Меню раздела

Устойчивость режимов работы двигателя


Режим работы двигателя характеризуется совокупностью параметров (в ряде случаев их средним значением за цикл), обусловливающих его эффективную работу. К числу таких параметров можно отнести крутящий момент Ме, угловую скорость коленчатого вала ю, цикловую подачу топлива дп, температуру охлаждающей воды Т, давление наддува рк и ряд других. Совокупность этих и других параметров может быть выражена обобщенными функциональными зависимостями вида.
Режимы работы двигателя могут быть установившимися (равновесными) и неустановившимися (неравновесными). Установившимися (равновесными) режимами называют такие, при которых параметры, входящие в зависимости (231), с течением времени не изменяются (для некоторых из этих параметров, например для Ме и со, понятие постоянства во времени относится к их среднему значению за цикл работы).
Если один или несколько параметров работы двигателя изменяются по времени, то совокупность параметров зависимостей в каждый выбранный момент времени характеризует неу становившийся (неравновесный) режим работы двигателя. Последовательная (по времени) совокупность неравновесных режимов составляет переходный процесс.
Установившийся режим работы двигателя может поддерживаться в течение конечного отрезка времени только при условии равенства количеств подводимой и отводимой энергии или массы. Так, например, температура Т охлаждающей воды, выходящей из головки цилиндров двигателя, остается постоянной по времени только в том случае, если количество теплоты (?д, отдаваемое двигателем через стенки цилиндров и головки охлаждающей воде, будет равно количеству теплоты 2охл, отводимому   от этой воды в охладитель (и в окружающую среду) за тот же промежуток времени, т.е. при выполнении условия:
ед-еохл = о.
Постоянство угловой скорости коленчатого вала двигателя или ротора турбокомпрессора может быть обеспечено только при выполнении условий
Ме-Мс = 0;        (233)
Мт - Мк = 0,      (234)
где Мс - момент сопротивления потребителя энергии;
Мт-момент, развиваемый турбиной турбокомпрессора; Мк-момент сопротивления компрессора.
Среднее давление во впускном или выпускном трубопроводах двигателя при наличии газотурбинного наддува остается постоянным по времени, если
Ок О л — 0;
где 6К-масса воздуха, подаваемая компрессором во впускной трубопровод в единицу времени; Сд- масса воздуха, поступающего из трубопровода в цилиндры в единицу времени; Сг- масса газов, поступающих в выпускной трубопровод из цилиндров в единицу времени; Ст-масса газов, проходящих через турбину в единицу времени.
Уравнения (232)-(236), справедливые для установившихся режимов, называют уравнениями статического равновесия работы двигателя и его элементов. Так, в соответствии с уравнением (233) установившиеся скоростные режимы двигателя соответствуют точкам пересечения А, В, С и др. этих характеристик двигателя и потребителя.
Установившиеся (равновесные) режимы работы двигателя охватывают некоторую площадь-поле возможных режимов, ограниченное внешней характеристикой 1 и вертикалями, соответствующими максимальной птах и минимальной ит*п частотам вращения. Иногда двигатели, например автомобильные, в процессе эксплуатации могут иметь режимы в пределах всего поля возможных режимов. Для стационарных двигателей необходимо, чтобы они работали в узком диапазоне изменения скоростных режимов Дп при всех возможных нагрузках. Двигатели, работающие на винт (судовые, авиационные), имеют режимы, обусловленные винтовыми характеристиками потребителя.
При создании системы автоматического регулирования необходимо оценить устойчивость заданного равновесного режима двигателя, зависящую от взаимного протекания соответствующих статических характеристик. Так, например, если в результате каких-то возмущений равновесный скоростной режим двигателя оказывается нарушенным. то при новой частоте вращения пв> пв момент сопротивления с становится больше крутящего момента двигателя XIе. вследствие чего частота вращения уменьшается и установившийся режим восстанавливается.
На рис. 282,6 приведены тепловые характеристики двигателя (кривая 6) и охладителя (кривая 7) в зависимости от температуры Г охлаждаюшсй воды. Условие (232) выполняется в точке Тв (равновесный у-жим). При увеличении температуры Тв охлаждающей воды на АТ отвод теплоты от охладителя возрастает (точка А\ а подвод теплоты от двигателя уменьшится (точка С). Вследствие этого температура охлаждающей воды понижается, и равновесный режим восстанавливается.
Установившийся режим, восстанавливаемый двигателем без воздействия на орган управления, называется устойчивым (положительное самовыравнивание). Если характеристика момента сопротивления точки режима (кривая 2, рис. 282, а) будет иметь меньший наклон, чем характеристика двигателя (кривая 5), то режим окажется неустойчивым (отрицательное самовыравнивание).
Устойчивость режимов работы двигателя можно оценить количественно. Она зависит от дисбаланса А (АЛ/) =АЛ/с — — АМе, вызванного определенным отклонением частоты вращения Ап от установившейся (рис. 282, а) или дисбаланса А (А6) = А^охл 4- А2д в системе охлаждения (рис. 282,6). Поэтому для оценки устойчивости режима работы двигателя могут быть использованы отношения, где двигатель обладает положительным тепловым самовыравниванием.