Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые двигатели внутреннего сгорания. Методические рекомендации
.pdf
Тогда, эксплуатационная мощность на частичных нагрузках может быть определена
Мт
Pe g
i
m m
по формуле:
Peэк = кре * n
[ кВт ]
ном
При испытании двигателя по винтовой характеристике на стенде нагрузка на тормоз
определяется по следующей формуле:
[ кгм ]
где Ре — задаваемая полезная мощность на валу двигателя, Вт;
g — ускорение свободного падения м/с2;
— угловая частота вращения рад/с = П n
эк
/ 30;
im — передаточное отношение мультипликатора = 0.73;
m — кпд мультипликатора = 0.98;
Отсюда находится величина требуемого момента нагрузки для каждого режима.
Тепловым балансом называется распределение выделившегося тепла при сгорании
топлива в двигателе по основным составляющим. Абсолютный тепловой баланс измеряется
в МДж/час ( или в процентах ), а удельный — в МДж/кВтч.
Уравнение теплового баланса может быть записано в следующем виде:
Qт = Qe + Qохл + Qог + Qост
где Qт — располагаемая теплота сгорания топлива, введенного в цилиндры двигателя,
определяется по формуле:
Qт = Hu Gт [ МДж/час ]
где Hu — низшая теплота сгорания топлива, 42.7 МДж/кг;
Gт — часовой расход топлива на данном режиме, кг/ч;
Qe — теплота, эквивалентная совершенной эффективной работе двигателя, определя-
ется по формуле:
Qe = 3.6 Pe [ МДж/час ]
где Pe подставляется в кВт;
Qохл — теплота, отданная охлаждающей среде через систему охлаждения. Эта составля-
ющая потерь включает теплоту, переданную через стенки цилиндров, камер сгорания и
выпускные патрубки головок цилиндров от горячих газов за весь рабочий цикл, а также
большую часть теплоты, образующейся от трения поршня и колец о стенки цилиндра.
Остальная часть теплоты от трения и теплопередачи в поршень уносится маслом.
Для определения Qохл в процессе испытаний необходимо замерить количество
жидкости Gw, циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени и температуры ее
на входе Twвх и выходе Tw
Qохл = Gw
где Cv — теплоемкость охлаждающей жидкости, Cv = 4.217*10-3 МДж/кгК;
Gw — расход воды (внешнего контура) через дизель, кг/час
Qог — физическая теплота, уносимая с отработавшими газами, может быть определе-
на по уравнению:
Qог = Ср.ог
где Tint и Tог — соответственно температуры свежего заряда и отработавших газов;
Gair — часовой расход воздуха, кг/час;
Gт — часовой расход топлива, кг/час;
Ср.ог — средняя изобарная теплоемкость отработавших газов,
Ср.ог = (1.09-1.13)*10-3 , МДж/кгК;
Qост — остаточный член теплового баланса включает следующие потери, связанные с:
- работой вспомогательных механизмов;
из теплообменника. Тогда запишем:
вых
Cv * (Tw
*
(Gair + Gт) * (Tог-Tint) [ МДж/час ]
*
- Twвх) [ МДж/час ]
вых
41
- физической неполнотой сгорания при 1<1.5, являющейся результатом недоста-
qe
Qe
Qт
100%
%100
Qт
Qoхл
qoxл
qoг
Qoг
Qт
100%
тип двигателя
q е
q охл
q ог
q ост
дизель
29 - 40
20 - 35
25 - 40
3 - 13
№
п/п
% нагружения
по мощности
Pe экспл
кВт
n
экспл
об/мин
Мт
кгм (Нм)
1
25
2 50
3 75
4 100
№
п/п
Mт
Нм
Gт
2 кг/t мин
Gair
м3 / 5 мин
Tог/Tint
С
Twвх/Tw
вых
С
Gw
м3 / 5 мин
1 2
3
4
точно хорошего смесеобразования;
- отводом теплоты в масляную систему;
- теплопередачей от наружных поверхностей двигателя;
- прочими неучтенными потерями и неточностями теплового баланса.
