Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые двигатели внутреннего сгорания. Методические рекомендации
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
В.И. Толшин, В.В. Якунчиков, С.М. Крутиёв
СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Методические рекомендации
Альтаир-МГАВТ
Москва
2013
УДК
В.И. Толшин, В.В. Якунчиков, С.М. Крутиёв. СУДОВЫЕ ДВИГАТЕ-
ЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. Методические рекомендации.— М.:
Альтаир МГАВТ, 2013 — 52 стр.
Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по дис-
циплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания», предназначены для сту-
дентов, обучающихся по специальности 180405.65 — «Эксплуатация судовых
энергетических установок».
Рецензент — зав. Кафедрой СиСр, к.т.н., проф., Амелин В.С.; зав. кафед-
рой СЭУиА Епифанов В.С.
Издается по решению учебно-методического совета МГАВТ.
Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе ка-
федрой Судовых энергетических установок и автоматики (протокол №8 от 10
апреля 2013 г.).
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать
материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы
© МГАВТ, 2013
© Толшин В.И., 2013
© Якунчиков В.В, 2013
© Крутиёв С.М., 2013
2
СОДЕРЖАНИЕ
1. Оборудование и приборы для испытаний судовых дизелей
2. Снятие и обработка индикаторных диаграмм
3. Исследование влияния угла опережения подачи топлива на показатели рабочего про-
цесса дизеля
4. Исследование системы топливоподачи дизеля
5. Определение механических потерь дизеля методом выбега
6. Исследование характеристик компрессора
7. Исследование характеристик турбины
8. Теплобалансовое испытание двигателя по винтовой характеристике
9. Испытания двигателя по нагрузочной характеристике
3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
"Оборудование и приборы для испытаний судовых дизелей"
Продолжительность — 2 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить оборудование и измерительную аппаратуру, применяемые при испытаниях
судовых дизелей. На лабораторном стенде произвести определение и анализ параметров работы дизеля.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Стендовые испытания проводят с целью проверки качества изготовления узлов и де-
талей дизеля, точности его сборки и регулирования, а также контроля рабочих параметров,
оговоренных в ТУ на поставку дизелей данной серии (ГОСТ 10448-80). Испытания проводятся на специально оборудованном стенде при различных режимах работы.
По стандарту установлены следующие обязательные режимы: холостой ход, 25, 50,
75 и 100% номинальной мощности, максимальная мощность (110% номинальной); мини-
мально устойчивая частота вращения вала; задний ход.
В программе испытаний обязательно оговариваются атмосферные и рабочие условия,
при которых должны быть обеспечены номинальные параметры работы дизеля.
Стандартными атмосферными условиями являются: барометрическое давление
рa=100 кПа (750 мм рт.ст.); температура окружающего воздуха Тa=27C (Ta = 300 K); относительная влажность r=60%; температура охлаждающей воды на входе в воздухоохладитель (при наличии наддува) Тcool=27C (Tcool = 300 K).
Рабочие условия: давление на впуске и противодавление на выпуске фиксируются в
программе испытаний.
Если условия испытаний отличаются от заложенных в программе, то мощность дизеля и
расход топлива должны быть пересчитаны на фактические атмосферные и рабочие условия.
Перечень регистрируемых параметров, а также максимально допустимая погреш-
ность их измерения оговариваются стандартом. Наиболее характерны из регистрируемых
параметров следующие:
- эффективная (тормозная) мощность Pe, кВт;
- частота вращения вала дизеля n, 1/мин;
- давление, МПа: атмосферное рa, воздуха на выпуске рk; после компрессора рb и по-
сле охладителя воздуха р
мальное при сгорании р
торное рmi, охлаждающей жидкости р
- относительная влажность воздуха r ;
- температура окружающей среды на выпуске Та, К; воздуха после компрессора Тв и
после охладителя Тint, газов перед турбиной Тg1 (при наличии наддува), охлаждающей
жидкости Тсооl, смазочного масла То (на входе и выходе из дизеля), топлива Тf;
- секундный расход, г/с, топлива Gт, воздуха Gair, масла цилиндрового Goil и циркуляционного Goilr;
- удельный расход, г/кВтч, топлива gf, масла цилиндрового g
- часовой расход охлаждающей жидкости Gcool, смазочного масла Go;
Примечания:
(при наличии наддува), в цилиндре в конце сжатия р
int
, газов перед турбиной рg (при наличии наддува), среднее индика-
max
смазочного масла р
cool
4
, топлива рf ;
oil
и циркуляционного g
oil
, макси-
c
oilr
;
1. Указанные обозначения параметров отвечают ГОСТ 10448-80 и международному
стандарту ISO.
