Теплотехнические испытания судовых дизелей

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ 

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Захаров Г.В. , Алексин М.Н.

Теплотехнические испытания судовых дизелей

Учебное пособие

Альтаир–МГАВТ

Москва
2011

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ 

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Захаров Г.В. , Алексин М.Н.

Теплотехнические испытания судовых дизелей

Учебное пособие

Альтаир–МГАВТ

Москва 
2011

Захаров Г.В. , 
Алексин М.Н.

Теплотехнические испытания судовых дизелей

Учебное пособие

Компьютерная верстка: Нистратов  И.Н.

Подписано в печать _____. ______.2011

Формат 60x90/16. Объем  1,5 п. л.
Заказ № ______ Тираж________экз.

Альтаир–МГАВТ

Московская государственная академия водного транспорта
117105 г. Москва, Новоданиловская набережная, д. 2, корп. 1

УДК–621.43

Захаров Г.В.; Алексин М.Н. Теплотехнические испытания судовых дизелей.

Учебное пособие. – М.: Альтаир МГАВТ, 2011 – 24 с.

Является учебным пособием к теоретическому курсу по учебной дисциплине

«Эксплуатация судовых энергетических установок».

Основная 
задача 
пособия 
—
знакомство 
с
приборами 
и
методами 

теплотехнических испытаний
судовых
дизелей, в судовых условиях, в период 

эксплуатации.

Пособие предназначено для студентов специальности
180405 – «Эксплуатация 

судовых энергетических установок».

Рецензент: доктор технических наук, профессор В.И. Толшин

Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе на заседании 

кафедры судостроения и судоремонта (протокол №10 от 14.04.2011).

Рекомендовано к изданию Учебно—методическим советом МГАВТ.

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов несут авторы 

и кафедры академии, выпускающие учебно-методические материалы

© МГАВТ, 2011

© 
Захаров 

Г.В.,2011

©Алексин М.Н., 2011

Содержание

Стр.

Виды испытаний и задачи 
4

Измерения в процессе испытаний                                                                                       4

Измерение мощности                                                                                                          
4

Индицирование двигателей                                                                                                
8

Определение механического к.п.д. двигателя                                                                  20

Измерение расхода топлива и масла                                                                                 21

Список используемой литературы                                                                                       22

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ  ИСПЫТАНИЯ СУДОВОГО

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ И ЗАДАЧИ

Проведение теплотехнических испытаний судов в процессе эксплуатации  необходимо 

для определения оптимальных режимов работы пропульсивных и энергетических установок, 
выявления недостатков
и разработки мероприятий, направленных на их устранение и 

дальнейшее улучшение установок.

Испытания делятся на следующие виды:
Стендовые — проводимые заводом при наладке отдельных агрегатов и узлов головных 

образцов технических средств.

Приемосдаточные
—
проводятся после постройки или ремонта судна. После 

постройки судна проверяется соответствие энергетической установки утвержденной 
технической документации. Результаты испытаний  вносятся в формуляры, паспорта и другие 
отчетные документы по техническим средствам и судну в целом. Испытания после ремонта 
проводятся с целью проверки качества ремонта, определения технического состояния и 
работоспособности технических средств, систем и судна в целом.

Полные (комплексные) — проводятся в процессе эксплуатации судна. Определяются 

скоростные и тяговые характеристики судна, характеристики главных и вспомогательных 
двигателей, вспомогательных и утилизационных паровых котлов, опреснительных установок. 
Проводится сравнение полученных характеристик с паспортными и дается оценка их 
соответствия.

Контрольные 
теплотехнические
—
получение 
технико-эксплуатационных 

характеристик работы двигателей, паровых котлов, пропульсивной установки, выяснения 
причин их отклонения от паспортных данных и разработки мероприятий, направленных нам 
устранение выявленных недостатков, получения материалов для технического нормирования 
расходов  топлива и масел.

