Этапы разгона коленчатого вала судового малоразмерного дизеля Ч8,5/11 в режиме пуска

Размещено на http: //www. allbest. ru/

ФГБОУ ФПО МАДИ (ГТУ) Махачкалинский филиал, г. Махачкала

Этапы разгона коленчатого вала судового малоразмерного дизеля Ч8,5/11 в режиме пуска

А.С. Дадилов, к.т.н., доцент

Аннотация

судовой дизель коленчатый вал

В статье представлены основные этапы разгона коленчатого вала судового малоразмерного дизеля с цилиндрической камерой сгорания в поршне в период пуска, сначала электростартером, а затем на вспышках, до выхода дизеля на режим холостого хода. Анализируются конструктивные и регулировочные факторы, влияющие на сумму индикаторных моментов вспышек, приведенной к коленчатому валу

Ключевые слова: судовой малоразмерный дизель, разгон коленчатого вала, пусковые рабочие циклы, цикловая подача топлива, угол опережения впрыска топлива.

Annotation

The article presents the main stages of acceleration of the crankshaft ship small diesel with a cylindrical combustion chamber in the piston during the start, first as a starter, and then flashes to the output of the diesel engine at idle. Analyzed structural and adjustment factors influencing the amount of indicator moments flashes, refer to crankshaft.

Keywords: marine small-size diesel, acceleration of the crankshaft, starting work cycles, injection quantity, the advance angle of fuel injection.

Для пуска дизеля необходимо вращать коленчатый вал от постороннего источника энергии с частотой, обеспечивающей заполнение цилиндров свежим зарядом воздуха, сжатие, смесеобразование и воспламенение рабочей смеси.

Частота вращения коленчатого вала в начальный период пуска, т.е. до момента воспламенения топлива, зависит от соотношения крутящего момента пускового устройства и момента сопротивления вращению коленчатого вала. Продолжительность периода определяется временем, необходимым для создания в цилиндрах условий, при которых становится возможным воспламенение топлива хотя бы в одном из цилиндров.

Процесс пуска состоит из нескольких фаз, каждая из которых определяется многочисленными и разнохарактерными факторами. На рис. 1, представленном в качестве примера, можно выделить несколько фаз и определить их продолжительность при электростартером запуске, дизеля 4ЧСП8,5/11 с цилиндрической камерой сгорания в поршне и декомпрессионным устройством, при температуре окружающей среды 263 К.

Рис. 1 Изменение частоты вращения (n) и угловой скорости (щ) коленчатого вала и средней скорости поршня (Сm) в режиме пуска дизеля 4ЧСП8,5/11 с цилиндрической камерой сгорания в поршне

Суммарная длительность фаз разгона коленчатого вала с состояния покоя, характеризуемого угловой скоростью щ = 0 и средней скоростью поршня Сm= 0, до достижения

щ = щ1 и Сm = Сm1,

при которых в цилиндрах дизеля реализуются первые рабочие циклы и обеспечивается их переход в устойчивые пусковые рабочие циклы и отключение стартера, зависит в основном от наличия и состояния смазки на стенке зеркала цилиндров их температурного состояния, параметров воздуха на впуске и в конце такта сжатия, цикловой подачи топлива, температуры и момента его впрыска.

Для пуска дизеля необходимым является создание в цилиндрах условий для реализации первых рабочих циклов и их перехода в устойчивые пусковые рабочие циклы, при которых отмечается отключение пускового устройства. Указанное условие является необходимым, но еще не достаточным условием для безотказного пуска дизеля.

Если после отключения стартера коленчатый вал медленно разгоняется и, не сумев самостоятельно работать, дизель глохнет, то попытка пуска будет не удачной.Анализ экспериментальных данных представленных на рис. 1 показывает, что на кривой, характеризующей режим разгона коленчатого вала впериод пуска, сначала электростартером, а затем на вспышках можновыделить следующие участки и характерные точки:

1. Участок А, характеризующий продолжительность разгона коленчатого вала дизеля с декомпрессией цилиндров. Продолжительность разгона составил 1,8 с;

2. Участок В, характеризующий продолжительность разгона коленчатого вала дизеля после выключения декомпрессионного устройства. Продолжительность участка составил 0,7 сек. и за это время в дизеле были, реализованы, успешно или не успешно, 4 пусковых первых циклов, что бывает редко, обычно 6ч8 циклов.

