Кинематика и динамика двигателя

R – радиус кривошипа (м)

α – угол поворота кривошипа коленчатого вала (⁰п.к.в.)

L – длина шатуна (м)

λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра

а – ускорение поршня

ω – угловая скорость вращения коленчатого вала (с^-1)

М_п – масса возвратно-поступательно движущихся частей, отнесенная к площади поршня (мН/м²)

φ_к – угол заклинки кривошипов

Р_j – сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс отнесенная к площади поршня

Р_д – движущая сила отнесенная к площади поршня

Р_в – сила тяжести возвратно-поступательно движущихся масс отнесенная к площади поршня

Т – касательная сила отнесенная к площади поршня

ƩТ – суммарная касательная сила отнесенная к площади поршня

Т_ср – средняя касательная сила отнесенная к площади поршня

Т_{ср теор} – теоретическая средняя касательная сила

М_кр – крутящий момент

δ – степень неравномерности вращения коленчатого вала

 

 

3. Основные требования, предъявляемые к судовым дизелям

- надежность в работе – свойство дизеля обеспечивать нормальную бесперебойную работу в течение установленного времени на всех заданных эксплуатационных режимах, без снижения заданной мощности, а также каких-либо вынужденных остановок. Надежная работа обеспечивается рациональной конструкцией дизеля и степенью ее отработки; стабильностью выбранных материалов; высоким качеством изготовления; строгим соблюдением всех правил технической эксплуатации.

- высокий ресурс, т.е. возможно продолжительный срок службы до капитального ремонта, в течение которого дизель должен работать надежно и экономично, не снижая своих эксплуатационных показателей.

- высокая экономичность – возможность работать с минимальными удельными расходами топлива и масла на различных эксплуатационных нагрузках и особенно на нагрузках, близких к номинальным.

- безотказный пуск, как холодного, так и горячего дизеля при различных условиях окружающей среды и при наименьших затратах на пуск от посторонних источников энергии.

- технологичная, рациональная и по возможности простая конструкция дизеля, облегчающая его изготовление, монтаж и обслуживание во время эксплуатации.

- возможно полное уравновешивание сил инерции вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс, а также их моментов во избежание возникновения вибрации фундамента и корпуса судна.

- возможно меньшие удельные габариты и масса дизеля и его вспомогательных механизмов как навешанных на дизель, так и установленных вне его.

- отсутствие запретных критических зон частоты вращения для эксплуатационных режимов (особенно для зон, близких к номинальному режиму).

- обеспечение заданной степени неравномерности вращения при номинальной частоте оборотов.

- доступность для наблюдения и осмотра всех наиболее ответственных узлов и систем дизеля.

- обеспечение быстрой и удобной разборки и сборки всех ответственных деталей дизеля, а также удобство ремонта этих деталей.

- полная безопасность обслуживания дизеля при всех эксплуатационных условиях его работы.

- обеспечение минимального шумового уровня, инфракрасного излучения и вибрации самого дизеля, а также его систем впускной, выпускной, продувочной и наддувочной.

- возможность работы дизеля на различных сортах топлива, в том числе и на тяжелых и высокосернистых сортах.

- возможно полная автоматизация работы и управления дизелем для уменьшения количества обслуживающего персонала и облегчения ухода за дизелем.

 

Топливо для судовых дизелей

 

    Для судовых дизелей в соответствии с ГОСТ 5.4121-75 топлива условно подразделяются по уровню вязкости при температуре 50⁰С на маловязкие, средневязкие и высоковязкие.

 

Таблица 1

Тип топлива	Вязкость кинематическая мм2/с, (сСт)		Плотность при 200С кг/м3, не более	Содержание серы, % не более	Коксуемость, % не более	Зольность, % не более
	500С	800С
Маловязкие	Менее 12	-	890	1,0	0,5	0,05
Средневязкие	От 12 до 150	От 5 до 40	970	2,5	9,0	0,20
Высоковязкие	Более 150	От 40 до 120	1015	4,3	-	0,20

 

    В зависимости от типа, наличия соответствующей системы топливоподготовки и результатов испытаний дизеля рекомендуется применять следующие виды топлив:

    - для малооборотных дизелей до 200 об/мин маловязкие сорта топлив типа дизельных дистиллятных ГОСТ 305-2013, средневязкие топлива типа ДТ и высоковязкие сорта топлив типа ДМ ГОСТ 1667-68, а так же мазуты: мазут флотский Ф5, Ф12, топочный 40, топочный 100.

