Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые двигатели внутреннего сгорания. Методические рекомендации
.pdf
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить общие сведения;
2. Ознакомится с приборами для замеров;
3. Законспектировать основные пункты и оформить таблицу замеров;
4. Подготовить дизель к пуску и запустить ЗД6Н:
Для этого необходимо:
- Осмотреть двигатель на предмет наличия посторонних предметов, подтеканий жидкостей;
- проверить наличие воды в расходном баке (если надо, пополнить);
- кран охлаждающей воды на внешний контур (у холодильника снизу);
- 2 крана на топливной магистрали;
Проверить уровень масла
Открыть кран масляной магистрали
Открыть воду на пополнение бака для гидротормоза;
Повторный осмотр двигателя на предмет подтеканий жидкостей
Включить пакетный выключатель на выпрямителе – подать питание на стартер;
Поставить в нейтральное положение рычаг на редукторе (прямо);
Установить рукоятку регулятора ТНВД на подачу холостого хода;
Прокачать масло навешенным насосом до давления 4 кг/см
2
;
Запустить дизель, нажав кнопку стартера до момента начала работы цилиндров, но не
более чем на 5–10 сек;
Выставить обороты ХХ (475 об/мин) и дать поработать двигателю 5 мин;
5. Снять замеры на холостом ходу двигателя (475 об/мин);
6. Дать нагрузку на двигатель:
Перевести рычаг на редукторе от дизеля до конца;
После раскрутки вала гидротормоза подавать нагрузку, плавно открывая кран на
гидротормозе;
Тарировка гидротормоза в кгм, следующая: 100% нагрузки соответствует момент 132
кгм, 75%–99 кгм, 50%–66 кгм, 25%–33 кгм, 15%–19.5 кгм и т.п., при номинальных оборотах
(n = 1500); Кроме этого, на шкалу тормоза нанесена новая тарировка момента в Нм.
7. Подготовить дизель к пуску и запустить 6ЧН18/22:
Пуск дизеля — воздушный, поэтому надо при необходимости накачать воздух в пус-
ковой баллон до давления 20–30 кг/см
2
. Для пополнения баллона нужно открыть до конца
кран на пополнение и убедится, что кран на манометре баллона также открыт; затем открыть воду на охлаждение компрессора (на 0.5–1 оборот), закрыть кран на продувку конденсата, проверить уровень масла в компрессоре, и запустить компрессор. Через 10–15 мин давление в баллоне поднимется с 10 до 30 кг/см2. Отключить компрессор, открыть кран продувки конденсата и закрыть воду на компрессор. Закрыть воздушный баллон на пополнение
и открыть на пуск двигателя (большой кран).
Для пуска необходимо:
- Осмотреть двигатель на предмет наличия посторонних предметов и подтеканий
- проверить наличие воды в расходном баке (если надо, пополнить);
- кран охлаждающей воды из водопровода на внешний контур двигателя (под
напорным баком);
- кран на топливной магистрали (под сланями и у топливного насоса);
Прокачать масло ручным навешенным насосом до давления 2 кг/см2;
Подкачать топливо на индивидуальных насосах специальным ключом (до 150 кгс/см2);
Осмотреть двигатель на предмет наличия посторонних предметов подтеканий;
Убедиться, что открыты индикаторные краны на выхлопном трубопроводе дизеля;
Провернуть вал двигателя с помощью
рычага на 1–2 оборота;
11
Установить рукоятку управления двигателя на положение "стоп";
Закрыть индикаторные краны.
Открыть воздушный кран на дизеле и перевести рукоятку в положение "пуск";
После раскрутки маховика быстро закрыть сапуны и перевести рукоятку управле-
ния в положение "работа";
Закрыть все краны пускового воздуха;
Выставить 400 оборотов и дать поработать двигателю 5 мин;
8. Снять замеры на холостом ходу двигателя (475 об/мин);
9. Включить генератор, дать нагрузку и снять замеры на нагрузке 25%, 50% и 75% номи-
нальной мощности.
