Рабочие процессы, конструкция, основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок. Часть 2: Методические указания к лабораторным работам

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт транспорта Кафедра «Эксплуатация и обслуживание транспортно-технологических машин»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам по дисциплине «Рабочие процессы, конструкция, основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок» (часть 2) для студентов специальности 230100 «Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (нефтегазодобыча)» очной и заочной форм обучения

Тюмень 2004

Утверждено редакционно-издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета

Составитель: Штайн Геннадий Вольфович, к.т.н., доцент

© государственное образования

образовательное

учреждение

высшего

профессионального

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2004 г.

2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7. ОБОРУДОВАНИЕ И АППАРАТУРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВС Цель работы:1. Изучить оборудование и аппаратуру для испытания топливной аппаратуры высокого давления и ДВС. 2. Изучить меры безопасности при испытании ДВС. Оборудование и аппаратура: Стенды для испытания ТНВД, форсунок, ДВС; комплект форсунок; аппаратура для замера расхода топлива, частоты вращения коленчатого вала, вращающего момента. Последовательность выполнения работы Общие положения. Стенды для испытания топливной аппаратуры обеспечивают проверку технического состояния ТНВД и форсунок, выполнять в соответствии с техническими условиями завода-изготовителя необходимые регулировки. Стенд КИ-2205. Стенд предназначен для испытания и регулирования ТНВД с числом секций до 8. Стенд состоит из корпуса, привода с механическим вариатором, электронного блока с фотодатчиком, системы топливоподачи, электрооборудования, приборов контроля и измерения. Схема стенда представлена на рис.1. Рис.1 Схема стенда КИ-2205 для испытания ТНВД: 1-клиноременныйвариатор; 2-электромотор; 3 – топливоподкачивающий насос; 4 – ТНВД; 5 – муфта; 6 – форсунки; 7 - топливный фильтр; 8 – манометр; 9 – топливный бак

Привод испытуемого ТНВД осуществляется от электродвигателя (3 кВт, 1430 мин-1) через механическую передачу с вариатором. Вариатор позволяет менять частоту вращения кулачкового вала ТНВД в соответствии с условиями испытания. Топливный бак (емкость 38л), расположенный в нижней части стенда снабжен топливомером и термометром для измерения температуры топлива. Топливо из бака к ТНВД поступает с помощью лопастного насоса марки Г12-21А с приводом от электродвигателя (0,6 кВт, 1350 мин-1). Насос создает повышенное давление топлива (5 МПа) для испытания узлов и приборов топливной аппаратуры, определения геометрического угла опережения впрыскивания топлива. На главном валу привода ТНВД закреплен подвижный прозрачный диск, вращающий в прорези корпуса фотодатчика 19 (рис.2). 3

Рис. 2. Контрольно-измерительный стенд КИ-22205: 1 — подставка электронного измерительного блока; 2 — тумблер включения стенда в сеть; 3—блок электроники; 4—клавиша «Угол»; 5 — клавиша «Подача»; 6—индикаторные лампы «Частота вращения»; 7 — кнопка «Пуск»; 8—индикаторные лампы «Число циклов»; 9—кнопка «Стоп»; 10—тумблер включения блока электроники в сеть; 11—переключатель циклов; 12—кожух; 13—тумблеры управления датчиками начала впрыскивания; 15 — маховичок зажима кожуха; 16—стрелка-указатель; 17—контрольные риски; 18—ручка поворота кожуха; 19—фотодатчик; 20—прижим датчиков начала вспрыскивания; 21 — электрошкаф; 22 — рукоятка вентиля; 23 — заземляющее устройство; 24 — трехэлементная кнопочная станция управления электродвигателем вала привода стенда; 25—двухэлементная кнопочная станция управления электродвигателем привода насоса высокого давления; 26 — маховичок изменения частоты вращения вала привода стенда.

При испытании ТНВД тумблером 10 включить электронный блок в сеть. Контроль за частотой вращения кулачкового вала ТНВД производится по индикаторным лампам 6. Для определения угла опережения впрыскивания топлива нажать клавишу 4 "Угол" и включить один из тумблеров 13 соответствующей секции ТНВД. Индикаторные лампы 8 покажут значения угла опережения впрыскивания топлива. При определении цикловой подачи топлива секциями насоса необходимо переключателем 11 набрать потребное число циклов (частота вращения кулачкового вала), нажать клавишу 5 "Подача" и включить кнопку 7 "Пуск". При этом электромагнит отодвинет заслонку, преграждающую доступ топлива в мензурки. Топливо польется в мензурки. После того, как кулачковый вал ТНВД совершит заданное количество оборотов (число циклов), электромагнит обесточится и заслонка перекроет доступ топлива в мензурки. Контроль отсчета количества циклов производится по индикаторным лампам 8. Для подготовки следующего замера нажать на кнопку "Стоп". Стенд КИ-15706. Стенд предназначен для регулирования и испытания форсунок автотракторных двигателей. Схема стенда представлена на рис.3 4

Рис.3. Схема стенда КИ-3333 для испытания форсунок: 1-топливный бак; 2- топливный фильтр; 3 насос (с ручным приводом); 4 - кран; 5 – манометр; 6 - ресивер; 7 - форсунка; 8 камера впрыскивания

Стенд для испытания ДВС. Испытательный стенд должен иметь оборудование для измерения следующих показателей: вращающего момента, частоты вращения коленчатого вала, расхода топлива. Для измерения вращающего момента двигателя применяют механические, гидравлические и электрические тормоза постоянного и переменного тока. Электрические тормоза используют не только для торможения, но и для пуска двигателя. Принципиальная схема электротормозного стенда постоянного тока представлена на рис.4. В качестве нагрузки на этом стенде используется электрическая машина (балансирная машина) способная работать как в режиме электродвигателя (при пуске двигателя), так и в режиме генератора (при загрузке ДВС). Статор балансирной машины 2 установлен на подшипники качения и может свободно поворачиваться вокруг своей продольной оси. При работе машины в качестве тормоза ДВС (т.е. в режиме генератора) на статоре этой машины возникает реактивный момент, противоположно направленный и равный моменту, передаваемому от испытуемого ДВС. Уравновешивается реактивный момент весовым механизмом 3, оборудованным шкалой измерения. Величина момента на статоре балансирной машины, уравновешивающего вращающий момент ДВС, достигается регулированием величины тока в обмотке возбуждения с помощью реостата 5. 3

Δ

2

Δ

8

Δ 7

Рис.4. Схема электротормозного стенда:

6 5 9 1

4

1 – ДВС; 2 – балансирная электромашина; 3 – нагрузочное устройство (потребитель электрической энергии); 4 – пульт управления; 5 – топливный кран; 6 – запорный кран газовыхлопа; 7 – устройство для замера расхода топлива; 8 - жидкостный дифференциальный манометр; 9 – мерная диафрагма

