Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Повышение эффективных показателей дизель-генераторных установок за счет утилизации теплоты их отработавших газов 10
1.1 Требования, предъявляемые к силовым установкам 11
1.2 Анализ энергетических параметров теплоты выбрасываемой двигателем внутреннего сгорания в атмосферу 20
1.3 Системы утилизации тепловых потерь силовых установок 23
1.3.1 Паросиловые установки с внешним парообразованием 24
1.3.2 Термоэлектрические генераторы 27
1.3.3 Газовые турбины 29
1.3.4 Двигатели Стерлинга 29
1.3.5 Воздушные расширительные машины ; 31
1.3.6 Поршневые двигатели с внутренним парообразованием 33
1.3.6.1 Двигатели с поверхностным парообразованием 33
1.3.6.2 Двигатели с внутренним объемным парообразованием 34
1.4 Цель и задачи исследования.. 37
Глава 2 Структура физической модели силовой установки 39
2.1. Принципы системного анализа установок двухуровневого использования теплоты . 40
2.2 Особенности исследуемой силовой установки как многоуровневой технической системы. 45
2.3 Процессы способствующие обезвреживанию отработавших газов в утилизационном двигателе 50
2.4 Показатели для оценки эффективности силовой установки 52
Глава 3 Математическая модель силовой установки 57
3.1 Разработка конструкции утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием 57
3.2 Математическая модель силовой установки с утилизационным поршневым двигателем с внутренним объемным парообразованием... 66
Глава 4 Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента 85
4.1. Экспериментальная установка 85
4.1.1 Силовая установка 85
4.1.2 Оборудование экспериментальной установки 94
4.1.3 Оценка погрешности измерений 97
4.2 Методика экспериментального исследования... 104
Глава 5 Результаты экспериментального исследования 120
5.1 Влияние регулировочных и эксплуатационных характеристик утилизационного двигателя на частоту вращения его коленчатого вала, на характер процесса сжатия в нем, на дымность и токсичность отработавших газов силовой установки 120
5.2. Оценка адекватности математической модели двигателя с внутренним объемным парообразованием 128
5.3 Исследование рабочего процесса утилизационного двигателя 130
5.4 Изменение мощностных, экономических и экологических показателей силовой установки с утилизационным двигателем 144
Заключение 152
Список использованной литературы
- Требования, предъявляемые к силовым установкам
- Принципы системного анализа установок двухуровневого использования теплоты
- Разработка конструкции утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием
- Оборудование экспериментальной установки
Введение к работе
В современных условиях существенно возрастает роль автономных энергоисточников, в частности дизель-генераторных установок (ДГУ), обеспечивающих стабильность энергоснабжения различных хозяйственных и военных объектов. В связи с этим исследование путей повышения эффективности дизель-генераторов за счет улучшения экономических и экологических показателей является весьма актуальной задачей.
Если учесть, что в состав ДГУ входят двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых около 55% теплоты, получаемой в их цилиндрах,, безвозвратно теряется в окружающую среду, то становится очевидным, что проблемы дальнейшего повышения их экономичности, увеличения количества вырабатываемой ими энергии являются особенно актуальными. Для решения этой проблемы необходимо представлять причины и механизм появления тех или иных потерь энергии топлива в процессе преобразования ее в работу, а также величины этих потерь.
Одним из наиболее перспективных путей решения указанных проблем, является утилизация бросовой теплоты первичного двигателя (ПД) ДГУ. Вьщелившаяся при сгорании топлива теплота «теряется» либо с поверхности двигателя и его систем, либо с уходящими из него отработавшими газами (ОГ). Значительная часть «потерь» приходится именно на ОГ. В дизелях они составляют 85-110 % в сравнении с эффективной мощностью, в карбюраторных двигателях превосходят ее на 25-45 %. Приведенные цифры свидетельствуют об относительно невысоких экономических показателях ДВС.
Выбрасываемые в атмосферу ОГ содержат большое количество токсичных веществ. Их более 280 и они наносят непоправимый вред здоровью человека, возведенным им зданиям и сооружениям, окружающей природе. В современном двигателестроении снижение экологического вреда, наносимого поршневыми ДВС, является важнейшей самостоятельной
6 задачей, решение которой во многих случаях отрицательно влияет на их мощностные и экономические показатели [57].