10. Остановить двигатель, выключить пакетник насоса, закрыть всю воду и топливо, открыть
сапуны.
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
1. Схема измерительного стенда и гидротормоза, перечень номинальных параметров
стенда.
2. Необходимые пояснения и схемы измерительных приборов.
3. Таблица замеров на двух режимах и расчетные данные.
4. Копия гребенки давления по цилиндрам.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислить работы, выполняемые при испытаниях дизеля.
2. Почему результат измерения р
индикатором "Майгак" обычно ниже истинного
max
значения этой величины и от чего это зависит?
3. Как влияют температуры охлаждающей воды и масла на экономичность двигателя и по-
чему?
4. Что необходимо сделать перед замером давления индикатором "Майгак"?
5. От чего зависит точность замеров давлений в цилиндрах вышеперечисленными прибо-
рами?
6. Как и чем измерить рc на работающем двигателе?
7.Почему после остановки двигателя маховик некоторое время совершает колебатель-
ные движения?
8.О чем говорит повышение и падение давления масла перед фильтром?
9.Какие показатели изменятся с увеличением нагрузки на ДВС при работе по винто-
вой характеристике?
10.Какой величины допустима перегрузка двигателя и на какое время?
11.Почему pz 70-80 кг/см2 , а пиметр показывает 3-4 кг/см2?
12.Как изменить Тог на двигателе?
13.Как изменить pz на двигателе?
14.Как изменить pc на двигателе?
15.В каких случаях в цилиндре двигателя возможны стуки, как с этим бороться?
16.Как изменятся показания пиметра на 2-ом цилиндре, если отключить 1-й, при
условии что дизель работает по регуляторной характеристике?
17. Как изменятся показания максиметра на 2-ом цилиндре, если отключить 1-й, при
условии что рейка ТНВД жестко ограничена (упором макс. подачи)?
12
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
"Снятие и обработка индикаторных диаграмм"
Продолжительность: 4 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Определить индикаторные показатели рабочего процесса четырехтактного дизеля, по-
строить кривую изменения температуры в цилиндре.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для характеристики рабочего процесса дизеля служат индикаторные показатели:
среднее индикаторное давление pmi, индикаторная мощность Pi, индикаторный кпд i и
удельный индикаторный расход топлива. Их определение и анализ осуществляется на основе
индикаторных диаграмм.
Индикаторной диаграммой называется зависимость давления в цилиндре дизеля от
угла поворота коленчатого вала (развернутая индикаторная диаграмма) или от текущего объ-
ема цилиндра (свернутая индикаторная диаграмма).
Снятие индикаторных диаграмм производится путем записи текущего давления в цилиндре на некоторый носитель.
Индикаторная диаграмма строится компьютером, сопряженным с датчиками.
В измерительный комплекс входят:
- датчик давления в цилиндре,
- датчик угла поворота коленчатого вала,
- датчик температуры в цилиндре,
- датчик температуры на впуске,
- датчик давления на впуске
В программу вводятся следующие значения:
- диаметр поршня
- ход поршня
- угол опережения подачи топлива
Датчик ДО-73 (рис.2.3) 1 устанавливается на
место 2 индикаторного крана дизеля через переходник 3 с паранитовой или медной прокладкой 5; через
трубки 6 внутренним диаметром 2–3 мм к нему подводится охлаждающая вода с небольшим избыточ-
ным давлением (до 1 атм), отводиться вода от
датчика также по трубке (при эксплуатации датчик
должен быть сухим во избежании утечки сигнала,
поэтому уплотнение должно быть надежным в местах соединения трубок). Давление из камеры сгорания 8 действует через индикаторный канал на мембрану 4 датчика, передающую деформацию на чувствительный кварцевый элемент, в свою очередь, передающий слабый сигнал по кабелю 7 на усилитель
заряда (датчик через кабель 7 разъемом типа "бутон"
соединяется кабелем с усилителем сигнала; кабель
должен быть хорошо экранирован во избежании
наводок и утечки сигнала).