2. В стендовые приемо-сдаточные испытания, кроме замеров параметров дизеля вхо-
дят проверки: средств автоматики, АПС и защиты (ГОСТ 10150-82, 10511-83), системы
ДАУ (ГОСТ 18174-83), системы пуска и реверса на соответствие требованиям ТУ, шума и
вибрации (ГОСТ 12.1.003-83), требований безопасности (ГОСТ 10150-82).
Описание стенда
Схема испытательного стенда (рис.1.1) включает исследуемый дизель 1, мультипликатор 2, нагрузочное устройство (гидротормоз) 3, а также измерительную аппаратуру и
вспомогательное оборудование, необходимое для работы стенда.
Рис.1.1 Схема испытательного стенда
1 — дизель 3Д6Н; 2 — мультипликатор; 3 — гидротормоз штырьевой, тип Е4, IFA (VEB Dieselmotoren 1976),
рабочий диапазон оборотов 1000—3500, нагрузка до 500 кВт; 4 — кран подачи воды на тормоз; 5 — расходная
водяная цистерна; 6 — кран пополнения цистерны;
Гидротормоз представляет собой устройство для создания тормозного крутящего мо-
мента на фланце отбора мощности дизеля и его измерения. Схема гидротормоза приведена
на рис.1.2. Ротор 1 закреплен на валу 2, вращающемуся в подшипниках 3 и соединенному
через мультипликатор с валом отбора мощности дизеля. Ротор размещен в корпусе 4, качающемся в подшипниках 5. Через корпус по трубопроводам 6 и 7 прокачивается вода. На
роторе и корпусе расположены штифты (на гидротормозе двигателя 6L160PNS) или диски с
ячейками, зазор между которыми составляет 3-5 мм (на гидротормозе двигателя 4NVD24).
При вращении ротора вода захватывается штифтами (ячейками) и воздействует за счет сил
трения на корпус, соединенный механически с коротким плечом рычага 8. Груз 9, закрепленный на длинном плече рычага, отклоняется от положения равновесия, создаваемым на
валу дизеля моментом нагрузки. Значение нагрузки (кгм) показывает стрелка измерителя 10,
соединенная с рычагом. Для перевода кгм в Нм надо умножить показание стрелки кгм на
ускорение свободного падения g. Величину нагрузки можно изменять, регулируя расход воды через гидротормоз краном 11. Охлаждение гидротормоза производится рабочей водой.
5
11
Рис.1.2 Гидротормоз IFA тип E4
Параметры двигателей двух испытательных стендов.
Дизель ЗД6Н:
тип — четырехтактный с наддувом;
мощность — 1473 кВт;
частота вращения — 1500 об/мин;
число цилиндров — 6;
диаметр цилиндра — 15 см;
Дизель 6Ч18/22 Хабаровец:
тип — четырехтактный без наддува;
мощность — 110 кВт;
частота вращения — 750 об/мин;
число цилиндров — 6;
диаметр цилиндра — 18 см;
Эффективная мощность дизеля ЗД6Н при испытании на стенде определяется по
формуле:
M
Pe
где Мт — показания гидротормоза в Н·м;
g = 9.81 — ускорение свободного падения м/с2;
= n / 30 — угловая частота вращения рад/с;
im = 0.73 — передаточное отношение мультипликатора;
m = 0.98 — кпд мультипликатора;
i
ход поршня — 18 см;
кпд мультипликатора (одна фрикци-
онная ступень) — 0.98
передаточное отношение мульти-
пликатора 0.73
ход поршня — 22 см;
торможение генератором 4 ступени
нагрузки разной мощности
КПД генератора 92 %
[ Вт ]
mm
6
Эффективная мощность дизеля 6Ч18/22 Хабаровец при испытании на стенде опреде-
ген
ген
P
Pe
Рис. 1.3. Максиметр
ляется по формуле:
[ Вт ]
где Р
— Мощность вырабатываемая генератором;
ген
= 0.98 — кпд генератора;
ген
Измерения параметров двигателя выполняется с помощью специально подобранного
комплекта измерительной аппаратуры. В ряде случаев допускается использование штатных КИП
дизеля при условии своевременно проведенной их поверки, наличии паспортов и пломб.