Поэтому этот параметр вычисляется как разность абсолютного и известных значений:
Qост = Qт - Qе - Qохл - Qог [ МДж/час ]
Для оценки распределения теплоты более наглядным является уравнение теплового
баланса, составленное в процентах от располагаемой теплоты топлива (в относительных ве-
личинах):
qe + q охл + q ог + q ост = 100%
Каждый член левой части этого уравнения определяется по формулам вида:
;
;
;
q ост = 100% - qе - qохл - qог ;
Расходы тепла по составляющим теплового баланса определяются одновременно со
снятием винтовой характеристики (см.рис.9.2, рис.9.3).
Ниже приводятся примерные значения относительных величин внешнего теплового
баланса дизеля в %:
ТАБЛИЦА РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить общие сведения.
2. Подготовить к пуску дизель ЗД6Н см.л/р N1.
3. Подготовить измерительный стенд для дизеля.
4. Пустить дизель и поработать 10 мин на режиме холостого хода.
5. Подать нагрузку и вывести двигатель на заданный в таблице режим, работая по
винтовой характеристике; проработать перед замерами на одной частоте вращения двигателя
10 мин.
6. Произвести замеры
7. Изменить режим по винтовой характеристике и повторить п.6;
8. Обработать результаты испытаний и построить зависимости (см. рис.9.2):
Pe=f(n);
42
Gт=f(n);
N
п/п
Gт
кг/час
Gair
кг/час
Gw
кг/час
qe % qохл
%
qог
%
qост
%
’
1
-
е
%
1 2
3
4
Тог=f(n);
be=f(n);
1=f(n);
e=f(n);
При расчетах помнить, что: e = qe; be = Gт / Pe; 1 = Gair / (Gт*14.3);
9.Определить составляющие теплового баланса дизеля при работе по винтовой харак-
теристике.
10.Построить график составляющих теплового баланса (см. рис.9.3), Графики зависи-
мостей: Pe=f(n), Gт=f(n), Тог=f(n), be=f(n), 1=f(n), e=f(n);
11.Проанализировать полученные результаты и сделать соответствующие выводы
ТАБЛИЦА ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. Схема лабораторной установки.
2. Расчетные формулы.
3. Таблицы с результатами замеров и расчетов.
4. Графики зависимостей: Pe=f(n), Gт=f(n), Тог=f(n), be=f(n), 1=f(n), e=f(n);
5. График составляющих теплового баланса.
43
n, мин
-1
Pe, %
qe
qохл
qог
qост
q%
Gт
be
Pe
e
1
Tог
Рис. 9.2 Зависимости различных Рис. 9.3 График составляющих
параметров от режима работы дизеля теплового баланса дизеля
по винтовой характеристике
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется винтовой характеристикой?
2. Что такое внешний тепловой баланс, его уравнение в абсолютных и относительных
величинах.
3. Какие потери тепла включают основные составляющие баланса и как они опреде-
ляются?
4. Примерные значения в % основных составляющих баланса в 2х тактных ДВС.
5. Как изменяется по нагрузке характер основных составляющих теплового баланса
дизеля - ’1, Тог, qог, объяснить.
6. Методы уменьшения теплопотерь в дизеле.
7. Что представляет из себя теплообмен излучением?
8. Что представляет из себя конвективный теплообмен?
9. В результате применения металлокерамики температура сгорания топлива в цилин-
дре возросла на 10%. Как изменится график на рис.9.3?
10.Какими способами происходит передача теплоты от рабочего тела стенкам цилин-
дра?
11.От каких факторов зависят допускаемые температуры деталей ЦПГ?
12.Что такое утилизация теплопотерь и что она из себя представляет?
13.При использовании тяжелого сорта топлива в цилиндре образуется нагар. Что про-
исходит с кривыми теплового баланса?
