Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые двигатели внутреннего сгорания. Методические рекомендации
.pdf
м е х
к н о м
к н о м ме х
М
М M
р.
р.
n
М
мех
0.3 nн
n
н
холодный ДВС
прогретый ДВС
где М
— номинальный крутящий момент дизеля;
кр.н о м
Рис.5.2 Зависимость момента механических потерь от частоты вращения и теплового состояния двигателя
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
1.Краткое содержание методов определения механических потерь на дизеле.
2.Схема лабораторной установки, краткое пояснение и содержания работы.
3.Таблица с расчетными данными.
4. Копии осциллограмм.
5. График зависимости Mмex(n) для прогретого и холодного дизеля.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Из каких составляющих складываются механические потери в двигателе внутренне-
го сгорания?
2.Какие факторы определяют механический КПД?
3.Какова эмпирическая зависимость механических потерь от частоты вращения?
4.Что такое механический КПД, его основные зависимости?
5.Как определить механические потери способом выключения цилиндров?
6.Как определить механические потери способом выбега?
7.Какая разница между эффективным и механическим КПД?
8.Чему равен механический КПД на минимальных оборотах двигателя?
9.Почему большая часть потерь на трение приходится на ЦПГ?
10.Обьясните различия на графике “Ммех-n” на холодном и прогретом ДВС.
11.Покажите потери на газообмен на примере свернутой индикаторной диаграммы
для двигателя с наддувом и без наддува.
12.Какие способы определения Ммех можно применить на судне?
13.Какие способы определения Ммех вы знаете?
14.Какие способы получения Ммех можно применить в нашей лаборатории?
15.Что такое J и как получить его значение на лабораторном стенде?
16.Почему применяя метод отключения цилиндров мы получаем индикаторную мощ-
ность, замеряя эффективные давления?
17.Сопоставте механические потери у ДВС с наддувом и без наддува.
18.Как зависит механический КПД от нагрузки?
19.Как снизить потери на трение на действующем двигателе?
20.Как снизить потери на трение при проектировании двигателя?
31
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ад к
ад к
iк
ад к о
d o
к
к
к
к
nк
nк
к
к
к
d
o
l
l
Т Т
Т T
П
П
П
T
T
.
. .
11
1
1
1
1
1
к
ад к
к
l
l
.
"Исследование характеристик компрессора"
Продолжительность: 4 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Получить практические навыки в определении КПД компрессора и построении его
характеристик. Закрепить теоретические знания по рабочему процессу компрессора, полу-
ченные в лекционном курсе.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Адиабатным КПД компрессора называется отношение обратимой адиабатической работы l
к внутренней работе компрессора liк:
ад.к
где То’, Тd — температуры на входе и выходе компрессора, К;
Пк = Рd / Po — степень повышения давления;
к — показатель адиабаты сжатия воздуха в компрессоре = 1.41;
nк — показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре=1.2-1.3;
Адиабатический КПД учитывает отличие действительного процесса в компрессоре от
обратимого адиабатного процесса сжатия и характеризует гидравлическое совершенство
охлаждаемого компрессора.
Эффективным КПД компрессора называется отношение адиабатной работы к эффективной, необходимой для привода компрессора:
Эффективный КПД учитывает не только гидравлические, но и механические потери,
т.к. в эффективную работу входят все энергетические затраты на сжатие 1 кг воздуха:
lк = liк + l
где l
Механический КПД компрессора определяет долю эффективной работы, подводимой
к валу компрессора, которая преобразуется во внутреннюю работу:
— удельная работа механических потерь в подшипниках и приводе компрессора;
м.к
м.к
= l
ад.к
32
iк
/ l
к
м.к
м.к
Отсюда эффективный КПД компрессора можно записать как:
к =
Коэффициентом напора или гидравлическим КПД компрессора называется отношение обратимой адиабатической работы компрессора к условному теоретическому напору u
который в идеальном случае равен удельной кинетической энергии, определенной по окруж-
ной скорости на наружном диаметре рабочего колеса:
2
2,
u
D n
k
2
2
60
[ м/с ]
H
l
u
ад к
*
*
.
2
2
’’
’
•
ToR
oTR
oP
Po
GairGair
р
n n
R To
RT o
к п к
н н
. р
где знак
ного напора) на входе в компрессор и на выходе из него, т.е. в параметрах заторможенного
потока, тогда как обычные значения характеризуют статические характеристики.
Нормальными характеристиками компрессора называются зависимости основных пока-
зателей (степень повышения давления Пк, КПД компрессора ) от объемного расхода воздуха и
частоты вращения ротора при постоянных параметрах воздуха на входе в компрессор.
