Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовое главное энергетическое оборудование. Лабораторный практикум
.pdf
2
УДК 62721: 656.615
В.И. Толшин, В.В. Якунчиков, Р.Н. Романов
Судовое главное энергетическое оборудование. Лабораторный практикум. - М.:
Альтаир МГАВТ, 2011 – 50 с., ил. 29, табл. 25.
Является руководством по закреплению знаний теоретического курса по
учебной дисциплине «Судовое главное энергетическое оборудование».
Основная задача практикума - детальное знакомство с методами экспе-
риментальных исследований судовых дизелей, с особенностями протекания ра-
бочего процесса в судовом дизеле при эксплуатации.
Практикум предназначен для студентов специальности 180103.65 «Судо-
вые энергетические установки».
Рецензент - кандидат технических наук, доцент В.С. Епифанов.
Издается по решению учебно-методического совета МГАВТ.
© МГАВТ, 2011
© Толшин В.И., Якунчиков В.В., Романов Р.Н.
3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
"Оборудование и приборы для испытаний судовых дизелей"
Продолжительность 4 часа
1. ЗАДАЧИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЮ
Изучить оборудование и измерительную аппаратуру, применяемую при испытаниях
судовых дизелей. На лабораторном стенде произвести определение и анализ параметров работы дизеля.
2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
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); минимально
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
р
=100 кПа (750 мм рт.ст.); температура окружающего воздуха Тa=27C (Ta = 300 K); отно-
a
сительная 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 стандартных, то мощность дизеля и расход
топлива должны быть пересчитаны по фактическим атмосферным и рабочим условиям.
Перечень регистрируемых параметров, а также максимально допустимая погрешность
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 р
сле охладителя воздуха р
мальное при сгорании р
(при наличии наддува), в цилиндре в конце сжатия р
int
, газов перед турбиной р
max
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 Gf, воздуха Gair, масла цилиндрового Goil и циркуляционного Goilr;
- удельный расход, г/кВтч, топлива gf, масла цилиндрового g
g
;
oilr
- часовой расход охлаждающей жидкости Gcool, смазочного масла Go;
Примечания:
1. Указанные обозначения параметров отвечают ГОСТ 10448-80 и международному
стандарту ISO.
2. В стендовые приемо - сдаточные испытания, кроме замеров параметров дизеля входят 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).
, воздуха на выпуске р
a
(при наличии наддува), среднее индика-
g
смазочного масла р
cool
; после компрессора рb и по-
k
, топлива р
oil
;
f
и циркуляционного
oil
, макси-
c
4
Рис.1.1 Схема испытательного стенда:
1 - дизель 3Д6Н; 2 - редуктор (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.
3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Схема испытательного стенда (рис.1.1) включает исследуемый дизель 1, редуктор (мультипликатор) 2, нагрузочное устройство (гидротормоз) 3, а также измерительную аппаратуру и
вспомогательное оборудование, необходимое для работы стенда.
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 с валом отбора мощности дизеля через редуктор (мультипликатор). Ротор размещен в корпусе 4,
качающемся в подшипниках 5. Через корпус по трубопроводам 6 и 7 прокачивается вода. На
роторе и в корпусе расположены диски с ячейками, зазор между которыми составляет 3-5 мм
(на гидротормозе двигателя 3Д6Н). При вращении ротора вода захватывается штифтами 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 пока-
зание стрелки кгм на ускорение свободного падения g. Величину нагрузки можно изменять,
регулируя расход воды через гидротормоз краном 11. Охлаждение гидротормоза произво-
дится рабочей водой.
5
Рис.1.2 Гидротормоз IFA тип E
Эффективная мощность дизеля при испытании на стенде определяется по формуле:
[ Вт ]
где Мт - показания гидротормоза в кгм;
g = 9.81 - ускорение свободного падения м/с2;
= n / 30 - угловая частота вращения рад/с;
m = 0.98 - кпд редуктор (мультипликатор)а;
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 центробежным 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 впускного / выпускного
клапана в единицу времени.
Эффективная мощность определяется по известным значениям частоты вращения
и тормозного момента Мт.
Измерение давлений. Давление в цилиндрах определяют индикаторами или максиметрами, в системах дизеля - 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 барометриче-
ское давление в момент измерения.
Манометр 1 соединен с корпусом 4 трубкой 2, предохраняющей манометр от вибраций и нагрева. Корпус снабжен ребрами 6 для более интенсивного отвода тепла. Невозврат-
ный 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.
6
Для измерения максимального давления в
цилиндре при сгорании применяют макси-
метры. Устройство максиметра показано на рис.1.3.