44
14.Закоксовались сопловые отверстия форсунки. Что произойдет с графиком теплового ба-
ланса?
15.Чем будут отличаться графики теплового баланса на 2-х и 4-х тактном двс?
16. Что произойдет с графиками теплобаланса при поломке циркуляционного насоса
внешнего контура охлаждения?
17.Как повысить экономичность двс с точки зрения термодинамики процесса?
18.Поясните, почему
1
19.Поясните по графикам, где оптимальный режим работы двс с точки зрения расхода топ-
лива?
20.Продолжите графики на рис. 9.2 при дальнейшем увеличении нагрузки.
падает а е растет?
45
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
"Испытания двигателя по нагрузочной характеристике"
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение методики снятия нагрузочной характеристики и анализа теплотехниче-
ских параметров дизеля на соответствие требованиям ГОСТа и ТУ на поставку. Закрепле-
ние теоретических знаний по теме " Индикаторные и эффективные показатели ДВС ".
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Нагрузочной характеристикой называется функциональная зависимость основных
параметров двигателя от нагрузки при n = const. Можно считать, что по нагрузочной характеристике работают все дизель — генераторы, установленные на судах, плавучих кранах,
землесосах и других специальных судах, если степень неравномерности регулирования,
определяемая как относительный перепад частоты вращения при изменении положения
регулирующего органа (топливной рейки) равен нулю или точнее не превышает максимальной допустимой погрешности измерения частоты вращения коленчатого вала дизеля 2%. Таким образом по результатам анализа параметров дизеля ( сравнения параметров дизеля с
данными ТУ на поставку ) можно сделать вывод о качестве произведенного ремонта дизеля,
либо о целесообразности дальнейшей эксплуатации дизеля, установленного на судне.
Для правильного определения состояния дизеля необходимо обеспечить такую точ-
ность измерений основных параметров, при которой отклонения от истинных значений не
превышают максимально допустимых погрешностей измерений параметров дизеля согласно
"Стандарта СЭВ 15 82-79".
Бесконтактные измерения скорости вращения
Для точных бесконтактных измерений скоростей вращений предназначен стробоскопический тахометр 2ТСт 32-456. Измерение скорости вращения основательно на стробо-
скопическом эффекте. Основная погрешность тахометра при нестабилизированном питании
от сети переменного тока — 0.7% (как проводить замер см.л/р N6).
Измерение крутящего момента
В качестве нагрузочного устройства в лабораторной установке применяется дисковый тор-
моз типа МАИ и штырьевой тормоз типа IFA. Принцип действия гидротормоза типа МАИ: вращающий момент передается на статор тормоза с помощью сил трения воды, увлекаемой перфорированными дисками ротора, о неподвижные сотовидные диски статора. При этом зазор между вращающимися и неподвижными дисками минимален, а величина поглощаемого момента зависит от
степени заполнения полости статора водой. Таким образом, на статоре возникает момент, увлекающий статор за вращающимися дисками ротора, равный вращающему моменту двигателя. Далее
тормозной момент с помощью маятникого весового устройства передается на циферблатный указатель. Тормозной момент измеряется в Нм согласно методическим указаниям “Внедрение и при-
менение стандарта СЭВ 1052-78”, "Метрология. Единицы физических величин".
Принцип действия гидротормоза типа IFA: вращающий момент передается на статор тормоза с помощью сил трения воды, увлекаемой множеством штырей ротора, о неподвижные штыри
статора. При этом зазор между вращающимися и неподвижными штырями невелик, а величина поглощаемого момента зависит от степени заполнения полости статора водой. Таким образом, на
46
статоре возникает момент, увлекающий статор за вращающимися штырями ротора, равный вра-
1
2
2
1
1 3 76.
O
N
1
2
2
0 063
2 33.. CO
CO
щающему моменту двигателя. Далее тормозной момент с помощью маятникого весового устройства передается на циферблатный указатель. Шкала оттарирована в кгм, поэтому для перевода в си-
стему СИ необходимо значение на гидротормозе умножать на g.
