2462

где φп – коэффициент, учитывающий увеличение цикловой подачи на режиме пуска, 1,5 – 2,0; ηн – коэффициент подачи насоса, который учитывает гидравлические потери, 0,7 – 0,9.

С учетом увеличения пусковой цикловой подачи в 1,5 – 2,0 раза по сравнению с номинальной подачей и износа плунжерной пары в процессе длительной эксплуатации

Полный ход плунжера принимаем равным 63 мм, он должен быть согласован с размерами кулачкового вала насоса.

В табл. 3.5 приведены результаты расчета подачи топлива за цикл, размеров плунжера насосов высокого давления, распылителей форсунок дизелей типа МAN B&W 6MC-С с диаметром цилиндров 46, 50, 60, 70, 80, 90 см.

3.6.Расчет форсунки дизеля МAN B&W 6S60MC-C

икоэффициента избытка воздуха

Из уравнения (3.7) следует, что для режима номинальной мощности цикловая подача топлива для дизеля МAN B&W 6S60MC-C должна быть равна 64 000 мм3/цикл.

В головке цилиндров установлены две форсунки, цикловая подача топлива каждой из них составит 32 000 мм3 [52].

При установке насоса высокого давления и форсунок с механическим управлением давление топлива достигает 100 МПа. Средний перепад давления впрыска топлива принимаем равным 60 МПа [49].

Главной отличительной особенностью форсунок МОД является использование в них сменных наконечников распылителя (рис. 3.11, 3.12).

171

Рис. 3.11. Форсунки судовых малооборотных двигателей:

а– дизели серии RTA 58 T фирмы Wartsila; б – дизели серии МС фирмы МАN;

1– наконечник распылителя с сопловыми отверстиями; 2 – подвесной клапан; 3 – установочный штифт; 4 – корпус распылителя; 5 – игла распылителя; 6 – канал

подвода топлива к распылителю; 7 – штанга; 8 – корпус форсунки; 9 – пружина;

10 – корпус циркуляционного клапана; 11 – циркуляционный клапан; 12 – пружина циркуляционного клапана; 13 – упор циркуляционного клапана; 14 – винт

для регулировки давления начала открытия иглы; 15 – штуцер подвода топлива; 16 – фланец крепления форсунки; 17 – промежуточный упор;

18 – направляющая иглы

172

Это важно для двигателей, особенно при их работе на мазутах, так как позволяет заменять сопловый наконечник, имеющий наименьший ресурс, без замены дорогостоящей прецизионной пары иглы и корпуса распылителя. Для форсунок МОД используются многоструйные распылители, которые обеспечивают наилучшее смесеобразование в неразделенных камерах сгорания.

Таблица 3.5

Результаты расчет насоса и форсунок судовых дизелей серии S-MC-C

Впроцессе диагностирования топливной аппаратуры малооборотных дизелей (МОД) необходимо знать ее реальные конструктивные и регулировочные параметры, включая наружный диаметр топливопровода высокого давления. Величину диаметра топливопровода необходимо знать для правильного выбора размеров накладного пьезоэлектрического датчика, при помощи которого оценивается величина давления, создаваемого насосом высокого давления в процессе его диагностирования.

Втабл. 3.6 приведены основные параметры топливной аппаратуры МОД, выпускаемые ОАО «Брянский машиностроительный завод»

Условное обозначение судового дизеля 6-ДКРН 60/229 следующее: 6 – число цилиндров, Д – двухтактный; К – крейцкопфный; Р – реверсивный; Н – с наддувом; 60/229 – диаметр цилиндра и ход поршня в см. Крейцкопф – ползун. Цилиндровая мощность 2044 кВт, цикловая подача 56 г, диаметр и ход плунжера 63/65,3 мм.

Расчетные значения параметров насоса высокого давления и форсунки незначительно отличаются от реальных размеров.

173

Таблица 3.6

Основные параметры топливной аппаратуры судовых дизелей

Сопловые отверстия формируют факел распыленного топлива, который должен быть равномерно распределен в пространстве камеры сгорания. Отверстия приходится располагать с одной стороны соплового наконечника, слегка смещая их на некоторый угол и по высоте (рис. 3.12 а). При этом сопловый наконечник приходится удлинять, увеличивая тем самым площадь выступающей части.

Нижняя часть распылителя представляет собой сопловый наконечник, в котором имеется ряд отверстий, просверленных под определенным углом к оси рабочего цилиндра. Число отверстий может составлять от 1 до 10, а их диаметр колеблется от 0,2 до 1,5 мм. Ход иглы ограничивается специальным упором в корпусе форсунки. Высота подъема иглы обычно лежит в пределах от 0,5 до 1,5 мм и зависит от размеров форсунки и количества впрыскиваемого ею топлива.

На рис. 3.12 представлены распылители форсунок судовых дизелей. Главным параметром распылителя форсунки является диаметр

соплового отверстия. Для оценки расчетного значения эффективного сечения распылителя µF определим теоретическую скорость истечения дизельного топлива (мазута) через сопловые отверстия:

Т = 2 600 105 / 950 = 355 м/с или 355 000 мм/с.

