Процес розгону

Для дизелів тепловозів характерний перехідний режим – розгін з малої частоти обертання до максимальної або необхідної частоти обертання. Час розгону залежить від величини надмірної потужності, що розвивається дизелем в період розгону, яка витрачається на збільшення кінетичної енергії локомотива в процесі підвищення швидкості руху. Мінімальний час розгону () більше теоретичного (), оскільки момент, що розвивається дизелем при розгоні, менше, ніж на сталих режимах роботи по зовнішній характеристиці при рівних частотах обертання . Величина показує, в скільки разів середня за розгін надмірна потужність менше середньої теоретичної надмірної потужності, що розвивається дизелем при його роботі по зовнішній характеристиці. Для транспортних двигунів . Зі всього різноманіття процесів розгону розглянемо найбільш характерний для локомотивної енергетичної установки процес розгону за рахунок збільшення циклової подачі палива.

Даний процес розгону можна розділити на три фази:

- перша фаза – відповідає часу зміни циклової подачі палива ;

- друга фаза – характеризується значними змінами показників робочого процесу і триває до моменту досягнення номінальної або необхідної частоти обертання ;

- третя фаза – протікає з плавною, монотонною зміною всіх показників в порівняно малих межах у міру подальшого незначного зростання і прогріву деталей дизеля з досягненням ними в кінці фази значень, властивих новому сталому режиму.

Часто на практиці тривалість перехідного процесу визначають за часом протікання 1 і 2 фаз.

Тривалість розгону залежить від багатьох чинників, основними з яких є: момент інерції рухомих деталей дизеля і допоміжних агрегатів, пов’язаних з колінчастим валом; момент інерції споживача енергії; інтенсивність і характер зміни циклової подачі палива; характер і ступінь зміни моменту опору; ступені узгодженості характеристик дизеля і систем, що забезпечують його роботу (головним чином узгодженість систем паливоподачі і повітрязабезпечення двигуна). Зазвичай тривалість першої фази вельми мала (долі секунди, секунди), друга фаза триває від декількох секунд до хвилин (залежно від типу дизеля і впливу вказаних вище чинників), третя фаза є найбільш тривалою (до 20...30 мін) і визначається процесом прогріву дизеля. На рис. 6.20 представлені характеристики зміни основних показників дизеля тепловоза 12ЧН 24/27 при його розгоні висновком рейки ПНВТ на упор.

1 – імпульсна система наддуву;

2 – ізобарна система наддуву

Рис. 6.20. Зміна параметрів тепловозного дизеля 12ЧН 24/27 при розгоні ( = 1475 кВт, = 850 об/хв.)

Різке збільшення циклової подачі палива викликає істотне зниження коефіцієнта надлишку повітря . При цьому спостерігається порушення більшою мірою робочого процесу дизеля, погіршення сумішеутворення, неповне згорання палива, підвищення димності випускних газів. Кутова швидкість ротора турбокомпресора, визначувана моментом , зростає, але менш інтенсивно, чим кутова швидкість обертання колінчастого валу . Отже, з меншою інтенсивністю збільшується тиск наддувочного повітря і витрата повітря .

У міру збільшення кількості повітря і коефіцієнта надлишку повітря і до певної міри нормалізації робочого процесу розгін двигуна стає все більш інтенсивним, зростає і частота обертання ротора турбокомпресора . При досягненні, відповідній настройці регулятора, останній вступає в дію і різко знижує циклову подачу палива, при цьому збільшується до 2…2,5. Зростання продовжується до тих пір, поки циклова тяга палива не стане відповідати новому сталому режиму. Різке зниження найбільш характерне для двигунів з газотурбінним наддувом, причому положення посилюється у міру збільшення форсування дизеля по наддуву. Це пояснюється розузгодженням характеристик систем паливоподачі і повітрязабезпечення, при якому темп підвищення тиску наддуву значно відстає від темпу збільшення циклової подачі палива у зв’язку з інерційністю ротора турбокомпресора. Як видно з рис. 6.20, найменший час розгону ротора турбокомпресора забезпечує імпульсна система газотурбінного наддуву, при якій, на відміну від системи з постійним тиском, випускні гази перед турбіною мають велику працездатність. Система наддуву з перетворювачем імпульсів займає проміжне положення. Для скорочення часу розгону ротора можливе підведення до його вала додаткової енергії від стороннього джерела. Для збільшення кількості повітря, що подається в циліндр, використовують і інші засоби, наприклад, введення додаткового повітря (стислого стороннім джерелом) безпосередньо в циліндри на такті стиснення.

Для порівняльного аналізу доцільно користуватися безрозмірною питомою ефективною витратою палива – відношенням приведеної питомої витрати палива за час перехідного режиму до питомої витрати палива при роботі двигуна на номінальному режимі

.

У транспортних дизелів може досягати значень 1,4…1,45.