Стенд ускоренных испытаний аксиально - поршневых двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621. 436: 629. 431. 125 (075.8)

СТЕНД УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ АКСИАЛЬНО - ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Э.Л. Топалов, О.В. Куликова

В статье рассматривается стенд ускоренных испытаний АПД и методика расчета теплового баланса

Ключевые слова: стенд испытаний двигателей

Испытания двигателей внутреннего сгорания производят после их изготовления и каждого ремонта, связанного с разборкой и регулировкой, с целью проверки работоспособности и определения его фактических параметров и показателей.

После сборки двигатель заправляют смазочным маслом, топливом, проверяют

герметичность систем смазки, питания и охлаждения. После устранения неполадок в течении двух часов проводят обкатку на холостом ходу. После регулировки и обкатки двигатель испытывают под нагрузкой

последовательно на режимах 25, 50, 75 и 100% номинальной мощности. Продолжительность работы на каждом режиме 2 часа. Результаты испытаний заносятся в журнал. В режим ускоренных испытаний входит добавление

кварцевой пыли (фракции до 20мкм) в

количестве 2г на 1л масла при снятом фильтре. Микрометраж производят как до испытаний, так и после него, фиксируя темп износа. В отчет об испытаниях вносятся все замечания по регулировке двигателя и данных химического анализа топлива и смазки.

При испытаниях на нагрузочных режимах регламентируют:

1) температуру смазочного масла на

выходе из двигателя;

2) давление в системе смазки при

температуре масла 70°С;

3) максимальное давление сгорания;

4) угол опережения подачи (впрыска) топлива;

5) температуру отработавших газов;

6) частоту вращения вала при номинальной мощности двигателя.

Принципиальная схема стенда для определения основных параметров двигателя при его испытании в составе двигатель-генераторной установки (ДГУ) представлена на рисунке.

Топалов Эдуард Львович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (4 732) 52-34-52

Куликова Оксана Валерьевна - ВГТУ, ст. преподаватель, тел. (4 732) 52-34-52

) 13

Принципиальная схема стенда для испытания аксиально-поршневых двигателей: 1 - емкость топлива; 2

- электронные весы для определения расхода топлива; 3

- приборы контроля окружающей среды; 4 - датчик

температуры масла; 5 - датчик давления; 6 - датчик температуры корпуса двигателя; 7 - двигатель АПД; 8 -генератор; 9 - электроизмерительные приборы; 10 -нагрузочный реостат; 11 - анализатор отработавших газов; 12 - датчик температуры отработавших газов; 13 -тахогенератор ТЭ-4; 14 - электропневматический

индикатор.

Для снятия характеристик АПД его предварительно прогревают до температуры 60°С и настраивают агрегаты системы питания и регулирования в соответствие с техническими требованиями.

Нагрузочную характеристику снимают при номинальной частоте вращения вала ротора, изменяя подачу топлива, от частоты вращения вала холостого хода до предельного. Постоянный скоростной режим работы поддерживается нагрузочным устройством.

Независимой переменной при снятии нагрузочной характеристики является эффективная мощность АПД.

Внешнюю скоростную характеристику снимают при максимальном расходе топлива при устойчивой частоте вращения вала во всем скоростном диапазоне работы регулятора.

Регуляторную характеристику снимают при частоте вращения вала ротора, соответствующей максимуму вращающего момента при фиксированном положении органа управления регулятора путем изменения нагрузки от нуля до номинальной.

Для построения характеристик АПД по результатам испытаний необходимо не менее восьми точек. Каждое измерение производится при установившемся режиме работы и

устойчивых показаниях всех измерительных устройств и приборов.

Погрешность в определении по результатам испытаний мощности АПД должна быть не более ±2%, удельного эффективного расхода топлива ±3%. Точность определения основных эффективных показателей обеспечивается при следующей допустимой погрешности прямого измерения параметров двигателя и окружающей среды:

Вращающий момент, %.....................±0,5

Частота вращения вала ротора, %.........±0,5

Расход топлива, %.......................±0,5

Расход воздуха (отработавших

газов), %...............................±2,0

Температура отработавших

газов, °С................................±20

Давление отработавших газов, %..........±3,0

Температура масла в системе

смазки, °С..............................±1,0

Окружающая среда:

температура воздуха, °С.................±0,5

давление, мм рт. ст.....................±1,0

относительная влажность, %..............±2,0

Все контрольно-измерительные приборы, используемые при испытаниях, имеют паспорта и соответствующие проверки. Паспортные данные приборов заносятся в протоколы испытаний.

Во время проведения испытаний соблюдаются правила техники безопасности и противопожарной техники, установленные для эксплуатации и технического обслуживания

Две.

Обработка результатов испытаний определения эффективной мощности АПД. Эффективную мощность двигателя при его испытании в составе ДГУ находят по формуле:

N = П, (1)

п

где Рэл - электрическая мощность на клеммах генератора, кВт Пг - КПД генератора по паспорту, при 100 кВт - пг =0,87

Приведенная эффективная мощность (температура воздуха 20°С, давление 0,1013МПа, относительная влажность 70%) определяется по формуле:

746Г

N ст = N -------------- , (2)

(В - Рп) • 293 где Т - температура окружающей среды, К;

В - барометрическое давление во время испытаний, мм рт. ст.;

Рп - парциальное давление водяных

паров в воздух, мм рт. ст.

