Файл: Испытания Дизеля 2 Ч11-13 по Нагрузочной и Виновой Характеристикам.docx

3. Расчетные формулы

3.4 Результаты испытаний двигателя

П о данным, указанным на рисунке 3 и в таблице 4, построены графики на рисунках 4-6.

Рисунок 4 – Нагрузочная характеристика двигателя

Рисунок 5 – Диаграмма теплового баланса двигателя при нагрузочной характеристике двигателя

а) б)

Рисунок 6 – Сравнение уровней удельного эффективного расхода топлива при работе двигателя по нагрузочной и винтовой характеристикам:

а) – нагрузочная характеристика; б) – винтовая характеристика.

3. Анализ результатов испытаний

   1. Работа по нагрузочной характеристике

1. Зависимость эффективной мощности N_e от нагрузки двигателя p_e:

На рисунке 4 видно, что зависимость N_e = f ( p_e ) выражается прямой линией.

«Секундная работа» всех цилиндров, то есть эффективная мощность многоцилиндрового двигателя

где, i – число цилиндров; z – коэффициент тактности; n – частота вращения коленчатого вала, мин^–1.

Используя «метод от противного» предположим, что множители изменяются с возрастанием нагрузки. Тогда график перестанет иметь форму прямой, а это противоречит тому, что мы наблюдаем на рисунке 4.

Из этого можно сделать вывод, что при работе двигателя по нагрузочной характеристике эффективная мощность пропорциональна нагрузке, а остальные множители являются константами.

2. Зависимость крутящего момента ???? от нагрузки двигателя

Выше доказано, что N_e ∼ p_e. Так как N_e ∼ M·n, то при n = const получаем N_e ∼ M, следовательно, M ∼ p_e.

Эти рассуждения свидетельствуют о том, что обе величины – и M, и p_e являются «жестко» связанными величинами, и на графике их зависимость представляет собой прямую.

3. Зависимость коэффициента избытка воздуха для сгорания ???? от нагрузки двигателя ????_????:

К оэффициент избытка воздуха ???? определяется по формуле:

где G_в – расход воздуха, ???? = 14,33 – теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг топлива, кг/кг, G_т – часовой расход топлива, кг/ч.

---

В результате каждого хода наполнения в цилиндр всасывается из атмосферы один и тот же объём воздуха. Причем ввиду того, что дизель 2 Ч11/13 без наддува, воздух, поступивший в цилиндр, имеет практически одну и ту же массу после каждого хода наполнения. Поэтому при работе дизеля по нагрузочной характеристике часовой расход воздуха G_в практически постоянен (G_в const).

Следовательно, можно заключить, что коэффициент избытка воздуха ???? в большей степени зависит от часового расхода топлива G_т, а тот, как видно из графика, возрастает с увеличением нагрузки.

Таким образом, сказанное означает, что при снижении нагрузки p_e коэффициент избытка воздуха для сгорания  существенно увеличивается.

4. Зависимость эффективного КПД ????_???? двигателя или удельного эффективного расхода топлива ????_???? от нагрузки ????_????

Результаты испытаний дизелей по нагрузочной характеристике показывают, что в диапазоне малых нагрузок при уменьшении нагрузки эффективный КПД ????_???? всегда снижается.

Напомним общеизвестный факт: ????_???? и ????_???? – строго обратные по отношению друг к другу величины. Следовательно, аналогичные утверждения (обратные) справедливы относительно ????_e = f ( p_e ): при уменьшении нагрузки (в диапазоне малых нагрузок) удельный эффективный расход топлива ????_???? возрастает.

Основные причины снижения ????_???? при уменьшении нагрузки:

• существенное падение механического КПД (при снижении среднего эффективного давления (полезной нагрузки) всё большая доля энергии, вводимой в двигатель с топливом, расходуется на преодоление механических потерь);

• значительный рост коэффициента избытка воздуха для сгорания, который негативно влияет на рабочий процесс (обеднённая топливно-воздушная смесь, снижение температуры воздуха в КС, следовательно, снижение термического и индикаторного КПД цикла)

• снижение цикловой подачи топлива и укорачивание процесса впрыскивания, приводящие к снижению давления впрыска, которое не обеспечивает надлежащего качества распыливания, а значит, качество сгорания также ухудшается.

---

2. Диаграмма теплового баланса

На рисунке 5 изображена диаграмма теплового баланса дизеля при работе по нагрузочной характеристике. Указанную диаграмму принято изображать в виде нарастающего итога.