3. Точка Б на границе участков А и В, характеризующий момент выключения декомпрессионного устройства и появления в цилиндрах компрессии. Отмеченный за точкой Б не большой рост угловой скорости коленчатого вала объясняется появлением неполноценной вспышки в одном из цилиндров в момент его компрессирования;

4. Характерная точка Г на границе участков В и С, характеризующий момент отключения электростартера, вследствие появления регулярных вспышек, пропуски которых не должны превышать 25ч30%;

5. Участок С, характеризующий продолжительность разгона коленчатого вала дизеля на регулярных вспышках до выхода его на режим холостого хода. Продолжительность участка составил 3,5 с, что на 70% превышает суммарную длительность фаз, реализуемых на участках А и В. В связи с этим исследование процессов реализуемых на участке С является весьма актуальной для малоразмерных дизелей типа Ч8,5/11;

6. Характерная точка Д на конце участка С, характеризующий момент рабочих циклов в цилиндрах дизеля и приобретения им способности самостоятельно функционировать на холостом ходу, для прогрева и последующего принятия полной нагрузки. Необходимо отметить, что при температуре 268 К дизель 4ЧСП8,5/11 с камерой сгорания в поршне запускался при минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала n = 21,3 сЇ№; (щ = 14,44 сЇ1) и средней скорости поршня Сm = 0,506 м/с. При этом дизель был оборудован штатным электростартером марки СТ-212А, мощностью 3,52 кВт и аккумуляторной батареей 6СТ-120, средства облегчения воспламенения топлива не использовались, а в качестве средств облегчения проворачивания коленчатого вала были использованы маловязкое моторное масло типа М-6з/8Г2 и декомпрессионное устройство дизеля.

Дизель был отрегулирован по оптимальным для пусковых режимов значениям угла опережения впрыска топлива 27ч32є ПКВ до ВМТ и цикловой подачи топлива 60ч65 мг/цикл. Последнее обеспечивался установкой на топливный насос высокого давления гидравлического пускового обогатителя.

В связи с отмеченной актуальностью для дизелей рассматриваемого типа целесообразно выполнить более подробный анализ участка С.

К примеру, в связи с отключением в точке Г постороннего источника энергии (стартера) разгон коленчатого вала на участке С характеризуется соотношением моментов:

УМi - Мс = J(dщ/dф),

где: УМi- сумма индикаторных моментов вспышек, приведенная к коленчатому валу; Мс - момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала; J, щ, ф - момент инерции движущихся масс дизеля, приведенный к коленчатому валу, угловая скорость и время разгона его.

Для сокращения продолжительности участка С требуется увеличить величину избыточного момента (УМi - Мс) путем понижения Мс и повышения УМi. Величина Мс определяет конструктивные особенности дизеля и его навесных агрегатов, вязкость масла и вязкостно-температурные характеристики его, а также температура окружающей среды [1].

Величина УМi зависит от качества организации рабочего процесса в режиме пуска и количества сжигаемого топлива в каждой вспышке, их регулярности и отсутствия пропусков вспышек в цилиндрах.

Так, наибольшее нарушение рабочего процесса и пропуски вспышек наблюдается в начале участка С. Это связано, в первую очередь с малой исходной частотой вращения коленчатого вала, величина которой не превышает 10% от номинальной, и она определяет следующие особенности смесеобразования и сгорания:

1) Нарушается характер и качество подачи топлива, а именно: большая неравномерность цикловой подачи топлива по цилиндрам, увеличенное количество крупных и малое количество мелких капель в топливном факеле, малая интенсивность движения воздуха резко ухудшает качество смесеобразования и сгорания топлива в пусковых циклах.

2) Понижение на 30ч40% по сравнению с номинальным режимом значения давления Рс и температуры Тс обусловленные повышенными тепловыми потерями и утечками рабочего тела через неплотности цилиндров.

Как следует из рис. 1 только в точке Д, в конце участка С отмечается стабилизация рабочих циклов и вследствие этого резкий рост частоты вращения коленчатого вала и отключение пускового обогатителя.

