Caracteristicile motoarelor navale

Caracteristicile motoarelor navale

Generalitati:

Pentru aprecierea calitatilor tehnico-economice sipentru asigurarea reglajelor optime ale motoarelor navale este necesara stabilirea dependentelor functionale intre parametrii principali determinati atat de evolutiile termogazodinamice cat si de cele mecanice.

Functionarea motoarelor la regimuri variabile de putere si de turatie duce la modificarea paramterilor indicate si efectivi. Vom face distinctie intre caracteristicile proprii ale motorului si caracteristicile receptorului de energie actionat de motor.

Variatia parametrilor care definesc functionarea motorului in functie de un parametru independent determica caracteristica motorului naval.

Caracteristicile se pot clasifica in functie de parametrul considerat independent la un moment dat in:

-caracteristici de viteza :caracteristici de turatie,caracteristici de elice,caracteristici de regulator

-caracteristici de sarcina :caracteristica consumului de combustibil,caracteristica de avans la injectie

Caracteristici de viteza

Variabila independenta fata de care se inregistreaza variatia parametrilor functionali ai motorului este turatia n.

Pentru determinarea acestor caracteristici se impune o constanta a cantitatii de combustibil injectat pe cilindru. Daca determinarea caracteristicilor se realizeaza utilizand cantitatea maxima de combustibil injectat pe cilindru caracteristica de turatie astfel obtinuta se numeste caracteristica externa.

Caracteristica externa de turatie limita

Motoarele navale nu pot functiona pe aceasta caracteristica decat un timp extrem de scurt, pe bancul de probe al constructorului.In exploatare datorita riscului de depasire a solicitarilor termice maxime admise ,nu se permite sub nici un motiv functionarea motorului conform acestei caracteristici . In acest scop debitul de combustibil care poate fi injectat este limitat pentru o functionare care sa evite caracteristica 1 .

Caracteristica externa de putere maxima P

Timpul de functionare al motorului dupa aceasta caracteristica trebuie foarte scurt. Pompa de injectie va debita cantitatea maxima admisa de combustibil. Durata totala nu trebuie sa depaseasac 1 . 2h si este prescrisa in normele tehnice ale motorului. Analog se prescriu si intervalele de timp intre are motorul poate fi solicitat la putere maxima.

Caracteristica puteri nominale P

Reprezinta dependenta dintre puterea motorului utilizata in exploatare si turatie. Durata de timp in care motorul poate functiona dupa aceasta caracteristica trebuie sa fie nelimitata. Functionarea motorului se face in siguranta deplina ,indici economici fiind si ei maximi.

Caracteristica puterilor partiale

Se determica in conditiile reducerii cantitatii de combustibil injectat pe ciclu in trepte la 75,50,25 % din cantitatea corespunzatoarea puterii nominale.Pentru limitarea doar a turatiei maxime se monteaza pe motor un regulator pentru un singur regim . Pentru a limita si turatiile reduse se utilizeaza regulatoare pentru doua regimuri. Motoarele de propulsie sunt dotate in general cu regulatoare pentru toate regimurile ,in timp ce motoarele auxiliare sunt dotate cu un regulator pentru un singur regim -caracteristicile sunt situate pe intreg domeniul turatiilor.

Caracteristica de sarcina

Indica dependentele functionale dintre principalii parametrii functionali ai motorului si sarcine acestuia la turatie constanta. Aceste caracteristici sunt utilizate la motoarele care functioneaza la turatie constanta(motoare auxiliare).

La reducerea puterii ,cantitatea de aer pentru un ciclu scade crescan coeficientul excesului de aer odata cu reducerea puterii.

Valoarea minima a consumului specific efectiv se obtine la 80-85% din puterea nominala. Datorita functionari la n=constant se pot aplica in mod indirect solicitarile termice si mecanice dupa temperatura gazelor arse t si presiunea medie efectiva.

Caracteristicile de rglaj

Precizeaza dependenta dintre indicii de performanta ai motorului(putere ,moment motor ,consum specific) si un factor de reglaj considerat cvasidependent.