13
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
р
р
max
с
W
p p
cp
c
p
max
p’i
p’’i
pi= p’’i - p’i
()
i=()pi
Ti’
Ti’’
град
МПа
МПа
МПа - МПа
К К 1 2 3 4 5 6 7 8 180 170 ... 10 0
1.Обработать полученные диаграммы:
- Нанести шкалу давлений;
- Нанести шкалу угла поворота КВ – через каждые 10 градусов угла поворота КВ.
Для выдачи студентам на руки используются графики рабочего процесса, полученные
программой lab2.bas, для каждого студента – свой вариант дизеля.
- Определить максимальное давление сгорания в цилиндре р
(МПа), давление нача-
мах
ла сгорания р’с (МПа), давление чистого сжатия рс (МПа), и соответствующие им углы поворота коленчатого вала.
- Найти степень повышения давления:
- Найти продолжительность фазы быстрого сгорания:
р =
max
- ‘
[ градусов ]
c
- Определить среднюю скорость повышения давления:
[ МПа/градус ]
- Определение среднего индикаторного давления производится по методу Саркисова:
разбитая по 10 градусов диаграмма нумеруется следующим образом: от ВМТ по обе стороны
вертикальной линии откладываются 180 градусов через 10 градусов, так, что 0 градусов
находится в ВМТ; эти градусы по убыванию заносятся в таблицу 2.1 в первую графу; в графы 2 и 3 записываются значения давлений, снятых с диаграммы соответственно по линии
сжатия и расширения, т.е. во вторую графу заносятся значения давлений, снятые слева от
ВМТ (от 180 до 0 градусов, линия сжатия), а в третью графу - давления справа от ВМТ (от 0
до 180, линия расширения ), в четвертую графу заносится разность между парами значений:
pi = pi'' - pi'
Таблица 2.1
В графу 5 заносится значение поправочного коэффициента Брикса (), зависящего от
угла поворота коленчатого вала и шатунного отношения дизеля ш
ш = r / l
где r — радиус кривошипа, м
l — длина шатуна, м
Значения поправки Брикса () = f(S) приведены в таблице 2.2
14
Значения поправки Брикса () Таблица 2.2
ш
1/5
1/4.8
1/4.6
1/4.4
¼.2
1/4
1/3.8
1/3.6
1/3.4
1/3.2
1/3
180
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
170
0.208
0.209
0.211
0.213
0.214
0.216
0.219
0.221
0.224
0.227
0.231
160
0.406
0.409
0.412
0.415
0.419
0.422
0.427
0.431
0.437
0.442
0.449
150
0.587
0.590
0.594
0.592
0.603
0.608
0.614
0.620
0.627
0.635
0.644
140
0.745
0.747
0.750
0.755
0.760
0.766
0.772
0.780
0.788
0.797
0.806
130
0.865
0.869
0.873
0.878
0.880
0.889
0.896
0.903
0.911
0.920
0.930
120
0.953
0.956
0.960
0.964
0.969
0.974
0.980
0.980
0.993
1.001
1.010
110
1.004
1.007
1.030
1.013
1.016
1.080
1.024
1.029
1.034
1.040
1.047
100
1.019
1.020
1.022
1.024
1.086
1.028
1.030
1.032
1.035
1.038
1.042
90
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
80
0.951
0.949
0.948
0.946
0.944
0.942
0.940
0.937
0.935
0.931
0.928
70
0.875
0.873
0.870
0.867
0.863
0.859
0.855
0.850
0.845
0.839
0.833
60
0.779
0.776
0.772
0.768
0.769
0.758
0.752
0.746
0.739
0.730
0.722
50
0.667
0.663
0.659
0.654
0.649
0.643
0.636
0.629
0.621
0.618
0.608
40
0.544
0.540
0.536
0.531
0.526
0.520
0.537
0.506
0.498
0.498
0.479
30
0.413
0.410
0.406
0.402
0.337
0.392
0.386
0.381
0.373
0.365
0.356
20
0.278
0.275
0.272
0.296
0.266
0.262
0.257
0.253
0.246
0.242
0.235
10
0.139
0.138
0.136
0.135
0.139
0.131
0.129
0.126