Большие «потери» энергии, которыми сопровождается работа силовой установки (СУ) свидетельствуют о значительных резервах повышения их показателей в случае утилизации этой энергии. Сказанное относится не только к возможности получения дополнительной работы без потребления дополнительного топлива, но, как показали наши исследования, и к улучшению экологических характеристик поршневых ДВС.
Существует целый ряд технических систем, которые могут быть использованы для утилизации теплоты ОГ ДВС. Сравнительный анализ этих систем, проведенный в настоящей работе, показал перспективность применения утилизационных поршневых двигателей с внутренним объемным парообразованием (ДВОП). Разработка и исследование таких двигателей ведется на кафедре двигателей Челябинского военного автомобильного института. Однако, среди выполненных работ нет комплексного исследования, посвященного вопросам одновременного повышения мощностных, экономических и экологических показателей поршневых ДВС за счет утилизации теплоты их ОГ при помощи поршневых двигателей с внутренним объемным парообразованием.
Таким образом, возникает противоречие между возможностью
утилизации теплоты ОГ с помощью ДВОП и недостаточной изученностью
влияния параметров рабочего цикла ПД и утилизационного двигателя (УД)
на эффективность утилизации в целом.
Цель настоящего исследования - Повышение экономических и экологических показателей дизель-генератора совершенствованием энергопреобразований в его силовой установке.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать математическую модель рабочего цикла СУ ДГ, состоящей из первичного двигателя и утилизационного ДВОП.
2. Создать силовою установку ДГ состоящую из дизеля КамАЗ-740 и
опытного образа утилизационного ДВОП.
3. Исследовать закономерности энергопреобразований в СУ ДГ и
определить рациональные конструктивные и регулировочные параметры
ДВОП.
4. Разработать конструктивные рекомендации применения
утилизационного ДВОП для повышения экономических и экологических
показателей СУ ДГУ.
Объект исследования - процессы энергопреобразования в силовой установке дизель-генератора состоящей из дизеля КамАЗ-740 и утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием.
Предмет исследования - закономерности и характеристики энергопреобразования в указанной силовой установке, обеспечивающие ее эффективность.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается применением комплекса современных информативных и объективных методов исследования, подбором современной измерительной аппаратуры, систематической ее поверкой и контролем погрешностей, выполнением рекомендаций соответствующих стандартов и руководящих технических материалов на испытания и корректной статистической обработкой экспериментальных данных с использованием ЭВМ. Научные положения и выводы проверены результатами, полученными в ходе экспериментов.
Методы и методика исследования. Исследования проведены с использованием методов термодинамики, теорий теплообмена и двигателей, вычислительной математики и планирования на базе многофакторного эксперимента. Методика исследования предусматривала сочетание натурных и модельного экспериментальных исследований технической системы, состоящей из дизеля КамАЗ-740 и утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием.
Научная новизна работы состоит:
-экспериментально подтверждена гипотеза о возможности повышения экономических и экологических показателей СУ ДГ за счет утилизации теплоты ОГ с помощью утилизационного ДВОП, при сохранении без изменений суммарной мощности СУ;
-разработана физическая модель силовой установки с двухуровневым использованием теплоты, состоящая из ПД и утилизационного ДВОП, отражающая структуру физических процессов и связи между отдельными иерархическими уровнями и внутри их.
-на основе физической создана математическая модель рабочего цикла СУ ДГ. С ее помощью установлены закономерности влияния конструктивных и регулировочных параметров ПД и ДВОП на выходные показатели СУ ДГ;
-установлена взаимосвязь между температурой ОГ ПД, температурой стенок цилиндра УД, давлением, продолжительностью и моментом начала впрыскивания воды в цилиндр последнего с одной стороны и эффективными показателями УД и СУ - с другой.
