Указания к оформлению отчёта о лабораторных работах

1.

Лабораторные работы по СГЭО (Аудиторное занятие)
Гаврилов В.В. Испытания дизеля 2 Ч11/13 по нагрузочной и
винтовой
характеристикам:
Методические
указания
к
выполнению лабораторных работ. – СПб.: СПГУВК, 2011. – 50 с.
(источник №15 по списку)
7. УКАЗАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЁТА
О ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ (с. 43)
Состав отчёта (ГОСТ 7.32-2001)
ВВЕДЕНИЕ;
ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ (четыре раздела);
ЗАКЛЮЧЕНИЕ;
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
ВВЕДЕНИЕ (с.43)
Цель работ.
Задачи работ.
(Для достижения цели необходимо было решить ряд задач: …. )
1. ОПИСАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ
УСТАНОВКИ (с.43)
Наряду с текстом представить изображение дизеля и схему
экспериментальной установки.
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНТЙ И
ОБРАБОТКИ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ (с. 44)
Подразделы 5.5 ; 5.6 ; 6.1 и 6.2 .
В отчёте подразделы нумеровать: 2.1; 2.2 …. и т. д.
7

2.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ И ИХ РАСЧЕТНОЙ
ОБРАБОТКИ (с.44)
Представить:
Первичный протокол испытаний;
Результаты расчетов в виде таблиц;
(расчёты рекомендуется выполнить в среде Excel);
3. Графики, объединённые в три группы кривых (см. рис. 3):
I. N e , pe , M , t г .
II. Gт , gц , Gв , ge , e , , н .
III. Статьи относительного теплового баланса: qт , qe , qw , qг , qнб .
ПРИМЕЧАНИЯ.
Графики нагрузочной характеристики следует изобразить в виде
функций нагрузки (среднего эффективного давления pe );
Графики винтовой характеристики – в виде функций частоты
вращения коленчатого вала n .
Диаграмму теплового баланса представить в виде нарастающего
итога (см. рис. 4).
Графики сравнения уровней ge при работе дизеля по
нагрузочной и винтовой характеристикам изобразить на одном
рисунке (см. рис. 8).
На графиках должны быть нанесены опытные точки, шкалы и
обозначены кривые;
Масштаб диаграмм надо выбрать удобным для анализа.
8

3.

Рис. 3. Нагрузочная характеристика
дизеля
9

4.

Рис. 4. Диаграмма теплового баланса дизеля
при работе по нагрузочной характеристике
Рис. 8. Сравнение уровней удельного эффективного расхода топлива при
работе дизеля по нагрузочной и винтовой характеристикам:
а) – нагрузочная характеристика;
б) – винтовая характеристика.
10

5.

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ И РАСЧЕТОВ
(с.27)
Слово «анализ» в названии раздела означает, что в отчете
следует не только констатировать результаты, но и объяснить их.
В качестве примера анализа рекомендуется использовать
материалы подраздела 6.3 методических указаний.
==============================================
6.3. Примеры анализа результатов испытаний (с. 27)
6.3.1. Работа дизеля по нагрузочной характеристике
Нагрузочная характеристика – зависимость параметров и показателей
дизеля от нагрузки (от среднего эффективного давления pe или
крутящего моментаM ) при постоянной частоте вращения ( n const ).
ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ОТ НАГРУЗКИ (с. 29)
Из рис. 3: N e f ( pe ) – прямая линия. Докажем это.
Из лекций pe Le
,
V
где Le – эффективная работа цикла, кДж;
s
Vs – рабочий объем цилиндра, м3.
Таким образом, эффективная работа от одного цикла в одном
цилиндре Le Vs pe .
«Секундная работа» всех цилиндров, то есть эффективная мощность
двигателя
n
N e Vs iz
60
pe
,
(1)
где, i – число цилиндров; z – коэффициент тактности;
n – частота вращения коленчатого вала, мин–1.
Т.о. при n const формулу (1) можно записать
N e B pe ,
N e pe
то есть
– эффективная мощность пропорциональна среднему
эффективному давлению (см. рис. 3).
(2)
11

6.

ЗАВИСИМОСТЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ОТ СРЕДНЕГО
ЭФФЕКТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ (с.31)
Докажем, что M f ( pe ) – прямая линия (см. рис. 3).
Из выражения (2): N e
Но N M , т.е. N e
pe .
Mn .
Видим, что при n const N M , след-но с учётом (2) N e
e
Т.о. M f ( pe ) – прямая линия
pe
.
И M , и pe , являясь «жестко» связанными величинами,
характеризуют нагрузку двигателя.
ЗАВИСИМОСТЬ ИНДИКАТОРНОЙ МОЩНОСТИ
И МЕХАНИЧЕСКОГО КПД ОТ НАГРУЗКИ (с. 31)
Рис. 5.
Характер зависимостей N i f ( pe ) и
м f ( pe ) ?
(См. рис. 5). Из лекций N i N e N м .
(сумма эффективной мощности N e и
мощности механических потерь N м ).
Можно принять, что при n const
N м const , т.к. N м f ( n) .
(3)
Тогда N i f ( pe ) – прямая линия.
Механический КПД двигателя:
Ne N i Nм
N
const
.
(4)
1 м 1
Ni
Ni
Ni
Ni
При pe мех. КПД м – по мере снижения полезной нагрузки все
м
большая доля энергии, вводимой в дизель с топливом, расходуется на
преодоление механических потерь.
Поэтому одной из основных причин снижения эффективного КПД
двигателя по мере уменьшения его полезной нагрузки является
существенное падение механического КПД.
12

7.

ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА
ДЛЯ СГОРАНИЯ ОТ НАГРУЗКИ (с. 33)
Характер зависимости f ( pe ) ? (см. рис. 3)
Из лекций:
G
Gв
в
L G
14, 33G ,
0 т
т
(5)
где Gв – часовой расход воздуха на двигатель, кг/ч;
Gт – часовой расход топлива, кг/ч;
L0 14, 33 – теоретически необходимое количество воздуха для
сгорания 1 кг топлива, кг/кг.
В результате каждого насосного хода поршня в цилиндр всасывается
из атмосферы один и тот же объем воздуха. Поэтому при
n const
часовой расход воздуха Gв практически постоянен
( Gв const ).
Но при pe циклова подача топлива qц и при
n const , соответственно, Gт .
Т.о. по формуле (5) при pe (весьма существенно).
ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА НАПОЛНЕНИЯ
ЦИЛИНДРА ОТ НАГРУЗКИ (С.34)
н f ( pe ) см. на рис. 3.
Gв
,
(6)
60Vs niz 0
где i – число цилиндров; z – коэффициент тактности дизеля;
Из лекций:
н
0 – плотность воздуха перед двигателем.
Выше указано: Gв const . Но на самом деле при pe расход
воздуха несколько уменьшается ( Gв ).
Дело в том, что при pe Т ст .цил Т (подогрев заряда цил .)
в (воздуха) М в Gв .
Поэтому по формуле (6) при pe коэфф-т наполнения н .
13

8.

ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО КПД ДИЗЕЛЯ ИЛИ
УДЕЛЬНОГО ЭФФЕКТИВНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА
ОТ НАГРУЗКИ (с. 34)
Кривые e f ( pe ) и ge f ( pe ) (см. рис. 3) обратны друг другу:
e 3600 Qн ge
Основные причины снижения e при уменьшении нагрузки pe :
1) м (см. выше).
2) .
(Подача в цилиндр чрезмерного количества воздуха
(«балластного») снижает уровень температур подвода теплоты в
цикл, следовательно, снижает t , i и соответственно снижает
эффективный КПД e .
3) qц .
(Цикловая подача топлива становится настолько малой и процесс
впрыскивания становится столь коротким, что давление подачи
топлива в цилиндр не успевает вырасти до уровня, обеспечивающего
надлежащее качество распыливания).
=============================================
Весьма распространенный
характер кривых показан
на рис. 6:
Рис. 4. Диаграмма теплового
баланса дизеля
14

9.

6.3.2. Работа дизеля по винтовой характеристике (с. 38)
Для водоизмещающих судов:
M c1n2 ,
(7)
pe c2 n2 ,
(8)
N e c3 n3.
(9)
См. рис. 7.
Мощность механических потерь N м и
условное среднее давление механических
потерь pм :
N м с4 n ,
(10)
(11)
pм с5 n 1 ,
где =1,5–2,0; c4 , c5 – постоянные
коэффициенты.
Судя по значениям показателей степени
и 1 , темпы возрастания N м и pм с
увеличением частоты вращения n существенно ниже темпов возрастания N e и pe .
Это означает, что с ростом n уменьшаются
относительные механические потери:
N
1
м м
.
Ni 1 Ne
Nм
Рис. 7. Винтовая
характеристика дизеля
Соответственно возрастает механический КПД м :
м 1 м .
Зависимость м f n показана на рисунке.
При переводе двигателя на режимы частичной мощности винтовой
хар-ки мощность механических потерь N м существенно снижается.
В этой же ситуации при работе по нагрузочной хар-ке N м остаётся
постоянной.
15

10.

6.3.3. Топливная экономичность дизеля при работе
по нагрузочной и винтовой характеристикам (с. 41)
Рис. 8. Сравнение уровней удельного эффективного расхода топлива при
работе дизеля по нагрузочной и винтовой характеристикам:
а – нагрузочная характеристика; б – винтовая характеристика.
Одна и та же эффективная мощность дизеля может быть получена и при его работе
по нагрузочной характеристике, и при работе по винтовой характеристике.
По результатам испытаний дизеля необходимо ответить на два вопроса:
1. По какой из указанных двух характеристик (нагрузочной или
винтовой) следует работать дизелю, чтобы обеспечить уменьшенный
удельный эффективный расход топлива на режимах частичной
мощности?
2. Каковы причины различия в уровне топливной экономичности
дизеля в широком диапазоне мощностей при его работе по нагрузочной
и винтовой характеристикам?
16

11.

Укажем основные причины этого различия.
1. 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. Это означает, что в соответствии с формулой (10) имеет
место уменьшенная N м . Это, в свою очередь, обеспечивает
улучшенную топливную экономичность, то есть уменьшенный
удельный эффективный расход топлива.
2. При уменьшенной частоте вращения при работе по винтовой
характеристике некоторая частичная мощность получается при
увеличенном крутящем моменте (по сравнению с нагрузочной
характеристикой), то есть при увеличенной цикловой подаче топлива.
Увеличенная подача способствует обеспечению высокого давления
распыливания топлива форсункой (несмотря на уменьшенную
частоту) и, соответственно, обеспечению высокого качества
смесеобразования и высокоэффективного сгорания топлива. Результат
– уменьшенный при работе дизеля по винтовой характеристике.
3. Увеличенная цикловая подача топлива при работе по винтовой
характеристике обеспечивает работу дизеля при несколько меньшем
коэффициенте избытка воздуха для сгорания α , чем на нагрузочной
характеристике. Напомним, что чрезмерно повышенный α в режимах
частичной мощности при работе по нагрузочной характеристике –
одна из причин низкого КПД дизеля и, соответственно, высокого
расхода топлива в этих режимах (см. п. 6.3.1). Таким образом,
уменьшенный α при работе по винтовой характеристике позволяет
получить уменьшенный уд. эфф. расход топлива.
11