0.123
0.120
0.117
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
p
mi i
i
18 2
1
18
В графу 6 таблицы 2.1 заносится значение произведения:
i = () p
[ МПа ]
i
- После заполнения графы 6 надо найти сумму, а затем среднее индикаторное давление по
формуле:
[ МПа ]
7. Индикаторная мощность определяется по формуле:
Pi = pmi Vs z n / 120 [ МВт ]
где Vs — рабочий объем цилиндра, м3;
z — число цилиндров;
n — частота вращения коленчатого вала, об/мин;
8. В графу 7 и 8 заносится значение температуры в цилиндре, рассчитанной по формулам:
Vs = S D2 / 4
Va = Vs / (E - 1) + Vs
Mi = PaVa / (RTa)
Vi = Va, Pa = Pint
dV = Vs/2 (sin (i) + ш / 2 sin(2i) ) i
Vi = Vi + dV
Ti = pi Vi / (R Mi)
Примечания:
pi — текущее давление в цилиндре;
i — текущий угол поворота КВ, для расчета принимается 0 градусов в ВМТ на нача-
ле такта впуска, поэтому такт сжатия начинается с 180 градусов, ВМТ приходится на 360
градусов и такт расширения заканчивается в 540 градусов; шаг расчета принимается 10 гра-
дусов, все углы в формулы подставляются в радианах: (радиан) = (градусов) /180;
Для построения графика температуры очень важна точность снятия p' и p'' с диаграммы, погрешность по давлению на 0.1 МПа дает погрешность по температуре до 200 К!
15
По данным графы 7,8 построить зависимость Тi ().
i
Pi
Gт Hu
3600
Pi
Gт
b
i
o
1
LGт
Gair
Параметр,
размерность
Вариант задания индивидуальный для каждого студента
pc, МПа
T
max
, K
p
max
, МПа
W
cp,
МПа/градус
1’
pmi Pi
i
bi
Tmax
Pmax
9. Определить индикаторный КПД дизеля:
* 100 %
где Hu = 42700 кДж/кг — низшая теплота сгорания топлива;
10. Определить удельный индикаторный расход топлива:
[ кг/кВтч ]
11. Определить коэффициент избытка воздуха:
где Lо — количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания топлива,
(кг воздуха / кг топлива), Lо = 14,3.
ИТОГОВАЯ ТАБЛИЦА РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
Рис. 2.5 Копия развернутой индика-
торной диаграммы с графиком темпера-
туры
16
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
1. Номинальные данные исследуемой установки, параметры режима.
2. Копия диаграмм на двух режимах с отметкой ВМТ, масштабной сеткой и графиком
температуры (пример на рис.2.5).
3. Расчетные формулы и таблица с результатами расчета.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие потери учитываются индикаторными показателями?
2. Какая разница между термическим и индикаторным КПД, какой параметр эту раз-
ницу учитывает и чему он примерно равен?
3. Почему значение среднего индикаторного давления изменяется нелинейно с ростом
цикловой подачи топлива?
4. Почему при прочих равных условиях с увеличением коэффициента избытка воздуха
индикаторный КПД растет, а индикаторная мощность падает?
5. Как можно увеличить индикаторную мощность 4-х тактного двигателя, не изменяя
размеров, числа цилиндров и частоту вращения коленвала?
6. Доказать, что в ходе сгорания максимум температуры в цилиндре наступает после
максимума давления.
7. Почему потеря на газообмен положительна для двигателей без наддува и может
быть отрицательной для двигателя с наддувом? (показать на свернутых индикаторных диа-
граммах двух двигателей).