Частота вращения измеряется ручным центробеж-
ным тахометром или штатным тахометром дизеля. При
необходимости более точные измерения выполняют суммарными счетчиками оборотов (механическими или импульсными, стробоскопическими). Скоростной режим дизеля
можно определить и по количеству подъемов штанги впуск-
ного / выпускного клапана в единицу времени.
Эффективная мощность определяется по известным
значениям частоты вращения и тормозного момента Мт.
Измерение давлений. Давление в цилиндрах опре-
деляют индикаторами или максиметрами, в системах ди-
зеля — пружинными манометрами, противодавление на
выпуске, давление на впуске, перепад давления газа или
воздуха на диафрагме — жидкостными манометрами. Все
манометры показывают избыточное давление, поэтому
необходимо знать барометрическое давление в момент
измерения.
Для измерения максимального давления в цилиндре при сгорании применяют максиметры.
Устройство максиметра показано на рис.1.3.
Манометр 1 соединен с корпусом 4 трубкой 2, предохраняющей манометр от вибраций и
нагрева. Корпус снабжен ребрами 6 для более интенсивного отвода тепла. Невозвратный клапан 7 предотвращает снижение давления в рабочей полости максиметра при падении давления в
цилиндре. Фильтр 8 препятствует попаданию твердых частиц горения в корпус. Игольчатый
клапан 5 служит для выпуска газов из рабочей полости после измерения. Накидной гайкой 9 с
маховиком максиметр крепится к индикаторному крану дизеля. Дроссель 3 служит для плавного
повышения давления и уменьшения колебания стрелки манометра.
Для определения давления в конце сжатия pc и максимального давления цикла
p
применяют также индикаторы с цилиндрической (при частоте вращения до 500 об/мин)
max
или стержневой (свыше 500 об/мин) пружиной.
7
Рис.1.4 Индикатор с цилиндрической пружиной
Индикатор с цилиндрической пружиной (рис.1.4) состоит из трех основных узлов:
корпуса, пишущего устройства и барабана с закрепленной на нем бумажной лентой. В корпусе 7 установлена сменная бронзовая втулка и стальной поршень 6. Последний соединен со
штоком 4, нагруженным регулировочной пружиной 2. В пишущее устройство входят система
рычагов 5 и держатель 1. Под действием давления в цилиндре держатель вычерчивает на бумаге вертикальные линии ("гребенки"), высота которых пропорциональна давлению. Масштаб получаемых гребенок зависит от жесткости пружины
Рис.1.5 Индикатор со стержневой пружиной
Индикатор со стержневой пружиной (рис.1.5) состоит из барабана 2, пишущего
устройства 3, поршня с цилиндром 5, и стержневой пружины 1, смонтированных в корпусе
4. Стержневая пружина, в отличие от цилиндрической, работает не на растяжение, а на изгиб. Повышенная жесткость стержневой пружины снижает погрешность измерений, поэтому
8
такой индикатор используется для индицирования дизелей с частотой вращения свыше 500
об/мин.
