TMM_Leonov (514470), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Особенно значительныйрост удельного расхода топлива gе у ДВС наблюдается левее точки экономичного режима работы Wопт . На холостомходу при мощности W = 0 удельный расход топлива gе бесконечно велик. Таким образом, основным фактором, вызывающим снижения экономичности машин, является низкийкоэффициент загрузки двигателя kW в эксплуатационныхусловиях.5.6.
Экономичность параллельно работающих машинВ случаях когда мощность потребителя значительно превышает мощность одного двигателя, в силовых установкахмонтируется несколько одинаковых двигателей меньшеймощности, и нагрузка распределяется между ними. Такаяработа двигателей называется параллельной. Широкое применение получила параллельная работа дизелей на судовыхи нефтебуровых установках, на небольших электростанциях, не связанных с объединённой электрической системой.Работа электростанции характеризуется неравномернымсуточным графиком нагрузки, и установка на одной электростанции нескольких однотипных двигателей облегчает ихэксплуатацию и снижает расход топлива.
Пиковая нагрузка электростанции покрывается несколькими параллельновключенными двигателями, каждый из которых работаетна свой генератор, а объединение двигателей осуществляется через электрические параметры общей электрической5.6. Экономичность параллельно работающих машин167Управляемые муфтыОбщий редукторВинтДВС 1ДВС 2ДВС 3ДВС 4Рис. 5.13.
Судовой силовой агрегатс параллельно работающими ДВСсети. При снижении потребной мощности электростанциипроизводится отключение необходимого числа дизелей.В буровых установках завода «Уралмаш» применяютсяодновременно до пяти однотипных дизелей, использование в этих установках одного более мощного двигателянецелесообразно из-за затруднений транспортировкиустановки.
Наличие в МА менее мощных и более легкихдизелей облегчает их монтаж. Примером использованияпараллельной работы дизелей в транспортных условияхявляются тепловозы, соединённые между собой (спаренные) и управляемые объединённой системой управления,а также работа моторных вагонов метро. Аналогично причастичной загрузке судна один из двигателей может бытьотключен и работающие ДВС будут иметь минимальныезначениях удельного расхода топлива (рис. 5.13).Характеристики абсолютного G и удельного g расходов топлива одинаково нагруженных ДВС в зависимостиот их общей степени загрузки ikW при различном числе iпараллельно работающих двигателей показаны на рис.5.14168Глава 5. Критерии и показатели экономичности расхода энергиии в табл. 5.3. По оси абсцисс рис.
5.14 показано произведение числа ш параллельно работающих двигателей и степени загрузки ikW, выражающееся в долях от целого числаi. Таким образом, цифры по оси абсцисс характеризуютотношение суммарной мощности двигателей к номинальной мощности одного ДВС. Такое построение диаграммы(см. рис. 5.14) позволяет совместить показатели одного ДВСс показателями МА с параллельно работающими двигателями. В табл. 5.3 рассмотрен один из возможных вариантовработы МА, представленный на рис.
5.14 в виде семействакривых при параллельной работе одного, двух, трех и четырех двигателей. Этот характерный пример параллельнойработы четырех ДВС с общей нагрузкой на 1/4 суммарноймощности имеет несколько вариантов отключения ДВС,представленных в таблице 5.3, где i = 4 - Z – число работающих, Z – число отключённых ДВС, 4 – общее число двигателей МА.Таблица 5.3.Удельный расход топливапри различных вариантах отключения ДВСКоэффициентУвеличениенагрузкиудельногоДВС (kW)расхода (ge), %ЧислоотключённыхДВС (Z)ЧислоработающихДВС (i)311,000220,50100130,33200040,25300%Вертикальная линия, проведенная через точку на осиабсцисс при загрузке на 1/4Wcум суммарной номинальноймощности, позволяет оценить величину роста удельногорасхода топлива при различных вариантах отключенияДВС по пересечениям этой вертикали с кривыми, соответствующими разному числу i параллельно работающихмашин.
Ординаты, соответствующие пересечениям этойвертикали с кривыми разного числа i работающих двигателей дали возможность оценить снижение экономичностипри различном числе отключённых ДВС. Результаты расчё-5.6. Экономичность параллельно работающих машин169та, представленные в табл. 5.3, показывают, что повышениеудельного расхода топлива без отключения ДВС может достигать трехкратного значения.Дефицит энергии в МА при разгонах и приёме пиковых нагрузок может покрываться резервными двигателями. Таким образом, управление параллельной работойдвигателей можно повысить суммарную экономичностьи динамические качества МА.На рис. 5.14 представлены диаграммы удельного и абсолютного расходов топлива при управлении числом параллельно работающих ДВС, отключение которых производится системой управления в зависимости от развиваемоймощности.
Если при работе всех ДВС мощность снижаетсядо уровня 1, при достижении которого необходимо отключение подачи топлива одного из двигателей, соответствующий сигнал подается в топливный насос. Тем самым работа двигателя переводится с характеристики i = 4 на новую(i = 3). При этом необходимая мощность каждого двигателяреализуется с меньшим расходом топлива.
При снижениинагрузки до уровня 2 система управления подает командуна отключение еще одного двигателя, работа продолжаетсяпо характеристике i = 2 с меньшим удельным расходом топлива. Если нагрузка двигателя увеличивается, то системауправления включает дополнительный выключенный двигатель, начинается работа по новой характеристике, где увеличенная суммарная мощность двигателей обеспечиваетсяпри меньшем расходе топлива.Физическая картина явления снижения расхода топливапри отключении цилиндров ДВС объясняется улучшениемсоотношения воздух – топливо в цилиндре и более качественным протеканием сгорания топлива. Несмотря на кажущуюся простоту метода выключения ДВС или цилиндровиз работы, технически осуществимо это стало возможнымтолько при электронном управлении подачей топливав цилиндр, как это рассматривалось в работе топливногонасоса высокого давления дизеля (см.