Измерение расхода топлива
Существуют объемный и весовой измерения расхода топлива. В первом случае с по-
мощью специальных устройств, называемых штихпроберами измеряют объем ( м3) расходуемого топлива. Затем, зная (замеряя ареометром) плотность топлива и его температуру, вычисляют весовой расход топлива ( кг/час ). Этот способ измерения расхода топлива наиболее
широко применяется на флоте при различных испытаниях дизелей. Для измерения расхода
топлива весовым способом используют весовое устройство, основанное на непосредствен-
ном взвешивании расходуемой дозы топлива на весах. При этом исключается необходи-
мость определения плотности топлива перед началом испытаний и последующего введения
поправки, учитывающей изменение температуры окружающей среды, поскольку эти измене-
ния автоматически фиксируются в процессе измерения.
Методы определения коэффициента избытка воздуха в дизеле
I. Определение путем анализа ОГ дизеля.
Количество воздуха сгораемого в дизеле определяется достаточно точно путем расче-
та, по данным количественного анализа отработавших газов. При этом предпосылками к
расчету являются следующие допущения:
а) Коэффициент молекулярного изменения воздуха, в среде которого произошло сгорание
топлива в цилиндре дизеля, равен единице. (На самом деле он ~ 1,04 ).
б) Сгорание топлива полное. Наличие углеводородов в отработавших газах равно нулю -
CnHm = 0.
в) Наличие окислов азота не учитывается NOx = 0.
г) Отработавшие газы состоят из следующих компонентов:
- углекислый газ CO2 ;
- кислород воздуха, не принявший участие в сгорании, О2;
- азот N2 воздуха.
Для замеров используют многокомпонентный газовый анализатор, тогда ’1 определяется следующим образом:
где концентрация N2, О2 — в объемных процентах;
Также 1 можно определить путем анализа ОГ на содержание СО2, по формуле:
где количество СО2 — в частях.
II. Определение 1 путем расчета коэффициентов продувки и наполнения.
Для расчета коэффициентов наполнения и продувки необходимо замерять давление
у впускного и выпускного клапанов в момент продувки цилиндра и иметь функцию измене-
ния площади проходного сечения у впускного и выпускного клапанов - отсюда можно по-
47
лучить действительный расход воздуха через цилиндр и достаточно точно рассчитать ко-
3.141
G
Gair
эффициенты продувки и наполнения; имея эти коэффициенты можно точно рассчитать расход воздуха через цилиндр двигателя и зная расход топлива определить коэффициент избыт-
ка воздуха по приведенной ниже формуле. Это достаточно сложный способ.
III. Формула для расчета действительного коэффициента избытка воздуха:
Примечание: Т.к. не зная коэффициенты продувки и наполнения нельзя точно определить
количество воздуха, оставшееся в цилиндре и пошедшее на сгорание топлива, а значит и коэффициент избытка воздуха (не весь воздух расходуемый двигателем идет на сгорание в цилиндрах, часть его уходит на продувку, к тому же цилиндры не полностью наполняются воз-
духом за такт наполнения из-за наличия в них остаточных газов) поэтому значение
вычис-
1
ленное по этой формуле без учета коэффициентов наполнения и продувки будет весьма при-
близительным.
Измерение температуры выпускных газов
Важным параметром работы дизеля является температура отработавшего газа. При срав-
нивании температур отработавших газов отдельных цилиндров легко выявить цилиндр, в котором процесс сгорания ненормален. По температуре отработавших газов можно судить о степени
загруженности дизеля и не допустить его перегрузки. Измеряется температура отработавших газов обычно с помощью приборов теплового контроля типа ТКД (термопарный комплект дина-
мический). В качестве датчиков температуры здесь используются хромель - капелевые термопа-
ры. Регистрирующим прибором является чувствительный микроамперметр. Предварительная та-
рировка термопар позволяет измерять температуру газов с точностью 2o К.
