Неравномерно въртене на коляновия вал

Честотата на работа на цилиндрите води до неравномерно въздействие върху коляновия вал на общата тангенциална сила и въртящ момент, което се проявява в неравномерното въртене на коляновия вал. Естеството на промяната в общата тангенциална сила и ъгловата скорост на въртене е дадено на фиг. 4.

Промяната на въртящия момент е причина за вибрациите на корпуса на кораба, появата на усукващи вибрации и неравномерното въртене на вала води до намаляване на ефективността на задвижващата система, промяна в спирането на витлото и аксиални вибрации.

Явленията, свързани с честотата на работа на цилиндрите, могат да бъдат оценени числено чрез индикатора - степента на неравномерно въртене на коляновия вал δ:

Където ω = (ω max + ω min)/2 - средна ъглова скорост на въртене на коляновия вал.

Фигура: 1 Схема на действието на силите в спомагателната векторна диаграма при определяне на наляганията върху рамковия журнал

Фигура: 2 Векторна диаграма на натиск върху рамковия журнал

Фигура: 3 Диаграма на налягането на взривена рамка

Фигура: 4 Естеството на промяната в общата тангенциална сила TΣ и ъгловата скорост ω на въртене на коляновия вал на 6-цилиндров дизелов двигател

Помислете какви фактори определят стойността δ. За това, въз основа на теоремата за промяната в кинетичната енергия на системата, пишем:

ΔА = З (ω 2 max - ω 2 min)/2 (№2)

Където ΔА - излишък (или липса) на работата на движещите сили в сравнение с работата на силите на съпротивлението;

Z. - инерционен момент на въртящи се маси на вала.

Стойността на ΔA в съответната скала се определя от площта Δf1 = Δf2 на фиг. №4. Преобразуваме равенството (# 2). Нека напишем:

2 ΔА/З = (ωmaxmax + ωmin) (ωmax - ωmin) = 2 ω (ωmax - ωmin)

δ = (ωmax - ωmin)/ω = ΔА/(З ω 2) (№3)

ω = πn/30; Z = mr 2 = (G/g) p 2,

δ = ΔА (g/Gp 2) (30/πn) 2 ≈ 900 ΔА/(Gp 2 n 2) (№ 4)

При тези равенства:
н - честота на въртене, об/мин;
G - намалено тегло на въртящите се части, кг;
R - радиус на въртене на въртящи се части, m;
ж - ускорение на свободно падане, m/sec 2;

Ако вземем не радиуса, а диаметъра на инерцията на въртящите се маси: д = 2p, тогава равенството (№ 4) може да бъде записано като:

δ ≈ 3600 ΔА/(GD 2 n 2) (№ 5)

Стойността на GD 2 е моментът на маховика на въртящите се маси; тя е свързана с момента на инерцията чрез зависимост:

GD 2 = М g (2р) 2 = Мр 2 4g = 39,2 З кг m 2 (№ 6)

Както се вижда от равенствата на формули № 3 и № 5, неравномерното въртене на коляновия вал е право пропорционално на размера на излишната (или липсващата) работа ΔA и е обратно пропорционално на момента на инерция на въртящите се части 3 (или момента на маховика GD 2) и квадрата на скоростта на въртене n 2 .

Излишната работа може да бъде намерена с помощта на графиката ТΣ (φ), изграден въз основа на изчислението на силите на динамиката в коляновия механизъм (фиг. 4). След като се определи площта Аf на най-голямата площ между кривата ТΣ (φ) и линията TΣ, е възможно да се изчисли ΔА:

Където F- площ на буталото, см 2:

mf = mр mφ - мащаб на площта на диаграмата, kgm/cm 2 mm 2;
г-н - скала на оста на ординатите, kg/cm 2 mm;
mφ = π2R/1t - скала на оста на абсцисата, m/mm;
R - радиус на манивелата, m;
1т - дължината на оста на абсцисата, съответстваща на 360 ° pkv, mm;
Δf - излишна площ, mm 2 .

Моментът на инерция на въртящите се маси се определя от сумата на инерционните моменти на всички елементи на вала - колянов вал Зкв, окачени механизми Змеч, маховик Zm, редуктор Zr, оформяне Св, витло с прикачена маса вода Zgr:

Моментите на инерция на всеки елемент се определят, като се използва зависимостта:

Zx = Мх р 2 (№9)

Където Мx е масата на въртящия се елемент, kg sec 2/m;
R - радиусът на въртене, m.

При изчисляване на морски дизелови двигатели радиусите на инерция на шийките на манивелата, бузите, противотежестите обикновено се приемат равни на разстоянието от оста на коляновия вал до центъра на тежестта на елемента. Въртящата се маса на свързващия прът се счита за концентрирана в центъра на шийката на коляновия вал. За твърд вал, въртящ се около оста си, радиусът на въртене е: R = (r 2/2) 1/2, където r е радиусът на вала.

В практиката на изчисляване на степента на неравномерност на въртенето на коляновия вал те често използват друг метод, различен от разглеждания по-горе, не е свързан с необходимостта от определяне на числената стойност на излишната работа ΔA. За това зависимостта (№ 3) се трансформира, както следва:

δ = ΔА/З (πn/30) 2 Ni/Ni

Посочената мощност Ni може да бъде изразена чрез работата Ao, извършена от двигателя при един оборот на коляновия вал:

Ni = Ao n/60 75 ils.

δ = (ΔА Ni/(З (πn/30) 2)) (60 75/(Аo n)) = (60 75 30 2/π 2) (Ni/(Зn 3)) ΔА/Аo

δ = 0,41 10 6 (Ni/(Зn 3)) ΔА/Аo

Работно отношение ΔA/Ao числено равно на съотношението на излишната площ Δf към площта fо под линията TΣ над 360 ° pkv независимо от цикъла на двигателя. Следователно можем да напишем:

δ = 0,41 10 6 (Ni/(Зn 3)) Δf/fo (№ 10)

Обикновено степента на неравномерност на въртене на коляновия вал е в диапазона:

δ = 1/200 ÷ 1/300 - за дизелови генератори с променлив ток;
δ = 1/100 ÷ 1/150 - за постояннотокови дизелови генератори;
δ = 1/30 ÷ 1/40 - за основните морски дизелови двигатели (с изключение на въртящите се маси на вала и витлото).

При малки и средни двигатели моментът на инерция се определя главно от масата на маховика. Следователно необходимата степен на неравномерност на въртенето на коляновия вал се осигурява чрез избора на подходящия маховик. В нискоскоростните морски двигатели маховикът практически не влияе на неравномерното въртене на коляновия вал - той действа като задвижваща предавка на блокиращия механизъм.

При ниски натоварвания на основните двигатели, както и при изключване на цилиндрите в аварийни случаи, неравномерността на въртене се увеличава с 2-3 пъти. Съответно се увеличава вибрацията на корпуса на кораба.