Для определения давления в конце сжатия pc
и максимального давления цикла p
max
при-
меняют также индикаторы с цилиндрической
(при частоте вращения до 500 об/мин) или
стержневой (свыше 500 об/мин) 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.
Рис.1.3 Максиметр:
Последний соединен со штоком 4, нагруженным регулировочной пружиной 2. В пи-
Рис. 1.4 Индикатор с
цилиндрической пружиной
Рис. 1.5 Индикатор со стержневой пру-
жиной
шущее устройство входят система рычагов 5 и держатель 1. Под действием давления в ци-
линдре держатель вычерчивает на бумаге вертикальные линии ("гребенки"), высота которых
пропорциональна давлению. Масштаб получаемых гребенок зависит от жесткости пружины
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 такой индикатор используется для индицирования дизелей с частотой вращения свыше 500
об/мин.
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 зацеплен зубчатый сектор 16, приводимый в дви-
жение 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
7
индикаторному крану дизеля. Под давлением газа поршенек перемещается во втулке 12,
Рис.1.6 Пиметр
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 по-
ступает через кран 1 и одновременно через
открытый кран 2 заполняет мерный бачок.
При закрытом кране топливо поступает в ди-
зель из бачка. Время истечения топлива от
верхней до нижней риски хронометрируют.
Расход топлива определяют по формуле:
Gf = 3600 V т / t [ кг/ч ],
где V - объем мерного бачка в м3;
т - плотность топлива в кг/м3;
t - время расходования топлива из бачка, сек.
Рис.1.7
Измерение расхода топлива
а) Объемным способом
б) Весовым способом
сжимая пружину. Быстрому перемещению поршня мешает сопротивление массы диска 2,
обладающего большим моментом инерции. Такое же инерционное сопротивление она оказы-
вает 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.
При стендовых испытаниях применяют весовой метод, дающий большую точность
(рис.1.7б). При этом с помощью трехходового крана 1 дизель переводится на питание из ем-
кости 2, вес которой определяется по шкале весов 3.
Расход топлива определяется по формуле:
Gf = 3600 G / t [кг/ч]
8
где G - вес израсходованного топлива в кг за время t в сек;
Рис.1.8 Определение расхода воздуха методом перепада давления
Измеряемый параметр
Прибор
Единица
измерения,
перевод
Х.Х.
n=750
Нагруз-
ка
Pe=50%
Среднее давление цикла, р
t
Пиметр
кг/см
2
МПа
Максимальное давление цикла, p
max
Максиметр
кг/см
2
Мпа
Давление сжатия в цилиндре, pc
“Майгак”
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
Коэффициент избытка воздуха, α
газоанализатор
Мощность двигателя, Ре
Расчет
кВт
Измерение температур.
При выполнении любого испытания замеряют температуру 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 переключателем
каналов.
Температуру воды, масла, топлива и воздуха замеряют ртутными или поверенными штатны-
ми манометрическими термометрами.
Определение расхода воздуха через двигатель.
При проведении специальных испытаний необходимо определить расход воздуха через 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, м
3
. 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 воз-
духа через дизель. Одним из способов экспериментального определения расхода воздуха яв-
ляется расчет по перепаду давления на диафрагме. Схема измерения расхода воздуха приве-
дена на рис.1.8.
G
=14.3•α•Gf
air
где α – коэффициент избытка воздуха (определяется газоанализатором);
Gf – часовой расход топлива.
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ И РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
9
4. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Изучить краткие теоретические материалы;
2. Ознакомится с приборами для замеров;
3. Законспектировать основные пункты и оформить таблицу замеров;
4. Подготовить дизель к пуску и запустить 3Д6Н:
Для этого необходимо:
- проверить наличие воды в расходном баке (если надо, пополнить);
- кран охлаждающей воды на внешний контур (у холодильника снизу);
- 2 крана на топливной магистрали (под сланями и у топливного насоса);
Прокачать масло ручным навешенным насосом до давления 2 кг/см2;
Подкачать топливо ручным насосом, расположенным на ТНВД;
Осмотреть двигатель на предмет наличия посторонних предметов;
Открыть воду на пополнение бака для гидротормоза;
Включить пакетник на выпрямителе – подать питание на стартер;
Поставить в нейтральное положение рычаг на редукторе (прямо);
Установить рукоятку регулятора ТНВД на подачу холостого хода;
Запустить дизель, нажав кнопку стартера до момента начала работы цилиндров, но не
более чем на 2-3 сек;
Выставить обороты ХХ (750 об/мин) и дать поработать двигателю 5 мин;
5. Снять замеры на холостом ходу двигателя (750 об/мин);
6. Дать нагрузку на двигатель:
Перевести рычаг на редукторе от дизеля до конца;
При необходимости довести давление масла в редукторе до 3 кг/см2 с помощью руч-
ного масляного насоса (электронасос уже включен пакетником и поддерживает дав-
ление 2-3 кг/см2);
После раскрутки вала гидротормоза подавать нагрузку, плавно открывая кран на гидротормозе;
Тарировка гидротормоза в кгм, следующая: 100% нагрузки (140 кВт) 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. Прогреть двигатель на 50% нагрузки в течении 20 мин;
8. Снять замеры на прогретом двигателе;
9. Остановить двигатель, выключить пакетник насоса, закрыть всю воду и топливо, открыть
сапуны.
5. ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА
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.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислить работы, выполняемые при теплотехническом контроле.
2. Какими способами можно измерить мощность двигателя на судне?
3. Почему результат измерения р
индикатором "Майгак" обычно ниже истинного значе-
max
ния этой величины и от чего это зависит?
4. Что считается за истинное значение р
, если известно, что это случайная величина?
max
5. Как влияют температуры охлаждающей воды и масла на экономичность двигателя и почему?
6. Что необходимо сделать перед замером давления индикатором "Майгак"?
10
7. От чего зависит точность замеров давлений в цилиндрах вышеперечисленными прибора-
ми?
8. Как и чем измерить рc на работающем двигателе?
9. Какова допустимая неравномерность в цилиндрах дизеля при работе на ХХ и нагрузке,
объяснить почему?
10.Почему после остановки двигателя маховик некоторое время совершает колебательные
движения?
11.О чем говорит повышение и падение давления масла перед фильтром?
12.Какие показатели изменятся с увеличением нагрузки на ДВС при работе по винтовой ха-
рактеристике?
13.Какой величины допустима перегрузка двигателя и на какое время?
14.Почему pz 70-80 кг/см2 , а пиметр показывает 3-4 кг/см2 ?
15.Как изменить Тог на двигателе?
16.Как изменить pz на двигателе?
17.Как изменить pc на двигателе?
18.В каких случаях в цилиндре двигателя возможны стуки, как с этим бороться?
19.Как изменятся показания максиметра и термометра установленного на цилиндре при пе-
реходе на моторное топливо?
20.Как изменятся показания пиметра на 2-ом цилиндре, если отключить 1-й, при условии что
дизель работает по регуляторной характеристике?
21. Как изменятся показания максиметра на 2-ом цилиндре, если отключить 1-й, при условии
что рейка ТНВД жестко ограничена (упором макс. подачи)?
11
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
"Снятие и обработка индикаторных диаграмм"
Продолжительность 4 часа
1. ЗАДАЧИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЮ
Определить индикаторные показатели рабочего процесса четырехтактного дизеля, по-
строить кривую изменения температуры в цилиндре.
2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
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. В лаборатории СДВС существуют две установки для снятия
индикаторной диаграммы в цилиндре: электропневматический стробоскопический индика-
тор модели "МАИ-2А" для записи на электро-термическую бумагу; а также более современный - пьезокварцевый датчик давления, связанный через усилитель заряда с осциллографом,
пишущим диаграмму на фотобумагу.
3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
На двигателе 6Ч18/22 установлен современный стенд для записи индикаторной диа-
граммы. Он состоит из: собственно дизеля 1 (рис.2.4), редуктора (редуктор (мультиплика-
тор)а) 2, нагрузочного устройства (гидротормоза) 3, датчика давления 4, установленного на
1-й цилиндр, трубки подачи воды охлаждения на датчик из водопровода через кран 5, усилителя заряда 6, ПЭВМ с АЦП 7, для записи диаграммы, датчика ВМТ 8, установленного на
торце двигателя (работающего от блока питания 9), соединенного с ПЭВМ.
Ниже приведены основные технические данные компонентов стенда:
а) Датчик давления в цилиндре ДО-73, пьезо - электрический, со следующими основными
параметрами:
-диапазон измеряемых давлений 0-20 МПа;
-максимально допустимое импульсное давление 24 МПа;
-средняя чувствительность в диапазоне измерения не менее 300 пКл/МПа;
-нелинейность статической характеристики преобразования 1%;
-полярность выходного сигнала - отрицательная;
-собственная частота, не менее 50 кГц;
-сопротивление изоляции в н.у., не менее 1013 Ом;
-электрическая емкость, не более 10 пФ;
-рабочий диапазон температур 0-300 С;
-давление охлаждающей жидкости 0,2 МПа;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]