Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Судовое главное энергетическое оборудование. Лабораторный практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 63 4 5 6 > Следующая >>>

p p

f c т

т c



 





2( )

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

"Исследование системы топливоподачи дизеля"

Продолжительность 4 часа

1. ЗАДАЧИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЮ

Ознакомление с работой топливной системы высокого давления дизеля (системы топ-

ливоподачи) и методами ее исследования.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Система топливоподачи дизеля включает топливный насос высокого давления, топливопровод и форсунку. Основными требованиями системы топливоподачи являются:

- дозирование количества подаваемого топлива в соответствии с заданным значением,

которое устанавливается регулятором скоростей или оператором, с высокой точностью и

равномерностью распределения по секциям;

- осуществление начала и конца впрыскивания с заданной точностью;

- осуществление тонкого распыливания и качественного смесеобразования, для чего

скорость топливной струи на выходе из сопловых отверстий в этот период должна быть более 220-250 м/с, впрыск должен оканчиваться резко, при высоком давлении, после окончания впрыскивания не должно быть дополнительных подъемов иглы.

Общая продолжительность впрыскивания современных судовых дизелей составляет 15-38° поворота КВ. Важным показателем топливной аппаратуры является закон впрыскивания топлива и

динамичность цикла. Законом впрыскивания принято называть зависимость расхода топлива

через форсунку от времени или угла поворота коленчатого вала:

bт = f() или bт = f()

Известно, что:

где 

- эффективное сечение форсунки;

f fc

, р

- соответственно давление топлива у сопловых отверстий и давление газов в

камере сгорания; т - плотность топлива. Закон впрыскивания топлива характеризуется фактором динамичности  - отношение

количества топлива, поданного за период задержки воспламенения к цикловой подаче на

данном режиме:  = b

/ b

где bi - количество топлива, поданное в камеру сгорания за период задержки воспламенения, bц - цикловая подача топлива.

Чем выше , тем больше жесткость рабочего процесса и p Нужно помнить, что жесткость рабочего процесса и р

max

не должны превышать за-

max

данных значений для обеспечения паспортного моторесурса и надежности двигателя. Важным параметром в работе топливного насоса высокого давления (ТНВД) является

активный ход плунжера. Активным называется ход плунжера, соответствующий цикловой подаче топлива в цилиндр двигателя через распылитель форсунки. Поэтому, чтобы рассчитать активный ход плунжера для данного двигателя (для известных мощности, оборотов, удельного эффективного расхода, диаметра плунжера) надо произвести простейший расчет:

Расход топлива Gт = Ре be [ кг/ч ] Цикловая подача массовая b Цикловая подача объемная Q Площадь плунжера F

=  D2 / 4 [ м

пл

= 2  Gт / (60 n z) [ кг/цикл ]

= bц / 

[ м3/цикл ]

]

Ход плунжера h

Параметры

Угол опережения подачи топлива, градусов

8.5

4.5

Продолжительность

впрыскивания, ГПКВ

г/кВт

час

136

138

max

, МПа

7.48

6.65

i мс

3.0

2.22

 %

dp/d МПа/ГПКВ

0.27

0.2

p/ МПа/ГПКВ

0.25

0.16

Рис. 4.1 График процесса топливоподачи в ТА дизеля

= Qц / Fпл k

пл

запаса

[ м ]

В качестве примера для судового двухтактного дизеля с наддувом имеем следующие

параметры процесса впрыскивания:

Таблица 4.1

4. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Изучить конструкцию топливной аппаратуры на наглядных пособиях:

- топливного насоса;

- плунжерной пары (см. рис.4.3);

- нагнетательного клапана;

- форсунки (см. рис.4.2);

2. Сделать эскизы и показать основные размеры:

- диаметр и ход плунжера, разгружающий поясок нагнетательного клапана;

- диаметр и длину топливопровода, диаметр и ход иглы распылителя;

- диаметр и число распыливающих отверстий и давление затяжки пружины;

3. Смоделировать процесс топливоподачи в дизеле: для этой цели использовать программу

lab4.bas - имитации малых топливоподач в дизеле ЯМЗ. Ее принцип основан на моделировании процесса возникновения прямых волн давления от плунжера до иглы форсунки и обратных от иглы к нагнетательному клапану. Для простоты программой учитываются только

первые четыре волны давления в топливопроводе (тогда как на реальном дизеле их может

быть до 20). На основании данной методики по заложенным формулам можно получить па-

раметры топливной струи и время прогрева капель (как известно это время входит во время

задержки самовоспламенения в цилиндре и составляет до 30% всей задержки).

4. Получить вариант задания от преподавателя (см. таблицу 4.2), запустить программу lab4.bas на ПЭВМ, получить диаграмму процесса топливоподачи и вывести ее на печать.