5

Отчет по лабораторной работе. Отчет выполняется на миллиметровой бумаге формата А3 и должен содержать схемы стендов для испытания топливной аппаратуры и двигателя. Контрольные вопросы 1. Назначение испытательных стендов. 2. Основные требования по технике безопасности при испытании топливной аппаратуры и двигателя.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. КОНСТРУКЦИЯ, ИСПЫТАНИЕ И РАСЧЕТ ФОРСУНОК Цель работы:1. Изучить конструктивные особенности форсунок. 2. Ознакомится с технологией испытания и регулировки форсунок современных автотракторных двигателей. 3. Выполнить расчет форсунки. Оборудование: Стенд КИ-15706, комплект форсунок, инструмент. Последовательность выполнения работы Общие положения. Конструктивные особенности форсунок. Форсунки, устанавливаемые на автотракторные дизельные двигатели, бывают двух видов: со штифтовыми распылителями (рис.5.а) и бесштифтовыми многодырчатыми распылителями (рис.5.б). В корпусе штифтового распылителя имеется одно центральное отверстие диаметром 2 мм, поэтому при подъеме иглы топливо впрыскивается через кольцевую щель шириной 0,003...0,0035 мм, образуемую кольцом отверстия и шрифтом. При подъеме иглы бесштифтового распылителя топливо впрыскивается в камеру сгорания через сопловые отверстия, количество которых может быть 3, 4, 5 и более. а.

б.

Рис.5. Конструкция распылителей: а - штифтовые; б - бесштифтовые; 1 – распылитель; 2 – игла; 3 – канал топливоподводящий; 4 – сопловое отверстие

Форсунки со штифтовыми распылителями устанавливаются на двигатели с разделенной камерой сгорания, с многодырчатыми — на двигатели с неразделенной камерой сгорания. Маркировка форсунки ФШ6-2Х250 означает: Ф— форсунка, Ш — штифтовая, 6 — диаметр направляющей цилиндрической поверхности 6

иглы, 2 — диаметр штифта, 25°—угол при вершине конуса штифта распылителя. В маркировке форсунки ФШ6-2005 число 005 обозначает значение угла обратного конуса 5° при вершине штифта. В маркировке бесштифтовых форсунок ФД-22 буква Д обозначает — дизельная, число 22 — порядковый номер модификации. В форсунке 6AI штуцер подвода топлива выполнен под углом 90°, а в форсунке 6Т2 — под углом 55°. Форсунка модели 236 имеет удлиненный топливоподающий штуцер (6.а). Форсунка модели 240 отличается от базовой модели 236 расположением топливоподающего штуцера и наличием установочного штифта для ориентировки на двигателе. Форсунка дизеля КамАЗ-740 крепится в гнезде головки цилиндра скобой, уплотнение осуществляется в верхнем пояске резиновым кольцом, а в нижнем поясе — стальным конусом и медной шайбой. Давление впрыскивания топлива форсунками двигателей КамАЗ-740, 741 в отличие от форсунок других марок регулируется изменением числа регулировочных шайб, устанавливаемых между опорной шайбой и корпусом форсунки (6.б).

а)

Рис.6. Конструкция форсунок: а-ЯМЗ-236; б-КамАЗ-740

Испытание и регулирование форсунок. В процессе работы проверяют состояние и герметичность прибора (стенда), герметичность собранной форсунки, давление впрыскивания топлива, угол и направление факела распыленного топлива, гидравлическую плотность по запирающему конусу, пропускную способность форсунки. Техническая 7

характеристика и регулировочные параметры форсунок отечественных двигателей представлена в табл.1. Герметичность форсунок проверяют на приборе и оценивают по скорости падения давления в определенных пределах, которые имеют заданные табличные значения. Герметичность зависит от неплотности запорной части распылителя, зазора вдоль направляющей иглы и неплотности в сопряжении верхнего торца корпуса распылителя с нижним торцом корпуса форсунки. После установки форсунки на прибор открывают вентиль манометра и ослабляют контргайку регулировочного винта. Накачивая топливо и заворачивая винт, устанавливают давление согласно ТУ завода-изготовителя, например, 15,5 МПа для форсунки двигателя А-41. Таблица 1 Техническая характеристика форсунок Параметры

Завод-изготовитель Марка дизеля Число сопловых отверстий Диаметр соплового отверстия, мм Ход иглы, мм Давление начала впрыскивания,МПа Пропускная способность, см 3

Марка форсунки 6А16Т2-20С1 236КамАЗ 20С1 1112010 АМЗ АМЗ ЯЗТА ЯЗТА А-41 Д-21 ЯМЗ-236 КамАЗ-740 А-01 ЯМЗ-238 КамАЗ-741 Д-144

ФШ62 × 25 НЗТА Д-50

ФД-22

1

4

4

3

4

4

2

0,34

0,32

0,30

0,32

0,30

0,32 13

2,2 17,5

2,2 15,5

2,2 17,5

3,0 17,5

3,0 18,5

119…126

96…104

97

85…89

108…11 6

108…116

ВЗТА Д-240 Д-245

Недостаточная герметичность форсунок может быть следствием плохого прилегания верхнего торца корпуса распылителя к корпусу форсунки. Дефект обнаруживается по обильному вытеканию топлива по наружной поверхности корпуса распылителя. Недостаточная герметичность запорной части распылителя проявляется по возникновению капель или увлажнения отверстия распылителя. Наконец, большой зазор в сопряжении направляющей иглы распылителя и его корпуса приводит к интенсивному выбрасыванию капель топлива из отводного отверстия форсунки. Герметичность распылителя по запирающему конусу проверяют путем создания давления на 1,0...1,5 МПа меньше давления начала впрыскивания, установленного в технических условиях па форсунки. В течение 15 с не должно быть пропуска топлива через запирающий конус при визуальном наблюдении; допускается увлажнение носика (торца) корпуса распылителя. 8

Давление начала впрыскивания регулируют сжатием пружины форсунки, медленным накачиванием топлива и наблюдением за показанием манометра в момент впрыскивания. Максимальное показание, при котором происходит впрыскивание топлива, будет соответствовать давлению начала впрыскивания. У всех марок форсунок, кроме двигателя КамАЗ, давление начала впрыскивания изменяют, вворачивая или выворачивая регулировочный винт форсунки при отпущенной контргайке.. В форсунках двигателя КамАЗ давление начала впрыскивания регулируют изменением суммарной толщины регулировочных шайб, устанавливаемых между опорной шайбой и корпусом форсунки. Добавление или уменьшение количества шайб проводят при снятых гайке распылителя, распылителе, проставке и штанге. Изменение суммарной толщины шайб на 0,05 мм приводит к изменению давления на 0,3...0,35 МПа. Тонкость дробления топлива, или качество распыливания, определяют визуально. При хорошей работе отрегулированной форсунки топливо распыляется до тумано-образного состояния без отдельных вылетающих капель, струек. Начало и конец впрыскивания четкие, сопровождающиеся характерным скрипящим (дребезжащим) звуком. Для сравнения необходимо иметь эталонную форсунку. Пропускной способностью форсунки называют то количество топлива, которое проходит через форсунку за 1 мин при постоянной частоте вращения вала насоса и зафиксированной рейке. Пропускную способность форсунки определяют на стенде с контрольным топливным насосом и трубопроводами высокого давления. Отклонения в пропускной способности форсунок одного комплекта не должна превышать 5 %. Марка форсунки

Протокол испытаний Давление Качество Герметичность впрыскивания распыливания МПа

Пропускная способность, см3

Примечание

Расчет форсунки. Расчет форсунки сводится к определению диаметра сопловых отверстий (исходные данные для расчета задаются преподавателем). Объем топлива (мм3/цикл), впрыскиваемого форсункой за один рабочий ход четырехтактного дизеля (цикловая подача): Vц = be ⋅ Pe ⋅ 103 /(30n ⋅ i ⋅ ρТ ) ,

где be - удельный эффективный расход топлива; Ре - эффективная номинальная мощность двигателя; n – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя; i – число цилиндров двигателя; ρ Т - плотность топлива.

