Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовое главное энергетическое оборудование. Лабораторный практикум
.pdf
42
Рис. 9.1 Стенд для испытания дизеля по винтовой характеристике
№
п/п
% нагружения
по мощности
Кре
Pe экспл
кВт
n
экспл
об/мин
Мт
кгм (Нм)
1
25
0.25
35 2 50
0.50
70 3 75
0.75
105 4 100
1.00
140
770
№
п/п
Mт
Нм
Gт
кг/ч
Gair
м
3
/ ч
Tог/Tint
С
Twвх/Tw
вых
С
Gw
м
3
/ ч
1 2
3
4
ТАБЛИЦА РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ
4. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Изучить 2. Краткие теоретические материалы.
2. Подготовить к пуску дизель 3Д6Н см.л/р N1.
3. Подготовить измерительный стенд для дизеля (см.рис.9.1): для замера расхода воды на
двигателе 3ДН6 необходимо переключить трехходовый кран на холодильнике на подачу через расходомер.
4. Пустить дизель и поработать 10 мин на режиме холостого хода (n=475).
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 замер:
- расход топлива замеряется весовым способом в количестве 2 кг;
- расход воздуха замеряется расходомером за 5 мин;
- температура выпускных газов замеряется термометром 5, температура воздуха на входе в
дизель Tint (после компрессора) замеряется термометром;
43
- расход воды замеряется одновременно с замером расхода воздуха - за 5 мин расходомером
Рис. 9.2 Зависимости различных параметров
от режима работы дизеля по винтовой харак-
теристике
Рис. 9.3 График составляющих теплового ба-
ланса дизеля
объемного типа (3Д6Н): засекается высота подъема поплавка 4 над расходным водяным бач-
ком 3, причем расстояние между насечками поплавка 5 см; при необходимости можно по-
полнять бачок 3 открывая кран подпитки из водопровода. Расход воды считается исходя из
величины расходуемого объема (размеры бака 3 составляют 60 х 40 см) и плотности воды,
принимаемой 1000 кг/м
3
; тогда Gw = 0.6 х 0.4 х dH х 1000 м3/t, где dH - высота погружения
поплавка 4 в бак 3 за время замера t.
- температура внешнего контура на входе в дизель замеряется термометром 7 или градусни-
ком в водопроводе, т.к. их температуры равны, вода подходит к двигателю из бака 3, затем
вода попадает в циркуляционный насос 6 (помпу) и проходит в водо-масляный холодильник
9, и водо-водяной холодильник 10, после чего идет на слив; замер температуры воды внешнего контура на выходе производится термометром 8, на дизеле 3Д6Н гнездо его установки
находится за расходомером.
7. Изменить режим по винтовой характеристике и повторить п.6;
8. Обработать результаты испытаний и построить зависимости (см. рис.9.2):
Pe=f(n);
Gт=f(n);
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 характери-
стике.
10.Построить график составляющих теплового баланса (см. рис.9.3)
11.Проанализировать полученные результаты и сделать соответствующие выводы.
5. ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА
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.
44
N
п/п
Gт
кг/час
Gair
кг/час
Gw
кг/час
qe
%
qохл
%
qог
%
qост
%
’
1
-
е
%
1 2 3 4
ТАБЛИЦА ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется винтовой характеристикой?
2. Что такое внешний тепловой баланс, его уравнение в абсолютных и относительных вели-
чинах.
3. Какие потери тепла включают основные составляющие баланса и как они определяются?
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 цилиндре воз-
росла на 10%. Как изменится график на рис.9.3?
10.Какими способами происходит передача теплоты от рабочего тела стенкам цилиндра?
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 происходит
с кривыми теплового баланса?
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 внеш-
него контура охлаждения?
17.Как повысить экономичность двс с точки зрения термодинамики процесса?
18.Поясните, почему 1 падает а е растет?
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.
45
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
"Испытания двигателя по нагрузочной характеристике"
1. ЗАДАЧИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЮ
Изучение методики снятия нагрузочной характеристики и анализа теплотехнических
параметров дизеля на соответствие требованиям ГОСТа и ТУ на поставку. Закрепление теоретических знаний по теме "Индикаторные и эффективные показатели ДВС".
2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
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, зем-
лесосах и других специальных судах, если степень неравномерности регулирования, опреде-
ляемая как относительный перепад частоты вращения при изменении положения регулиру-
ющего органа (топливной рейки) равен нулю или точнее не превышает максимальной допустимой погрешности измерения частоты вращения коленчатого вала дизеля 2%. Таким обра-
зом 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 точность 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 стробоскопическом 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
тормоз типа МАИ и штырьевой тормоз типа IFA. Принцип действия гидротормоза типа
МАИ: вращающий момент передается на статор тормоза с помощью сил трения воды, увле-
каемой перфорированными дисками ротора, о неподвижные сотовидные диски статора. При
этом зазор между вращающимися и неподвижными дисками минимален, а величина погло-
щаемого 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 применение 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 вели-
чина поглощаемого момента зависит от степени заполнения полости статора водой. Таким
образом, на статоре возникает момент, увлекающий статор за вращающимися штырями ро-
тора, равный вращающему моменту двигателя. Далее тормозной момент с помощью маятникого весового устройства передается на циферблатный указатель. Шкала оттарирована в кгм,
поэтому для перевода в систему СИ необходимо значение на гидротормозе умножать на g.