рис. 1.17). Следуетотметить, что чередование включения и отключения подачи топлива в цилиндрах двигателя происходит непрерывно.Рассматривая цикл этого чередования отключения, можнопредставить его как условную усредненную зависимость работы с нецелым (дробным) числом ДВС. Эта зависимостьпоказана на рис. 5.14 пунктиром. Таким образом, работа с170Глава 5. Критерии и показатели экономичности расхода энергии∆g3ge∆g2∆g1Wсум01Gсум2343214321Gmin = gminWсумWсум0Рис.
5.14. Характеристики абсолютного Gсум и удельного geрасходов топлива ДВС в зависимости от их степени загрузки kWпри различном числе i параллельно работающих двигателейотключением двигателей аппроксимируется пунктирнойпрямой, рассчитанной по минимальному удельному расходу топлива gmin. Эта зависимость протекает в зоне наименьших удельных расходов g топлива двигателя.
УправлениеДВС их отключением представляет значительный интересиз-за высокой экономичности и простоты техническойосуществимости при использовании электронной системы5.6. Экономичность параллельно работающих машин171управления с использованием ЭВМ. Более подробно мырассмотрим преимущества автоматического выключениямашинами с помощью ЭВМ в последней главе.
Аналогичные способы управления возможны и в других машинах.Например, возможно выключение части станков на некоторое время и работа оставшихся с полной мощностью и производительностью. Аналогичные принципы применяютсяпри изменении расписания движения транспортных машини т.п. Конкретные примеры требуют рассмотрения рабочихпроцессов машин и выходят за рамки поставленной задачирассмотрения общих принципов проектирования и эксплуатации машин, рассматриваемых в курсе механики машин.Вопросы и задания для самоконтроля1. В чём разница между цикловым и мгновенным КПД,для оценки каких явлений они используются?2.
С чем связано заклинивание механизма, значение какого КПД следует учитывать при расчёте возможности самоторможения?3. Как рассчитывается КПД последовательно соединённых машин?4. Опишите связь циклового КПД и доли потери энергии в цикле установившегося движения.5. Докажите возможность расчёта КПД цикла неустановившегося движения разгон-торможение.6. Приведите пример фракционной модели оценки КПДцикла неустановившегося движения разгон-торможениеи опишите допущения при её создании.7.
Какова связь расхода энергии и циклового КПД?8. Как связаны абсолютные и удельные показатели расхода энергии?9. Как влияет рекуперация энергии на цикловой КПДмашины?10. Приведите примеры экономических характеристикмашин.11. Как можно повысить экономичность параллельно работающих машин?Глава 6.Повышение экономичностина установившемся режиме6.1. Выбор оптимального передаточного отношенияДинамические и экономические качества МА зависятне только от параметров двигателя и рабочей машины, нои в значительной степени определяются кинематическимихарактеристиками передаточного механизма. Экономичныедвигатель и РМ при неудачном выборе параметров передаточного механизма, предназначенного для согласованияих характеристик, могут и не образовывать динамичногои экономичного МА.
Вот почему необходимо рассмотретьвопрос о влиянии характеристик передаточного механизмана параметры стационарного режима работы МА. Под стационарным режимом работы понимается условный режимравновесия (т.е. равновесный режим) с постоянными нагрузочными М = const и скоростными ω = const параметрами.Такой равновесный режим работы с постоянной скоростьюдвижения может поддерживаться при равенстве нулю суммарного приведенного момента в каждый момент времени.Сначала рассмотрим случай, когда передаточное отношениередуктора U = 1, т.е. вал ДВС напрямую соединён с винтом,поэтому равенство МΣ = 0 соответствует равенству реальныхмоментов двигателя и винтаM дв = M сопр .прПродолжим рассмотрение примера судового МА(см.
рис. 1.2) в случае, когда момент сопротивления винтаи момент ДВС зависят от скорости вращения. В общемслучае равновесные режимы работы МА, характеризуемые1736.1. Выбор оптимального передаточного отношения121U14= ωω4J1M1РедукторДВСω13ω4Звеноприведения4J4ВалвинтаРис. 6.1. Схема приведения параметров к выходному звену:1 – двигатедь; 2 – редуктор; 3 – звено приведения;4 – рабочая машинаравенством приведенных моментов валов двигателя и РМ,могут быть найдены наложением характеристик работыдвигателя (см. рис.
1.9) и винта (см. рис. 1.16). При изменении нагрузки и передаточного отношения равновеснаяточка меняет свое положение. Таким образом, статическаяхарактеристика МА является совокупностью возможныхсовместных режимов работы двигателя и потребителя приизменении нагрузки М, передаточного отношения редуктора U и настройки системы управления.Рассмотрим формирование равновесного режимаработы МА при изменении U. Представленный на рис. 1.2МА состоит из дизельного многоцилиндрового двигателяи винта, соединенных редуктором с варьируемым при проектировании, но постоянным в эксплуатации передаточнымотношением U. Выберем в качестве звена приведения валРМ винта (рис. 6.1), тогда условие его равновесия можнозаписать в виде равенства приведенных моментов двигателя и модуля момента сопротивления винта как функцийугловых скоростейM сопр (ωвинт ) = M двпр (ω дв )U .В случае зависимостей моментов от скоростей валов равновесная характеристика может быть построена в системекоординат М = f(ωвинт).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
