КАФЕДРА ТЕОРИИ И КОНСТРУКЦИИ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

КАФЕДРА ТЕОРИИ И КОНСТРУКЦИИ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

-----------------------------------------------------------------------------------

Отчет о лабораторных работах

«Испытания дизеля 2Ч 11/13 по нагрузочной и винтовой характеристикам»

Выполнили студенты группы СП-41 (подргуппа II)

Исполнители: Солодов,

Мальцева, Пуляев,

Потехин, Филиппова,

Маринчак, Кряжев,

Матюхин, Триобчук,

Фрумкин, Рубцов,

Якимов, Назаренко,

Косьяненко

Проверил профессор В.В. Гаврилов

Санкт-Петербург

Оглавление

Введение. 3

Цель работ. 3

Задачи работ. 3

Раздел 1. Краткое описание двигателя и экспериментальной установки. 4

1.1 Основные технические данные дизеля. 4

1.2 Конструкция дизеля. 4

1.3 Описание испытательного стенда. 8

Раздел 2. Методика проведения испытаний и обработки их результатов. 10

2.1 Порядок проведения испытания. 10

2.2 Испытание двигателя по нагрузочной характеристике. 10

2.3 Испытание двигателя по винтовой характеристике. 11

Исходные данные расчета. 11

Расчетные формулы.. 12

Раздел 3. Результаты испытаний и их расчетной обработки. 15

Раздел 4. Анализ результатов испытаний и расчетов. 21

4.1 Работа дизеля по нагрузочной характеристике. 21

4.2 Работа дизеля по винтовой характеристике. 34

4.3 Топливная экономичность дизеля при работе по нагрузочной и винтовой характеристикам. 35

Заключение. 37

Введение

Лабораторные работы проводятся для лучшего понимания студентами закономерностей изменения параметров и показателей дизеля при работе по нагрузочной и винтовой характеристикам. При выполнении лабораторных работ все студенты включены в процесс, наблюдают за ходом эксперимента, учатся снимать необходимые показатели с приборов. Практические занятия позволяют наглядно увидеть работу двигателя.

При выполнении лабораторных работ студент так же знакомится с конструкцией и работой дизеля, экспериментальной установки, овладевает методикой проведения стендовых испытаний дизеля и обработки экспериментальных данных, приобретает практические навыки в управлении двигателем и в работе с измерительной аппаратурой, самостоятельно анализирует результаты экспериментов. Это в свою очередь ведет к лучшему усвоению материала лекций, углублению знаний, полученных в ходе теоретического обучения.

Цель работ

Основной целью лабораторных работ является объяснение закономерностей параметров и показателей дизеля при работе по нагрузочной и винтовым характеристикам, сравнение полученных параметров и показателей с паспортными данными испытуемого дизеля, с данными других дизелей и составление заключения о его техническом состоянии.

В ходе испытания преследуется цель изучения конструкции дизеля 2 Ч11/13. Студентам необходимо проанализировать и описать основные технические данные дизеля, его конструкцию (остов, детали движения, механизм газораспределения, системы дизеля), особенности смесеобразования и формы камеры сгорания, в которой изучаемый способ смесеобразования реализован. Так же изучается экспериментальная установка с испытуемым дизелем.

Задачи работ

Для достижения цели необходимо было решить ряд задач, а именно:

1) Ознакомиться с конструкцией и работой дизеля и экспериментальной установки.

2) Овладеть методикой проведения стендовых испытаний дизеля и обработки экспериментальных данных.

3) Обработать экспериментальные данные и построить соответствующие графики.

4) Сопоставить полученные параметры и показатели с данными о других дизелях, а так же паспортными данными испытуемого дизеля.

5) Объяснить причины отклонений полученных параметров и показателей дизеля от паспортных данных.

6) Объяснить причины изменения параметров и показателей дизеля при работе по нагрузочной и винтовой характеристикам.

7) Дать заключение о степени совершенства конструкции и техническом состоянии дизеля.

Раздел 1. Краткое описание двигателя и экспериментальной установки

Основные технические данные дизеля

Марка дизеля – 2 Ч11/13

Тип двигателя – четырехтактный, однорядный, нереверсивный, без наддува

Число цилиндров – 2

Диаметр цилиндра – 110 мм

Ход поршня – 130 мм

Номинальная мощность – 18, 4 кВт

Номинальная частота вращения – 1500 мин^-1

Смесеобразование объемно-пленочное, с камерой в поршне типа ЦНИДИ

Степень сжатия – 17.

Среднее эффективное давление в номинальном режиме – 0, 6 МПа

Удельный эффективный расход топлива 252^+5% г/(кВт*ч)

Топливный насос высокого давления индивидуальный, одноплунжерный.

Форсунка закрытого типа с четырехдырчатым соплом.

Удельный расход масла на угар – 4, 1 г/(кВт*ч); общий, с учетом замены – 6, 8 г/(кВт*ч)

Двухконтурная система охлаждения.

Ручной или стартерный пуск.

«Сухая» масса дизеля – 360 кг

Габаритные размеры: длина – 730 мм, ширина – 583 мм, высота – 988 мм.