Для измерения температуры ОГ также можно использовать термометр, установлен-
ный на выпускном трубопроводе. Недостатком этого метода является невозможность реги-
страции сигнала от термометра.
Определение мощности механических потерь
Мощность механических потерь Pмех дизеля наиболее точно можно определить с
помощью прокрутки дизеля от постороннего источника (см.л/р №5). При этом вращающийся
коленчатый вал дизеля момент будет моментом сил сопротивления возникающих в дизеле
при его работе. Зная число оборотов, при котором замерялся момент сопротивления, вы-
числяют мощность трения. Использование этого способа возможно лишь в случае электри-
ческого тормозного устройства, работающего по схеме генератор-двигатель. Существующие
иные способы замера мощности механических потерь, различаются по степени сложности
выполнения эксперимента и точности полученного результата.
Наиболее просто и достаточно точно на лабораторном стенде при испытании двигателя мощность механических потерь можно определить методом интерполирования кривой
часового расхода топлива (см. рис. 10.1).
48
Gт
Gт
t
3 6.
be
Gт
Pe
e
Hu be
3 6
100%
.
м
Pe
Pi
100%
i
e
м
100%
№
п/п
Ре
%
n
экспл
об/мин
Мт
кгм
Gт
2 кг/t мин
Gair
м3/5 мин
Tог С Pz
1
кг/см2
1 0 2
15 3 25
4
50 5 100
Gт
кг/ч
Ре
%
15
50
100
хх
1
2
Рмех
Рис. 10.1
Графический метод
определения мощно-
сти механических
потерь по графику
расхода топлива
1 — кривая часового расхода топлива;
2 — касательная линия к графику часового расхода в точке "х.х.";
Часовой расход топлива определяется весовым способом по известной массе топлива
Gт, израсходованной за контрольное время t:
[ кг/час ]
где Gт — в граммах, t - в сек;
Часовой расход топлива может также быть определен объемным способом (см. л/р N1).
Удельный эффективный расход топлива:
[ г/кВтч ]
Эффективный кпд:
где Hu — фактическая низшая теплота сгорания топлива ( Hu = 42.7 МДж/кг );
Удельный индикаторный расход топлива:
bi = be *
Механический кпд:
где Pi = Pe + Pм, кВт;
Индикаторный кпд:
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ
[ г/кВтч ]
м
49
Gт=f(Pe)
bc
Gт
n z
т
60
N
п/п
Gair
кг/час
Gт
кг/час
bc
г/цикл
be
г/кВтч
bi
г/кВтч
i % e % м % ’
1
-
1
2 3 4 5
Pe %
be
1
i
м
е
bc
pz
Tог
be=f(Pe)
Тог=f(Pe)
’1=f(Pe)
i=f(Pe)
bi=f(Pe)
e=f(Pe)
м=f(Pe)
bc=f(Pe)
pz=f(Pe)
Примечание: p
измеряется на 1 цилиндре мак-
z
симетром; bc вычисляется по формуле:
[ г/цикл ]
Рис.10.2 Зависимости различных параметров от режима работы дизеля по нагрузочной характеристике.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить общие сведения.
2. Подготовить к пуску дизель ЗД6Н, см.л/р N1.
3. Пустить дизель и поработать 5 мин на режиме холостого хода.
4. Вывести двигатель на заданный в таблице режим, работая по нагрузочной характе-
ристике (n=const);
5. Произвести замеры
6. Изменить режим по нагрузочной характеристике и повторить п.4;
7. Произвести расчет параметров рабочего процесса дизеля.
8. Построить графики нагрузочной характеристики (см. рис.10.2):
9.Проанализировать полученные результаты и сделать соответствующие выводы.
ТАБЛИЦА ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. Расчетные формулы.
2. Таблицы с результатами замеров и расчетов.
3. График нагрузочной характеристики с построенными зависимостями.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]