Практическая ценность работы состоит в том, что использование полученной математической модели рабочего цикла СУ ДГ позволяет расчетным путем оценить возможности ДВОП по утилизации теплоты ОГ ПД и влияние конструктивных и регулировочных параметров СУ ДГ на ее рабочий цикл и выходные показатели. Определены оптимальные значения параметров рабочего цикла СУ ДГ, обеспечивающие ее максимальную эффективность по экономическим и экологическим показателям.
Представленные в диссертации материалы могут найти применение в научно-исследовательских, проектно-конструкторских организациях и на заводах, занимающихся созданием теплосиловых установок на базе ДВС.
Реализация результатов работы. Материалы диссертационного исследования реализованы в ФГУП 21 НИИИ, используются и внедрены при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении отдельных лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники» и
9 «Теплотехника» в Челябинском и Рязанском военных автомобильных институтах.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и одобрены на международном Форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2000-2002 г.); Российской конференции «Естественные науки в военном деле» в рамках четвертой Международной выставки вооружения и военной техники (Омск, 2001); Всероссийской научно-технической конференции «Инженерная защита окружающей среды в транспортном строительстве» (Челябинск, 2002 г.); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» (Челябинск, 2003 г.); научно-методическом семинаре с участием сотрудников кафедр «Двигатели», «Эксплуатация военной автомобильной техники» и «Автомобильная техника» Челябинского военного автомобильного института (Челябинск, 2003 г.), 53-й научно-технической конференции ЧГАУ (Челябинск, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ, получено шесть свидетельства на полезную модель.
Диссертация содержит 169 страницы машинописного текста, 46 рисунков, 20 таблиц и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка основной использованной литературы, включающего 128 наименований, и приложения.
Требования, предъявляемые к силовым установкам
Силовые установки (СУ) дизель-генераторных установок (ДГУ) должны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к СУ подвижных средств, кроме требований по обеспечению подвижности и динамических качеств машин.
Конструкция двигателя должна обеспечивать возможность частичного использования мощности СУ на привод различных агрегатов и специальных устройств.
К СУ, как и к любому объекту техники, предъявляются определённые эстетические, а также патентно-правовые требования [19,77].
Помимо этого к СУ ДГУ предъявляются ряд специфических требований [99]:
1. Стационарные двигатели внутреннего сгорания в тех случаях, когда они входят в состав автоматизированных СУ с дистанционным пуском, должны пускаться при любом положении коленчатого вала. Во всех других случаях они могут пускаться из так называемых пусковых положений.
2. Двигатели передвижных СУ не должны иметь неуравновешенных сил инерции и их моментов. Стационарные СУ допускают наличие неуравновешенных сил инерции и их моментов, а амплитуды колебаний двигателей вместе с фундаментами могут быть доведены до приемлемых величин за счёт весов фундаментных массивов, а также при помощи амортизирующих устройств.
3. Регуляторы частоты вращения двигателей стационарных агрегатов должны обеспечивать возможность установки номинальной частоты вращения при любой нагрузке от 10 до 100 % номинальной мощности.
4. Параметры системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала стационарных СУ должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10511 к системам регулирования скорости не ниже третьего класса точности. При этом номинальный наклон регуляторной характеристики двигателя должен быть 3 % ..
5. Двигатели с автоматическим регулированием частоты вращения коленчатого вала должны быть приспособлены для установки измерительных преобразователей и исполнительных механизмов, а регуляторы частоты вращения должны быть снабжены приводами, обеспечивающими выполнение задач автоматизации (ГОСТ 13822).
6. Регуляторы двигателей, приводящих в действие электрогенераторы, должны автоматически (без регулировки вручную) обеспечивать изменение частоты вращения при сбросе активной номинальной нагрузки. Регуляторы безопасности и предельные выключатели должны прекращать подачу топлива при увеличении частоты вращения свыше 15 % от номинальной.
7. Номинальная (рабочая) частота вращения коленчатого вала СУ должна отличаться от критической (соответствующей резонансу крутильных колебаний) не меньше чем на 20 %.