5. Обработать диаграмму - построить на ней кривую топливоподачи и определить фактор динамичности :

- Кривая давления перед сопловыми отверстиями разбивается на отдельные участки, соответствующие малым промежуткам времени , для которых подсчитывается расход топлива

(при коэффициенте расхода, равном 1). На графике сетка временного масштаба проставлена

i,

мс

i,

мс

pfi,

Па

wfi,

м/с

Qbi,

мм

Qbi

задержки,

мм

1 2 3 4 5 6 0.1

0.1

...

0.1

1.4

0.1



fi max

Qbi

задержки



2



Рис. 4.2 Схема распылителя форсунки

Рис. 4.3 Схема плунжерной пары

через 0.2 мс;

- Шаг по времени выбирается равным 0.1 мс. По вертикальной оси располагается ось давле-

ния в МПа, через 10 МПа. Кривые давления на графиках построены с учетом изменяющегося давления в цилиндре.

- Началу подачи топлива в цилиндр соответствует график давления под иглой (см. рис.4.1) -

с момента начала этого графика и наносится сетка по времени на горизонтальную ось графи-

ка. С графика давления под иглой значения pfi переносятся в расчетную таблицу в графу 3:

ТАБЛИЦА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ

В графу 4 заносится вычисленное значение скорости истечения топлива через распылитель

форсунки на i-м участке графика:

[ м/с, мм/мс ],

где т - плотность топлива, равная 845 кг/м3; В графу 5 заносится i-е значение расхода топлива, поступившего в цилиндр:

Qbi = w

 [ мм

fi fc

/мс ]

После того, как заполнены полностью все 5 первых граф таблицы, определяется средний ко-

эффициент расхода: f = Qb

/ Qbi,

где Qbц - расход через иглу, мм3/мс

Qbi - суммарный расчетный расход топлива за все время, мм3/мс В графу 6 заносятся данные фактического расхода топлива за время задержки (за-

держку для данной работы принимаем равной времени прогрева капель, хотя это и не совсем

корректно), т.е. 6 графа заполняется не полностью, а только на время задержки воспламенения: Qbi

задержки

= Qbi f [ мм

/мс ]

Вычислив суммарный расход топлива за время задержки можно определить фактор динамичности процесса - он равняется отношению суммарного количества топлива, подан-

ного в цилиндр за время задержки Qbi

Вариант

Остаточное

давление, Па

Активный

ход плунжера, мм

Отсасывающий

ход клапана, мм

250000

0.80

0.70

350000

0.95

1.00

270000

0.85

300000

0.90

0.80

320000

0.85

300000

0.84

0.75

330000

0.90

1.00

280000

0.88

0.93

300000

0.86

0.70

310000

0.92

0.88

320000

0.90

0.70

340000

0.80

0.70

Вариант

d плунжера

мм

Pe дизеля

кВт

n дизеля

об/мин

г/кВтч

к-т запаса

по ходу

9.5

73.5

750

200 3 2

100

750

210 2 3 8 100

600

230 3 4 5 50

1500

220 3 5

1000

350

180 3 6

500

375

188

650

500

220

2.5 8 8

750

204 3 9

150

1500

227

2.5

230

750

218

линдр:  = Qbi

задержки

/ Qbi * 100%.

задержки

ко всему расходу топлива, поданного в ци-

5. ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА

1. Схемы наглядных пособий.

2. Графики топливоподачи, закон впрыскивания и расчетная таблица.

3. Рассчитать активный ход плунжера ТНВД, взяв данные из таблицы 4.3.

Варианты заданий Таблица 4.2

Варианты заданий Таблица 4.3

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Почему происходит сдвиг фаз между геометрическим и действительным углом опереже-

ния впрыскивания, и от каких параметров он зависит?

2. Для чего служит разгружающий поясок нагнетательного клапана?

3. Какими способами можно добиться уменьшения подвпрыскивания?

4. Как добиться повышения давления впрыскивания?

5. Какие способы вам известны для уменьшения фактора динамичности?

6. Как отрегулировать угол опережения подачи топлива и количество подаваемого топлива?

7. Какому закону подчиняется изменение давления в топливопроводе?

8. Какая величина характеризует жесткость работы дизеля?

9. Зачем в ТА нужно остаточное давление?

10.За счет чего происходит подскок иглы в самом начале процесса топливоподачи (при ма-

лых топливоподачах)?

11.Что такое отсечка топлива и для чего она?

12.Что такое подвпрыск, причины?

13. Как регулировать начало и конец подачи? Как изменится график на рис. 4.1 если:

14. - закоксуется распылитель?

15. - зависнет нагнетательный клапан в положении “подача”?

16. - увеличится УОПТ?

17. - перейдем на более тяжелый сорт топлива?



м е х

Ре





18. - произойдет резкий заброс нагрузки?