Caracteristicile de consum de combustibil

Asigura reglarea sistemului de alimentare cunoscand variatia puteri efective P si a consumului specific efectiv c functie de consumul orar de combustibil c

Turatia se mentine constanta prin varierea sarcinii corelata cu deplasarea cremalierei pompei de injectie.

La cresterea consumului orar de combustibil dozajul se imbogateste crescand puterea efectiva dezvoltata.

Pentru un dozaj optim se inregistreaza consumul specific minim de combustibil.

Lipsa de aer duce la cresterea consumului efectiv si a celui orar.

Caracteristica de avans la injectie

Indica dependenta puterii efective P si a consumului specific efectiv c de unghiul de avans la injectie

Turatia se mentine constanta ,cremaliera pompei de injectie fiind fixa.

Exista un unghi de avans la injectie la care P si c este maxim respectiv minim . In practica avansul la injectie pentru a nu depasi presiunea maxima admisa .Scaderile de putere si cresterile de conum () se numesc sacrifici.

Caracteristicile universale (complexe)

Indica legaturile functionale dintre mai multe marimi caracteristice functie de natura n. Grafic reprezentarea se face sub forma unor curbe izoparametrice ale marimilor caracteristice. Zona de economicitate maxima unde consumul specific este sub 155g/Cph este situata la presiunea medie efective p=9,513,5 bari intre turatiile 950 si 1350 rot/min

Diagrame functionale

Puterea medie efectiva Peste proportionala cu presiunea medie efectiva si cu turatia n

P unde c este o constanta globala

Pentru o presiune medie efectiva constanta puterea este proportionala cu turatia

P

Pentru elicele cu pas fix puterea se poate exprima in concordanta cu caracteristicile elicei prin expresia :

P

P

Reprezentand grafic functia y=ax+b intr-un sistem de scari liniare si functia exponentiala Pintr-un sistem de scari logaritmice. Se obtine astfel o reprezentare liniara

Log(P=k log (n)+log©

Reprezentarea grafica include caracteristicile de elice reprezentate prin linii paralele cu inclinarea k=3 si caracteristici cu p prin linii paralele cu inclinarea k=1

Punctele de functionare ale elicei si motoruluil

Calculele teoretice ale puterii si turatiei unei elice se supun verificarii experimentale in bazine de incercari. Punctul proiectat de functionare a elicei PD(propeller design point) se obtine din corelarea valorilor date pentru putere si turatie.

Pentru o carena cu vegetatie si scoici si pentru navigatie in conditii meteo defavorabile se discuta de functionarea elicei grele HR(heavy running)

La incarcarea doar a corpului caracteristica se deplaseaza spre stanga. Dreapta 6 indica functionarea navei cu o carena curata. Din necesitatea existentei unei rezerve de putere numita rezerva de mare (sea margin) care reprezinta cca 15% din puterea motorului. Cuplul putere -turatie corespunzator defineste functionarea continua pentru propulsie SP care inglobeaza atat functionarea grea cat si rezerva de mare.

Dreapta 6 reprezinta functionarea elicei usoare LR (light running)

La proiectarea unei instalatii de propulsie se asigura si o rezerva a motorului(engine margin) ale carei valori ating 10% din putere. In acest punct se defineste functionarea continua maxima pentru propulsie MP,puterea fiind data cu cca 10% mai mare decat corespunzatoarea punctului SP.

Diagrama de sarcina a motorului

Domeniul de functionare al unui motor este limitat de doua linii corespunzatoarea valorile extreme ale presiunii medii efective(L1-L3 si L2-L4) si de doua linii ce corespund turatiilor extreme (L1-L2 si L3-L4). Punctul L1 reprezinta functionarea continua si maxima a motorului . In interiorul domeniului de functionare (aria L1-L2-L4-L3) se pozitioneaza punctele M si O corespunzatoare corelarii optime motor propulsor -nava.