Суммарное касательное усилие ТS непостоянно по углу поворота коленчатого вала. В связи с этим индикаторный крутящий момент Мi = ТSr на валу также является переменным в течение цикла. Однако к коленчатому валу приложено сопротивление гребного винта, постоянное по углу поворота коленчатого вала и равное Мср. Это обуславливает появление на некоторых участках цикла избыточной работы Аизб суммарной касательной силы ТS по отношению к работе Аср сил сопротивления, рост избыточного крутящего момента Мi по отношению к среднему Мiср с соответствующим повышением кинетической энергии движения КШМ и других деталей, связанных с коленчатым валом. На этих участках увеличивается скорость вращения вала w.
На других участках периода рабочего цикла происходит снижение ТS по сравнению с Тср и Мiср, что обуславливает недостаточную работу, производимую в цилиндрах, по сравнению с работой сил сопротивления. На этих участках происходит уменьшение кинетической энергии движения КШМ и деталей, связанных с валом.
|
|
Такие периодические колебания среднего касательного усилия и крутящего момента при постоянном моменте сопротивления вызывают колебания угловой скорости вращения вала w
Неравномерное вращение вала отрицательно влияет на работу дизеля и приводимых им устройств, поэтому степень неравномерности вращения вала d ограничивается правилами эксплуатации судовых дизелей. При работе дизеля на гребной винт допустимая величина d на номинальной частоте вращения равна: d = 1/20…1/30. Для дизеля 8ЧРН 32/48 принимаем d = 1/25.
Работа, затрачиваемая на увеличение кинетической энергии движения деталей и устройств при колебаниях частоты вращения коленчатого вала, равна:
Аизб = Jdw2cр×10-3, кДж
где J – момент инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, кинематически связанных с коленчатым валом, кг×м2.
J=Jкшм+Jн+Jм, где
Jкшм – момент инерции движущихся деталей двигателя;
Jн – момент инерции передачи и нагрузочных устройств;
Jм – момент инерции маховика.
J = 5,48×106(Аизб/Аср)Ni / dn3, где
Ni = 948 кВт – индикаторная мощность дизеля;
Величины Аизб и Аср определим по рисунку 1.7,как соответствующие площади под кривой Тсум и Тср:
Аизб= 1665 мм2
Аср= 4620 мм2
Аизб/Аср=1665/4620=0,36 – отношение избыточной работы к средней работе суммарной касательной силы за один период рабочего цикла.
J = 5,48×106×0,36×948 /[(1/25)×3753] = 886,6 кг×м2.
Для определения величины Jкшм воспользуемся приближенной формулой:
Jкшм = к×i×D2× S3×103 кг×м2, где
i = 8 – число цилиндров;
D = 0,32 м – диаметр цилиндра;
S = 0,48 м – ход поршня;
к – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей дизеля; к = 1,16+1,85(d / S)2 = 1,16+1,85(0,215/0,48)2 = 1,53 – для тронковых дизелей с поршнями из алюминиевых сплавов. Здесь d = 0,215 м – диаметр рамовой шейки коленчатого вала. Так как на коленчатом валу установлены противовесы, коэффициент к следует увеличить в 1,3 – 1,8 раз. Примем к = 2,295,
|
|
Тогда, Jкшм = 2,295×8×0,322×0,483×103 = 207,92 кг×м2.
При определении момента инерции маховика пренебрегаем вращающимися массами валопровода и гребного винта, поэтому при расчете принимаем:
Jм = J – Jкшм = 886,6 – 207,92 =678,68 кг×м2.
Маховый момент инерции маховика равен Jм = МмD2м / 4. Конструктивные размеры маховика подбираем варьированием массы Мм и диаметра Dм, который определяем с учетом допустимой окружной скорости W и условий размещения маховика на двигателе. Допустимая окружная скорость ограничивается условием обеспечения достаточной прочности маховика и для чугунных маховиков не должна превышать 30…40 м/с. Принимаем W = 40 м/с. Диаметр маховика рассчитываем по формуле:
Dм = 60W / pn = 60×40 / (3,14×375) = 2,04 м.
Тогда массу маховика найдем по уравнению:
Мм = 4Jм / D2 = 4×678,68 / 2,042 = 652,33 кг.