    - для среднеоборотных дизелей до 500 об/мин маловязкие сорта топлив ГОСТ 305-2013, и средневязкие сорта топлив типа ДТ по ГОСТ 1667-68.

    - для двигателей повышенной оборотности при n > 750 об/мин только маловязкие сорта топлив.

    - для всех дизелей независимо от оборотности газотурбинное топливо по ГОСТ 10585-2013.

    Все вышеуказанные сорта топлив должны удовлетворять требованиям стандартов, которые приведены в Таблице 2.

 

 

Физико-химические свойства топлив,

рекомендуемых к применению в судовых дизелях

Таблица 2

Показатели	Марка топлив
	Дизельное для тепловозных и судовых ДВС (ГОСТ 305-2013)			Моторное для СОД и МОД (ГОСТ 1667-68)		Нефтяное, мазут для котельных установок (ГОСТ 10585-2013)			Газотурбинное (ГОСТ 10433-75)
	Л	З	А	ДТ высший сорт	ДТ первый сорт	ДМ	Ф5	Ф12	А	Б
Цетановое число, не менее	45	45	45	-	-	-	-	-	-	-
Вязкость кинематическая при 200С, мм2/с не более	3,0 – 6,0	1,5 – 5,0	1,5 – 4,0	-	-	-	-	-	-	-
Вязкость условная 0ВУ при 500С, не более	-	-	-	2,95	5,0	17,4	5,0	12,0	1,6	3,0
Температура застывания 0С для климатической зоны не выше: умеренной/ холодный	-10	-35/45	-55	-	-	-	-	-	-	-
Температура вспышки, 0С не ниже	-	-	-	70	65	85	80	90	65	62
Массовая доля серы % не более: Малосернистые: Сернистые:	0,2 0,5	0,2 0,5	0,2 0,4	0,5 1,5	0,5 1,5	- 2,0	- 2,0	0,6 -	1,8 -	1,0 1,0
Массовая доля механических примесей % не более	отс	отс	отс	0,05	0,05	0,1	0,1	0,12	0,02	0,03
Массовая доля воды % не более	отс	отс	отс	0,1	0,5	0,5	0,3	0,3	0,3	0,5
Кислотность, мг КОН на 100 см3 топлива не более	5	5	5	-	-	-	-	-	-	-
Зольность, % не более	0,01	0,01	0,01	0,02	0,04	0,06	0,05	0,1	0,2	0,5
Коксуемость, % не более	0,2	0,3	0,3	0,3	0,3	9,0	6,0	6,0	-	-
Плотность при 200С кг/м3 не более	860	840	830	930	930	970	955	960	-	935

 

       В состав топлив для дизелей входят: С – углерод, Н – водород, S – сера и О – кислород, а так же некоторое количество воды и золы. В расчетах наличием мелких составляющих пренебрегают, поэтому следует принимать средний состав топлива по наличию С, Н, S, О. Средний состав топлив приведен в Таблице 3.

 

Таблица 3

Средний состав жидких топлив

Состав в %	Дизельные топлива	Моторные топлива	Нефтяные, мазут
С	87,0	86,6	86,4
Н	12,4	11,3	11,1
О	0,4	0,5	0,5
S	0,2	1,6	2,0

 

    Теплотворную способность топлива по химическому составу можно определить по формуле Д.И.Менделеева:

Q_н = 33900хС + 103000хН – 10900х(О – S) кДж/кг топлива  

где: С, Н, О и S – соответственно содержание углерода, водорода, кислорода и серы в массовых долях (например, если углерода С = 85%, то в формулу нужно подставлять С = 0,85). Эти данные приведены в Таблице 4.

 

Таблица 4

Вид топлива	Низшая теплота сгорания Qn МДж/кг	Плотность ρ при 200С кг/м3
Дизельное	42,4 – 43,2	830 – 880
Соляровое масло	42,0 – 42,4	860 – 920
Моторное	41,0 – 42,0	870 – 940
Мазут	40,4 – 41,5	До 1015

 

Механический к.п.д. двигателя ƞ_мех   

 

Где: ƞ_мех – мощность механических потерь на трение, насосные хода поршня и привода навешанных механизмов.

ƞ_мех можно определить по данным стендовых заводских испытаний. Эти данные приведены в Таблице 5.

 

Таблица 5

Четырехтактные ДВС		Двухтактные ДВС
без надува	с надувом	без надува	с надувом
0,75 – 0,85	0,85 – 0,95	0,8 – 0,85	0,85 – 0,92