Универсальные характеристики — это зависимости тех же показателей от параметров подобия (приведенного расхода воздуха), см. рис. 6.1:
Приведенная частота вращения компрессора:
прессор типа ТКР-14Н, установленный на отдельном стенде (см. рис.7.1). Турбина работает
на выпускных газах дизеля, подводимых от системы газовыхлопа. Имеется возможность отключать турбину от ОГ дизеля. Установка снабжена устройствами (термометр и термопара),
замеряющими температуру до и после компрессора.
В нагнетательный трубопровод ТК вмонтирована трубка Пито и заглушка. Трубка Пи-
то позволяет замерить динамическую составляющую давления. Заглушкой возможна регулировка сечения нагнетательного трубопровода на выходе в атмосферу, а значит и расхода
воздуха через ТК.
*
определяет значение параметров с учетом кинетической энергии потока (скорост-
Описание лабораторной установки
1. Лабораторная установка включает в себя дизель без наддува NVD24 и турбоком-
33
Рис.6.1 Универсальная харак-
N
п/п
n
диз
%
М
нагр
Н·м
nтк
мин-1
О
2
%
G
t
Кг/ч
T
int
С°
T
og
С°
T
g
С°
P
int
МПа
P
og
МПа
P
g
МПа
1
25 2 50
3
75
4
100
Gair
в атм
теристика компрессора
Измерительный стенд включает:
1.Термометр;
2. Манометр;
3. Стробоскоп;
4. Измеритель количества кислорода в отработавших газах (λ-зонд)
5. Двигатель ЗД6Н с турбокомпрессором ТКР14
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ на двигателе ЗД6Н
Примечание: перед работой необходимо замерить То и Ро в лаборатории термометром и барометром;
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить общие сведения и схему лабораторного стенда (см. рис.6.2, рис.7.1).
2. Подготовить к пуску дизель ЗД6Н, см.л/р N1.
3. Произвести замер, для чего:
- nтк — обороты ТК измеряются стробоскопическим тахометром. Одна из лопастей
компрессора помечена мелом, поэтому направляя на нее свет лампы стробоскопа и регулируя
частоту вспышек лампы, можно добиться совпадения частоты вспышек с частотой вращения
ТК (помеченная лопасть «останавливается» на одном месте).
34
- Gт — замеряется массовым способом;
1
2
2
1
1 3 76.
O
N
3.14
1
t
G
Gair
3.14
1
GGair
t
1пRTo
1k
k
l
k
1k
кк.ад
1
To
intT
RTo
1k
k
l
к
100
l
l
к
к.ад
к.ад
Nк
l Gair
к
1000
- О2 — замеряется λ — зондом в выхлопном трубопроводе;
- Т
— измеряется термометром на выходе из компрессора (в трубе);
int
- T
— измеряется термометром на выходе из двигателя (в трубе);
og
- Tg — измеряется термометром на выходе из турбины (в трубе);
- P
— давление наддува измеряется манометром после компрессора
int
- Р
— измеряется манометром на выходе из двигателя (в трубе);
og
- Pg — измеряется манометром на выходе из турбины (в трубе);
4. Изменить нагрузку и частоту вращения и повторить замеры;
5. Остановить двигатель, все закрыть и выключить.
6. Расчет расхода воздуха определяем приблизительно по коэффициенту избытка воз-
духа
где концентрация N2, О2 - в объемных процентах;
Где 14,3 — масса воздуха необходимое для сгорания 1 кг топлива.
7.Степень повышения давления в компрессоре:
Пк = Pint / Po
где Ро, Рint — давление на входе и выходе компрессора;
15.Адиабатическая работа компрессора:
[ Дж/кг ]
где То — температура на входе в компрессор, К;
k — показатель адиабаты, k = 1.41;
R — газовая постоянная воздуха, R = 287 Дж/кгК;
16.Действительная работа компрессора:
[ Дж/кг ]
17.Адиабатный КПД компрессора:
18.Мощность компрессора:
[ % ]
[ кВт ]
35
19.Результаты испытаний и расчетов свести в таблицу:
N
п/п
n
диз
мин-1
Pe
диз
кВт
Gairтк
кг/с
Пк l
адк
Дж/кг
lк
Дж/кг
адк
%
Nк
кВт
1
2
3
4
5
6
ТАБЛИЦА ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
1. Схема лабораторной установки.
2. Расчетные формулы.
3. Таблицы с результатами замеров и расчетов.
4. График зависимости Пк = f(Gair), с наложенным графиком зависимости
= f(Gair).
