Laboratorium
Okrętowych Silników Spalinowych
Charakterystyka obciążeniowa
Stanowisko silnika 3AL25
Wstęp
Charakterystykę obciążeniową wykonuje się dla silników pracujących przy stałej prędkości obrotowej. Zmienną niezależną charakterystyki może być moc, moment obrotowy lub średnie ciśnienie indykowane. W odniesieniu do silników okrętowych procedura wyznaczania charakterystyki określana jest wewnętrznymi procedurami kontroli jakości producenta lub wymogami klasyfikatora. Stanowi ona jeden z podstawowych dokumentów, na podstawie których określa się stan techniczny silnika podczas jego eksploatacji. Procedura wyznaczania charakterystyki obciążeniowej ma zastosowanie w ćwiczeniu laboratoryjnym „Diagnostyka silnika”.
Stanowisko pomiarowe
Ćwiczenie wykonywane jest na silniku 3AL25 o następujących danych technicznych:
- moc znamionowa Nn = 408 kW
- obroty znamionowe n n = 750 min-1
- średnica cylindra D = 250 mm
- skok tłoka S = 300 mm
Silnik jest obciążany prądnicą prądu zmiennego pracującą na opornik wodny.
Lista wielkości mierzonych.
Przed rozpoczęciem pomiarów należy:
odczytać ciśnienie barometryczne pb [hPa] lub [mmHg]
zanotować gęstość paliwa ρpal [kg/m3]
zanotować wartość opałową paliwa Wd [kJ/kg]
Objętość pomiarowa zbiornika pomiarowego paliwa wynosi 4.06 dm3
Lista wielkości mierzonych. Tab1.
Lp |
Nazwa parametru |
Oznaczenie |
Jednostka |
Przyrząd |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
Moc prądnicy |
Nel |
kW |
Watomierz na GTR |
2 |
Czas zużycia paliwa ze zbiornika pomiarowego |
τ |
s |
Stoper |
3 |
Nastawa regulatora |
r |
[-] |
Regulator silnika |
4 |
Spadek ciśnienia na kolektorze lemniskaty |
P7otw |
mm H2O |
U- rurka |
5 |
Spadek ciśnienia na lemniskacie |
P1otw |
mm H2O |
U- rurka |
6 |
Ciśnienie powietrza za sprężarką |
pzs |
mm Hg |
U-rurka |
7 |
Ciśnienie powietrza za chłodnicą powietrza |
pd |
mm Hg |
U-rurka |
8 |
Przeciwciśnienie wydechu |
Δpw |
mm H2O |
U-rurka |
9 |
Temp. powietrza za sprężarką |
tsp |
ºC |
Termometr rtęciowy |
10 |
Temp powietrza doładowania |
td |
ºC |
|
11 |
Temp. spalin za cyl.1 |
ts1 |
ºC |
|
12 |
Temp spalin za cyl.2 |
ts2 |
ºC |
|
13 |
Temp. spalin za cyl. 3 |
ts3 |
ºC |
|
14 |
Temp. spalin przed turbiną |
tpt |
ºC |
|
15 |
Temp. spalin za turbiną |
tzt |
ºC |
|
16 |
Obroty turbosprężarki |
nts |
min-1 |
|
17 |
Ciśnienie spalin przed turb |
psp |
mm Hg |
U-rurka |
18 |
Temp. otoczenia |
tot |
ºC |
Termometr rtęciowy |
19 |
Sygnatura zbioru wyników indykowania |
|
|
UNITEST-201 |
|
|
Przebieg pomiarów.
Pomiary zaczyna się od wyznaczenia wartości obciążenia dla kolejnych punktów pomiarowych, których nie powinno być mniej niż 5. Obciążenia ustala się w granicach od 10 kW do 280 kW. Prowadzący ćwiczenie przydziela każdemu z uczestników odpowiednie stanowisko (punkt pomiarowy). Następnie każdy z ćwiczących winien sprawdzić, czy odczytanie wskazań lub obsługa przydzielonego mu przyrządu nie sprawia trudności.
Sekwencja czynności podczas ćwiczenia jest następująca:
sygnał do rozpoczęcia pomiaru daje prowadzący ćwiczenie po stwierdzeniu stabilizacji stanu cieplnego silnika,
pomiar zaczyna się od przełączenia poboru paliwa ze zbiornika pomiarowego,
uczestnicy ćwiczenia dokonują odczytów wskazań przyrządów pomiarowych w odstępach ok. 2 min, po zakończeniu pomiaru zużycia paliwa obliczają wartość średnią i wpisują ją do tabeli ( nie dotyczy pomiaru zużycia paliwa i indykowania)
po zużyciu ok. połowy paliwa, obsługujący indykator otwierają kurki indykatorowe, rejestrują przebiegi ciśnienia, sprawdzają poprawność pomiaru i zapisują dane na dysku, notując w tabeli nazwę zbioru a następnie zamykają kurki indykatorowe,
po zakończeniu pomiaru zużycia paliwa należy napełnić ponownie zbiornik pomiarowy, przełączyć pobór paliwa ze zbiornika rozchodowego,
po zakończeniu pomiaru ustawia się obciążenie silnika zgodnie z uprzednimi ustaleniami,
Opracowanie wyników pomiarów.