9. Двигатели должны охлаждаться только при помощи замкнутых систем, заполняемых умягчённой пресной или дистиллированной водой с антикоррозионными присадками. В целях повышения эффективности СУ рекомендуется использовать системы высокотемпературного охлаждения. Допустимая температура выходящей охлаждающей жидкости устанавливается в зависимости от напряжённости деталей цилиндропоршневой группы двигателя.
10. При первоначальном заполнении систем охлаждения двигателя охлаждающей жидкостью воздух должен вытесняться автоматически через компенсационные баки или цистерны, которые, по возможности, должны иметь свои замкнутые контуры циркуляции с трубами возврата охлаждающей жидкости, включенными во всасывающие трубы вблизи циркуляционных насосов.
11. Смазка двигателя может быть только циркуляционной под давлением, с надёжными устройствами для фильтрации масла и надёжными средствами для гашения пены. В системах циркуляционной смазки, в которых масло самотёком уходит из картеров должно быть обеспечено полное удаление масла, а у высокооборотных двигателей внутреннего сгорания должны быть предусмотрены средства для откачки из картеров масла, накапливающегося в них при нескольких несостоявшихся пусках или по другим причинам.
Помимо этого двигатели СУ должны обеспечивать работу установки при 10 % перегрузке в течение 2 ч.
Перечисленные требования ко всем СУ представлены в общем, виде и дают качественную характеристику СУ, которая может считаться эталонной. В соответствии с квалиметрической терминологией, установленной ГОСТ 15467, совокупность выходных свойств, обуславливающая пригодность двигателя и его систем для использования по назначению, может рассматриваться как качество СУ.
Из всего комплекса свойств составляющих качество, для технико-экономической оценки целесообразно выделить группу, характеризующую эффективность объекта.
В данном случае под эффективностью СУ понимается способность вырабатывать заданную механическую энергию при минимальных материальных и трудовых затратах, связанных с производством и эксплуатацией, а также при наименьшем отрицательном влиянии на функциональные показатели обеспечиваемого энергией объекта и готовность к использованию в специфических условиях [9].
Принципы системного анализа установок двухуровневого использования теплоты
Объектом настоящего исследования является техническая система - силовая установка ДГУ [10,47], состоящая из двух контуров использования теплоты, одним из которых является первичный двигатель, а другим - двигатель с внутренним объемным парообразованием [97]. Подобные технические системы называют установками двухуровневого использования теплоты [12].
Первичным контуром использования теплоты в настоящем исследования служил дизель КамАЗ-740 [20]. В нем при сжигании топлива выделяется теплота, имеющая относительно высокий термический потенциал, соответствующий температуре процесса сгорания. Часть этого потенциала используется для совершения полезной работы, которая, в конце концов «снимается» с коленчатого вала дизеля. Другая часть энергии, выделившейся при сгорании топлива в форме теплоты, уходит из цилиндра: через стенки, окружающие процесс сгорания, с «потерянной» частью рабочего тела в связи с утечками его из надпоршневого пространства, с ОГ. Как отмечалось ранее, особо велики «потери» энергии с ОГ, и их целесообразно утилизировать. Однако, температура этих газов меньше их температуры во время сгорания. Поэтому термический потенциал теплоты ОГ соответственно ниже, чем процесса сгорания в цилиндре дизеля [4]. Это обстоятельство следует иметь в виду, так как дальнейшее использование указанного потенциала предполагает его трансформацию в работу в ДВОП. Предназначенную для этой цели систему называют вторичным контуром использования теплоты.
Рассматриваемая СУ представляет собой единый комплекс разнообразных элементов. В этом комплексе непрерывно осуществляются взаимно связанные физические и химические процессы самой различной природы. Всякое изменение любого параметра или характеристики любого элемента СУ в той или иной степени влияет на параметры, характеристики и показатели всей системы. Одновременно на работе системы в целом сказывается воздействие внешних факторов, таких как, условий эксплуатации СУ и условий окружающей среды.
Таким образом, для рассматриваемой системы характерна большая сложность внутренних и внешних связей и в то же время необходим их комплексный учет.
Указанные обстоятельства заставляют при исследовании и оценке качества СУ использовать системный подход, цель которого заключается в раскрытии реального механизма функционирования сложных систем, комплексного решения задач их анализа и синтеза [13].