19. - ослабить затяг пружины? 20. - сильнее затянуть пружину?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

"Определение механических потерь дизеля методом выбега"

Продолжительность 4 часа

1. ЗАДАЧИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЮ

Изучение экспериментальных способов определения механических потерь дизеля. За-

крепление знаний, полученных в лекционном курсе по разделу механических потерь и меха-

нического КПД.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Экономичность двигателя внутреннего сгорания зависит от потерь, которыми сопровождается процесс преобразования химической энергии топлива в механическую работу. Эти потери можно разделить на внутренние, которые обусловлены теплоотдачей в охлажда-

ющую воду, масло и окружающий воздух, неполнотой сгорания, утечками рабочего тела че-

рез неплотности, диссоциацией и другими причинами и механизмами. Механические потери включают два вида потерь полезной работы в двигателе: потери

на трение и на осуществление насосных ходов: Рмех = Ртр + Рнх

Мощность трения Ртр, в свою очередь, складывается из потерь на: а) трение скольжения в движущихся деталях; б) привод навешенных на двигатель вспомогательных механизмов; в) вентиляционных потерь; Так как потери на трение скольжения составляют 80-90% от Ртр, то они определяют величину Ртр и ее зависимость от конструкции и параметров работы двигателя. Насосные потери, связанные с затратами мощности на осуществление процессов

наполнения и выпуска (выталкивания), учитываются только у четырехтактных двигателей. Для двухтактных двигателей принимается Рнх = 0. Для расчета механических потерь могут быть использованы эмпирические зависимо-

сти: Рмех = А + В Сm [кВт] где Cm = S n / 30 [м/с] - средняя скорость поршня;

А и В - опытные коэффициенты, для 4х тактных судовых ДВС примерно равны: А = 0,103 В = 0,0118 - 0,0135 Механическим КПД 

фланца отбора мощности двигателя, к индикаторной, развиваемой газами внутри цилиндров

называется отношение эффективной мощности, снимаемой с

мех

двигателя: 

Величина 

Механический КПД характеризует совершенство конструкции ДВС с точки зрения доли механических потерь в общем энергобалансе ДВС.

Экспериментальные способы определения механических потерь

Расчет Рмех по эмпирической зависимости сопряжен с определенными погрешностями, в связи с чем для оценки Рмех применяются следующие экспериментальные способы:

1. Метод индицирования.

В результате обработки индикаторной диаграммы находится среднее индикаторное давление рmi, по которому определяется индикаторная мощность двигателя на данном режи-

ме. Мощность механических потерь находится из выражения: Рмех = Рi - Ре

= Pe / Pi; т.к. Pi = Pe + Pмех то:

мех

для судовых ДВС составляет 0,75 - 0,95 в зависимости от оборотности.

мех

Эффективная мощность Ре определяется с помощью гидротормоза или другого нагрузочного

GтbiHu

Gт C Gт

 



  



3600

м е х





M М

м е х



 



 



 

устройства. Метод индицирования трудоемок, однако он является единственным прямым

методом определения Рмех.

2. Метод холостого хода.

Индикаторная мощность двигателя на холостом ходу Рi

механических потерь: Рмex = Рixx C помощью индицирования можно определить Рi каторной диаграммы возникают большие погрешности.

3. Метод проворачивания дизеля от постороннего источника энергии.

Метод предусмотрен ГОСТ. Двигатель проворачивается от постороннего источника. Если допустить, что мощность механических потерь зависит только от частоты вращения, то Рмех = Рпр, где Рпр - затраты мощности на проворачивание дизеля.

4. Метод отключения цилиндров.

Метод предусмотрен ГОСТ. На данном скоростном режиме при n = n фективная мощность Ре. Затем при фиксированном положении рейки топливных насосов поочередно в каждом из цилиндров выключается подача топлива. При этом частота вращения двигателя снизится до n2. Уменьшением нагрузки на тормозе восстанавливается прежняя частота вращения двигателя n1, и по шкале тормоза определяется эффективная мощность Реi при выключении i - го цилиндра. Разница в эффективной мощности двигателя до и после выключения цилиндра представляет собой индикаторную мощность выключенного цилиндра:

Рi

= Рe - Рe

Сумма индикаторных мощностей всех цилиндров равна индикаторной мощности двигателя  Рii = Рi. Зная Рe и Рi определяем 

5. Метод определения по часовому расходу топлива.

В основе данного метода лежит предположение (справедливое для большинства дви-

гателей), что при значениях коэффициента избытка воздуха в пределах 1 = 3 - 3.5 индикаторный КПД дизеля достигает наибольших значений и остается практически неизменным. На таких режимах индикаторная мощность двигателя прямо пропорциональна часовому рас-

мех

, однако при малой площади инди-

приравнивается к мощности

хх

измеряется эф-

ходу топлива:

где С

потерь связана с индикаторной мощностью соотношением Ре = Рi - Рмex = С Используя эту зависимость, на каждой частоте вращения по результатам замеров в 3 -

4 точках на режимах, близких к холостому ходу, строится зависимость Рe(Gт). Прямолинейный участок продолжается до пересечения с осью ординат. Отрезок, отсеченный на оси ор-

динат, дает в выбранном масштабе Рмех.