ад.к
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. По каким признакам подразделяются схемы наддува у ДВС?
2. Покажите принципиальную схему двухступенчатого наддува, для чего он?
3. Для чего применяется промежуточное охлаждение наддувочного воздуха?
4. Дайте определение адиабатического КПД компрессора.
5. Перечислите составляющие потерь в компрессоре.
6. Поясните на схеме комбинированный наддув, для чего он?
7. Поясните зависимость потерь на удар и трение в ТК от режима работы.
8. Покажите нормальные и универсальные характеристики турбокомпрессора.
9. На каком режиме работы мощность турбины больше мощности компрессора (пояс-
нить на примере).
10.Засорилась проточная часть воздухоохладителя ТК. Как это повлияет на характе-
ристики компрессора и индикаторные показатели ДВС?
11.Поясните зависимость р
-Pe и ограничения на р
int
int
.
12.Поясните зависимость Фс-Тint.
13.Почему ТК с лопаточным диффузором компактнее, чем с безлопаточным?
14.Поясните зависимость Фс-i.
15.Покажите на рисунке, каких видов бывают диффузоры судовых ТК, поясните при-
чины их применения.
16.Чем лимитируется минимальный и максимальный расход воздуха через компрес-
сор?
17.Как изменится температура на выходе из компрессора, если при том же Пк его
КПД снизится?
18.Как изменится рабочий режим ДВС, работающего на винт на графике зависимости
Пк=f(Gair) если температура в МО упадет на 20С (имеется в виду универсальная характе-
ристика ТК)?
19.Что такое параметры заторможенного потока?
20.Что такое приведенные параметры ТК?
36
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Нт
С
U
ад
2
C l
ад ас .т
2
р
Fт
Gg
C
ад
2
Gair
Vs n
т
c п
int
р
30
"Исследование характеристик турбины"
Продолжительность: 4 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Получить практические навыки в определении основных параметров турбины. Закре-
пить полученные знания.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В дизелестроении широко используются стандартизованные характеристики турбины,
которые представляют собой зависимости КПД турбины т и ее пропускной способности
Fт от коэффициента напора турбины Hт:
где Cад — условная скорость потока, удельная кинетическая энергия которого равна удельной располагаемой работе расширения газа в турбине:
[ м/с ]
где U — окружная скорость колеса турбины, м/с;
l
Окружная скорость колеса турбины равна:
— располагаемая работа турбины, Дж/кг;
рас.т
U = rк nтк / 30 [ м/с ]
где rк — радиус рабочего колеса турбины, м = 0.07;
nтк — обороты турбокомпрессора, мин-1;
Стандартизованные характеристики наиболее просты для изображения режимов рабо-
ты турбины, т.к. включают только две кривые. Величина пропускной способности (условное
эквивалентное проходное сечение) находится по формуле:
[ м2 ]
где: Gg — расход газов через турбину [кг/c ];
2 — плотность газов за турбиной [кг/м3], причем эквивалентное проходное сечение Fт
и коэффициент расхода раздельно не подсчитываются;
Расход газа через турбину:
Gg = Gair + Gт [ кг/с ]
где Gair —расход воздуха через дизель, кг/с;
Gт — расход топлива, кг/с;
Расход топлива определяется массовым способом (см.л/р N1);
Расход воздуха рассчитывается по формуле:
[ кг/с ]
37
где Vs — рабочий объем двигателя,м3;
l
к
к
Rg Tg
P
Pg
ас .т
г
г
к
к
г
г
р
1
1
1
2
1
1
т
ас .т
Nк
l Gg
р
Nт
l Gg
ас .т
ас .т
р
р
1000
N
п/п
n
диз
%
М
нагр
Н·м
nтк
мин-1
О
2
%
G
t
Кг/ч
T
int
С°
T
og
С°
T
g
С°
P
int
МПа
P
og
МПа
P
g
МПа
1
25 2 50
3
75
4
100
n — частота вращения, мин-1;
— плотность воздуха на входе в цилиндры дизеля, кг/м3;
int
т — коэффициент тактности;
c — коэффициент наполнения;
пр — коэффициент продувки;
Т.к. два последних коэффициента невозможно определить на нашем лабораторном
стенде, то для расчета расхода воздуха для двигателя 4NVD24 нужно использовать расчет
расхода воздуха через диафрагму впускного коллектора.