8. Что такое pmi?
9. Как изменится индикаторная диаграмма с увеличением наддува?
10.Что такое индикаторный кпд?
11.Как изменится индикаторная диаграмма с изменением оборотов и нагрузки на дви-
гатель?
12.Что такое индикаторный расход топлива Bi?
13.Что влияет на pmi?
14.Какие факторы влияют на среднюю скорость нарастания давления Wср?
15.Что такое удельный индикаторный расход топлива bi ?
16.Как изменится Тог при изменении УОПТ?
17.Как изменится индикаторная диаграмма при переходе с дизельного на газотурбин-
ное топливо?
18.Что учитывает поправка Брикса?
19.Погрешность при замерах расхода топлива из бачка объемным способом составля-
ет 2 мм. Вычислите абсолютную погрешность в % при замере на 6L160 за 3 мин и за 10
мин, если замеренный расход топлива составляет 3 мм/мин.
20.Температура в МО понизилась на 20С. Как изменится 1 ?
17
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
i
нв
n
E
R T н в
A
p
e
i
m нв нв
v p T
8217 4
0 635
0 294
.
( )
.
.
"Исследование влияния угла опережения подачи топлива на показатели
рабочего процесса дизеля"
Продолжительность: 4 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Закрепить теоретические знания по влиянию регулировочных параметров дизеля на
показатели рабочего процесса. Закрепить практические навыки в определении угла опереже-
ния подачи топлива и расшифровке индикаторных диаграмм при диагностике рабочего процесса дизеля.
Научиться определять задержку воспламенения для заданного двигателя.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При анализе рабочего процесса дизеля по индикаторным диаграммам период сгорания
условно подразделяется на 4 фазы (см. рис.3.1):
I фаза — задержка самовоспламенения - начинается с момента начала подачи топли-
ва в цилиндр дизеля и заканчивается с воспламенением топлива, определяемым по началу
резкого нарастания давления на диаграмме.
Во время первой фазы происходит испарение до 40-50% впрыснутого в цилиндр топ-
лива, которое взрывообразно сгорает во второй фазе. Фаза характеризуется временем задержки самовоспламенения топлива i в cек или в градусах поворота коленчатого вала i.
Для определения задержки самовоспламенения в качестве зависимостей i = (p,T) используются эмпирические формулы, полученные по результатам испытаний в бомбах постоян-
ного объема (т.к. p и Т в этом случае в ходе задержки воспламенения не меняются). Формула
для определения i в дизелях с изменяемыми по известному закону р и Т была предложена
академиком Н.Н. Семеновым на основе теории подобия:
[ мс ]
где pнв ,Tнв — параметры в цилиндре в момент начала впрыска топлива;
A, n — постоянные, характерные для каждого конкретного дизеля;
E — энергия активации ( для дизельного топлива E / R = 4650 );
В соответствии с этой формулой В.С. Семеновым предложена формула для расчета
задержки воспламенения для судовых дизелей:
[ мс ]
где vm — средняя скорость поршня двигателя, м/с
рнв — давление в цилиндре в начале впрыска, кПа
Тнв — температура в цилиндре в начале впрыска, К
Имея две индикаторные диаграммы двигателя с разными i можно уточнить коэффи-
циентыA иn, решив совместно два уравнения Семенова относительно
ты для данного двигателя всегда одинаковы для любых режимов работы двигателя.
18
; Эти коэффициен-
i
II фаза — быстрое нарастание давления - от конца I фазы до точки максимального
2
n
zi
Vi
Vz
pp
Vi
Vz
log
p
p
log
z
i
Рис.3.1 Индикаторная
диаграмма с фазами
периода сгорания
давления сгорания p
лось в оптимальных пределах. Превышение предельно допустимой величины нежелательно
по причинам динамической напряженности деталей, снижение p
номичности дизеля.