Наиболее эффективным средством улучшения качества пусковых рабочих циклов для повышения УМiс является увеличение цикловой подачи топлива (gц) на время пуска до оптимального значения.

Так, при увеличении gц с 28ч30 мг/цикл, используемого для рабочих режимов, до 60ч80 мг/цикл для пусковых циклов позволяет увеличить количество мелких капель в топливном факеле. Мелкие капли быстро прогреваются, и испарение с их поверхности происходит интенсивно, что способствует образованию горючей смеси оптимального состава (б = 0,9ч1,1) [2, 4]. Как увеличение, так уменьшение gц от оптимального его значения для пусковых режимов 60ч80мг/цикл ухудшает состав горючей смеси.

При оптимальном составе горючей смеси б = 0,9ч1,1 отмечается наибольшая скорость сгорания, что способствует сжиганию большего количества топлива в цикле вблизи ВМТ на ходе расширения.

Кроме цикловой подачи топлива на количество сжигаемого в цикле вблизи ВМТ на ходе расширения топлива оказывает значительное влияние оптимальное значение угла опережения подачи топлива.

Недостаточные значения УМiв режиме пуска обусловлены как малыми значениями сжигаемого в пусковых рабочих циклах топлива, так и снижением количества рабочих циклов, в которых сжигается топливо, вследствие пропуска вспышек в отдельных цилиндрах, особенно при понижении температуры окружающей среды.

Пропуски вспышек в отдельных цилиндрах наблюдается в основном при холодном и низкотемпературном пуске и характеризуется осуществлением его на части цилиндров, а остальные цилиндры вступают в работу позже по мере прогрева дизеля.

Как показали пусковые испытания дизеля, пропуски вспышек обусловлены различием условий в цилиндрах для организации рабочего пропуска, вследствие:

? колебания степени сжатия по цилиндрам более 0,4ч0,5 единиц;

? неудовлетворительной плотности прилегания впускных и выпускных клапанов к гнездам;

? повышенной неравномерности цикловой подачи топлива по цилиндрам в режиме пуска.

Колебание степени сжатия (е) в пределах ± 1,5 единиц служит одной из причин часто встречающихся различий пусковых качеств дизелей одной и той же модели. Этим объясняется и несвоевременное включение в работу всех цилиндров во время пуска. Воспламенение топлива начинается в тех цилиндрах, где больше е и только затем по мере прогрева дизеля вступают в работу остальные цилиндры.

Различие температур (Тс) и давлений (Рс) в цилиндрах дизеля вызывается как различием степени сжатия, так и различием плотности прилегания впускных и выпускных клапанов по цилиндрам дизеля.

Проверка и регулировка равномерности подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления выполняется только для номинального режима его работы в пределах 6 и 3% соответственно, а доводка их для пусковых режимов не осуществляется. Поэтому неравномерность подачи топлива секциями топливного насоса может доходить до 76% [3] для пусковых режимов, что способствует пропускам вспышек в тех цилиндрах, где пусковая цикловая подача топлива оказывается недостаточной.

Литература

1. Аливагабов М. М. Низкотемпературный пуск дизелей. ДВС, НИИинформтяжмаш, 1977, №30, с. 1-50 (обзор).

2. Аливагабов М. М. Определение оптимальной в режиме пуска дизеля цикловой подачи топлива. - Тракторы и сельхозмашины, 1975, №4, с. 14-15.

3. Балакин В. И., Еремеев А. Ф., Семенов Б. И. Топливная аппаратура быстроходных дизелей. Машиностроение, ? Л,: 1967.

4. Воинов А. Н. Процессы сгорания в быстроходных поршневых двигателях. - М.: Машгиз., 1965.

5. Дадилов А. С., Габалов Г.М. Исследование пусковых качеств на этапе разгона коленчатого вала СМД посторонним источником энергии. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2009. № 1. С. 147-150.

6. Дадилов А. С., Масуев М.А. Совершенствование эксплуатационных качеств СМД за счет улучшения процессов смесеобразования. Вестник Астраханского государственного технического университета. 2008. № 5. С. 132-134.

Размещено на Allbest.ru