9

Время истечения топлива (с): , где - угол поворота задают в коленчатого вала, град. Продолжительность подачи зависимости от типа смесеобразования дизеля. При пленочном ==15…25°п.к.в., а при объемном и объемносмесеобразовании пленочном, где требуется более высокая скорость впрыскивания, ==10…20°. Средняя скорость истечения топлива (м/с) через сопловые отверстия , распылителя определяется по формуле: где рф — среднее давление впрыскивания топлива, Па; рц=(рс+рz)/2 - среднее давление газа в цилиндре в период впрыскивания; рс и рz - давления в конце сжатия и сгорания, определяемые по данным теплового расчета дизеля. Суммарная площадь сопловых отверстий форсунки находится из , выражения: где — коэффициент расхода топлива, равный 0,65…0,85. Диаметр соплового отверстия форсунки: , где т — число сопловых отверстий. Количество и расположение сопловых отверстий выбирается исходя из формы камеры сгорания и способа смесеобразования. В дизелях с пленочным смесеобразованием применяют одно- и двухдырчатые распылители с диаметром отверстия 0,4 -0,6 мм, а в дизелях с объемным и объемно-пленочном смесеобразованием - многодырчатые распылители с диаметром отверстий 0,2 мм и более. Отчет по лабораторной работе. Отчет должен содержать: 1. Последовательность и технические условия на испытание и регулирование форсунок. 2. Результаты испытания и регулирования форсунок. 3. Расчет форсунки.

Контрольные вопросы 1. Назовите особенности применения форсунок со штифтовыми и бесштифтовыми распылителями. 2. Укажите основные показатели, определяющие качество работы форсунки. 3. Расскажите особенности регулирования форсунок двигателя КамАЗ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9. КОНСТРУКЦИЯ, ИСПЫТАНИЕ И РАСЧЕТ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ТНВД) Цель

работы:1.Изучить конструкцию ТНВД автотракторных дизелей. 2. Выполнить испытание ТНВД для его настройки. 3. Уметь выполнять расчет ТНВД. Оборудование: Стенд КИ-2205, ТНВД-4ТН-9×10Т, форсунки, инструмент. 10

Последовательность выполнения работы Общие положения. ТНВД должен обеспечивать: - высокое давление - до 50 МПа, а в некоторых случаях свыше 100 МПа, - дозировку топлива в соответствии с режимом работы двигателя, - подачу топлива в определенный момент рабочего цикла. На автотракторных дизелях в основном применяется топливная аппаратура высокого давления двух типов: разделенного—ТНВД и форсунки конструктивно выполнены отдельно; неразделенного—ТНВД и форсунка объединены в одном узле (насос-форсунка). В автотракторных дизелях наибольшее распространение получили плунжерные насосы. Эти насосы компактны, удобны в эксплуатации, имеют простую конструкцию, обеспечивают точную дозировку подачи топлива. В зависимости от кинематических схем плунжерные ТНВД делятся на многосекционные и распределительные. В многосекционных насосах одна нагнетательная секция (рис.7.а.) обслуживает только один цилиндр дизеля (число секций соответствует числу цилиндров). Распределительные ТНВД бывают одноили двух, трехсекционные. Каждая секция обслуживает несколько цилиндров двигателя (рис.7.б). ТНВД различаются также методом дозирования топлива. В дизелях изменение цикловой подачи топлива осуществляется отсечкой или дросселированием на впуске. Наибольшее применение получили ТНВД с регулированием подаваемого топлива посредством отсечки топлива за счет плунжера. Основными деталями секции являются плунжер и гильза, образующие прецизионную пару, поворотная втулка с зубчатым сектором, пружина, нагнетательный клапан с седлом и пружиной, нажимной штуцер и толкатель. На рис.8.б показан примерный характер изменения давления впрыскивания (кривая Ι) и подъема иглы форсунки (кривая ΙΙ) в зависимости от угла поворота кулачкового вала ТНВД. Точка 6 соответствует началу повышения давления, совпадающая с подъемом нагнетательного клапана. В точке 7 давление достигает значения, при котором игла форсунки преодолевает усилие затяжки пружины и начинается впрыскивание. На участке 8…9 темп прироста давления впрыскивания несколько снижается из за увеличения объема в распылителе при подъеме иглы форсунки. В точке 11 заканчивается впрыскивание топлива и игла садится на свое седло в распылителе. Принцип действия ТНВД и характеристика впрыскивания топлива совместно с форсункой представлены на рис.8. Для регулировки и испытания ТНВД используются стенды КИ-921М, КИ-22205, КИ-15711 и др. ТНВД на режимах (пусковом, номинальном, перегрузки, холостом ходе) регулируют и испытывают на подачу, равномерность, начало подачи топлива, настройку регулятора.

11

а)

б)

Рис.7. Секции ТНВД: а – многосекционного насоса;

б – распределительного насоса

Рис.8. Схема топливоподачи и характеристика впрыскивания: а—принципиальная схема топливоподачи; б—характеристика впрыскивания топлива; 1-плунжер ТНВД; 2нагнетательный клапан; 3-топливопровод высокого давления; 4-распылитель; 5-игла форсунки

Испытание и регулирование ТНВД. Снятие нагрузочной характеристики (характеристики по подаче топлива) Условия снятия: А) Независимая переменная – ход рейки (h, мм). Б) Зависимая переменная – производительность насосной секции.(g, см3 ). В) Постоянная величина – частота вращения кулачкового вала (n, мин −1 ).