Конструкция дизеля

Дизель 2 Ч11/13 был создан на заводе «Сардизель» (г. Саратов) в порядке модернизации известного дизеля 2 Ч10, 5/13. Модернизация привела к решению 2 задач. А именно, была увеличена номинальная мощность двигателя за счет увеличения диаметра на 5 мм, при сохранении среднего эффективного давления неизменным и равным 0, 6 МПа. При этом номинальная мощность возросла на 10%. Следующей задачей было улучшить топливную экономичность дизеля. Это было достигнуто за счет применения камеры сгорания ЦНИДИ в поршне. Использование камеры данного типа обеспечила уменьшенные потери теплоты из цикла за счет уменьшенной площади поверхности стенок камеры по сравнению с вихревой камерой, которая применялась в прототипе. Кроме того, в камере ЦНИДИ уменьшены потери энергии на перетекание рабочего тела.

Дизель 2 Ч11/13 может применяться для привода электрогенератора постоянного или переменного тока, для привода компрессоров, насосов и других механизмов, а так же для работы на гребной винт через реверс-редукторную передачу в качестве главного судового двигателя. Разрез данного двигателя представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1

1 – коленчатый вал. Коренные подшипники – роликовые. На кормовом конце коленвала имеется чугунный маховик с напрессованным зубчатым венцом для стартерного пуска дизеля.

2 – противовесы

3 – распределительный вал, который установлен на шариковых подшипниках. Снабжен кулачками для открывания и закрывания впускного и выпускного клапанов

4 – топливоподкачивающий насос

5 – толкатель плоского типа

6 – штанга

7 – топливные насосы высокого давления(ТНВД)

8 – впускной патрубок

9 – выпускной коллектор

10 – коромысло

11 – декомпрессионное устройство

12 – впускной клапан

13 – топливная форсунка

14 – крышка цилиндров.

15 – поршень

16 – втулка цилиндра

17 – шатун

18 – блок-картер

19 – электростартер

20 – фильтр тонкой отчистки

Остов дизеля

Блок-картер (18) чугунный, туннельного типа. Имеет четыре лапы для крепления дизеля к раме или фундаменту. Втулка цилиндра (16) охлаждается водой. По нижнему посадочному пояску втулки полость охлаждения уплотняется резиновыми кольцами, расположенными в выточках блок-картера. Вверху полость уплотнена стальной прокладкой. Подвод охлаждающей воды в зарубашечное пространство осуществляется в верхней части блока цилиндров. Нижняя часть блок-картера образует поддон для смазочного масла. На боковых стенках блок-кратера выполнены смотровые лючки. Передний торец блок-картера закрыт сатльной штампованной крышкой с расположенными на ней водяным и масляным насосами.

Крышка цилиндра(14) чугунная, общая на 2 цилиндра. Крышка содержит впускной(12) и выпускной клапаны для каждого цилиндра. Топливная форсунка(13) также предусмотрена доля каждого цилиндра. На крышке смонтированы стойки валиков коромысел(10) газораспределитьельного и декомпрессионного механизмов, впускной клапан(8) и выпускной коллектор(9). Смазка коромысел осуществляется под давлением через каналы в крышке цилиндра и болк-картере.

Детали движения

Коленчатый вал(1) – цельный, двухопорный, стальной, штампованный. На щеках коленвала укреплены противовесы(2).

Шатун(17) – стальной. Его стержень имеет двутавровое сечение. Нижняя головка с косым разъемом. Вкладыши нижней головки выполнены из стальной ленты, плакированной алюминием.[Плакирование - нанесение на поверхность металлических листов, плит, проволоки, труб тонкого слоя др. металла или сплава термомеханическим способом]. Крышка нижней головки крепится двумя шатунными болтами. Втулка верхней головки шатуна выполнена из бронзы.

Поршень(15) – неохлаждаемый, выполнен из сплава на основе алюминия, имеет три компрессорных и два маслосъемных кольца. В днище поршня расположена камера сгорания тапа ЦНИДИ. Поршневой палец плавающего типа, стальной, с цементированной и закаленной рабочей поверхностью.

Топливная система

Основными элементами топливной системы дизеля являются топливоподкачивающий насос(4), ТНВД(7) и форсунка(13).

ТНВД содержит плунжерную пару, обеспечивающую регулирование цикловой подачи по моменту отсечки (по концу подачи). Форсунка закрытого типа снабжена распылителем с четырмя сопловыми отверстиями, наклонена под углом 23° к оси цилиндра, ее сопло несколько смещено от указанной оси.

Система смазки

Система смазки в данном дизеле циркуляционная, с мокрым картером. Смазка подшипников коленвала(1) и коромысел(10) осуществляется под давлением, смазка остальных трущихся деталей – разбрызгиванием. Давление масла создается шестеренчатым насосом, приводимым от коленвала. Для отчистки масла в системе предусмотрены центрифуга и фильтр тонкой отчистки(20) типа ДАСФО-2.

