятор давления РД2-астатический).
Уровень во вспомогательном конденсаторе поддерживается с помощью регулятора РУ1 (см. рис. 1) путем дросселирования напорной магистрали конденсатного насоса.