Рис 1.6. Пиметр
Для определения среднего давления цикла применяют пиметры (рис.1.6). В корпусе 1
пиметра находятся основной 2 и дополнительный 3 диски, связанные пружиной 4. На
сплошной оси 6 посажены дополнительный диск 3 и стрелка 10, на пустотелой оси 8 — основной диск 2 и шестеренка 9. С шестеренкой за цеплен зубчатый сектор 16, приводимый в
движение рычагом 11, имеющим противовес 7. Рычаг шарнирно соединен с вильчатым штоком 15 поршенька 13, а шток — пружиной 17, упирающейся в полый винт 18. Накидной гайкой 14 пиметр крепится к индикаторному крану дизеля. Под давлением газа поршенек перемещается во втулке 12, сжимая пружину. Быстрому перемещению поршня мешает сопротивление массы диска 2, обладающего большим моментом инерции. Такое же инерционное
сопротивление она оказывает и при падении давления под поршнем 13. В результате поршень находится в среднем положении, основной и связанный с ним дополнительные диски
оказываются повернутыми на угол, пропорциональный среднему давлению в цилиндре. Это
давление покажет стрелка 10 на шкале 5 пиметра. Среднее давление по времени пропорционально мощности цилиндра, что позволяет судить о равномерности распределения нагрузки
по цилиндрам.
Измерение расхода топлива производится, как правило, объемным или весовым способом. При измерениях расхода топлива на судне применяют мерный бачок (рис.1.7а). Объем средней части бачка 5 между рисками на стеклянных трубках 4 и 6 протарирован. Перед
измерением топливо к двигателю поступает через кран 1 и одновременно через открытый
кран 2 заполняет мерный бачок. При закрытом кране топливо поступает в дизель из бачка.
Время истечения топлива от верхней до нижней риски хронометрируют. Расход топлива
определяют по формуле:
9
Gт = 3600 V т / t [ кг/ч ]
Измеряемый параметр
Прибор
Единица
измерения,
перевод
Х.Х.
n=475
Нагрузка
Pe=50%
Среднее давление цикла, рt
Пиметр
кг/см
2
МПа
Максимальное давление цикла, p
max
Индикатор
кг/см
2
МПа
Давление сжатия в цилиндре, pc
Индикатор
см МПа
Расход топлива, Gf
Весы
кг/3 мин кг/час
Расход воздуха, Gair
расходомер
м
3
/5 мин кг/час
Температура газов, Tg1
Термометр
С
Температура воды, tвх, t
вых
Термометр
С
Давление масла, рвх, р
вых
Датчик
кг/см
2
, МПа
Момент на валу, Ttq
Гидротормоз
кгм, Нм
Мощность двигателя, Ре
Расчет
кВт
Рис.1.7
Измерение расхода топлива
а) Объемным способом
б) Весовым способом
где V — объем мерного бачка в м3;
т — плотность топлива в кг/м3;
t — время расходования топлива из мерного бачка, сек;
При стендовых испытаниях применяют весовой метод,
дающий большую точность (рис.1.7б). При этом с помощью
трехходового крана 1 дизель переводится на питание из емкости 2, вес которой определяется по шкале весов 3.
Расход топлива определяется по формуле:
Gf = 3600 G / t [кг/ч]
где G — вес израсходованного топлива в кг за время t в сек;
Измерение температур.
При выполнении любого испытания замеряют тем-
пературу выпускных газов по цилиндрам - с помощью
ртутных термометров или термопар. Наиболее распространен комплект ТКД, состоящий из комплекта
термопар (от 4 до 12) и показывающего прибора с пе-
реключателем каналов.
Температуру воды, масла, топлива и воздуха замеряют ртутными или поверенными
штатными манометрическими термометрами.
Определение расхода воздуха через двигатель.
При проведении специальных испытаний необходимо определить расход воздуха че-
рез дизель. Для этого существуют экспериментальный и расчетный способы. Расчетный
способ дает приблизительное значение расхода воздуха через двигатель, т.к. коэффициент
наполнения и продувки для двигателя можно задать весьма приблизительно; Для прямого
замера служат объемные расходомеры с механическим счетчиком расхода воздуха, м3. Для
определения массового расхода необходимо посчитать плотность воздуха в помещении, зная
его температуру и барометрическое давление:
= Po / R To [ кг/м3 ]
Перемножив плотность воздуха на объемный расход получим массовый расход
воздуха через дизель.
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ И РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]