Страница 2 из 2
Если испытываемый двигатель на судне по своему техническому состоянию не отличается от двигателя, испытанного на стенде завода, то неточность определения эффективной мощности его будет определяться относительными погрешностями при измерении расхода топлива и числа оборотов вала. Таким образом, при определении мощности двигателя на судне по косвенным показателям, если метеорологические условия мало отличны от условий на стенде завода, относительная ошибка составляет 2—5%. При значительных неблагоприятных отклонениях метеорологических условий на судне от стендовых (низкое давление воздуха во впускном коллекторе р0 и высокая температура воздуха Т0) и повышенном сопротивлении выпускного тракта двигателя (повышенное давление в выпускном коллекторе рг) относительная ошибка в определении эффективной мощности двигателя может достигать 10—12%. В случае же сниженных показателей технического состояния двигателя, что может иметь место после продолжительного периода эксплуатации его, ошибка в определении эффективной мощности рассматриваемым методом может достичь более значительной величины, т. е. является недопустимой.
Вследствие износа рабочей втулки цилиндра, поршневых колец, деталей форсунки и топливного насоса продолжительность процесса сгорания топлива в цилиндре дизеля возрастает, что приводит к повышенным тепловым потерям, а следовательно, к снижению индикаторного к. п. д. Для развития необходимой мощности при этих условиях двигатель потребляет больше топлива, т. е. работаете большим удельным расходом топлива. Имея в виду, что целью контрольных теплотехнических испытаний силовой установки теплохода является определение показателей технического состояния главного двигателя (в том числе определение и удельного расхода топлива), можно сделать вывод, что рассматриваемый метод определения эффективной мощности двигателя по расходу топлива и по температуре отработавших газов, при таких испытаниях является неприемлемым. Необходима поправка замеренной мощности. Ниже излагается метод, предложенный нами, исправления значения замеренной мощности двигателя по расходу топлива.
Указанный метод основан на взаимосвязи коэффициента избытка воздуха при горении топлива в цилиндре двигателя ? (суммарного коэффициента, определяемого по составу отработавших газов), среднего эффективного давления ре и удельного эффективного расхода топлива ge.
Как было установлено ранее, эта взаимосвязь выражается

Обозначения в этой формуле были введены ранее.
Для всех дизельных сортов топлива значение L0 мало изменяется и может быть принято равным L0 = 0,49 моль/кг.
Подставляя значение L0, будем иметь

При изменении технического состояния двигателя (износ цилиндра, поршневых колец, деталей топливной системы) зависимость, выраженная приведенной выше формулой, сохраняется, только значения величин, входящих в это выражение, будут другими.
Допустим, что для какого-либо рассматриваемого режима работы двигателя на заводском стенде (мощность Nе и число оборотов вала n об/мин) были замерены величины ?, рe, ge, ?н, р0 и Т0, а при работе этого же двигателя на судне непосредственно на гребной винт эти величины равны ?', рe', ge', ?н', р0' и Т0. Тогда можно написать

Для одного и того же двигателя при различном его техническом состоянии с одинаковой нагрузкой и при одинаковом числе оборотов вала коэффициенты наполнения могут быть приняты равными, если, конечно, фазы распределения не изменены, а потому

Если испытания судна происходят в нормальных условиях плавания (наличие необходимого запаса воды под килем судна при отсутствии сильного встречного ветра и т. п.) и элементы гребного винта соответствуют мощности и числу оборотов, замеренных на стенде завода, то можно принять, что pе' = рe, и соответственно находим

Полученное выражение позволяет произвести корректировку удельного эффективного расхода топлива с учетом изменения технического состояния двигателя и метеорологических условий. Здесь коэффициент избытка воздуха при горении ? и ?’ определяется при одном и том же режиме работы двигателя как на стенде завода, так и на судне по анализу отработавших газов. Ошибка при определении а может быть допущена порядка 1,5—3% и соответственно неточность корректировки удельного расхода топлива будет в допустимых пределах.
В качестве проверки правильности определения ge' может быть произведен подсчет мощности двигателя Nе' как по расходу топлива, так и по значению среднего эффективного давления ре' = ре при данном числе оборотов двигателя n:

Здесь С — постоянная двигателя.
В том случае, когда испытываемое судно имеет гребной винт, не соответствующий стендовым характеристикам двигателя, или же имеется повышенное сопротивление движению судна, будем иметь неравенство ре' ? ре.
Для корректировки мощности в этом случае, замеренной по расходу топлива, допустим в первом приближении, что ge' = ge. При этом условии находим

Соответственно искомая эффективная мощность двигателя при работе на гребной винт с числом оборотов вала n будет равна

В качестве проверки ранее принятого допущения ge' = ge удельный расход топлива может быть определен по часовому расходу топлива:

В случае несовпадения значений удельных расходов топлива (найденного по часовому расходу топлива на судне ge' и ge) следует задаться новой величиной ge' между значениями ge и ранее найденным.
При новом ge' вновь определяется pe' и соответственно мощность Nе'. Такой перерасчет производится до тех пор, пока величина удельного эффективного расхода топлива, принимаемого для определения ре', не совпадет с величиной ge', определяемой по часовому расходу топлива на судне. В качестве примера определим удельный эффективный расход топлива ge' и эффективную мощность Nе' двигателя 6ЧР 27,5/36 (6С275Л), установленного на буксире, с учетом технического состояния двигателя и метеорологических условий.
При испытании двигателя на судне были замерены:
часовой расход топлива Gт = 77 кг;
число оборотов вала двигателя n = 550 об/мин;
температура воздуха, поступающего во впускной коллектор двигателя,
T0' = 310° К;
давление наружного воздуха — 755 мм. рт. ст.;
коэффициент избытка воздуха при горении ?' = 1,95.
Согласно стендовым испытаниям номинальная мощность двигателя при n = 550 об/мин равна Nе = 400 л. с. На эту мощность и рассчитан гребной винт. При режиме работы двигателя на испытательном стенде было установлено:
Удельный расход топлива ge = 0,177 кг/э. л. с.ч.
Коэффициент избытка воздуха при горении ? = 2,2.
Температура воздуха Т0 = 298°К.
Давление воздуха р0 = 755 мм рт. ст.
Эффективная мощность двигателя без корректировки удельного расхода топлива согласно замеренному часовому расходу топлива будет равна

Действительный удельный расход топлива при работе двигателя на судне в период испытаний

Действительная эффективная мощность, развиваемая двигателем на судне,

что совпадает со стендовыми данными.
Предлагаемый метод исправления (корректировки) замеряемой эффективной мощности двигателя на судне по расходу топлива позволяет значительно расширить область определения мощности по косвенным показателям.
Метод определения эффективной мощности по косвенным показателям, с корректировкой соответственно изменению коэффициента избытка воздуха при сгорании топлива в цилиндре испытываемого двигателя, может быть вполне применим и при теплодинамометрических испытаниях судна, проводимых с целью определения технического состояния двигателя.
Очень важно, что этим методом можно пользоваться в повседневной работе теплопартий пароходств.
|