12

Протокол испытаний

№ оп.

h,мм

n, мин

−1

g, см 3

1

2

3

4

gср, см 3

σ %

1

Первый опыт проводят, когда рейка ТНВД закреплена в положении, соответствующем минимальной подаче топлива (h=4…5 мм). В последующих опытах рейку насоса перемещают каждый раз на 2 мм и закрепляют в данном положении. Во время опыта измеряют продолжительность, частоту вращения кулачкового вала и соответственно производительность насосной секции. Всего проводят 5 опытов при различных положениях рейки, каждый из них повторяют по 2 раза. В начале рейку перемещают от минимальной подачи топлива до максимальной, а затем в противоположную сторону. Результаты опытов записывают в протокол испытаний. g, см 3

σ

g

σ%

Рис.9. Нагрузочная характеристика ТНВД 4ТН- 9×10Т

h мм Для каждого опыта подсчитывают степень неравномерности подачи топлива насосными секциями: 2( g мах − g

)

мin × 100 %. σ = g мах + g мin

На графике нагрузочной характеристики (рис.9.) отмечают положение рейки, при которой обеспечивается номинальная производительность насосной секции. Согласно технической характеристики для насоса 4ТН-9×10Т номинальная производительность составляет 97 см 3 . Сделать выводы о необходимости регулировки ТНВД по производительности и степени неравномерности. Расчет ТНВД. Расчет ТНВД заключается в определении диаметра и хода плунжера. Цикловая подача топлива определяется по следующей формуле: bц =bе· Pе ·τ / 120 ·n· i, где bе — цикловая подача топлива на номинальном режиме работы двигателя; Pе - эффективная мощность двигателя; τ - тактность двигателя; i - число цилиндров двигателя. 13

Цикловая подача топлива в объемных единицах: Vц = bц / ρТ, где ρТ - плотность топлива. Вследствие сжатия топлива и утечек через неплотности производительность ТНВД должна быть выше расчетной. Это учитывается коэффициентом подачи насоса ηн = 0,7…0,9. Полная производительность насоса с учетом пускового режима двигателя определится по формуле: Vп =(2,5…3,2) Vц /ηн, Основные размеры ТНВД определяются из выражения: Vп = π · d2·s /4, где d и s –диаметр и полный ход плунжера, мм. 4⋅V

Диаметр плунжера: d = 3 π ⋅s /пd . Отношение s / d принимается в пределах 1,0…1,7. Диаметр плунжера должен быть не менее 6 мм. При меньших диаметрах затрудняется обработка и подгонка плунжера к гильзе. Отчет по лабораторной работе. Отчет составляется на листах формата А4 и должен содержать: 1.Схему топливоподачи и характеристику впрыскивания топлива. 2. Нагрузочную характеристику ТНВД и протокол испытаний. 3. Расчет ТНВД (по данным теплового расчета двигателя или по заданию преподавателя).

Контрольные вопросы 1. Каким устройством обеспечивается пусковая цикловая подача топлива? 2. Каким устройством обеспечивается увеличение цикловой подачи топлива при перегрузках двигателя? 3. Каким образом регулируется равномерность подачи топлива отдельными секциями ТНВД? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10. РЕГУЛЯТОРЫ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ (РЧВ). КОНСТРУКЦИЯ, РАСЧЕТ И ИСПЫТАНИЕ Цель работы:1. Изучить конструкцию регулятора частоты вращения (на примере дизеля А-41). 2. Уметь выполнять испытание РЧВ и его настройку. Оборудование: Стенд для испытания ТНВД и РЧВ. Последовательность выполнения работы Общие положения. Конструктивные особенности РЧВ. Под РЧВ понимаются автоматические устройства, воспринимающие отклонение частоты вращения коленчатого вала от заданного значения и воздействующие на орган управления двигателя таким образом, чтобы ограничить эти отклонения. Следовательно, задачей РЧВ является обеспечение устойчивой работы двигателя по частоте вращения. Двигатели с искровым зажиганием, как правило, не имеют регулятора или на них (двигатели достаточно большой мощности) 14

устанавливаются однорежимные РЧВ (ограничители). Эти регуляторы срабатывают после повышения n > nн (рис.10.а). Для автотракторных дизелей требования к РЧВ более жесткие. Автомобильные дизели работают в условиях изменяющихся нагрузок и частоты вращения. Поэтому для этих двигателей необходим РЧВ, ограничивающий максимальную частоту вращения коленчатого вала (чтобы двигатель не пошел в “разнос”);он должен также обеспечить устойчивую работу на холостом ходу при минимальной частоте вращения (чтобы двигатель не “заглох”), т.е. РЧВ должен быть двухрежимный.(рис.10.в, рис.11.). Ре

Ре

Ре

nmin nxxmin n1 n2 б.

nн a.

nxxmax

n3 nxxmax

n1 n2 в.

Рис.10. Скоростные хакрактеристики двигателей с различными типами регуляторов: а- однорежимный; б- всережимный; в- двухрежимный

Уменьшение

5

gц 1

3 6

ТНВД

7

4

Рис.11. Схема регулятора:

двухрежимного

1-рейка ТНВД; 2-грузы регулятора; 3,4- пружины регулятора; 5рычаг регулятора; 6-упоры рычага регулятора; 7-муфта; 8-втулка

2 К водителю

Двухрежимный регулятор осуществляет регулировку двух скоростных режимов с помощью двух пружин с различной жесткостью. Пружина 3 с меньшей жесткостью начинает сжиматься под действием 15

центробежных сил грузов 2 при частоте вращения n1 (рис.10.в.), муфта 7 передвигается влево и перемещает рейку 1 ТНВД с помощью рычага 5 в сторону уменьшения цикловой подачи топлива gц. При частоте вращения n2 муфта регулятора достигнет втулки 8 и остановится. При дальнейшем изменении частоты вращения в пределах от n2 до n3 регулятор не работает и подачей топлива управляет водитель. При частоте вращения n3 центробежная сила грузов становиться равной суммарному усилию пружин 7 и 8 , поэтому дальнейшее увеличение частоты вращения вызывает перемещение муфты и рейки ТНВД в сторону уменьшения цикловой подачи топлива. Для дизелей тракторного типа нужен РЧВ, который не только ограничивает максимальную частоту вращения, обеспечивает минимальную частоту вращения холостого хода, но и поддерживает любую промежуточную частоту вращения, задаваемую водителем независимо от сопротивления обрабатываемой почвы, т.е. нужен РЧВвсережимный. (рис.10.б,12.). На установившемся режиме центробежная сила грузов регулятора 5 уравновешивается натяжением пружины 3, задаваемым водителем через педаль управления подачей топлива 4. При увеличении частоты вращения грузы 5 перемещают муфту регулятора влево и передвигают рейку 2 ТНВД в сторону уменьшения цикловой подачи топлива. Водитель, устанавливая положение педали 4, задает таким образом диапазон, в котором может изменяться частота вращения двигателя при изменении нагрузки.