выключенной подаче топлива и сброшенной нагрузке расходуется на преодоление механиче-

ских потерь:

где J - приведенный к оси коленчатого вала момент инерции двигателя, Нм J известна, то регистрируя величину d / dt на осциллографе или самописце, можно сразу определить Ммex. Если величина J неизвестна, то эксперимент проводится при нагрузке

(двух различных ее значениях). Например, при мощности Р

= const для данного двигателя на рассматриваемых режимах. Мощность механических

6. Метод выбега.

Этот метод основан на том, что кинетическая энергия движущихся масс дизеля при

= 0 ( Мxx = 0 ). Тогда при нагрузке Р1 после отключения подачи топлива имеем:

[ кВт ],

(момент М

Gт - Рмex

. Если величина

) и на холостом ходу

При отключенной нагрузке P2 = P

м е х



 



 





P tg

tg tg

м е х





 



 



 



 





 



 



 

 



 



 



 





 



 



 



1 2



 



 





 

Лабораторный стенд включает: 1 - дизель (3Д6Н); 2 - редуктор (мультипликатор); 3 - нагрузочное устройство (гидро- тормоз); 4 - штатный тахогенератор (исполь-

зуется как датчик частоты враще-

ния);

5 - блок питания; 6 - согласующий блок; 7 – ПЭВМ с АЦП.

Рис.5.1. Измерительный лабораторный стенд

Производная (d/dt)i - величина, получаемая с осциллограмм - тангенс угла наклона

кривой оборотов от времени tg(i). Пусть угол наклона кривой падения оборотов при остановке дизеля под нагрузкой равен 1, а без нагрузки 2, тогда при известных значениях i и

= 0 имеем М2 = Мхх = 0:

имеем:

Отсюда, J

= М

значение Ммех

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Лабораторная установка включает в себя (рис.5.1) четырехтактный дизель 3Д6Н или 6Ч18/22 и установку регистрации изменения во времени частоты вращения двигателя. Штатный датчик частоты вращения двигателя 3Д6Н механический, поэтому для записи на АЦП была установлена специальная измерительная схема. Штатный датчик двигателя 6Ч18/22 – тахогенераторного типа. Для регистрации частоты вращения используется сигнал от тахогенератора, преобразованный в напряжение и выведенный на АЦП.

/ tg(1). Зная значение J и тангенс угла наклона кривых зависимости n(t) получим

мех

для любых оборотов двигателя: М

= J  tg( i)

мех i

4. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Изучить краткие теоретические материалы.

2. Подготовить к пуску дизель 3Д6Н или 6Ч18/22, см.л/р N1.

3. Подготовить измерительный стенд для дизеля 6Ч18/22 или 3Д6Н, см. л/р N2

4. Пустить дизель и поработать 5 мин на режиме холостого хода (n=750).

5. Вывести двигатель на номинальные обороты n=750 об/мин. Записать осциллограмму обо-

ротов с момента отключения подачи топлива: для этого регулятор скорости быстро переве-

сти в положение «стоп» и засекается время до полной остановки КВ дизеля dt (сек).

6. Двигатель выводится на режим 650 об/мин и записывается осциллограмма его остановки или засекается время до полной остановки КВ дизеля dt (сек).

7. Двигатель выводится на режим 550 об/мин и записывается осциллограмма его остановки

или засекается время до полной остановки КВ дизеля dt (сек).

8. Двигатель выводится на режим 450 об/мин и записывается осциллограмма его остановки или засекается время до полной остановки КВ дизеля dt (сек).

9. Двигатель выводится на режим 350 об/мин и записывается осциллограмма его остановки



м е х

к н о м

к н о м м е х

М M





р.

Рис.5.2 Зависимости момента механических потерь от частоты вращения и теплового состо-

яния двигателя

n, об/мин

Холодный ДВС

на Х.Х.

Прогретый ДВС

на Х.Х.

tg  (,с)

мех

, Нм



мех

, %

tg  (,с)

мех

, Нм



мех

или засекается время до полной остановки КВ дизеля dt (сек).

10.Дизель прогревается в течении 20 мин на 75% нагрузке при 750 об/мин.

11.Если J двигателя неизвестен, то при данной нагрузке записывается осциллограмма его остановки и выполняется расчет J согласно приведенным выше формулам.

12.Прогретый дизель без нагрузки выводится на режим 750 об/мин и записывается осцилло-