научная статья по теме ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЁЖНОЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЕЙ НА МИНИМАЛЬНЫХ УСТОЙЧИВЫХ ОБОРОТАХ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЁЖНОЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЕЙ НА МИНИМАЛЬНЫХ УСТОЙЧИВЫХ ОБОРОТАХ»

обеспечение надежной работы

дизелей на минимальных устойчивых оборотах

Доктор технических наук Г.Б. ГОРЕЛИК, О.Н. МОЗОЛЕВ

(Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск)

В статье приведены основные проблемы обеспечения надёжной и эффективной работы дизелей на минимальных устойчивых оборотах холостого хода и под нагрузкой, а также задачи, которые при этом необходимо решить при расширении рабочего диапазона подач двигателя.

В 60-х годах прошлого столетия начались активные работы по форсированию мощности дизелей путём применения наддува. На выпускаемых в России двигателях была увеличена мощность более чем в 2 раза. За рубежом степень форсирования значительно выше. Российские предприятия, сохраняя старую дизельную аппаратуру, пытаются обеспечить новые режимы работы, при этом диапазон цикловых подач топлива расширился от соотношения 1:5 до 1:25. Это значит, что топливная аппаратура (ТА), отработанная для высоких режимов нагрузки и обес-„ печивающая требования стандартов 8 на номинальных режимах, на режимах £ холостого хода (ХХ) и малых нагрузок

1 практически не соответствует сущест-§ вующим требованиям. Для того, чтобы

2 при расширении диапазона стабильных 1 и устойчивых цикловых подач обеспе-^ чивать частичные режимы, необходим 1= целый ряд мероприятий, связанных не-§ посредственно с воздействием на ста-« тические характеристики систем авто-^ матического регулирования частоты * (САРч) дизелей и самой ТА. Появились = диспропорции в работе этих систем,

которые и приводят к крайне нежелательным эффектам на режимах малых

подач. Проблема состоит в том, чтобы обеспечить минимальные устойчивые подачи и снизить минимальное значение частоты вращения на соответствующих режимах работы. При этом возникает целый ряд задач, с которыми сталкивались и ранее, но они в настоящее время обострились.

Дизели автобусов во время приёма пассажиров на остановке, как правило, работают на повышенных оборотах ХХ. В условиях города двигатели легковых и грузовых автомобилей работают на частичных нагрузках, в том числе на режимах ХХ. Для дизелей маневровых тепловозов и судовых главных двигателей (особенно рыбопромысловых судов) приходится повышать обороты холостого хода и настраивать САРч на повышенные обороты, чтобы не произошла непредвиденная остановка двигателя.

Проблема обеспечения минимальных устойчивых оборотов холостого хода и под нагрузкой сопряжена как минимум с решением следующих задач: анализ и учёт статических характеристик САР и ТА и их согласование; анализ и учёт влияния степени неравномерности подач многосекционных насосов и её снижение; анализ межцикловой нестабильности процессов топливоподачи и её снижение на базе предложенных на кафедре ДВС ТОГУ критериев ус-тойчивости1; анализ работы и вопросы обеспечения работоспособности распылителей.

1 Горелик Г.Б. Процессы топливоподачи в дизелях при работе на долевых и переходных режимах: Учебное пособие. Хабаровск, 2003.

38

© Г. Б. Горелик, О.Н. Мозолев

Это в первую очередь связано с тем, что малые топливоподачи имеют пониженные давления впрыскивания, происходит подача топлива при частичном подъёме и "дробящем" ходе иглы. Распылители коксуются из-за подтекания топлива из сопел, особенно в конечной фазе впрыскивания. И после кратковременной работы распылителей на малых нагрузках при выводе двигателя на высокие нагрузки ТА не обеспечивается рабочий процесс. Закоксованные распылители полностью нарушают работу ТА и работу дизеля. Продолжительность впрыскивания увеличивается, уменьшается конус факела при снижении давления впрыскивания из-за повышенного дросселирования в соплах распылителя.

По этой причине после длительной работы на ХХ не удаётся обеспечить номинальные режимы двигателя. Вопрос обеспечения работоспособности распылителя на малых режимах и достиже-

ние допускаемой продолжительности непрерывной работы (см. табл.) следует выделить в отдельную задачу2.

Очевидно, что до сих пор успехи в решении данного вопроса не просматриваются, так для новых проектируемых главных судовых двигателей с разобщительным устройством даже увеличена минимальная устойчивая частота под нагрузкой до 45% из-за трудности её обеспечения, для тепловозных - до 40%, а время допускаемой непрерывной работы снижено на час.

Следует также выделить вопросы, связанные со смесеобразованием в условиях работы при минимальной частоте вращения ХХ и под нагрузкой, это факелообразование, вписываемость факела в геометрию камеры сгорания, мелкость и качество распыления.

ТА газодизелей отечественных конструкций обеспечивает минимальные запальные дозы топлива порядка 1820% от номинальной цикловой подачи.

За рубежом различными способами достигнуты величины 8-10%. Это значит, что проблемы обеспечения малых режимов представляют серьёзный интерес и при создании газодизелей путём конвертирования серийных дизелей.

Если обратиться к статическим характеристикам САРч и соответствующим статическим характеристикам ТА, то можно увидеть, что при анализе, как правило, не принимают во | внимание ограничитель- ^ ную характеристику хо- § лостого хода 5 (см. рис., а). § При понижении скорост- £ ного режима ТА вынужде- | на работать при повышен- ® ных активных ходах из-за 1 увеличения доли утечек Л в прецизионных элемен- 1

--с!