Система охлаждения

В двигателе используется водяное двухконтурное охлаждение. От деталей дизеля теплота отводится пресной водой внутреннего контура охлаждения. Вода циркулирует под действием насоса вихревого типа, который приводится от коленвала. Детали насоса, соприкасающиеся с водой, выполнены из цветного металла и нержавеющей стали.

Система пуска

Пуск дизеля может быть осуществлен либо вручную, либо электростартером(19). Для облегчения пуска применяется декомпрессионное устройство(11).

Исходные данные расчета

Параметры дизеля и стенда:

Диаметр цилиндра D=0, 11 м

Ход поршня S=0, 13 м

Число цилиндров i=2

Коэффициент тактности для четырехтактного дизеля z=0, 5

Постоянная гидротормоза K_т=0, 000901 кВт/кгс*мин^-1

Постоянная расходомерной диафрагмы К_д=8, 5

Константы:

Теплота сгорания топлива Q_н=42300 кДж/кг

Газовая постоянная воздуха R_в=287 Дж/(кг*с)

Плотность охлаждающей воды ρ _w=1, 0 кг/дм³

Массовая теплоемкость воды c_w=4, 19 кДж/(кг*К)

Средняя массовая теплоемкость отработавших газов c_г=1, 09 кДж/(кг*К)

Расчетные формулы

Параметры и показания дизеля

1. Эффективная мощность дизеля, кВт

2. Рабочий объем цилиндра (т.е. описываемый поршнем), м³

3. Среднее эффективное давление, МПа

4. Крутящий момент на валу двигателя, кН*м

5. Часовой расход топлива, кг/ч

6. Цикловая подача, г/цикл

7. Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт*ч)

8. Эффективный КПД двигателя

Воздухоснабжение

9. Барометрическое давление, Па

10. Разряжение перед расходомерной диафрагмой, Па

11. Абсолютное давление перед расходомерной диафрагмой, Па

12. Температура окружающей среды, К

13. Плотность воздуха перед расходомерной диафрагмой, кг/м³

14. Расход воздуха на двигатель, кг/ч

15. Коэффициент избытка воздуха при сгорании

где 14, 33 – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

16. Плотность воздуха перед двигателем, кг/м³

17. Коэффициент наполнения цилиндра воздухом

Отвод отработавших газов

18. Избыточное давление отработавших газов на входе из двигателя, Па

19. Абсолютное давление отработавших газов на выходе из двигателя, Па

20. Массовый расход отработавших газов, кг/ч

Расход охлаждающей воды

21. Часовой расход забортной охлаждающей воды, кг/ч

Потери теплоты с охлаждающей водой определяются по результатам измерений в контуре забортной воды.

Тепловой баланс дизеля

а) абсолютный баланс

22. Общее количество теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, кДж/ч

23. Количество теплоты, преобразованное в полезную работу, кДж/ч

24. Количество теплоты, отводимое в охлаждающую воду, кДж/ч

25. Количество теплоты, отводимое с отработавшими газами, кДж/ч

26. Остаточный член теплового баланса, кДж/ч

б) относительный баланс

27. Относительное количество теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, %

28. Относительное количество теплоты, преобразованной в полезную работу, % (иначе говоря, эффективный КПД)

29. Относительное количество теплоты, отводимой в охлаждающую воду, %

30. Относительное количество теплоты, отводимой с отработавшими газами, %

31. Относительный небаланс, %

Заключение

По результатам выполненных лабораторных работ можно сделать следующие выводы:

1) Причиной уменьшения топливной экономичности дизеля при уменьшении нагрузки, является большое количество воздуха, поступившего в цилиндр. Так как на нагрев " лишнего" воздуха тратиться много полезной теплоты.

2) При работе дизеля по нагрузочной характеристике фактором внешнего воздействия на рабочий процесс является только изменение количества топлива, поступающего в цилиндр за один цикл. При этом изменяются условия протекания рабочего процесса, следовательно, мощность и экономичность дизеля. При работе по винтовой характеристике причиной ухудшения топливной характеристики является уменьшение частоты вращения. То есть при работе по нагрузочной характеристике эффективность не зависит от частоты вращения, которая, в свою очередь, зависит от нагрузки. Вследствие этого имеем, что при малых нагрузках дизеля более низкая эффективность при работе по нагрузочной характеристике.

3) При нагрузочной характеристике с ростом нагрузки в дизелях уменьшается коэффициент избытка воздуха, растет механический КПД, из-за чего растет и индикаторный КПД, снижается удельный эффективный расход топлива.

4) При винновой характеристике при увеличении нагрузки механические потери изменяются мало, и большая доля теплоты затрачивается на совершение работы. При этом эффективный КПД растет, а удельный расход топлива снижается.

5) Проведя анализ полученных данных в испытаниях при номинальном режиме и, сравнив их с паспортными данными, можно сделать вывод о том, что испытуемый двигатель находится в хорошем техническом состоянии. Так как значения удельного расхода топлива, полученные при расчетах, и указанные в паспортных данных практически не изменились.

КАФЕДРА ТЕОРИИ И КОНСТРУКЦИИ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

-----------------------------------------------------------------------------------

12 3 4