Пояснительная записка ВКР (1224864), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

B_ч – часовой расход топлива дизелем, кг/ч.

Данные показатели измеряют:

- При использовании гидравлических и электромагнитных нагрузочных устройств измеряется тормозной момент;

- Нагрузку в цепи генератора;

Так же для измерения показателей требуется оборудование, такое как:

- Амперметр;

- Вольтметр;

- Электронные весы;

- Бак с топливом;

- Указатели температуры;

2.2 Индикаторные показатели

Индикаторные показатели работы рассчитывают – среднее индикаторное давление, индикаторная мощность, удельный индикаторный расход топлива, индикаторный КПД.

Индикаторная диаграмма показывает, как изменяется давление в цилиндре двигателя за цикл. В качестве параметра фазы цикла может быть объём цилиндра V (рисунок 2.2(а)) или угол поворота коленчатого вала (рисунок 2.2(б)). Такие индикаторные диаграммы называют, соответственно, свёрнутой индикаторной диаграммой и развернутой индикаторной диаграммой. Если индикатор вычерчивает кривую линию, которая показывает, как изменяется давление в цилиндре в зависимости от угла поворота кривошипа, то такая диаграмма называется развернутой. Положение любой точки на кривой этой диаграммы определяет величину давления в цилиндре при соответствующем угле поворота вала.
Развернутая индикаторная диаграмма (рисунок 2.2 (а)) показывает, например, что наибольшее давление в цилиндре дизеля Д49 8,72 МПа (89 кгс/см2) достигается при угле поворота кривошипа нижнего коленчатого вала, равном 7° после в. м. т.

По этой диаграмме может быть получена (пересчетом) кривая изменения температуры газов в цилиндре в зависимости от угла поворота кривошипа.

На так называемой свернутой индикаторной диаграмме (рисунок.2.2(б)) изменение давления дано в зависимости от положения поршня.

а)

б)

Рисунок 2.2 – Индикаторные диаграммы дизеля: развернутая (а), свернутая (б) [7]

Участок 3—А, выделенный на рисунке. 2.2(б), соответствует горению топлива при постоянном объеме. Такой процесс, называемый изохорным (слово «изохорный» происходят от греческих слов isos — равный, одинаковый и chora — место, пространство, занимаемое чем-нибудь), возможен только при очень быстром, почти мгновенном сгорании топлива. Однако практически в двигателе с самовоспламенением от сжатия вся порция жидкого топлива не может быть впрыснута в цилиндр мгновенно и тем более мгновенно сгореть.

Рисунок 2.3 – Графическое изображение процессов горения в координатах p-V (давление - объем) а) сгорание смеси при постоянном объеме (изохорный процесс); б) сгорание смеси при постоянном давлении (изобарный процесс).

Поэтому часть топлива сгорает не при постоянном объеме, а за время перемещения поршня на величину AS. В этот период постепенного (а не мгновенного) сгорания топлива давление газов в цилиндре не повышается, а остается постоянным (изобарный процесс- слово «изобарный» происходит от isos и греческого baros, что означает вес, тяжесть), так как при перемещении поршня одновременно увеличивается объем газов в цилиндре. На рисунке 2.4б (справа) выделена линия А—4, изображающая горение топлива при постоянном давлении. Рабочий цикл дизеля называется циклом со смешанным сгоранием (линия 3—А—4, так как на линии 5—Б имеет место изохорическое сгорание, а на линии А—4 — изобарическое. Все процессы можно увидеть на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Графическое изображение отдельных участков индикаторной диаграммы для дизеля без наддува и соответствующие положения поршня в цилиндре.

Измерение индикаторной диаграммы

На установке используется электронный индикатор, входящий в состав диагностического комплекса «Магистраль» (производства «Техтранс-Д», г. С-Петербург). Величина давления при работе комплекса непрерывно преобразуется в электрический сигнал в тензоэлектрических датчиках ДД (рисунок 2.5), которые сообщены индикаторным каналом с камерами сгорания двигателя. Усилитель датчика имеет температурный компенсатор, что позволяет с высокой точностью определять давление на разных режимах работы двигателя. Привязка данных к углу поворота коленчатого вала осуществляется с помощью индуктивного датчика ИД, реагирующего на зубья шестерни стартера двигателя. Вращение вала от зуба к зубу считается равномерным и программно делится на 4 периода. В зависимости от числа зубьев шестерни достигается та или иная дискретизация измерений по углу поворота вала. Так, например, при 129 зубьях шестерни (как в лабораторной установке) измерение давления происходит с шагом = 360/(129*4)≈0,698 град.

Рисунок 2.5 – Структурная схема аппаратурной части: ДД1…ДД16 – датчик давления; ДВ1…ДВ16 – датчик вибрации; ДТ – датчик тока; ДН – датчик напряжения; ИД – индуктивный датчик; ЛСБИ – локальная станция быстротекущих измерений; МОМ – модуль определения мощности; БСУ – блок согласования и управления; ПК – персональный компьютер

Представленная схема рассчитана на использование комплекса на 16- цилиндровом тепловозном дизеле и, поэтому, предполагает использование 16-и датчиков давления. В учебной комплектации стенд имеет только два датчика давления. Поэтому, в процессе работы будет измеряться индикаторная диаграмма в одном цилиндре.