Измерение расхода топлива.
Существуют объемный и весовой измерения расхода топлива. В первом случае с помощью специальных устройств, называемых штихпроберами измеряют объем ( м
3
) расходу-
46
емого топлива. Затем, зная (замеряя ареометром) плотность топлива и его температуру, вы-
1
2
2
1
1 3 76.
O
N
1
2
2
0 063
2 33
.
. CO
CO
1
14 3
Gair
Gт .
числяют 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 необходимость
определения плотности топлива перед началом испытаний и последующего введения по-
правки, учитывающей изменение температуры окружающей среды, поскольку эти изменения
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 изменения
площади проходного сечения у впускного и выпускного клапанов - отсюда можно получить
действительный расход воздуха через цилиндр и достаточно точно рассчитать коэффициенты продувки и наполнения; имея эти коэффициенты можно точно рассчитать расход воздуха
через цилиндр двигателя и зная расход топлива определить коэффициент избытка 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 ко-
эффициент избытка воздуха (не весь воздух, расходуемый двигателем идет на сгорание в ци-
линдрах, 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
ленное по этой формуле без учета коэффициентов наполнения и продувки будет весьма при-
близительным.
вычис-
1
47
Рис. 10.1. Графический метод определения мощности механических потерь по графику рас-
хода топлива:
1 - кривая часового расхода топлива; 2 - касательная линия к графику часового расхода в
точке "х.х.".
Gт
Gт
t
3 6.
be
Gт
Pe
e
Hu be
3 6
100%
.
3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Важным параметром работы дизеля является температура отработавшего газа. При
сравнивании 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 от-
работавших газов обычно с помощью приборов теплового контроля типа ТКД (термопарный
комплект динамический). В качестве датчиков температуры здесь используются хромель -
капелевые термопары. Регистрирующим прибором является чувствительный микроамперметр. Предварительная тарировка термопар позволяет измерять температуру газов с точно-
стью 2o К.
Для измерения температуры ОГ также можно использовать термометр, установленный 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 по-
мощью 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, вычис-
ляют мощность трения. Использование этого способа возможно лишь в случае электрическо-
го 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 ча-
сового расхода топлива (см. рис. 10.1).
Обработка результатов испытаний двигателя по нагрузочной характеристике
Эффективная мощность двигателя Pe при испытании на стенде определяется так, как
изложено в л/р N7.
Часовой расход топлива определяется весовым способом по известной массе топлива
Gт, израсходованной за контрольное время t:
где Gт - в граммах, t - в сек;
Часовой расход топлива может также быть определен объемным способом (см. л/р
N1).
Удельный эффективный расход топлива:
Эффективный кпд:
[ г/кВтч ]
[ кг/час ]
48
где Hu - фактическая низшая теплота сгорания топлива ( Hu = 42.7 МДж/кг );
м
Pe
Pi
100%
i
e
м
100%
№
п/п
Ре
%
n
экспл
об/мин
Мт
кгм
Gт
кг/t мин
Gair
м
3
/ч
Tог С Pz
1
кг/см
2
1 0 750 0 2
15
750
19 3 25
750
33 4 50
750
66 5 100
750
132
Gт=f(Pe)
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
z
измеряется на 1 цилиндре
максиметром; bc вычисляется по формуле:
bc
Gт
n z
т
60
[ г/цикл ]
Рис.10.2 Зависимости различных параметров
от режима работы дизеля по нагрузочной ха-
рактеристике.
Pe %
be
1
i
м
bc
pz
Tог
Удельный индикаторный расход топлива:
bi = be * м [ г/кВтч ]
Механический кпд:
Индикаторный кпд:
ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАМЕРОВ
где Pi = Pe + Pм, кВт;
4. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Изучить краткие теоретические материалы.
2. Подготовить к пуску дизель 6Ч18/22, см.л/р N1.
3. Пустить дизель и поработать 5 мин на режиме холостого хода (n=475).
4. Вывести двигатель на заданный в таблице режим, работая по нагрузочной характеристике
(n=const);
5. Произвести замер:
- расход топлива замеряется весовым способом, или объемным, по шкале расходного бачка
за 10 мин, после чего переводится в кг/час (см. л/р N1);
- расход воздуха замеряется на объемном расходомере за время t в м3/t;
- температура выпускных газов на выходе из дизеля замеряется термометром;
49
- давление в цилиндре измеряется максиметром или индикатором.
