Laboratorium

Okrętowych Silników Spalinowych

Charakterystyka obciążeniowa

Stanowisko silnika 3AL25

1. 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”.

2. Stanowisko pomiarowe

Ćwiczenie wykonywane jest na silniku 3AL25 o następujących danych technicznych:

- moc znamionowa N_n = 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 p_b [hPa] lub [mmHg]

zanotować gęstość paliwa ρ_pal [kg/m_­­³]

zanotować wartość opałową paliwa W_d [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,

3. 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 η_p wyraża się wzorem:

η_p =
(2)

gdzie:

N_el moc prądnicy odczytana z miernika -(tab.1 poz.1)

3º Średnie ciśnienie efektywne oblicza się ze wzoru

[kPa] (3)

gdzie:

N_e - moc efektywna [kW] obliczona ze wzoru (1),

τ - wsp. suwów = 2,

V_s - 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:

V_pom objętość zbiornika pomiarowego =4.06 [dm³] = 4.06·10^-3 [m³]

ρ gęstość paliwa [kg/m_­­­­³]

τ czas zużycia dawki paliwa [s]

6º Jednostkowe zużycie paliwa

[kg/kWh] (6)

7º Średnie ciśnienie indykowane:

p_i =⅓(p_i1+p_i2+p_i3) (7)

gdzie

p_in 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:

Δ_p=
[Pa] (10)

g - przyśpieszenie ziemskie - 9,81 m/s²

ၲ - gęstość wody - 1000 kg/m³

• stosunek ciśnień

(11)

(12)

(13)

(14)

m_t=4.85675Ψ_s (15)

M_pow =
[kg/s] (16)

11º Jednostkowe zużycie powietrza

m_p =
[kg/kWh] (17)

12º Całkowity współczynnik nadmiaru powietrza:

przyjmuje się że teoretyczne zapotrzebowanie powietrza L_t 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

η_p =

η_p =
= 0,9426

=

=
0,01472 [m³]

=
=956,6 [kPa]= 0,957 [MPa]

=
=67,74 [kg/h]

=

p_i =⅓(p_i1+p_i2+p_i3)= p_i =⅓(1,20+1,18+1,16) = 1,18 [MPa]

=
= 0,811

=
= 0,329

Δ_p =
=

p_ot =
101688 [Pa]

=0,99139
=0,9877246

=

=
=0,13060

m_t=4.85675Ψ_s =4,85675 Ⴗ0.13060 = 0,634297

M_pow =
=
=0,642153[kg/s]

m_p =
=
=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.

---