Fпр Fг

1

2

3

4 Рис.12. Принципиальная схема всережимного регулятора:

х

1-рычаг регулятора; 2-рейка ТНВД; 3-пружина регулятора; 4- педаль управления подачей топлива; 5- грузы регулятора

5

Для обеспечения требуемого коэффициента приспособляемости (запаса крутящего момента) регулятор дополняется корректором цикловой подачи топлива. Важнейшим параметром, характеризующим конструктивное совершенство и эксплуатационные качества регуляторов является степень неравномерности.При данном натяжении пружины положение грузов регулятора относительно оси их вращения зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Обозначим частоту вращения, 16

соответствующую минимальному отклонению грузов регулятора от оси, через n1, а частоту вращения при максимальном отклонении грузов через или Δn = n xx max − nн будет n2 (рис.10), тогда разность Δn = n2 − n1 представлять собой неравномерность работы регулятора. Отношение неравномерности работы Δn к среднему значению частоты вращения в данном интервале называется степенью неравномерности δ. δ =

n1 − n2 . n2 + n1 2

Степень неравномерности регуляторов автотракторных двигателей находится в пределах 0,07…0,08. При изменении положения рычага регулятора в сторону снижения скоростного режима степень неравномерности увеличивается и в области минимальных частот составляет 0,4…0,45. Степень неравномерности зависит от конструктивных особенностей регулятора и скоростного режима двигателя. Для снижения величины δ регулятора применяют наклонное положение пружины с переменной жесткостью, несколько (две или три) последовательно включающихся пружин, увеличивают передаточное отношение от грузов к муфте. Испытание РЧВ. Снятие регуляторной характеристики Условия снятия: А) Независимая переменная – частота вращения (n, мин −1 ). Б) Зависимая переменная – производительность насосной секции (g, см 3 ). В) Постоянная величина – положение рычага регулятора. № оп.

1 2 3 4

n, мин −1

Протокол испытаний g, см 3 1

2

3 Регуляторная ветвь

g ср , 4

cм3

n мах. хх 920 875 nр Корректорная ветвь

5 6 7

800 700 600 Пусковой режим

8

300...375

Первый опыт проводят при частоте вращения кулачкового вала, 17

соответствующей максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу (для двигателя А-41 nхх мах =970 мин-1, n=1940мин-1). В этом случае топливо не должно поступать в мензурки. В случае невыполнения условий получения nххмах=970 мин-1 (для насоса 4ТН9×10Т) необходимо произвести регулировку с помощью болтаограничителя ввернутого в рычаг регулятора. Второй опыт проводят при частоте вращения кулачкового вала насоса, примерно находящейся на половине между nн и nххмах (920 мин-1). Третий опыт проводят в режиме номинальной частоты вращения. Четвертый опыт проводят при частоте вращения, соответствующей началу действия регулятора, для двигателя А-41 nрег.=890…900 мин-1 (1780…1800). При выполнении этого опыта рычаг управления должен сектором упереться в головку болта-ограничителя частоты вращения. В случае нормальной регулировки (с помощью прокладок под болтомограничителем) при достижении частоты вращения по тахометру равной 890…900 мин-1 винт вилки регулятора должен начинать отходить от наклонной плоскости призмы корректора. Если с помощью прокладок под болтом-ограничителем невозможно установить требуемую величину nрег., то необходимо произвести частичную разборку регулятора и отрегулировать жесткость цилиндрических пружин (наружной и внутренней) также с помощью соответствующих прокладок. Для снятия корректорной ветви регуляторной характеристики необходимо уменьшить частоту вращения кулачкового вала насоса до значений, указанных в протоколе испытаний. В этих опытах корректор должен дополнительно перемещать рейку насоса. Это увеличивает цикловую подачу топлива, повышает момент и мощность двигателя, улучшается эксплуатационная характеристика (приспособляемость) двигателя. Работу регулятора совместно с ТНВД на пусковом режиме проверяют при частоте вращения кулачкового вала насоса n=200…300 мин-1, включив при этом пусковой обогатитель. Показателями работы регулятора являются степень неравномерности δ, определяемая по формуле (2), коэффициент коррекции (приспособляемости двигателя), g

определяемый по формуле: К к = gкн ; где gк- производительность насосной секции при работе корректора на частоте вращения, соответствующей максимальному вращающему моменту (для двигателя А-41 nт=1100…1300 мин-1; для кулачкового вала насоса n=550…650 мин-1), gн – производительность насосной секции при номинальной частоте вращения. Для отечественных дизелей Кк=1,15…1,25. Коэффициент пусковой подачи топлива определяется по формуле: 18

g

Кп= g п ; где gп - производительность насосной секции при пуске. Как н

правило Кк=1,8…2,0.

g, см

Корректорная ветвь

3

Регуляторная ветвь

Рис.13. Регуляторная характеристика ТНВД

nп

nт

nрег nxxmax n,мин-1

Отчет по лабораторной работе. 1.Вычертить принципиальную схему всережимного РЧВ. 2. Заполнить протокол испытаний РЧВ двигателя А-41. 3. Построить регуляторную характеристику двигателя А-41 Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4.

Какие типы регуляторов применяются в автотракторных двигателях и их особенности? Как определить начало действия регулятора? Как определить степень неравномерности регулятора? Каким образом увеличивается цикловая подача топлива при перегрузке двигателя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11. СНЯТИЕ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Цель

работы:1.Уметь проводить испытание двигателя на электротормозном стенде. 2. Знать методику обработки результатов испытаний. Оборудование: Электротормозной стенд. Устройства для замера расхода топлива и возд. Контрольно-измерительные приборы. Последовательность выполнения работы

Общие положения. Основными показателями работы двигателя являются мощность ,вращаюший момент, частота вращения, удельный расход расход топлива. Указанные показатели определяются при испытании двигателя на электротормозном стенде. Результаты испытаний представляются в виде характеристик. Различают следующие характеристики: скоростные, нагрузочные, регулировочные, регуляторные, специальные.

19

Скоростную характеристику снимают при постоянном положении органа управления подачей топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. По скоростной характеристике оценивают динамические качества двигателя, его технико-экономические показатели. Нагрузочную характеристику снимают при постоянной частоте вращения в зависимости от нагрузки двигателя. По нагрузочной характеристике оценивают топливную экономичность двигателя. Регулировочные характеристики позволяют выявить оптимальные значения регулируемого параметра. Например, определяют оптимальное значение угла опережения впрыскивания топлива. Регуляторную характеристику снимают с дизельного двигателя, работающего на регуляторе. По регуляторной характеристике определяют эффективные режимы работы двигателя землеройных и строительнодорожных машин. Специальные характеристики снимаются при выполнении научноисследовательских и конструкторских работ. Условия испытаний Испытания проводят при температуре окружающей среды 10…40 град. и при давлении 80…110 кПа. Результаты испытаний приводят к стандартным условиям. За стандартные условия принимаются: температура воздуха -Т=298К (+25 0С); давление воздуха-