174

Объемный расход топлива Q (мм3/с) определим из выражения

его количеству qц, поданному в камеру сгорания за время впрыска τ [1]

а

Рис. 3.12. Распылители форсунок малооборотных дизелей:

а – расположение сопловых отверстий в наконечнике распылителя (дизели серии МС фирмы МАN); б – с дополнительной иглой (клапаном) подвесного типа (дизели серии МС фирмы МАN); в – с дополнительной иглой золотникового типа (дизели

серии МС и МЕ фирмы МАN); 1 – сменный сопловый наконечник; 3 – игла; 4 – корпус распылителя; 5 – подвесной конусный клапан: 6 – золотниковый

клапан соплового наконечника

175

Зная продолжительность впрыска φВ в градусах поворота коленчатого вала (например, 300), частоту вращения вала насоса nн в мин-1, время впрыска определим из выражения

При коэффициенте расхода µ, равном 0,7 [14], суммарная площадь сопловых отверстий составит 2,75 мм2. При числе сопловых отверстий 6 площадь сечения одного сопла Fc будет равна 0,458 мм2.

По известной величине площади соплового отверстия определим его диаметр dс :

Для остальных дизелей типа МAN B&W 6MC-С расчетные значения диаметра сопловых отверстий распылителей приведены в табл. 3.5.

Число и диаметр сопловых отверстий распылителя, размеры плунжерной пары насоса высокого давления уточняются в процессе доводочных испытаний топливной аппаратуры совместно с двигателем. Конструктивные и регулировочные параметры насоса высокого давления и форсунок должны обеспечивать минимальный удельный эффективный расход топлива [не более 170 г/(кВт· ч)] и допустимую токсичность отработавших газов. Давление открытия иглы форсунки принимаем равным 32 МПа.

Результаты расчета распылителя форсунки зависят от правильного выбора среднего давления топлива, продолжительности впрыска и других параметров. Например, вместо среднего давления в полости форсунки 60 МПа взять 40 МПа, то расчетная скорость истечения топлива из распылителя уменьшится с 355 до 290 м/с. Это приведет при одинаковой продолжительности впрыска топлива к увеличению μF до 2,35 мм2 и диаметра соплового отверстия до 0,84 мм.

Данная методика расчета может быть полезна для совершенствования топливной аппаратуры судовых дизелей, расчета и разработки новых конструкций.

Величина цикловой подачи необходима при диагностировании топливной аппаратуры, а также в процессе её регулирования. По значению цикловой подачи (64,0 см3) определяют часовой расход топлива

176

Gч для всех шести цилиндров двигателя с учетом частоты вращения коленчатого вала, равной 105 мин-1:

Gч =qц· i ·nн· 60 = 64,0· 6 ·105· 60 = 2 419 200 см3 /ч или 2419 л/ч. (3.20)

Если дизель работает при 30% нагрузке, то часовой расход топлива составит 726 л/ч. За сутки это будет примерно 17,5 т.

Часовой расход топлива можно определить по другой формуле [53]:

Gч = Nе· qе = 13530 · 0,17 = 2300 кг/ч.

При значении плотности топлива 950 кг/м3 величина Gч = 2421 л/ч. Здесь qе = 0,17 кг/(кВт·ч) – удельный эффективный расход топлива.

Экономичность двигателя в значительной степени зависит от коэффициента избытка воздуха . Количество воздуха должно быть минимальным, но достаточным для полного и эффективного сгорания топлива.

Коэффициент избытка воздуха – это отношение действительно поступившего количества воздуха в цилиндр к теоретически необходи-

делить массу воздуха, поступившую в цилиндр во время его наполнения

где Р – абсолютное давление, Н/м2; V – объём цилиндра двигателя без учета объема, занятых продувочными окнами, м3; m – масса поступившего в цилиндр воздуха, кг; R – газовая постоянная для воздуха, равная 287 Дж/(кг∙К); Т – температура, К.

Пусть абсолютное давление в ресивере перед продувочными окнами равно 0,25 МПа. В результате потерь энергии на сужение, трение во впускных каналах, создание тангенциальных вихрей давление воздуха, которое поступило в цилиндр, уменьшилось до 0,2 МПа. Объем цилиндра диаметром 60 см и активным ходом поршня 220 см до продувочных окон составит 0,62 м3. Температуру воздуха в цилиндре принимаем равной 320 К.

Масса воздуха, которая поступила в цилиндр, с учетом уравнения

При плотности судового топлива 0,95 г/см3 (ГОСТ Р54299 – 2010) его количество с учетом уравнения (3.7) будет равно 64,0 · 0,95 = 60,8 г. Отношение массы поступившего воздуха к массе топлива составит 1350 / 60,8 = 22,2. Для сгорания 1 г топлива необходимо 14,8 г воздуха. Коэффициент избытка воздуха будет равен = 22,2 / 14,8 = 1,5. Полученный результат расчета соответствует техническим данным судового дизеля МAN B&W 6S60MC-C.