2 Горелик Г.Б. Неустановившие- « ся режимы работы дизельной топливной аппаратуры: Монография. Хабаровск, 1995.

Требования действующего ГОСТ 10150-88

Назначение дизеля

Минимальная устойчивая частота вращения под нагрузкой, % от номинальной

Допускаемая продолжительность непрерывной работы, час

Главные СД с прямой 30

передачей на ВФШ [30]

(или через редуктор) Главные СД с передачей 30 (45) на ВФШ с разобщитель- [45 (30)] ным устройством (или ВРШ) Тепловозные

30 (40) [40 (30)] 45 [45]

45 [45]

Промыш- для нефте-ленные буровых установок для транспортных средств (экскаваторы, краны и СДМ)

Примечание: ( ) - для новых дизелей, [ [до 1988 г. (ГОСТ 10150-70).

4.0 (3.0) [2.0 (3.0)]

4.0 (3.0) [2.0 (3.0)]

4.0 [1.0] 1.0 [1.0]

0.5 [0.5]

] - было

z/z„

1

0.5

A(Z/Z„)

l-a\

0.3 0.4

if)

(V^.™«.) ............................. h

1 •....... 1---1 .................... рн

III I h

.................. PHl

ПРИ J______К"' I .......f..... I ^P"2

Узад.ном. I........... t

I I.--"'r ..-.i*..........1 рнз

I И ••<••• I jJ- h

2 °-5.1.....-к >

м 'I I ,-••>• ...•••••' I / /

Минимальные , , ..•[ /1 , / 1 .

устойчивые I X* /*' /* ' .l--' / 1pHg под нагрузкой | | / | / | .••* | ./ / I .

- xx 0 ------1 | ■•-• | / |/ / / | рн8

ll-^V nH 0-3 0.4 1 n/„H

Статистические характеристики: а - регулятора частоты вращения; б - топливной аппаратуры

тах и снижения коэффициента подачи, что может приводить к определённым сложностям, связанным с обеспечением устойчивых минимальных оборотов. Так, по мере снижения частоты вращения скоростные характеристики при Ьр4- обрываются из-за прекращения подачи (рис., б). И регулятору приходится выводить режим в зону увеличенного активного хода. Это вызывает постоянные переходные процессы ТА и ведёт к повышенным колебаниям частоты вращения. Таким образом, к неравномерности вращения, вызванной межцикловой нестабильностью и неравномерностью подач по секциям, „ добавляется ещё один существенный § фактор, приводящий к неустойчивой £ работе ТА и соответственно дизеля при I работе на пониженной частоте враще-§ ния и нагрузке.

£ Если рассмотреть зону (рис., а) на | минимальной статической характе-® ристике регулятора Д^н) и область ДИр на скоростной характеристике | ТА (рис., б), обеспечивающей диапа-I зон цикловых подач Д^ц), можно ^ обратить внимание, что так называемый коэффициент статической пе-= редачи от регулятора к ТА к = Дкр /Д существенно влияет на возможность перемещения минимальной статичес-

кой характеристики 1 регулятора в область меньших частот вращения. Именно здесь следует искать возможности снижения минимально устойчивых частот вращения ХХ и под нагрузкой.

Регулятор корректирует неудовлетворительные скоростные характеристики ТА в области малых подач и вынужден с повышенной амплитудой перемещать рейку топливного насоса высокого давления (ТНВД) для обеспечения малых оборотов, и чем ниже нужно получить значения малых подач на режиме ХХ, тем сложнее этого добиться.

Коэффициент статической передачи возрастает. Поэтому следует выделить ещё одну подзадачу, по которой практически вообще отсутствуют наработки: располагая статическими характеристиками автоматического регулятора, определить реальную зону ограничительной характеристики 5, далее рассчитать или экспериментально определить скоростные характеристики в области малых подач, проследить, как будет меняться форма этих характеристик и коэффициент статической передачи и, исходя из этого, скорректировать скоростные характеристики ТА. Последнее возможно, например, путём реализации автоматически действующего регулятора начального (остаточного) давления (РНД), который, с одной стороны, обеспечивает постоянство остаточного давления на режиме, с другой - воздействует на коэффициент

статической передачи в направлении его снижения. Именно тогда возможен перенос минимальной статической характеристики регулятора в положение 1-а (рис., а) с обеспечением желаемого снижения минимальных оборотов ХХ и под нагрузкой. Практическое отсутствие межцикловой нестабильности процессов топливоподачи усиливает эффект и при этом обеспечивается перенос минимальной ограничительной характеристики в зону пониженных частот.

Разработку математической модели ТА в качестве инструментария для исследования, адекватно отражающей реальные процессы при пониженной частоте вращения и при малых нагруз-ках3, следует также вынести в отдельную задачу. Имея такую модель, можно проследить, как повлияют те или иные мероприятия, в том числе РНД, на улучшение работы ТА на малых режимах.

В конечном итоге, снижение минимальных устойчивых оборотов дизеля на ХХ и под нагрузкой - это сложная и комплексная задача. До сих пор её как бы и не существовало, потому что малые режимы не лимитировались стандартами. Двигатель создавался и предъявлялся заказчику на номинальных реж

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком