Анализ основных параметров поршневого двигателя.

При расчете двигателя основным соотношением является формула (6.5), связывающая эффективную мощность с термодинамическими и конструктивными параметрами Определение предельных значений каждого из параметров позволяет оценить возможные скорости торпеды при изменении рабочего процесса и конструкции двигателя Очевидно, что для торпеды заданного калибра наибольшая скорость будет достигнута при оптимальном соотношении допустимых верхних значений параметров

Из формулы для эффективной мощности (6.6) видно, что достижение большей мощности возможно посредством увеличения среднего индикаторного давления, диаметра цилиндра, числа цилиндров, хода поршня, а также числа оборотов.

Эффективная мощность двигателя прямо пропорциональна среднему индикаторному давлению или, что то же самое, рабочему давлению парогаза в цилиндрах. Казалось бы, повышая давление в машине, можно увеличить мощность двигателя в 1,5 — 2 раза. Однако опыт разработки торпед показывает, что величину рабочего давления изменять можно ненамного. Объясняется это тем, что с повышением давления необходимо увеличивать толщину стенок цилиндров и повышать прочность ряда узлов двигателя. А это неизбежно приведет к возрастанию веса двигателя.

Кроме того, рост рабочего давления снижает количество используемого воздуха, так как приходится повышать остаточное давление в воздушном резервуаре. При ограниченном запасе воздуха в торпеде повышение мощности путем увеличения рабочего давления парогаза в цилиндрах можно производить в очень узких пределах, так как такая мера приводит к сокращению дальности хода торпеды

Если используется жидкий окислитель, подаваемый насосом, это ограничение снимается. Однако и в этом случае необходимость повышения прочности деталей двигателя приведет к увеличению его веса, что нежелательно.

Увеличение хода поршня тоже не дает возможности достигнуть существенного изменения мощности, хотя последняя и зависит от него. При увеличении хода поршня растут размеры двигателя, а это противоречит требованию компактности силовой установки. Кроме того, с величиной хода поршня связана средняя скорость относительного перемещения поршня и ползуна машины. Величина средней скорости устанавливается из опыта для двигателей определенного типа.

Эффективная мощность двигателя прямо пропорциональна числу оборотов: увеличивая обороты, можно повысить эффективную мощность двигателя и скорость хода торпеды. Следует, однако, иметь в виду, что к. п. д. гребных винтов также зависит от числа оборотов. По достижении некоторых значений оборотов кпд винтов начинает понижаться, так как возрастают потери на кавитацию.

При конструировании быстроходного двигателя требуется также более тщательная разработка приемлемых конструктивных форм деталей, применяемых материалов и технологии.

Эффективная мощность пропорциональна квадрату диаметра цилиндра. Следовательно, увеличение диаметра цилиндра дает более ощутимый прирост мощности, чем увеличение рассмотренных выше параметров, с которыми эффективная мощность связана по линейному закону. Но увеличение диаметра цилиндра ограничивается калибром торпеды, без увеличения которого дальнейший рост мощности поршневых двигателей затруднителен.

В табл. 1. приведены основные параметры поршневых двигателей горизонтального, звездообразного и вертикального типов, позволяющие произвести сравнительную оценку этих двигателей.

Сравнивая численные значения параметров, относящихся к рассматриваемым типам двигателей, можно сделать несколько выводов.

По литражу двигатели горизонтального типа двойного действия (две рабочие полости в каждом цилиндре) имеют преимущества по сравнению с другими двигателями. Это преимущество естественно, но при такой конструкции поршень двигателя испытывает чрезмерно большие нагрузки, а наличие ползунов усложняет и утяжеляет конструкцию.

Из таблицы видно, что наибольшей литровой мощностью обладают звездообразные двигатели. Они же превосходят другие типы двигателей по удельной мощности, которая представляет собой отношение эффективной мощности двигателя к суммарной работающей площади всех поршней и характеризует напряженность двигателя. Из этого следует, что мощность звездообразных двигателей может быть повышена.

Пример. Как изменится дальность хода торпеды с двигателем горизонтального типа, если вследствие неправильной регулировки давление в ПГГ составляет 35 дан/см², а не 28.

Решение. При увеличении давления в ПГГ повысится эффективная мощность двигателя. Если предполагать, что при прочих равных условиях N_e возрастает пропорционально оборотам и среднему индикаторному давлению, то мощность двигателя станет равной 480 кет. При этом скорость торпеды будет

Следовательно, на глубине 50 м двигатель будет развивать мощность, равную 295 квт.

Скорость хода торпеды на глубине 50 м станет

Время работы силовой установки будет определяться запасами воздуха. Если принять, что расход парогазовой смеси пропорционален давлению и оборотам, то на глубине 50 м он составит 1,26 кг/сек. Из этой величины на долю воздуха приходится

При перепаде давлений между резервуарами энергокомпонентов, равном 7 дан/см², суммарный расход воздуха составит

Время хода торпеды

Дальность хода торпеды на глубине 50 м

Е_т=Vτ=23.1*129=3000м

Таблица 1. Основные параметры поршневых двигателей различных типов.