Определение расхода топлива. Расход топлива при объемном способе измерения определяют по формуле:

От = 10-3 АУрт-1, (3)

где АУ - объем мерной емкости, см2; р - плотность топлива, г/см3; т - время опорожнения мерной емкости, с.

При массовом способе измерения:

От = 10-3 А ат -т-1, (4)

где А От - разность показаний весового устройства за время измерения, г; т - длительность измерения, с.

Удельный эффективный расход топлива определяют по формуле:

8е = 3600 От/ N (5)

Плотность топлива должна быть 0,83 кг/дм3.

Определение индикаторной мощности двигателя. По результатам обработки индикаторных диаграмм, снятых со всех í цилиндров АПД, рассчитывают индикаторную мощность по формуле:

п

N = 103п/2-60 ^ Рг • УЬ, (6)

г=1

где п - частота вращения вала АПД, мин-1;

Р{ - среднее индикаторное давление в цилиндре, МПа;

Уь - рабочий объем цилиндра, м3.

Среднее индикаторное давление в цилиндре рассчитывается по формуле: тр

Р{ =тр'Уср =--- (У1 + У2 +У3 +• • • Ук), (7)

к

где тр - масштаб диаграммы по давлению, МПа/мм; к - число участков обработки; у1, у2, ..., ук - ординаты концов участков обработки диаграммы, мм.

При обработке диаграмм, снятых

электропневматическим индикатором,

используют прозрачный планшет,

накладываемый на диаграмму.

Определение коэффициента избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха

определяют по данным анализа отработавших газов и подсчитывают для полного и

неполного сгорания топлива с образованием

окиси углерода по формуле:

а =

0,21(0,79 + рг[рв2] (0,79 + вт) • [СО2]

(8)

а = 1 +_______[О2]+ °-5[С0]______ (9)

([СО2]+[СО](1 + вт/0,79) ’

где [О2], [СО], [СО2] - объемное содержание соответственно кислорода, окиси углерода и двуокиси углерода в отработавших газах, %;

Рт - химическая характеристика топлива.

Атмосферный воздух, участвовавший в процессе сгорания топлива, состоит из 79% азота и 21% кислорода. Химическая характеристика топлива определяется по формуле:

Ц,= ^С1(Нт - От), (10)

Ст 8

где Ст, Нт, От - массовое содержание соответственно углерода, водорода и кислорода в топливе, % (принято Ст+Нт+От=100%).

Характер процесса сгорания топлива устанавливают по контрольному

соотношению:

|С02| + |02| < 0,21 - рт |С02| (11)

Знак равенства соответствует полному сгоранию топлива, а превышение правой части соответствует неполному сгоранию топлива в двигателе.

Составление топливного баланса двигателя. Теплота, превращенная в механическую энергию, отнесенная к единице времени равна эффективной мощности АПД: Ое = N

Потеря теплоты с отработавшими газами определяется:

^Qt Срг I г a Iq Gt

срв ТВ;

(12)

где Ог - расход отработавших газов, кг/с; срг, срв - удельные теплоемкости при постоянном давлении газа и воздуха, кДж/кг-К;

Тг, Тв - температура выхлопных газов и воздуха, К;

а - коэффициент избытка воздуха;

1о - количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг;

От - расход топлива, кг/с.

Удельную теплоемкость отработавших газов определяют по данным газового анализа:

СО 2

с' v + (100 - |СО 2|)с" v

где си; с - удельная теплоемкость при постоянном объеме углекислого газа и азота, кДж/кг-К;

рг - плотность отработавших газов, кг/м3 Потерю теплоты при охлаждении двигателя определяют:

Оохл Gl

охл р охл

АТо

(14)

где Оохл - расход охлаждающего воздуха, кг/с;

ср охл - удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха, кДж/кг-К; АТохл - изменение температуры воздуха в системе охлаждения двигателя, К.

Потеря теплоты от неполноты сгорания топлива:

|го|

Qhc qc * Ус * GT * Ст+ qco(1 Ус)сг

|СО2|

где дс, дсо - удельная теплота сгорания углерода и окиси углерода, кДж/кг.

Потеря теплоты с маслом системы смазки:

QM Ом см АТм

(15)

где Ом - количество масла в системе смазки, кг/с;

см - удельная теплоемкость масла, кДж/кг-К;

АТм - изменение температуры (нагрев) масла в системе смазки АПД, К.

Прочие потери теплоты при испытании АПД, включающие рассеяние тепла в окружающую среду от нагретой поверхности двигателя, кинетическую энергию

отработавших газов, определяются из соотношения:

Опр = ОтОрн-(Ое+ Ог+ Оохл+ Онс+Ом), (16)

где Орн - теплота сгорания топлива, кДж/кг; для дизельного топлива Орн=42500 кДж/кг.

Тепловой баланс позволяет оценить энергетическое состояние двигателя и работу его систем.

Литература

1. ГОСТ 14846. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. М.: Стандарт, 1970. 37с.

(13)

100ре

Воронежский государственный технический университет

STAND FOR SPEEDED UP AXIAL - PISTON MOTOR TESTING E.L. Topalov, O.V. Kylikova

Nu main subject of the article is the stand for speeded up axial - piston motor test descniption and the thenmal balance calculation method

Key words: axial - piston motor testing stand