ρ=100кПа. Испытательный стенд. Испытательный стенд должен иметь оборудование для измерения следующих показателей: вращающего момента, частоты вращения коленчатого вала, расхода топлива. Принципиальная схема стенда представлена на рис.4. Проведение испытаний двигателя Подготовка двигателя До начала испытаний двигатель прогревают до нормального теплового состояния. Заданную частоту вращения устанавливают изменением нагрузки тормоза Проведение опытов. Первый опыт проводят при минимальной нагрузке и максимальной частоте вращения коленчатого вала (положение рычага управления подачей топлива в продолжении всех опытов не меняется).После того как установится нормальный тепловой режим двигателя подается команда, по которой на рабочих местах снимаются показания тормоза, частоты вращения, времени расхода топлива. Результаты испытаний записываются в протокол. Второй опыт начинается с постепенного увеличения нагрузки, пока частота вращения уменьшится примерно на 200…300 мин −1 . Через 1…2 минуты, после того как установится заданная частота, подается команда, по которой на рабочих местах снимаются соответствующие показания. Третий и последующие опыты выполняются аналогичным образом, увеличивая постепенно нагрузку и уменьшая частоту вращения. Число опытов при снятии скоростной характеристики должно быть таким, чтобы 20

достичь области перегиба кривых (см. рис.14).В зоне перегиба кривых необходимо сократить интервалы нагрузки между опытными точками. Последний опыт проводится при минимальной нагрузке. Опыты проводятся с учетом их повтора на каждом нагрузочном режиме в обратной последовательности. Обработка результатов испытания. Обработка результатов испытаний включает в себя выполнение расчетной части, построение графика и анализа. Расчетная часть. Закончив испытания двигателя, результаты наблюдений записывают в протокол испытаний и расчетным способом определяют основные показатели двигателя: вращающий момент, мощность, часовой и удельный расход топлива. Мощность двигателя: Р = F ⋅п ⋅ 0,736 , кВт; е 1000

где F—показание весового устройства стенда в кг; п - частота вращения коленчатого вала в мин-1. Вращающий момент:

Ре , кНм; n 3,6⋅ΔВ , кг/ч ВТ = t Т

Часовой расход топлива:

е

=

где ΔВ – масса топлива израсходованного за опыт, г; t – время опыта, с. Удельный расход топлива:

be =

BT ⋅103 , г / кВт.ч , Pe

где Ре – значение мощности двигателя, полученное во время опыта. Построение графика. По результатам выполненных расчетов строится график зависимости мощности Ре, вращающего момента Те , часового расхода топлива Вт , удельного расхода топлива bе от частоты вращения коленчатого вала п (рис.14). Величины Ре, Те, ВТ, bе на графике изображаются в виде маленьких окружностей диаметром 1…2 мм, треугольников, ромбов, крестиков (ο ,Δ, ♦,♣). Полученные точки соединяют кривой так, чтобы на ней находилось наибольшее количество опытных точек. Не следует соединять их прямыми линиями, так как в этом случае получается ломанная линия, искажающая характер протекания действительного процесса работы двигателя. Анализ результатов испытаний. Анализ скоростной характеристики двигателя позволяет определить его технико-экономические показатели и рекомендуемые режимы эксплуатации. Провести анализ - это значит: 1.Определить максимальные значения Ре , Те и сопоставить их с данными завода-изготовителя. Если имеются расхождения по этим величинам, то дать этому объяснение. 2.Определить характерные скоростные режимы двигателя (пмах.х.х.;прмах.;п Т . мах. ). 3.Определить зону топливной экономичности двигателя.

21

Протокол испытания двигателя __________ 200_г. Давление окружающей среды_________МПа (мм рт. ст.) Температура воздуха в моторном отсеке ______оС Топливо марки _____________ Параметры

Обозн.

Наблюдаемые величины 1. 2. 6. 1. 2. 3.

Частота вращения коленчатого вала Нагрузка на тормозе Температура отработавших газов Время опыта Расход топлива за опыт Перепад давления по диф. манометру

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Вращающий момент Эффективная мощность Часовой расход топлива Удельный расход топлива Часовой расход воздуха Коэффициент избытка воздуха

Расчетные величины

мин-1 кг о С с г мм

Те Ре ВТ be Bв

Нм кВт кг/ч г/кВтч кг/ч

Номера нагрузочных режимов 1 2 3 4 5

BT, кг/ч

Ре, Те,, Нм

n F То.г t ΔB Δh

α

Ре,, кВт

Размер н.

Те,

BT

be, г/кВт.ч

be

Рис.14. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя

п,мин Ре,кВт-1

Отчет по лабораторной работе. Отчет составляется на миллиметровой бумаге формата А3 и должен содержать: 1. Схему электротормозного стенда для испытаний. 2. Протокол испытаний. 3. Расчетные формулы. 4. Скоростную характеристику двигателя и выводы по результатам испытаний. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4.

С какой целью снимается скоростная характеристика двигателя? Как определить режим топливной экономичности двигателя? Что такое коэффициент приспособляемости двигателя? В чем отличие внешней и частичной скоростных характеритик двигателя?

22

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12. ИСПЫТАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ В СОСТАВЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ Цель работы: 1.Освоить правила эксплуатации дизель-генераторной установки (ДГУ). 2.Определить энергетические и топливноэкономические показатели ДГУ. Оборудование: Дизель-генераторная установка «MICS TELYS». Устройства для замера расхода топлива и воздуха. Потребители электрической энергии. Последовательность выполнения работы Общие положения. Дизель-генераторные установки или так называемые дизель-электрические агрегаты предназначены для использования в качестве стационарных и передвижных источников переменного трехфазного тока. Двигатель и генератор соединены муфтой и устанавливаются на общей металлической раме. На этой же раме крепятся узлы систем охлаждения, топливоподачи и смазки двигателя, установлен пульт управления. Стационарные электроагрегаты обычно выполняются на базе дизелей и предназначены в качестве основных, резервных или аварийных источников электроснабжения. Стационарные дизель-электрические автоматизированные агрегаты АСДА выпускаются мощностью 12, 20, 30, 50, 100, 200, 320, 500, 630, и 1000 кВт на переменный трехфазный ток напряжением 230, 400 и 630 В. Агрегаты имеют несколько степеней автоматизации и служат для питания силовой и осветительной нагрузок. Конструкция электроагрегатов рассчитана на работу без постоянного дежурного персонала. В качестве первичных двигателей используются дизели отечественного производства размерностью Ч8,5/11; Ч12/14; Ч13/14;Ч15/18; Ч21/21; а также дизели, выпускаемые в Германии, Японии и других странах. Система управления, контроля и защиты ДГУ. Дизель-генераторные установки комплектуются различными устройствами автоматизации управления, контроля и защиты, обеспечивающими следующие функции: пуск и остановка установки; поддержание нормального режима рабочего процесса и измерение его параметров; защита систем и агрегатов установки от аварий. Для выполнения этих функций установка оборудована блоками, электрически связанных между собой. Блок автоматики пуска и остановки обеспечивает пуск дизеля в автоматическом режиме, подачи импульсов на прием нагрузки и остановку двигателя при нормальной эксплуатации агрегата. Аварийная остановка агрегата выполняется прекращением подачи топлива (при перегрузке генератора, перегреве двигателя, снижении давления масла в смазочной 23

