ВКР: Влияние внешних условий на показатели работы судовых дизелей

Введение
Во время эксплуатации двигателей внешние условия не остаются неизменными. Температура и влажность воздуха меняются в значительных пределах в зависимости от времени года и климатических особенностей района плавания. Колеблется также и атмосферное давление, хотя и в меньших пределах, чем температура и влажность.
Изменение внешних условий в конечном счете влияет на мощность и экономичность дизеля. Это необходимо учитывать при эксплуатации и приемно-сдаточных испытаниях дизельных установок.
Судовые дизели работают в различных условиях, со значительными изменениями показателей: мощности, частоты вращения, тепловой и механической напряженности и др. Совокупность значений этих показателей характеризует режим работы дизеля. Режим работы главного двигателя, который является основным элементом комплекса гребной винт — корпус судна — двигатель, зависит от типа и условий плавания судна, конструктивных особенностей его корпуса, типа главного двигателя и судовых дизельных установок, способа передачи мощности движителю.

Режим работы характеризуется нагрузкой и частотой вращения, а также законом изменения нагрузки, частоты вращения и других основных параметров работы дизеля (крутящего момента, мощности, удельного и часового расхода топлива, КПД).

В зависимости от назначения и особенностей использования изменяется и режим работы дизеля. Режим работы главного дизеля определяется преимущественно зависимостью мощности, потребляемой гребным винтом, от частоты вращения, т.е. свойствами потребителя энергии, а не самого дизеля. В связи с этим возникают специфические особенности эксплуатации судовых дизелей. Дизель, работающий на гребной винт, в отличие от стационарного практически всегда работает на переменных режимах в связи с постоянными изменениями внешних условий планирования судна.

Дизель чутко реагирует на все изменения внешней среды через пропульсивный комплекс и, в частности, гребной винт, изменяющий свою винтовую характеристику, и через изменение массового заряда воздуха в цилиндрах.

Существует много факторов, которые либо внезапно, либо закономерно изменяют винтовую характеристику дизеля при эксплуатации судна.

К внезапным факторам можно отнести увеличение сопротивления движению судна от порывов ветра и во время шквалов, выход судна на мелководье, команды с мостика об изменении режима работы дизеля, обледенение корпуса и связанное с этим увеличение осадки судна, выключение из работы одного или нескольких цилиндров в аварийных ситуациях и т.п.

К факторам закономерным и предвидимым можно отнести обрастание и коррозию корпуса судна при плавании, особенно при длительных стоянках и плавании в тропиках, изменение температуры забортной воды при плавании судна на линии север - юг, изменение температуры окружающего воздуха и его влажности и др.

Действие перечисленных и других факторов на изменение режимов рабочего процесса дизеля очевидно и его учитывают при проектировании и эксплуатации дизеля по накопленным и обработанным многолетним статистическим материалам. Действие случайных и закономерных факторов проявляется либо одновременно, либо неодновременно, но всегда изменяет рабочий режим дизеля, отклоняя рабочие параметры от номинальных значений.

В комплексе "судно-движители-передача-главные" двигатели определяющими элементами являются изменение сопротивления воды движению судна, изменение упора, приходящегося на гребной винт и, как следствие этого, изменение момента, необходимого для вращения гребного винта, и момента, развиваемого главным двигателем.

Режимы работы главного судового дизеля разделяют на установившиеся и неустановившиеся (переходные).

Установившийся режим полагает постоянство во времени основных параметров рабочего процесса, частоты вращения гребного винта и теплового состояния дизеля. Этот режим характерен при плавании судна на глубокой воде в открытом море, при хороших походных условиях, когда дизель выведен на заданный режим и работает длительное время без его изменения.

Неустановившиеся (переходные) режимы возникают с изменением частоты вращения винта в зависимости от необходимости выполнения тех или иных маневров судна, при плавании в штормовую погоду, во льдах, в узкостях и на мелководье, при заходе судна в порт и пр. При этом рабочие параметры и тепловое состояние дизеля, динамическая и тепловая напряженность деталей переменны по времени, часто меняют свои значения от минимума до максимума. При переходных режимах (пуск, реверс) возможны значительные перегрузки дизеля по крутящему моменту, большие термические напряжения деталей, что нередко приводит к авариям деталей и узлов.

Основная часть
1.Влияние внешних условий на работу двигателя
Номинальная мощность, экономичность и надежность двигателя гарантируются заводом-строителем для определенных метеорологических условий. Изменение температуры, давления и влажности воздуха влияет на мощностные и экономические показатели двигателя при его работе на режимах, близких к номинальным.
Отклонение метеорологических условий от стандартных вызывает уменьшение массового заряда цилиндра воздухом при увеличении его температуры, относительной влажности и уменьшении барометрического давления.
При неизменной цикловой подаче топлива снижение массового заряда воздуха приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха и соответственно — к ухудшению качества сгорания. При этом увеличивается догорание на такте расширения, растут температура выпускных газов, тепло напряженность двигателя. В этом случае снижается индикаторный КПД, экономичность и развиваемая двигателем мощность.
Увеличение температуры воздуха на входе в двигатель вызывает увеличение температуры выпускных газов. Поэтому в тропических условиях плавания в качестве ограничивающего параметра принимается температура выпускных газов. В соответствии с рекомендациями ЦНИИМФа (если в инструкции отсутствуют указания по предельной температуре выпускных газов) целесообразно снижать нагрузку двигателя на 3-4 % относительно ограничительной характеристики на каждые 10 °С превышения температуры воздуха над стандартной (27 °С). Уменьшение барометрического давления н