Po zakończeniu sesji pomiarowej należy zebrać wyniki (wartości średnie) z wszystkich punktów pomiarowych (p. tab.1 i tab. 1a) i przystąpić do obliczeń parametrów podanych w tabeli 2.
Charakterystyka obciążeniowa silnika 3AL25 Tab. 2.
Nr. |
Nel |
Ne |
pe |
Gh |
ge |
pi |
ηm |
η0 |
Mpow |
mp |
λc |
[-] |
[kW] |
[kW] |
[MPa] |
[kg/h] |
[kg/kWh] |
[MPa |
[-] |
[-] |
[kg/h] |
[kg/kWh] |
[-] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
1º moc prądnicy odczytaną z miernika,
2º moc efektywną obliczona ze wzoru
(1)
gdzie sprawność prądnicy ηp wyraża się wzorem:
ηp =
(2)
gdzie:
Nel moc prądnicy odczytana z miernika -(tab.1 poz.1)
3º Średnie ciśnienie efektywne oblicza się ze wzoru
[kPa] (3)
gdzie:
Ne - moc efektywna [kW] obliczona ze wzoru (1),
τ - wsp. suwów = 2,
Vs - objętość skokowa cylindra [m3]
(4)
D średnica cylindra [m]
S skok tłoka [m]
n prędkość obrotowa [obr/min] - można ją odczytać z wykresu indykatorowego,
i ilość cylindrów
5º Godzinowe zużycie paliwa wyliczamy w/g wzoru:
[kg/h] (5)
gdzie:
Vpom objętość zbiornika pomiarowego =4.06 [dm3] = 4.06·10-3 [m3]
ρ gęstość paliwa [kg/m3]
τ czas zużycia dawki paliwa [s]
6º Jednostkowe zużycie paliwa
[kg/kWh] (6)
7º Średnie ciśnienie indykowane:
pi =⅓(pi1+pi2+pi3) (7)
gdzie
pin średnie ciśnienia indykowane w n-tym cylindrze,
8º Sprawność mechaniczna silnika
(8)
9º Sprawność ogólna silnika:
(9)
10º Natężenie przepływu powietrza oblicza się następująco:
średni spadek ciśnienia na leminiskacie:
Δp=
[Pa] (10)
g - przyśpieszenie ziemskie - 9,81 m/s2
ၲ - gęstość wody - 1000 kg/m3
stosunek ciśnień
(11)
(12)
(13)
(14)
mt=4.85675Ψs (15)
Mpow =
[kg/s] (16)
11º Jednostkowe zużycie powietrza
mp =
[kg/kWh] (17)
12º Całkowity współczynnik nadmiaru powietrza:
przyjmuje się że teoretyczne zapotrzebowanie powietrza Lt wynosi ok. 14 kg powietrza na 1 kg paliwa,
λ c
(18)
3.1. Przykład obliczeń:
Dane z pomiarów są następujące - oznaczenia p. tab.1.
Nel |
τ |
pi |
p1otw |
p7otw |
[kW] |
[s] |
[MPa] |
[mmH2O] |
[mmH2O] |
250 |
180 |
1,20 |
90 |
90 |
Ciśnienie atmosferyczne 765 mmHg Temperatura otoczenia 23ºC = 296º K
Gęstość właściwa rtęci 13550 kg/m³ Gęstość właściwa wody 1000 kg/m³
Gęstość właściwa paliwa 834,2 kg/m³ Wartość opałowa paliwa 42657 kJ/kg
ηp =
ηp =
= 0,9426
=
=
0,01472 [m³]
=
=956,6 [kPa]= 0,957 [MPa]
=
=67,74 [kg/h]
=
pi =⅓(pi1+pi2+pi3)= pi =⅓(1,20+1,18+1,16) = 1,18 [MPa]
=
= 0,811
=
= 0,329
Δp =
=
pot =
101688 [Pa]
=0,99139
=0,9877246
=
=
=0,13060
mt=4.85675Ψs =4,85675 Ⴗ0.13060 = 0,634297
Mpow =
=
=0,642153[kg/s]
mp =
=
=8,71663 [kg/kWh]
λ c
= 2,43
3.2. Tabele i wykresy.
Dane z obliczeń i pomiarów należy zebrać w tabeli wyników. Winny się tam znaleźć wszystkie mierzone i liczone parametry, istotne dla oceny jakości pracy silnika. Układ tabeli pozostawia się do opracowania przez wykonujących ćwiczenie. Należy pamiętać iż zmienną niezależną dla opracowywanej charakterystyki jest, zgodnie z definicją, obciążenie silnika. Stosowne wykresy parametrów winny być odpowiednio pogrupowane, tak aby zapewnić ich czytelność.
Wnioski z ćwiczenia winy dotyczyć analizy przebiegu parametrów dokonanej w oparciu o wiadomości podane na wykładach z przedmiotu oraz samego przebiegu ćwiczenia.