Специальные — связанные с использованием новых сортов топлив и смазочных масел, 

модернизации пропульсивной или энергетической установки, а также всестороннего 
исследования работы отдельных механизмов, агрегатов, аппаратов и систем. 

ИЗМЕРЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИСПЫТАНИЙ

Точность измерений при сдаточных испытаниях не имеют столь большого значения 

как при проведении специальных теплотехнических испытаниях или при проведении научных 
исследований.

В перспективе с внедрением на судах автоматических систем управления и контроля 

техника измерений значительно упростится, а процесс измерений ускорится. 

Измерение мощности

При испытаниях различают индикаторную мощность двигателя, т.е. мощность, развиваемую 

газами в цилиндре, и эффективную мощность, или мощность на выходном валу двигателя.

Индикаторную мощность одного цилиндра дизеля определяют по формуле (кВт).

Рiц = С рi n ,

где
C — постоянная двигателя
pi — среднее индикаторное давление в цилиндре, Н/м2.
n — частота вращения коленчатого вара, рад/с.

Коэффициент С для одного цилиндра двигателя простого действия:

С = FSz /1000

где
S — ход поршня, (м),
F — площадь поршня, (м2).
z — коэфф. тактности 1-для 2-х тактных,  0,5 – для 4-х тактных.

Для одного цилиндра двигателей с расходящимися поршнями:

P iц = pi FSвz/1000 + piFSnz/1000 ,

piв, piн — среднее индикаторное давление, отнесенное к верхнему   и нижнему поршню, Н/м.
Sв  и  Sн — ход верхнего и нижнего поршней (м)

Мощность цилиндра двигателя двойного действия:

Piц = piв FSnz/1000 + piн (F-f) Snz/1000,   

piв , piн —
среднее индикаторное давление верхней и нижней полостей цилиндра 

(н/м2)

Мощность всего двигателя - сумма мощностей его цилиндров

Pi= Piц

Эффективная мощность двигателя:

Pe =  ηм Pi

где                           η м— механический КПД

Кроме того, мощность, развиваемая двигателем, может быть определена:

Pe= Mω /1000 = Mn / 159,1
M – вращающий момент, (Нм)
ω= 2π n — угловая скорость вращения вала двигателя, (рад/с)
n — частота вращения вала, (рад/с)

В судовых условиях вращающий момент на валу двигателя можно измерить при 

помощи торсионных динамометров (механических, оптических, акустических, электрических) 
Принцип работы торсиометров состоит в том, что на валу на определенном расстоянии 
устанавливаются два кольца, которые вследствие  скручивания вала при передаче момента 
смещаются одно относительно другого.

Угол скручивания и относительное смещение точек на валу пропорциональны 

вращающему моменту, который вычисляется по формуле:

M = GIp/l ,

 — угол скручивания вала между базовыми сечениями, (рад)
G — модуль сдвига материала вала (Н/м2)
Ip — полярный момент инерции сечения вала, (м )
l — расстояние между сечениями, взятыми для измерения, (м)

На некоторых морских судах установлены штатные торсиометры, которые позволяют 

определять эффективную мощность двигателей, исходя из более простой зависимости:

Pe = G’ nm,

G’ — величина, постоянная для данного торсиометра, получаемая при стендовой 

калибровке ториометра с валом,

n — частота вращения вала, (рад/с)
m — отсчет по шкале торсиометра, пропорциональный углу скручивания вала.

Этот способ контроля мощности двигателя является наиболее простым, удобным и 

точным и несмотря на значительную стоимость этих приборов, торсиометры все чаще стали 
появляться на судах в качестве штатных приборов.

Эффективную 
мощность 
дизель-генераторов 
определяют 
по 
показаниям 

электроизмерительных приборов:

Для постоянного тока

Pe = IU 10 / ηг ηп

где         
I — сила тока, А
U — напряжение на зажимах генератора, В
η г и η п — КПД генератора и передачи

для переменного тока

Pe = m IфUф cos 10 / ηг ηп
Pe = W 10  / ηг ηп

m — число фаз
Iф — фазовое значение силы тока, А 
Uф — фазовое напряжение на зажимах генератора, В 
cos  — коэффициент мощности ( сдвиг по фазе между напряжением и током)
W — показание ваттметра, Вт

Если не предусмотрен индикаторный привод двигателя и торсиометр мощность 

дизеля можно определить с помощью нескольких косвенных методов.