Анализ СУ, рассматриваемого в настоящей работе типа, показывает, что они могут и должны служить предметом системного подхода, так как действительно представляют собой сложные системы, которые, с одной стороны, являются составной частью более сложной системы - ДГУ, определяющей рамки ее создания и функционирования; с другой - ввиду наличия отдельных контуров СУ, эту систему, в свою очередь, можно рассматривать как сложную совокупность взаимосвязанных подсистем.
Сказанным подтверждается принципиальная возможность и необходимость использования системного подхода при исследовании особенностей работы СУ.
Следует отметить, что «в настоящее время системный подход еще не вполне оформился теоретически и недостаточно оснастился конструктивным аппаратом исследования. В связи с этим системный подход нельзя рассматривать как совокупность строго установленных правил» [107]. Тем не менее, обобщая эвристические процедуры системного подхода, можно сформулировать следующие основные этапы исследования процессов, происходящих в СУ:
1. Вьщеление исследуемой системы из более общей. На этом этапе должны быть четко очерчены границы исследуемой системы, установлены ее внешние связи, проведен анализ целей ее создания и функционирования, сформулирована в общем виде задача по изучению системы, а также выбраны соответствующие конкретные критерии ее оценки.
2. Выяснение внутренней структуры исследуемой системы, состава ее подсистем, элементов и видов связей между ними. Цель этого этапа - достижение возможно более отчетливого представления о внутренней структуре и свойствах объектов исследования, т. е. построение иерархии СУ.
3. Формулировка задач, решаемых применительно к каждой подсистеме (элементу). Целью этого этапа является распределение по уровням иерархии всего многообразия конкретных задач, которые необходимо решить в процессе анализа СУ.
4. Выявление характера взаимодействия отдельных систем в рамках установленной иерархии. Цель этого этапа состоит в определении тех показателей, которые характеризуют взаимодействие каждой системы с другими и внешней средой.
5. Проведение систематизирующего ретроспективного анализа и оценка перспективных направлений исследования и создания СУ рассматриваемого в настоящей работе профиля.
В соответствии с методологией системного подхода обсуждаемую физико-техническую систему можно представить в виде структурной схемы (рис. 2.1). Выше отмечалось, что СУ как система, с одной стороны, входят в более общие внешние системы. Одной из них является ДГУ, на котором установлена СУ.
Другая внешняя система - окружающая среда. Использование СУ происходит при постоянном участии человека, который управляет ею, производит обслуживание и регулировку. Он также является внешней системой по отношению к СУ.
Разработка конструкции утилизационного двигателя с внутренним объемным парообразованием
Для разработки конструкции двигателя работающего на теплоте ОГ ДВС необходимо дать определение, тепловому двигателю.
Тепловым двигателем называют непрерывно действующую систему, осуществляющую круговые процессы (циклы), в которых теплота превращается в работу. Вещество, за счет изменения, состояния которого получают работу в цикле, именуется рабочим телом. В табл. 3.1 приведены веществ используемых в качестве рабочего тела [28].
Для получения энергии пользуются телами различных агрегатных состояний - твердыми, жидкими и газообразными. Для перевода тела из одного агрегатного состояния в другое требуется вполне определенные условия. Так, например, переход воды в газообразное состояние при нормальном атмосферном давлении происходит при температуре около 373К [4].
Газообразное тело, вследствие способности к большему расширению при нагревании, наиболее удобно для использования его в качестве рабочего тела. Также необходимо учитывать стоимость производства и безопасность использования вещества, применяемого в качестве рабочего тела.
Поэтому рабочим телом тепловых двигателей является газ или пар. Газ можно рассматривать как пар определенной жидкости, находящейся далеко от состояния насыщения.
Как известно, для каждого газа существует некоторый температурный предел - критическая температура, выше которой никаким повышением давления газ не может быть превращен в жидкое состояние.
Большинство газообразных веществ, встречающихся в обычных теплотехнических процессах, - устойчивые рабочие тела, не меняющие своего агрегатного состояния, т. е. не переходящие в жидкость или парообразное состояние. Пар находится в некотором промежуточном состоянии между жидкостью и газом [75].