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
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
5. ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА
1. Расчетные формулы.
2. Таблицы с результатами замеров и расчетов.
3. График нагрузочной характеристики с построенными зависимостями.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется нагрузочной характеристикой дизеля, и какие характерные точки можно
отметить на этой характеристике?
2. Что такое качественное регулирование и как оно осуществляется по нагрузочной характе-
ристике?
3. Каковы ориентировочные пределы изменения 1 у дизелей по нагрузке?
4. Как и почему изменяется i дизеля с изменением нагрузки?
5. Чем объясняется резкое ухудшение экономичности дизеля (повышение be) в области малых нагрузок?
6. Почему при неизменной частоте вращения повышение мощности с ростом bc идет до некоторого предела?
7. Почему при работе по нагрузочной характеристике с увеличением подачи топлива выше
номинала мощность начинает падать?
8. Почему при пуске и разгоне двигателя возрастает дымность ОГ?
9. Какие вы знаете способы определения коэффициента избытка воздуха 1?
10.Что такое Фпр (коэффициент продувки) и как его определить?
Показать, как изменятся графики на рис.10.2 если:
11.Увеличить УОПТ?
12.Выйдет из строя ТНВД одного цилиндра?
13.Дизель перейдет на работу на более тяжелом топливе?
14.Температура в МО повысится на 30 С?
15.Уменьшить УОПТ?
16.Поясните бесконтактные способы измерения скорости вращения.
17.Поясните способы измерения крутящего момента на судне.
18.При работе на 75% Ре произошел заброс нагрузки. Как изменятся графики?
19.При работе засорилась проточная часть ТК. Как изменятся графики?
20.Прогорел выхлопной клапан в цилиндре. Как изменятся график P - V диаграммы в данном
цилиндре?
50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основная.
1.1. Возницкий И.В. Современные малооборотные двухтактные двигатели. – С.-Пб.: ООО
«Моркнига». – 2007. 124 с.
1.2. Возницкий И.В. Современные судовые среднеоборотные двигатели. – С.-Пб.: ООО
«Моркнига». – 2007. 140 с.
2. Дополнительная.
2.1. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных
судов. Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1990, 328с. 3. Судовые двигатели внутреннего сго-
рания: Учебник. Ю.Я. Фомин, А.И. Горбань и др. – Л.: Судостроение, 1989. – 344 с.
2.2. Марков В.А., Баширов Р. М. Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. 2-е
переаб. И доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н,Э. Баумана, 2002. – 376 с.
2.3. Дизели. Справочник. Изд. 3–е, переработано и доп. под общей редакцией В.А. Ваншейдта и др. – Л.: Машиностроение (Ленингр. отд–ние), 1977. – 480 с.
2.4. Топливо и топливные системы судовых дизелей/ Пахомов Ю. А., Коробков Ю.П., Дмитриевский Е. В., Васильев Г.Л. Под редакцией канд. техн. наук Пахомова Ю.А.– М.: РКонсульт, 2004. – 496 с.
2.5. Епифанов В.С. Применение природного сжиженного газа на речном флоте и проблемы без-
опасной работы СЭУ. Учебное пособие. МГА ВТ, 2004, 87 с. Реком. УМО в кач. уч. пос. для
студ. (курсантов) ВУЗов, обучающихся по направл. 658000 «Эксплуатация водн. транспорта
и трансп. оборудов. по спец. 2405 «Эксплуатация СЭУ» прот. №35 от 08-09.12.04.
2.6. Толшин В.И., Якунчиков В.В., Романов РН. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Методическое пособие. М.: МГАВТ 2007, 77 с.
2.7. Епифанов В.С. Судовое главное энергетическое оборудование. Методическое пособие по
выполнению курсового проекта - М.: Альтаир МГАВТ, 2007 – 61 с
51
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа № 1. Оборудование и приборы для испытаний судовых дизелей.
3
Лабораторная работа № 2. Снятие и обработка индикаторных диаграмм ………………..
11
Лабораторная работа № 3. Исследование влияния угла опережения подачи топлива на
показатели рабочего процесса дизеля ….………....................................................................
18
Лабораторная работа № 4. Исследование системы топливоподачи дизеля……………….
22
Лабораторная работа № 5. Определение механических потерь дизеля методом выбега ..
26
Лабораторная работа № 6. Исследование характеристик компрессора …………………...
31
Лабораторная работа № 7. Исследование характеристик турбины…….………………….
36
Лабораторная работа № 8. Теплобалансовое испытание по винтовой характеристике.....
39
Лабораторная работа № 9. Испытания двигателя по нагрузочной характеристике………
44
Список литературы……………………………………………………………………………
49
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]