Доля теплоты q_e, преобразованная в полезную работу, которая по существу является эффективным КПД _e, с уменьшением нагрузки существенно снижается по причинам, рассмотренным выше.

При нагрузке равной 4,5 МПа статья «небаланс» ^qнб несколько «проседает». Это может быть вызвано, например, тем, что неточно сняты показания в процессе измерений.

3. Сравнение топливной экономичности двигателя при работе по нагрузочной и винтовой характеристикам

Из графиков на рисунке 6 следует, что при переводе двигателя на режим некоторой частичной мощности удельный эффективный расход топлива при работе двигателя по винтовой характеристике существенно отличается от работы по нагрузочной характеристике. Укажем основные причины этого различия.

• При работе по нагрузочной характеристике мощность механических потерь N_м на частичной мощности дизеля практически такая же, как при номинальной мощности. Та же частичная мощность на винтовой характеристике получается при уменьшенной частоте вращения n. Это значит, что увеличивается механический КПД, т.е. обеспечивается улучшенная топливная экономичность, (уменьшенный ????_е). По графику видим, что при одной и той же мощности Ne = 4,6 кВт разные значения ????_е: при винтовой 303 г/кВт‧ч, при нагрузочной 433 г/кВт‧ч, что подтверждает вышесказанное.

• При уменьшенной частоте вращения n на винтовой характеристике некоторая частичная мощность получается при увеличенном крутящем моменте M_e (по сравнению с нагрузочной характеристикой), то есть при увеличенной цикловой подаче топлива ????_ц. Увеличенная ????_ц способствует обеспечению высокого давления распыливания топлива форсункой и обеспечению высокого качества смесеобразования и высокоэффективного сгорания топлива. Результат влияния этих обстоятельств – уменьшенный ????_е при работе дизеля по винтовой характеристике.

• Увеличенная цикловая подача топлива ????_ц на винтовой характеристике обеспечивает работу дизеля при несколько меньшем коэффициенте избытка воздуха для сгорания α, чем на нагрузочной характеристике.

• Чрезмерно повышенный α в режимах частичной мощности при работе по нагрузочной характеристике – одна из причин низкого КПД дизеля в этих режимах. Таким образом, уменьшенный α на винтовой характеристике позволяет получить уменьшенный ????_е.

---

Заключение

В ходе лабораторной работы выполнены испытания двигателя 2Ч11/13. Работа двигателя велась по винтовой и нагрузочной характеристикам. В процессе испытаний измерены основные параметры: расход топлива, расход воздуха, расход и температура воды, нагрузка и температура отработавших газов.

На основании испытаний составлен протокол, по результатам обработки которого проведен расчёт характеристик двигателя, а также его теплового баланса. По результатам расчёта выполнены графики, с помощью которых произведен анализ полученных данных.

Согласно графикам, основные параметры двигателя существенно зависят от нагрузки, за исключением некоторых, таких как расход воздуха и коэффициент наполнения.

Экономичность испытуемого двигателя на фоне современных дизелей находится на низком уровне (на номинальном режиме). Удельный расход топлива современных отечественных корабельных высокооборотных двигателей на полной (номинальной) мощности составляет [4]. Возможные причины низкой топливной экономичности испытанного двигателя:

• малые размеры рабочего цилиндра;

• объёмно-плёночное смесеобразование (камера сгорания «типа ЦНИДИ»)

• высокая изношенность топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы деталей двигателя.

Таким образом, результатом лабораторной работы является оценка уровня параметров и показателей двигателя, а также обоснование характера их изменения при изменении режима работы двигателя.

---

Список использованных источников

1. Гаврилов В.В. Испытания дизеля 2Ч11/13 по нагрузочной и винтовой характеристикам: Методические указания к выполнению лабораторных работ. – СПБ.: СПГУВК, 2011. – 50 с.

2. Камкин С.В. Эксплуатация судовых дизелей: учебник / С. В. Камкин, И.В. Возницкий, В.П. Шмелёв – М.: Транспорт, 1990. – 334 с.

3. Брук М.А., Рихтер А.А. Режимы работы судовых дизелей: Учебное пособие. – Л.: Судпромгиз, 1963. – 486 с.

4. Характеристики судовых двигателей. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.korabel.ru/putevoditel/sudovoi_dvigatel.html (дата обращения: 22.10.2023).

---