Laboratorium Silników Spalinowych Prowadzący mgr. inż. Mirosław Tyliszczak
Temat : Charakterystyka obciążeniowa silnika spalinowego trzycylindrowego, czterosuwowego typu 3AL 25/30 Cegielski-Sulzer [moc 396kW]
Deorocki Krystian gr 1 MiMB V semestr Nr. 32850

Charakterystyki obciążeniowe silnika służą do oceny ekonomiczności silników pracujących przy stałej prędkości obrotowej. Charakterystyki obciążeniowe przedstawiają zależność wybranych parametrów pracy silnika w funkcji parametru charakteryzującego obciążenie silnika. Parametrem niezależnym może być w tym wypadku moc efektywna (Ne), moment obrotowy (Mo), średnie ciśnienie efektywne (pe).

1. Dane silnika

Moc nominalna n_n = 408 [KW]

Moz znamionowa (na cylinder) 185 [kM]

Znamionowa liczba obrotów n_n = 750 [obr/min]

Średnica cylindra D= 250mm

Skok tłoka S=300 mm

Ilość cylindrów z = 3

Objętość zbiornika paliwa V_zb= 4,06 [dm³] 

• Silnik jest obciążany prądnicą prądu zmiennego pracującą na opornik wodny.

• Dane zanotowane

Ciśnienie atmosferyczne 1016,88 [ hPa]

Temperatura otoczenia 22,85 [^oC]

Gęstość paliwa ρ_pal= 1000 [kg/m³]

Wartość opałowa paliwa W_d= 42657 [kj/kg]

2. Wzory i przykładowe obliczenia:

• Moc efektywna:

$$\text{Ne} = \frac{\text{Nel}}{\text{ηp}} = \frac{40}{0,55} = 72,72\ \lbrack\text{kW}\rbrack$$

Nel – moc prądnic odczytana ze wskaźnika

• Sprawność prądnicy:

$\text{ηp} = \frac{1}{0,09688*\frac{\text{Nn}}{\text{Nel}} + 0,7967 + 0,1731*\frac{\text{Nel}}{\text{Nn}}}$ =

$$= \frac{1}{0,09688*\frac{408*10^{3}}{40*\ 10^{3}} + 0,7967 + 0,1731*\frac{40*10^{3}}{408*10^{3}}} = 0,55$$

• Ciśnienie efektywne:

$$\text{pe} = \frac{\text{Ne}}{\text{Vs}}*\frac{\tau}{i}*\frac{60}{n} = \frac{72,72}{0,01472}*\frac{2}{3}*\frac{60}{747} = 0,265\ \lbrack\text{MPa}\rbrack$$

• Objętość skokowa cylindra:

$$\text{Vs} = \frac{\pi d^{2}}{4}*S = \frac{3,14*{0,25}^{2}}{4}*0,3 = 0,01472\ \lbrack m^{3}\rbrack$$

• Godzinowe zużycie paliwa:

$$Gh = \frac{\text{Vzbior}}{\tau}*\rho*3600 = \frac{0,004}{481,2}*834,2*3600 = = 24,96\ \lbrack\frac{\text{kg}}{h}\rbrack$$

• Jednostkowe zużycie paliwa:

$$\text{ge} = \frac{Gh}{\text{Ne}} = \frac{24,96}{72,72} = 0,34\ \lbrack\frac{\text{kg}}{\text{kW}h}\rbrack$$

• Sprawność ogólna silnika:

$$\text{ηo} = \frac{3600}{\text{ge}*\text{Wd}} = \frac{3600}{0,34*42657} = \ \ 0,25$$

• Natężenie przepływu powietrza

$p = \ \frac{7*\ p_{7\text{otw}\text{\ \ \ }} + \ p_{1\text{otw}}}{8}$ * $\frac{g*\ \rho}{1000}$ = $= \ \frac{7*24 + 26}{8}*$ $\frac{9,81*1000}{1000}$ = 237,9 [Pa]

• Stosunek ciśnień

π_s = $\frac{p_{\text{oto}}}{p_{\text{oto} + p\ }}$ = $\frac{101688}{101688 + 237,9}$ = 0,99766

π₁= ${\lbrack\pi}_{s}\rbrack^{\frac{2}{}}$ = 0,9976$6^{\frac{2}{1,40}}$ = 0,9966588

π₂= ${\lbrack\pi}_{s}\rbrack^{\frac{\kappa + 1}{}}$ = = 0,9976$6^{\frac{1,40 + 1}{1,40}}$ = 0,9959919

• $\Psi = \ \sqrt{2\frac{}{- 1\ }}*(\ \pi_{1}$- π₂) =$\sqrt{2\frac{1,40}{1,40 - 1\ }}*(\ 0,9966588 - 0,995919)$ =0,06832

• m_t= Ψ * 4, 85675 = 0, 33181

• M_pow = m_t * p_oto* $\sqrt{\frac{293}{296}}*10^{- 5}$ = 0, 33181 * 101688 * $\sqrt{\frac{293}{296}}*10^{- 5}$ = =0,33569 [kg/s]

• m_p= $\frac{3600*M_{\text{pow}}}{\text{Ne}}$ = $\frac{3600*0,33569}{72,72}$ = 16,61831 [kg/kwh]

• Współczynnik nadmiaru powietrza

• Λ_c = $\frac{3600\ *\ M_{\text{pow}}}{G_{h}\ *\ {\ L}_{t}}\ $= $\frac{3600*0,33569}{24,96*14}$ = 3,45

3. Pomiary i obliczone wartości

Wartości pomierzone
Uszkodzona pompa wtryskowa nr 2 (niesprawność nr 1)
Upust ciśnienia doładowania (niesprawność nr 2)

Wartości obliczone
Nel
[KW}
40
80
120
160
200
Uszkodzona pompa wtryskowa nr 2 (niesprawność nr 1)
40
80
120
160
200
Upust ciśnienia doładowania (niesprawność nr 2)
40
80
120
160
200

Wnioski:

W wynikach przedstawionych w tabelach i wykresach, dość istotnie widać zmiany zachodzące w parametrach, gdy wprowadziliśmy niesprawności silnika. Z powodu rosnącej temperatury spalin w cylindrach, rosną również straty cieplne jak i zużycie paliwa. Dla uszkodzonej pompy nr 2 można zauważyć spadek temperatury spalin w cylindrze zasilanym przez nią. Przy mniejszym obciążeniu maksymalne ciśnienie spalania, godzinowe zużycie paliwa, jednostkowe zużycie paliwa jak i współczynnik nadmiaru powietrza początkowo tracą na wartościach a następnie po wzroście obciążenia wzrastają (wzrasta ich zakres wartości co wskazuje na większe zużycie paliwa) można to zauważyć przy jednej i drugiej niesprawności. Wszystkie w/w zmiany parametrów pracy silnika świadczą o jego gorszych parametrach.

Obroty turbosprężarki dla uszkodzonej pompy wzrosły a dla upustu ciśnienia doładowania zmalały sprawiając zmianę prawidłowego zakresu jej pracy co powodują symulowane niesprawności podczas ćwiczeń.

Podsumowując można stwierdzić że najkorzystniejsze wskaźniki ekonomiczne i energetyczne uzyskuje silnik w przedziale obciążeń eksploatacyjnych.