Charakterystyka obciążeniowa - skala służąca do oceny silników, które cechuje stała prędkość obrotowa lub jej zmienność w wąskim zakresie.
Charakterystyki obciążeniowe sporządza się dla silników pracujących przy stałej prędkości obrotowej. Są to wykreślnie przedstawione zależności w układzie współrzędnych. ge,pe przy n=const lub Ge,Ne,przy n=const. Moc użyteczna Ne przyjęta jako moc znamionowa silnika nie odpowiada minimalnej wartości gemin wynika to z tego, że silnik instaluje się z pewnym nadmiarem mocy tak, żeby rzeczywiste obciążenie silnika wynosiło 80-90% obciążenia znamionowego.
1. Dane silnika
Moc nominalna nn = 408 [KW]
Moz znamionowa (na cylinder) 185 [kM]
Znamionowa liczba obrotów nn = 750 [obr/min]
Średnica cylindra D= 250mm
Skok tłoka S=300 mm
Ilość cylindrów z = 3
Objętość zbiornika paliwa Vzb= 4,06 [dm3]
Silnik jest obciążany prądnicą prądu zmiennego pracującą na opornik wodny.
Dane :
Ciśnienie atmosferyczne 1016,88 [ hPa]
Temperatura otoczenia 22,85 [oC]
Gęstość paliwa ρpal= 1000 [kg/m3]
Wartość opałowa paliwa Wd= 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:
$\text{ηp} = \frac{1}{0,09688*\frac{\text{Nn}}{\text{Nel}} + 0,7967 + 0,1731*\frac{N\text{el}}{\text{Nn}}}$ =
$$= \frac{1}{0,09688*\frac{408*10^{3}}{40*\ 10^{3}} + 0,7967 + 0,1731*\frac{40*10^{3}}{408*10^{3}}} = 0,55$$
Ciśnienie efektywne:
$$\text{pe} = \frac{\text{Ne}}{\text{Vs}}*\frac{\tau}{i}*\frac{60}{n} = \frac{72,72}{0,01472}*\frac{2}{3}*\frac{60}{747} = 0,265\ \left\lbrack \text{MPa} \right\rbrack$$
Objętość skokowa cylindra:
$$\text{Vs} = \frac{\pi d^{2}}{4}*S = \frac{3,14*{0,25}^{2}}{4}*0,3 = 0,01472\ \left\lbrack m^{3} \right\rbrack$$
Godzinowe zużycie paliwa:
$$\text{Gh} = \frac{\text{Vzbior}}{\tau}*\rho*3600 = \frac{0,004}{481,2}*834,2*3600 = = 24,96\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{h} \right\rbrack$$
Jednostkowe zużycie paliwa:
$$\text{ge} = \frac{\text{Gh}}{\text{Ne}} = \frac{24,96}{72,72} = 0,34\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{kWh}} \right\rbrack$$
Sprawność ogólna silnika:
$$\text{ηo} = \frac{3600}{ge*Wd} = \frac{3600}{0,34*42657} = \ \ 0,25$$
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
πs = $\frac{p_{\text{oto}}}{p_{\text{oto} + p\ }}$ = $\frac{101688}{101688 + 237,9}$ = 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
mt= Ψ * 4, 85675 = 0, 33181
Mpow = mt * poto* $\sqrt{\frac{293}{296}}*10^{- 5}$ = 0, 33181 * 101688 * $\sqrt{\frac{293}{296}}*10^{- 5}$ =0,33569 [kg/s]
mp= $\frac{3600*M_{\text{pow}}}{\text{Ne}}$ = $\frac{3600*0,33569}{72,72}$ = 16,61831 [kg/kwh]
Współczynnik nadmiaru powietrza
Λc = $\frac{3600\ *\ M_{\text{pow}}}{G_{h}\ *\ {\ L}_{t}}\ $= $\frac{3600*0,33569}{24,96*14}$ = 3,45
3. Pomiary i obliczenia
| 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 |
4. Wnioski
Po wyprowadzeniu obliczeń i wykonaniu wykresów widać jak konkretne niesprawności wpływają na zmianę parametrów. Dla uszkodzonej pompy widać spadek temperatury spalin w tym właśnie cylindrze, a upust ciśnienia najbardziej jest charakteryzujący dla parametru obrotów turbosprężarki choć dla uszkodzonej pompy paliwa obroty wzrosły.