Следует понимать, что измерение индикаторной диаграммы сопряжено с рядом погрешностей. В первую очередь, это связано с искажениями сигнала давления в индикаторном канале, которые будут тем значительнее, чем длиннее путь газов до мембраны датчика и чем меньше сечение канала. Поэтому при научных исследованиях в заводских условиях двигатель препарируют, устанавливая датчик так, чтобы его мембрана оказалась «заподлицо» со стенкой камеры. Если это не выполнить, то давление в полости датчика и давление в камере двигателя могут и не совпадать. Длинный и узкий канал может приводить к возникновению колебаний газового столба, наблюдающихся при резком увеличении давления. Эти колебания протекают в индикаторном канале и фиксируются датчиком, но это совсем не означает, что в камере двигателя давление также колеблется. На практике эти колебания можно компенсировать обработкой диаграммы, проведя среднюю линию относительно двух огибающих, как это показано на рисунке тонкой сплошной линией. При расчете индикаторной работы это делать не обязательно, т.к. участки с завышенной по величине работой будут автоматически скомпенсированы участками с заниженной.

Объектом исследования является рабочий процесс дизеля на номинальном режиме его работы.

При выполнении работы используется следующее оборудование:

- Лабораторный стенд на базе вспомогательного дизель-генератора рефрижераторного подвижного состава;

- Электронный индикатор в составе аппаратурной части диагностического комплекса «Магистраль»;

- Персональный компьютер со специальным программным обеспечением;

- Топливомер объёмного типа.

Установка и измерительное оборудование:

Дизель-генератор (рисунок 2.6) и комплекс «Магистраль» (рисунок 2.7) расположены в лаборатории «Тепловые двигатели» кафедры «Локомотивы» ДВГУПС.

Рисунок 2.6 – Дизель-генератор с оснащением для индицирования: ДУП – датчик угла поворота; ДД – датчик давления

Рисунок 2.7 – Диагностический комплекс «Магистраль»: БПС –блок питания и сопряжения с компьютером; ЛСБИ – локальная станция быстротекущих измерений

Ниже приводятся основные характеристики дизеля (заводское обозначение):

- номинальная мощность – 20,2 кВт;

- номинальная частота вращения коленчатого вала – 1500 мин^-1;

- степень сжатия – 18;

- камера сгорания – вихревая;

- охлаждение;

- воздушное, вентилятором с ременным приводом от коленчатого вала;

- постоянная кривошипно-шатунного механизма λ=1/4,5.

Для создания нагрузки дизелю используется штатный 3-фазный генератор установки. Ток каждой фазы выпрямляется с помощью диодного моста VD, после чего подаётся на водяной реостат R_н, где все 100 % электрической энергии генератора преобразуются в тепловую. Наглядно схему индикаторного процесса можно увидеть на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 – Схема индикаторных показателей дизеля [8]

Оборудование для измерения:

- Датчик давление в камере сгорания;

- Датчик угла поворота коленчатого вала;

- Локальная станция быстротекущих измерений:

- Измерительный шунт;

- Топливомер;

- Электрические приборы в цепи нагрузки;

- Ареометр;

- Счетчик газа;

- ПК;

2.3 Исследование процесса сжатия

Исследования процесса сжатия включает в себя – построение свернутой и развернутой индикаторной диаграммы. Процесс сжатия в двигателях внутреннего сгорания необходим для создания условий сгорания рабочей смеси, расширения температурного перепада цикла и, как результат, более высокого термического КПД. В действительном цикле он проходит в условиях непрерывного теплообмена с деталями двигателя. На рисунке 9 представлены кривая сжатия ас, линия постоянных показателей адиабаты be, политроп fg и кривая du переменного показателя политропы. Все описанные линии и точки можно наблюдать на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Линия процесса сжатия

На участке am при движении поршня от н.м.т к в.м.т теплота подводится к рабочему телу от нагретых деталей. В точке m температуры тела и стенок выравниваются. При дальнейшем сжатии (кривая mc) температура рабочего тела будет больше температуры стенок и теплоприток идет к деталям двигателя.

Ввиду сложности расчетов параметров конца сжатия с переменным показателем политропы n1 считают, что процесс сжатия описывается политропой pVⁿ¹= const с постоянным показателем n1. При этом полагают, что работа процесса сжатия с переменным и постоянным показателем политропы одинакова.

Среднее значение показателя политропы сжатия (n1) колеблется в пределах: для карбюраторных двигателей – 1,32 – 1,39; для дизелей – 1,36 – 1,41.

Показатель полтропы в двигателях зависит от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, интенсивности охлаждения и др.

Параметры конца сжатия определяют по уравнению политропы

pVⁿ¹= const

Для точек а и с процесса сжатия (линии ас) уравнения имеет вид

pVⁿ¹= pVаⁿ¹, (2.7)

Для точек а и с процесса сжатия (линия ac) уравнение имеет вид

p_сV_cⁿ¹ = p_aV_aⁿ¹, (2.8)

Откуда p_с = p_а (Va/Vc)ⁿ¹, а отношение Va/Vc = ε . Тогда

p_с = p_aε^n1. , (2.9)

Давление в конце сжатия зависит главным образом от степени сжатия и оно находится в пределах: для карбюраторных двигателей – 0,8…1,5; для дизелей (без наддува) – 3,0…5,5 Мпа.

Температуру рабочей смеси в точке с определяют по уравнению политропы

TVⁿ¹ = const.

Для начала и конца сжатия можно написать равенство

Т_сV_c^n1-1 = Т_a V_a^n1-1

Характеристики

Список файлов ВКР