системе) или прекращением подачи воздуха в цилиндры двигателя (при увеличении частоты вращения выше нормы и исчезновении электрического напряжения на щите автоматике). Блок контроля и обеспечения нормального режима рабочего процесса позволяет в автоматическом режиме определять температуру охлаждающей жидкости, давления масла, частоту вращения коленчатого вала, количество топлива в расходном баке, параметры электрического тока. Особенности управления современными ДГУ. Современные дизельгенераторные установки (на примере MICS TELYS) оборудованы пультами управления на базе микропроцессорного модуля. ДГУ обеспечивает работу в режимах: Stop, Manu, Auto, Test. Режим Stop. В этот режим установка встает автоматически после подачи напряжения в цепи пуска двигателя от аккумуляторной батареи. На экране дисплея указываются все данные о ДГУ. В то же время пуск установки в этом режиме невозможен. Если работающая установка находится в любом из перечисленных выше режимов, то нажатием клавиши Stop приводит к ее немедленной остановке, без предварительного охлаждения двигателя. Режим Manu.(режим ручного пуска). В этом режиме генераторная установка управляется с помощью клавиатуры пульта, т.е. управление полностью контролируется оператором. Включение нагрузки (при условии готовности двигателя-горящем зеленом светоиндикаторе ) производится замыканием контактора ДГУ нажатием клавиши «1», выключение нагрузки- нажатием клавиши «0». Режим Auto. Переключение в этот режим может быть осуществлено из любого из перечисленных выше режимов. В этом режиме установка в зависимости от введенных в программу команд может автоматически запускаться (включая и использование часового механизма) а также перейти в фазу автоматического останова двигателя. Режим Test. Переключение в этот режим возможен только из режима Auto. Установка переводится в режим работы без нагрузки, время ее работы отображается на экране дисплея в минутах и секундах, обратный отсчет которым ведется автоматически. Пульт управления оборудован световой аварийной сигнализацией: • аварийный останов двигателя по низкому давлению масла (горящий красный светоиндикатор); • аварийный останов двигателя по высокой температуре охлаждающей жидкости (горящий красный светоиндикатор); • аварийная сигнализация о неудачном запуске (горящий красный светоиндикатор); • аварийный останов двигателя по превышению частоты вращения (горящий красный светоиндикатор); • аварийная сигнализация о неисправности зарядного генератора; • аварийная сигнализация об общей неисправности (мигающий 24

желтый светоиндикатор); • сигнализация об аварийном останове по общей неисправности (мигающий красный светоиндикатор). В ходе работы энергоустановки можно получить данные о текущих параметрах двигателя последовательным нажатием на клавишу Двигатель, в результате на экран дисплея выводятся следующие параметры: • частота вращения коленчатого вала двигателя в мин-1; • давление масла в барах, температура масла в 0С; • температура охлаждающей жидкости в 0С; • напряжение аккумуляторной батареи. Кроме того на экран выводятся электрические параметры: напряжение и величина тока в целом и по фазам. На рис.15 показана принципиальная схема лабораторной установки для проведения испытаний ДГУ.

Δ

Δ

3

7

Δ 4 6

5 8 2

⎢

1

Рис.15. Принципиальная схема лабораторной установки: 1 – дизель-генератор; 2 – потребители трехфазного электрического тока; 3 – потребители однофазного электрического тока; 4 – устройство для замера расхода топлива; 5 – трехходовой топливный кран; 6 – запорный кран трубопровода газовыхлопа; 7 – жидкостный дифференциальный манометр; 8 – мерная диафрагма

Проведение испытаний ДГУ Меры безопасности. Запрещены любые внутренние работы с контрольным оборудованием даже на неработающей ДГУ (в случае необходимости выполняются специально обученным персоналом). После запуска ДГУ запрещается касаться плавких предохранителей Fn, F1, F2, F3, так как они находятся под напряжением. Во время пуска ДГУ запрещается касаться электрических частей установки. Подготовка ДГУ к испытанию. Провести контрольный осмотр установки, обратив особое внимание на крепление двигателя к подмоторной раме, состояние крана, регулирующего газовыхлоп, вентиляцию моторного отсека. Убедиться в готовности потребителей принять электрическую энергию. Подключить аккумуляторную батарею к сети пуска двигателя. Пуск ДГУ. После подсоединения аккумуляторной батареи к сети автоматически включается пульт управления установкой и на дисплее 25

появляется изображение: E.Speed (RPM) Batt. (Volts) ext command =0

0 13,7 12:45

gen stoppend

16/05/04

На первой строке указана частота вращения двигателя в мин-1 . На второй строке указано напряжение аккумуляторной батареи в В. На третьей и четвертой строках указано состояние ДГУ, время, дата.

Нажатием клавиши Manu выбирается режим ручного пуска установкой. При этом на клавише начинает мигать красный индикатор. Чтобы подтвердить выбор режима Manu, необходимо нажать клавишу еще раз, при этом красный индикатор станет гореть непрерывно, а ДГУ перейдет в фазу автоматического пуска. Работа ДГУ. После пуска ДГУ двигатель должен работать без нагрузки, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет значений: 55…65 (0С), в этом случае на пульте управления загорается зеленый светоиндикатор, после чего разрешается включать нагрузку ступенчато: 25; 40; 50; 75; 100 (% Ре.н), где Рен=20кВт. Вывод на дисплей электрических параметров. Вывод на дисплей значений напряжений осуществляется нажатием на клавишу U/V. При трехфазной схеме подключения обмоток генератора появляется изображение: Ph./ph U12 399 voltages U23 400 (Volts) U31 398 ext command=1 12:48 gen running 16/05/04

h./ph V1 voltages V2 (Volts) V3 ext command=1 gen running

230 230 230 12:48 16/05/04

Phase I1 current I2 (Amps) I3 ext command=1 gen running

9 12 10 12:48 16/05/04

На первой строке указано напряжение между фазами 1 и 2, на второй строке – между фазами 2 и 3 , на третьей строке – между фазами 3 и 1.

Повторное нажатие на клавишу U/V позволяет получить значения трех фазных напряжений: V1 – напряжение между фазой 1 и нейтралью. V2 – напряжение между фазой 2 и нейтралью. V3 – напряжение между фазой 3 и нейтралью.

Вывод на дисплей значений переменного тока осуществляется нажатием на клавишу I. I1 – ток в фазе 1. I2 – ток в фазе 2. I3 – ток в фазе 3.

Вывод на дисплей параметров двигателя. Вывод на дисплей параметров двигателя осуществляется последовательным нажатием на клавишу Двигатель. E.Speed (RPM) Batt. (Volts) ext comman=0 gen stoppend

1550 13,7 12:45

16/05/04

На первой строке указана частота вращения коленчатого вала двигателя в мин-1. На второй строке указано напряжение аккумуляторной батареи в В.