Перегретый пар, подобно газам, имеет устойчивое агрегатное состояние при изменениях параметров, но только в известных пределах. Чем выше степень перегрева, тем больше перегретый пар приближается по сбоим свойствам к газам и подчиняется их законам. Устойчивое агрегатное состояние водяного пара при температуре выше 1 =647,27 К [100].
Трудности использования теплоты ОГ и охлаждающей жидкости заключаются в том, что, во-первых, ее температура составляет всего 320-370 К, во-вторых, температура ОГ составляет 850-1300 К при полной нагрузке, этой энергии также не достаточно для преобразования ее в механическую работу. По этим причинам энергию ОГ и охлаждающей жидкости в ДВС не всегда используют. Вероятность ее использования возрастает при объединении энергии ОГ с энергией охлаждающей жидкости.
У охлаждающей жидкости следует предварительно повысить температуру, так как она может быть непосредственно использована лишь в переходном состоянии из жидкого в парообразное. Передача теплоты осуществляется различными способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.
Теплопроводность представляет собой процесс передачи тепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела, имеющих различные температуры.
Под конвекцией теплоты понимают процесс передачи тепловой энергии при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой [101].
В природе и технике элементарные процессы распространения теплоты обычно происходят совместно.
Повышение температуры охлаждающей жидкости можно производить нагревом ОГ в специальных котлах. Температура газов, покидающих котел, не должна быть меньше 420-270 К. В силу этого, с учетом сравнительно низких температур газов и охлаждающей жидкости, поступающих в котел, удается получить пар с давлением 0.3-0.5 МПа, а у двигателей большой мощности с давлением 1.7-1.8 МПа.
В котлах используется примерно половина энергии ОГ. За счет этой энергии удается испарить около 5-8 % охлаждающей жидкости или подогреть 50-60 % ее до температуры 370 К [113].
По принципу действия котлы являются рекуперативными теплообменными аппаратами. В них ОГ отделены от охлаждающей жидкости твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки. Так как в рекуперативных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью стенки, их называют поверхностными. Здесь неизбежны потери при теплопередаче, а также низки скорости теплопередачи.
В смесительных аппаратах теплота передается при непосредственном соприкосновении и смешении горячих ОГ с распыленной жидкостью. В этом процессе объединяются теплообмен и массообмен. В данном случае потери значительно меньше, а скорость теплопередачи выше, чем в рекуперативных аппаратах. Смешивая ОГ с распыленной жидкостью, получаем пар с более высокой температурой и давлением, что позволяет использовать энергию пара в паровой поршневой машине. Паросиловые установки давно применяются как утилизаторы теплоты ОГ судовых дизелей [113].
Одним из возможных вариантов утилизации теплоты ОГ является использование парового двигателя, в цилиндр которого поступают ОГ ДВС, сжимаются и в них впрыскивается вода [49,89]. Расчеты показывают, что температура в конце сжатия может достигать 1770 К и более. Распыленная вода в этих условиях интенсивно испаряется, рабочее тело расширяется, производя полезную работу. В результате увеличивается общая мощность СУ (включающей ДВС и УД), снижается удельный расход топлива и вредное воздействие ДВС на окружающую среду [90,94].
Оборудование экспериментальной установки
Дизель КамАЗ-740 с помощью карданного вала [65] соединен с валом ротора балансирного динамометра постоянного тока 6 испытательного стенда DS-1036-4/N 7 [42] (рис. 4.1). Испытательный стенд типа DS имеет возможность работать с плавным переходом от двигательного режима к генераторному. Имеющееся оборудование позволяет автоматически поддерживать частоту вращения коленчатого вала двигателя в широком диапазоне нагрузки при работе в режиме генератора и двигателя, а также автоматически управлять величиной крутящего момента.
Испытательный стенд DS-1036-4/N имеет следующие характеристики: тормозная мощность потребляемая - 245 кВт; мощность в режиме генератора - 230 кВт; мощность в режиме двигателя - 216 кВт; напряжение якорей - 660 В; ток в цепи якорей - 248 А; частота вращения вала ротора - до 3000 мин"1; напряжение возбуждения - 220 В.