III фаза — фаза основного горения — от конца II фазы до точки максимальной температуры в цилиндре Тmax. В этой фазе сгорание имеет диффузионный характер. Определение Тmax производится на основании уравнения состояния:
. Важно, чтобы во II фазе максимальное давление сгорания находи-
max
ведет к снижению эко-
max
pV = M R T
где M — текущее значение массы заряда в цилиндре:
M = gc+ bc
gc — цикловая подача воздуха gc=ρVt(1-φпр);
V
— полный объем цилиндра
t
φ
— коэффициент продувки
пр
V = Vс + D2 / 4 S = V + D2 / 4 r [ (1+cos()) + ш/4 (1-сos(2)) ]
где Vс — объем камеры сжатия, м3;
D — диаметр цилиндра, м;
r — радиус кривошипа, м;
IV фаза — догорание — заканчивается горение топлива и прекращается тепловыде-
ление в цилиндре; показатель политропы расширения газа в цилиндре сравнивается с пока-
зателем политропы расширения воздуха (k = 1.41).
зительно определить по показателю политропы расширения газов n2:
сгорания по индикаторным диаграммам и построения временной фазовой гистограммы,
необходимо воспользоваться переводом градусов поворота КВ в миллисекунды (мс). Тогда
продолжительность i-й фазы в мс будет равна:
— шатунное отношение дизеля;
ш
Если не учитывать потери тепла в стенки цилиндра, то конец IV фазы можно прибли-
, откуда можно определить n2 =
В момент, когда n2 k =
1.41 процесс сгорания
заканчивается.
При отклонении угла
опережения в сторону
увеличения от опти-
мального значения pнв и
Tнв уменьшаются,
увеличивается, количество испарившегося в I
фазе топлива растет;
растут р
процесса во II фазе. При
уменьшении угла опережения происходит об-
ратное.
Для расчета фаз
и жесткость
max
—
i
19
i = 1000 i / ( 6 n ) [ мс ]
Расчетные
данные
УОПТ, градусов
1
2
задержка i, мс
pнв, Па
Tнв, К
А
n
где n — об/мин, i — угол соответствующий i-й фазе
Фаза задержки воспламенения по формуле Семенова для данного двигателя определя-
ется из совместного решения двух уравнений для разных задержек воспламенения; лога-
рифмируя систему из двух уравнений получим:
ln
= ln A + E / ( RT1 ) - n ln p
i1
1
ln i2 = ln A + E / ( RT2 ) - n ln p
2
Разделив верхнюю часть на нижнюю избавимся от неизвестногоА:
ln i1 - ln i2 = 4650 / T1 - 4650 / T2 + n ( ln p1 - ln p2 )
Отсюда n = (ln
- ln i2 - 4650 / T1 + 4650 / T2) / (ln p1 - ln p2)
i1
Из формулы Семенова зная n выразим А:
A = i1 p
n
/ exp (4650 / T1)
1
Определив коэффициенты A и n для p1 и T1 подставим эти же к-ты в формулу Се-
менова для p2 и T2 и найдем i2. Так как к-ты A иn одинаковы для одного и того же дизеля, то полученное значение i2 должно совпадать с полученным по индикаторной диаграмме
в пределах инженерной погрешности.
ТАБЛИЦА ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить общие сведения.
2. Оформить таблицу расчетных данных.
3.Установить на двигателе паспортный угол 1.
4.Обработать полученные диаграммы — см. л/р N2.
5.Расчитать температурную кривую на индикаторных диаграммах используя про-
грамму на ПЭВМ (программа lab21.bas).
6.Определить по диаграммам продолжительность фаз процесса сгорания по времени и
углу поворота коленчатого вала и построить фазовую гистограмму по времени (см.рис.3.2).
7.Определить в каждом случае жесткость процесса (dp/d) на участке pc - p
max
.
8.Определить значения постоянных n и A по формуле Семенова, используя лога-
рифмические преобразования и решение системы двух алгебраических уравнений.
9.Произвести расчеты и сделать выводы.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]