Располагаемая энергия газов через турбину:
[ Дж/кг ]
где кг — показатель адиабаты расширения продуктов сгорания = 1,34;
Rg — удельная газовая постоянная продуктов сгорания = 287 Дж/(кгК);
Tg1 — температура потока на входе в турбину, К;
Pg1 — давление на входе в турбину, Па;
P2 — давление на выходе из турбины, Па;
КПД турбины рассчитывается по полученным данным мощности компрессора, имеется вви-
ду, что мощность турбины и компрессора равны на установившемся режиме:
* 100 [ % ]
где Nк — мощность компрессора, Вт;
Располагаемая мощность турбины (выхлопных газов):
[ кВт ]
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ на двигателе ЗД6Н
Примечание: перед работой необходимо замерить То и Ро в лаборатории термомет-
ром и барометром; давление после турбины Рg считать равным Ро
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить конструкцию стенда и теоретические сведения.
2. Подготовить к пуску дизель ЗД6Н см.л/р N1.
3. Подготовить измерительный стенд для дизеля, см.л/р N6.
4. Пустить дизель и поработать 10 мин.
38
5. Подать нагрузку и вывести двигатель на заданный в таблице режим;
N
п/п
n
об/мин
Gair
кг/ч
Gт
кг/ч
Gg
кг/ч
lт
расп
Дж/кг
Nт
расп
кВт
т
%
Нт
-
Fт
-
1 2 3
6. Произвести замеры.
8. Рассчитать расчетные данные по приведенной таблице, мощность компрессора Nк
взять из предыдущей работы;
9.Построить графики зависимостей т = f(Hт); Fт = f(Hт);
ТАБЛИЦА ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
1. Схема лабораторной установки.
2. Расчетные формулы.
3. Таблицы с результатами замеров и расчетов.
4. Графики т = f(Hт); Fт = f(Hт).
1. Чем отличаются активная и реактивная турбина? Что такое степень реактивности?
2. В чем отличие осевой от радиально — осевой турбины?
3. Почему лопатки рабочего колеса турбины делают закрученными?
4. Почему турбины с малыми диаметрами рабочих колес делают радиально-осевыми?
5. Как изменяется КПД турбины с ростом Пт и почему?
6. Как влияет импульсный наддув на работу турбины?
7. Какие условия должны выполняться при выборе ТК?
8. Как повысить мощность ТК?
9. Как определить ухудшение работы ТК, и почему оно возникает?
10.Покажите, на каких режимах работы проявляются преимущества импульсного над-
дува?
11.Почему снижается КПД турбины при нескольких вводах газа в турбину?
12.Что такое совместная работа двигателя и ТК?
13.Что такое КПД турбины (дать несколько вариантов формул)?
14.Чем лимитируется минимальный и максимальный расход газа через турбину?
15.Что такое коэффициент напора, для чего он?
16.Что такое располагаемая энергия газов через турбину?
17.Как определяется мощность турбины?
18.Что такое Пт и как его определить экспериментально (пояснить).
19.Как найти расход газа через турбину, от чего он зависит?
20.Какие рабочие параметры турбины изменятся при набросе нагрузки на дизель?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
39
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
к
Pe
Pe
Pe
эк
н
Pe cn
эк
эк
3
Pe cn
н
н
3
n n к
эк н Pe
3
Pe экспл,%
кPе
n
экспл
25
50
75
100
"Теплобалансовое испытание двигателя
по винтовой характеристике"
Продолжительность: 4 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить закономерности в изменении основных параметров судового ДВС при его
работе по винтовой характеристике. Изучить методы определения составляющих теплового
баланса и закономерности их изменения по винтовой характеристике. Получить навыки в
использовании данных испытаний при оценке технического состояния дизеля в условиях
эксплуатации и для возможной утилизации тепла.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Винтовой характеристикой называются зависимости мощности, расхода топлива,
температуры отходящих газов и других параметров и функций от частоты вращения двига-
теля при условии нагружения его гребным винтом.
При стендовых испытаниях в основу нагружения двигателя по винтовой характеристике принимают следующую теоретическую зависимость:
Pe = cn
где Pe — мощность, развиваемая двигателем;
c — коэффициент пропорциональности;
n — частота вращения, мин-1.
Если обозначить отношение эксплуатационной мощности двигателя к номинальной
мощности через коэффициент кре:
3
[ кВт ]
и воспользоваться первым уравнением, то можно записать:
Поделив Реэк на Рен и решив полученные выражения относительно nэк, получим:
[ c
Задаваясь величиной кре = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 найдем эксплуатационное число оборо-
тов, соответствующее частичным мощностям при работе двигателя по винтовой характери-
стике. В соответствии с полученными выше значениями заполним таблицу 9.1:
-1
]
Таблица 9.1
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]