Настройка требуемого значения частоты вращения и крутящего момента может осуществляться ручным потенциометрическим регулятором с пульта управления, либо автоматически. Нагрузочный режим работы двигателя регулировался путем изменения подачи топлива и частотой вращения вала тормоза, мощность поглощалась за счет рекуперации электрической энергии. В ходе предварительных экспериментов была установлена зависимость температуры ОГ дизеля от его режима работы.
В системе охлаждения дизеля отсутствовали радиатор и вентилятор. Охлаждение двигателя производилось проточной водопроводной водой, причем поддержание нормального теплового режима двигателя обеспечивалось положением рукояток кранов и термостатами. Контроль температуры охлаждающей жидкости осуществлялся по магнитоэлектрическому термометру марки TUE - 48-1 [58]. В смазочную систему изменения не вносились. Контроль давления масла осуществлялся по указателю давления масла, а температура масла - по термометру TUE - 48-1. В систему питания дизеля включен автоматический измеритель расхода топлива 2 типа АИР-50 [66], позволяющий определять часовой расход топлива. Расход воздуха определялся с помощью ротационного газового счетчика 4 типа РГ-600-1-1.5 [66].
Для снижения противодавления в системе выпуска испытательного стенда использовали вытяжной вентилятор ВВД-6. Часть ОГ из выпускной системы дизеля направлялась через патрубок в цилиндр утилизационного двигателя.
Утилизационный двигатель с помощью клиноременной передачи (см. рис. 4.2) был связан с собственной тормозной установкой 30. С помощью этой же тормозной установки производили пуск ДВОП.
Контроль температуры ОГ дизеля на входе в ДВОП и уходящих из него в атмосферу газов производился с помощью хромель-алюмелевой термопары 29 (см. рис. 4.1) типа Т-80-Т [58] и потенциометра марки КСП-4. Для определения расхода ОГ дизеля, поступающих в ДВОП, использовался ротационный газовый счетчик 10 типа РГ-40-1 [66]. Давление газов на входе в ДВОП контролировали с помощью U-образного водяного пьезометра 9. Температуру впрыскиваемой воды и температуру стенок цилиндра измеряли термопарами ХК (11,25) и регистрировали потенциометром.
Измерение частоты вращения коленчатого вала УД производилось частотомером PC 01-0745 с выводом на цифровую индикацию пульта управления.
Контроль температуры окружающего воздуха производился по показаниям термометра ТЛ-18, а атмосферного давления - по барометру типаМ-98[77].
Для исследования рабочего процесса ДВОП использовался пьезоэлектрический двулучевой индикатор давления 8 типа 2780-S «Орион» [84].
Для непосредственной регистрации давления в цилиндре ДВОП использовался пьезоэлектрический датчик типа №1.
Основные технические характеристики данного датчика: Предел избыточного давления: макс. 14 МПа; Предел избыточного давления: стат. 10 МПа; Чувствительность: не менее 1,4 МПа/пф; Постоянная времени: не менее 60 с; Собственная частота: свыше 20 кГц; Охлаждение: водяное.
Высокая собственная частота датчика (20 кГц) в сочетании с линейной характеристикой усилителя, определяющей рабочий диапазон частот до 60-100 кГц, обеспечили регистрацию без искажений рассматриваемых высокочастотных процессов.
Для регистрации момента начала подъема иглы и продолжительности впрыска на головке ДВОП был установлен контактный узел 5 (см. рис. 4.5), который при начале движения коромысла 4 замыкал цепь от источника питания напряжением 0,1 вольта до левой розетки усилителя дополнительных сигналов пьезоэлектрического двулучевого индикатора давления. При этом на луче диаграммы появлялся пробел, которой исчезал при размыкании контактов 5.
Сигналы «мертвых точек» генерировались фотоэлементом датчика угла поворота датчика хода, который соединен с валом ДВОП, и передавались к правой розетке усилителя дополнительных сигналов пьезоэлектрического двухлучевого индикатора давления.