26

Расчетные формулы

Эффективная мощность двигателя определяется измерениями напряжения U (V),В; тока I, A; с последующим вычислением по формуле: Ре =

Р ⋅cos ϕ 3⋅I ⋅U ⋅cos ϕ , кВт , ⋅ 10−3 = г η ηг г

где Рг – активная мощность генератора, кВт; ηг – к.п.д. генератора. При использовании потребителей, подключаемых по фазам, мощность генератора определяется как сумма фазных мощностей: Рг = Р1+Р2+Р3.. Для определения ηг в зависимости от нагрузки используется следующая графическая зависимость, представленная на рис.16. _

η η г = ηгг.н n=1500 мин-1, cosϕ=1,0 ηг.н=0,95 (паспортное значение к.п.д. генератора)

0,8 0,6

Рис.16. Графическая зависимость относительного к.п.д. (ηг/ηг.н) генератора от нагрузки

0,4 0,2

_

0

0,2

0,4

0,6

Р Ре = Р е е .н

0,8

Расход топлива измеряется весовым способом. Для этого в системе питания топливом установлен трехходовой кран и весы. Часовой расход топлива (кг/ч) определяется по формуле: 3,6⋅ΔВ ВТ = t , где ΔВ – масса топлива израсходованного за опыт, г; t – время опыта. Удельный расход топлива определяется по формуле: be =

BT ⋅103 , г / кВт.ч , Pe

где Ре – значение мощности двигателя, полученное во время опыта. Расход воздуха в двигателе определяется при помощи устройства с мерной диафрагмой. Часовой расход воздуха: В в = А Δh ⋅ ρ в , 27

где А - постоянная прибора (А=3,10); Δh -разность давления по дифференциальному манометру, мм; ρ в - плотность воздуха, кг/м3, определяемая по формуле: рв = 0,4645Вокр/То, где Вокр – барометрическое давление, мм рт. Ст.; То – температура окружающей среды, К. Коэффициент избытка воздуха: α=

Вв , ВТ ⋅lо

где lo – теретическое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива (lo=14,5). Протокол испытания двигателя __________ в составе ДГУ 200_г. Давление окружающей среды_________МПа (мм рт. ст.) Температура воздуха в моторном отсеке ______оС Топливо марки _____________ Параметры

Обозн.

Наблюдаемые величины 1. Частота вращения коленчатого вала 2. Напряжение электрического тока 3. Величина тока 4. Температура охлаждающей жидкости 5. Температура масла 6. Температура отработавших газов 3. Время опыта 4. Расход топлива за опыт 5. Перепад давления по диф. манометру

n V I

Расчетные величины 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Мощность генератора Эффективная мощность двигателя Часовой расход топлива Удельный расход топлива Часовой расход воздуха Коэффициент избытка воздуха

Размер н.

Tо.ж. Тм То.г t ΔB Δh

мин-1 B A о С о С о С с г мм

Pг Ре ВТ be Bв

кВт кВт кг/ч г/кВтч кг/ч

α

Номера нагрузочных режимов 1 2 3 4 5

Определение энергетических и топливно-экономических показателей ДГУ при снятии нагрузочной характеристики 1. Подготовить ДГУ к пуску. 2. С разрешения преподавателя произвести пуск ДГУ, прогреть, проверить по показаниям на дисплеи настроечные параметры установки, обратить внимание на номинальную частоту вращения коленчатого вала двигателя, должно быть n=(1500±1…2%) мип-1. 3.Подключить заданную нагрузку (потребитель с трехфазным переменным током) и выполнить замеры согласно протоколу испытаний. 28

4. Увеличить нагрузку за счет подключения потребителей с однофазным переменным током, повторить замеры, указанные в протоколе испытаний. Число нагрузочных режимов должно быть не менее пяти. 5. Заполнить протокол испытаний, используя наблюдаемые и расчетные параметры, построить нагрузочную характеристику. 6.Выполнить анализ нагрузочной характеристики и сделать выводы по энергетическим и топливно-экономическим показателям ДГУ. α

be, г/кВт.ч be

BT, кг/ч

BT

Ре,кВт

Рис.3. Нагрузочная характеристика ДГУ

Отчет по лабораторной работе. Отчет составляется на миллиметровой бумаге формата А3 и должен содержать: 1. Схему ДГУ для испытаний. 2. Протокол испытаний. 3. Расчетные формулы. 4. Нагрузочную характеристику ДГУ и выводы по результатам испытаний. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Назначение дизель-генераторной установки «MICS TELYS». Назовите режимы работы ДГУ. Что такое нагрузочная характеристика двигателя? Для чего снимается нагрузочная характеристика двигателя? Что такое cos ϕ для ДГУ? На каких нагрузочных режимах обеспечивается топливная экономичность ДГУ? 7. Как устанавливается номинальная мощность двигателя по нагрузочной характеристике?

ЛИТЕРАТУРА 1. Трубников Г.И. Практикум по автотракторным двигателям. М.: Колос, 1975. 192 с. 2. Хитрюк В.А., Цехов Е.С. Практикум по автотракторным двигателям. Мн.: Ураджай, 1989. 143 с.

29

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7. ОБОРУДОВАНИЕ И АППАРАТУРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВС ................................................................................... 3 Последовательность выполнения работы...................................................... 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. КОНСТРУКЦИЯ, ИСПЫТАНИЕ И РАСЧЕТ ФОРСУНОК ........................................................................................ 6 Последовательность выполнения работы...................................................... 6 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9. КОНСТРУКЦИЯ, ИСПЫТАНИЕ И РАСЧЕТ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ТНВД) .. 10 Последовательность выполнения работы.................................................... 11 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10. РЕГУЛЯТОРЫ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ (РЧВ). КОНСТРУКЦИЯ, РАСЧЕТ И ИСПЫТАНИЕ ................................................................................................... 14 Последовательность выполнения работы.................................................... 14 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11. СНЯТИЕ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ................................. 19 Последовательность выполнения работы.................................................... 19 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12. ИСПЫТАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ В СОСТАВЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ............................... 23 Последовательность выполнения работы.................................................... 23 ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................... 29 СОДЕРЖАНИЕ ................................................................................................. 30

30

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам по дисциплине «Рабочие процессы, конструкция, основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок» (часть 2) для студентов специальности 230100 «Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (нефтегазодобыча)» очной и заочной форм обучения

Составитель: Штайн Геннадий Вольфович, к.т.н., доцент

Подписано к печати Заказ № Формат 60/90 1/16 Отпечатано на RISO GR 3750

Бум. писч. № 1 Уч. изд. л. Усл. печ. л. Тираж экз.

Издательство «Нефтегазовый университет» Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

« Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039, г. Тюмень, ул.Киевская, 52

31

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ к лабораторным работам по дисциплине «Рабочие процессы, конструкция, основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок» (часть 2) для студентов специальности 230100 «Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (нефтегазодобыча)» очной и заочной форм обучения.

Председатель РИС

Проректор _________

___________ С.И.Перевощиков «____»___________2004 г. Рассмотрено на заседании кафедры ЭОМ Протокол №__от_____2004г. Зав. кафедрой__________ Н.С.Захаров Рассмотрено на заседании методической комиссии института транспорта Протокол №__от____2004г. Председатель методической комиссии______________ В.В.Кочурова

____________Г.В. Штайн Т. 33-95-84

Тюмень 2004г.

32

33