Эти методы применяются при наличии характеристик, полученных при стендовых (или 

ходовых) испытаниях на различных скоростных режимах. Эти методы применяются при 
выполнении следующих условий: дизель находится в хорошем техническом состоянии –
основные параметры двигателя : угол опережения подачи топлива, давление сжатия  и 
сгорания, температура выпускных газов и низшая теплотворная способность топлива  
совпадают с соответствующими параметрами стендовых или ходовых испытаний. 

В практике широко применяется метод определения мощности дизеля по отношению 

часового расхода топлива к частоте вращения  Bt/n. Величина
(Bt/n) пропорциональна 

цикловой подаче топлива в цилиндры двигателя. Для определения мощности используют 
данные стендовых испытаний о расходе топлива, частоте вращения, среднем индикаторном 
или среднем эффективном давлении и построенную графическую зависимость среднего 
индикаторного (эффективного) давления от цикловой подачи топлива.

Для определения мощности необходимо:
- замерить часовой расход топлива (Вt) на установившимся режиме,
- одновременно определить частоту вращения дизеля (n),
- по совмещенному графику скоростных характеристик pi (pe) = f (Bt/n) определить 

среднее индикаторное (эффективное) давление, а затем мощность двигателя. Номограмма 
для дизеля 8 NVD - 48U .

Другой способ определения эффективной мощности дизеля 8 ДР 43/61 по замеренному 

расходу топлива производится по рекомендации завода «Русский дизель». На установившемся 
режиме определяют частоту вращения и часовой расход топлива  приведенный к 41 900 
кДж/кг (10 000 ккал/кг). Затем определяют относительный часовой расход топлива в 
процентах от часового расхода номинального режима, взятого из формуляра  стендовых 
испытаний двигателя:

Воtн = (Вtо /Вtн) 100 %

По относительному часовому расходу топлива и замеренной частоте вращения по 

универсальной характеристике определяют мощность двигателя.

Иногда используются полученные на стендовых испытаниях графические зависимости 

мощности дизеля от температуры выхлопных газов (или величины хода топливной рейки) и 
частоты вращения.

При отсутствии скоростных характеристик эффективную мощность двигателя (кВт) 

можно в первом приближении определить по формуле:

Ре = Вtо/bе

где    Вtо — замеренный часовой расход топлива, приведенный к теплотворной 

способности Q = 41 900 кДж/кг, (кг/ч).

bе — паспортный удельный эффективный расход топлива, (кг/кВt ч)

Индицирование двигателей

Среднее индикаторное давление рабочего процесса двигателя определяют по 

индикаторным диаграммам, которые снимают специальными приборами – индикаторами 
мощности. На судах морского и речного флота применяют в основном механические 
индикаторы двух видов – со спиральными и стержневыми пружинами. Принцип действия 
их одинаков. Наиболее распространены индикаторы с наружной пружиной типов 50 и 30. 
Индикаторы имеют специальное пишущее устройство, с помощью которого вычерчивается 
графическое изображение рабочего цикла, т.е. замкнутая кривая, отражающая изменение 
давления газов в цилиндре двигателя в зависимости от изменения объема, описываемого 
поршнем.

Индикатор типа 50 применяют для индицирования дизелей с частотой вращения до 

300 об/мин, индикатор типа 30 – до 500 об/мин.

Барабаны индикаторов бывают 40 и 50 мм. При диаметре 40 мм длина диаграммы 90 

мм, при диаметре 50 мм – 120 мм.

При индицировании дизелей обычно используют поршенек диаметром 9,06 мм. 

Поршенек диаметром 20,27 мм применяют для снятия диаграмм со слабой пружиной и