177

В процессе испытания двигателя величину более точно определяют по формуле

287 Дж/(кг∙К); Т – температура, К. Для Р = 2 ·105 Па и Т = 320 К ρв = 2,18 кг/м3. С достаточной для практики точностью плотность воздуха, поступившего в один цилиндр, рекомендуется определять по следующей ме-

Для = 1,5; Lт =14,8; qе = 0,17 кг/(кВт· ч); Nец = 2255 кВт Мв = 8523 кг/ч.

За 1 с в цилиндр двигателя поступит следующее количество воздуха:

Масса воздуха, поступившего в один цилиндр за цикл (один оборот коленчатого вала для двухтактного дизеля), равна

Мвц = · Lт· qе ·Nец · 60 / (n ·3600) =1,5 ·14,8 ·0,17 ·2255 ·60 / (105 ·3600)= 1,36 кг.

Контрольные вопросы и задания

1.Поясните особенности устройства и принцип действия двухтактного крейцкопфного судового малооборотного дизеля МAN B&W 6S60MC-C с диаметром цилиндра 600 мм, ходом поршня 2400 мм, частотой вращения коленчатого вала 105 мин-1, эффективной мощностью 13530 кВт.

2.Укажите порядок протекания рабочего процесса двухтактного дизеля.

3. Каким образом по известной мощности, литражу двигателя, частоте вращения коленчатого вала определено необходимое среднее эффективное давление газов в цилиндре?

4. Запишите и поясните формулы для расчета цикловой подачи топлива и часового расхода топлива.

5. Поясните методику определения диаметра сопловых отверстий распылителей и их число. 6. Как определяется коэффициент избытка воздуха в зависимости от массы

поступившего воздуха в цилиндр и массы поданного топлива в камеру сгорания?

7. В чем заключается методика определения плотности воздуха, поступившего в цилиндры дизеля?

178

4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

4.1. Определение погрешности результатов измерений

Оценка точности результатов эксперимента обязательна, так как полученные значения могут лежать в пределах возможной погрешности, а выводы окажутся ошибочными. Точность есть степень соответствия результатов измерений действительному значению величины. Понятие точности связано с понятием погрешности. Чем выше точность, тем меньше погрешность измерений, и наоборот. Самые точные приборы могут определять действительное значение измеряемой величины с определенной погрешностью.

Отклонение (разность) между действительным значением измеряемой величины Ад и измеренным Аизм называется абсолютной погрешностью измерения [55]. Абсолютной погрешностью Δ(А) называют разность между результатом измерений при помощи образцовых приборов и значением величины, полученной прибором, который использовался в процессе исследования:

само по себе еще не определяет точности измерений. Для оценки точности измерений вводится понятие относительной погрешности ( A) , равной отношению абсолютной погрешности ( A) результата измерений к измеряемой величине Аизм (%) [55]:

За меру точности измеряемой величины принимают величину, обратную значению ( A) [55]. Следовательно, чем меньше относительная погрешность ( A) , тем выше точность измерений. Например, если относительная ошибка измерений равна 4,0%, то принято считать, что измерения выполнены с погрешностью не более 4,0% или с точностью 0,25%.

Абсолютной погрешностью называют такое её значение, при котором вероятность попадания погрешности в интервал [Δп] < п настолько велика, что результаты измерения считают достоверными. При этом лишь в отдельных случаях погрешность может выйти за пре-

179

делы указанного интервала. Измерения с такой погрешностью называют промахом и их исключают из рассмотрения.

Значение измеряемой величины можно представить выражением [55]

и следует принять, что истинное значение измеряемой величины находится в интервале от

Aизм − п ( A) до Aизм + п ( A) .

Значение измеряемой величины при однократном измерении прибором определяется показаниями прибора с исключением дополнительной погрешности. Результаты измерений могут отличаться от истинных значений измеряемой величины не более чем на величину предельной погрешности, допускаемой классом точности прибора

Aном

выражающего наибольшую допустимую относительную погрешность в процентах от номинального значения Аном шкалы прибора.

Предельная абсолютная погрешность измерения прибором с классом точности К равна [55]

Пусть, например, на стенде КИ-3333 для регулировки форсунок дизелей при использовании манометра на 600 атм (рном = 60 МПа) с классом точности К = 1,0 измерено давление начала открытия иглы форсунки ризм = 200 атм (20 МПа). Требуется определить погрешности измерения.

Абсолютная погрешность манометра (полной шкалы)

п ( р) = К рном = 1,0 600 = 6,0 атм . 100 100

Относительная погрешность данного измерения [55]

Из этого примера следует, что класс точности прибора (К =1,0) и относительная погрешность измерения этим прибором (в примере 3,0%) в общем случае не равны друг другу.

Оценка точности результатов опыта обязательна, т. к. полученные значения могут лежать в пределах возможной погрешности опыта, а выведенные закономерности оказаться неясными и даже неверными. Точность есть степень соответствия результатов измерений действительно-

180