ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΜΒΟΛΟΦΟΡΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 11 Μέτρηση κατανάλωσης καυσίμου Εμβολοφόρων Κινητήρων
ΑΣΚΗΣΗ 11: ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΕΜΒΟΛΟΦΟΡΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΛΟΓΟΥ ΜΑΖΩΝ ΑΕΡΑ- ΚΑΥΣΙΜΟΥ Σκοπός της Άσκησης: Το να μάθει ο σπουδαστής το πώς μετράται η κατανάλωση καυσίμου Εμβολοφόρων Κινητήρων. Θεωρητικό μέρος 1.1 Μέτρηση Παροχής Καυσίμου Η άσκηση αυτή αποτελεί μια βασική μέτρηση, απαραίτητη για κάθε είδους εργαστηριακής δοκιμής Μ.Ε.Κ. Εκείνο το οποίο απαιτείται να μετρηθεί είναι η μέτρηση της μάζας του καυσίμου και της μάζας του αέρα που περνά προς τον κινητήρα στην μονάδα του χρόνου. Για τη μέτρηση καυσίμου, αν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί η ογκομετρική μέθοδος, η οποία μετράει τον όγκο του καυσίμου στην μονάδα του χρόνου, είναι απαραίτητο να είναι γνωστή η πυκνότητα του καυσίμου στις συνθήκες μετρήσεως και πρέπει το καύσιμο να είναι απαλλαγμένο από φυσαλίδες αέρα κατά την ροή του προς τον κινητήρα. 1.1.1 Ογκομετρικές μέθοδοι Γυάλινοι μετρητικοί σωλήνες σχηματίζουν βαθμονομημένες μετρητικές φιάλες, έχοντας στο εσωτερικό τους μετρητικά σημάδια σε προκαθορισμένο όγκο 50 ml, 100 ml και 200 ml. Το κατώτερο τμήμα του μετρητικού σωλήνα καυσίμου (σχήμα 1) είναι συνδεδεμένο σε μια τρίοδο βαλβίδα. Οι τρεις θέσεις της βαλβίδας αντιστοιχούν στις εξής διαδρομές ροής του καυσίμου: Θέση 1. Τροφοδότηση της μηχανής και πλήρωση του σωλήνα από την κύρια γραμμή τροφοδοσίας (η στάθμη της οποίας διατηρείται σταθερή με την βοήθεια πλωτήρα σε δεξαμενή). Θέση 2. Τροφοδότηση της μηχανής από την κύρια γραμμή τροφοδοσίας, ενώ ο σωλήνας είναι απομονωμένος. Θέση 3. Τροφοδότηση της μηχανής από τον σωλήνα ενώ η κύρια γραμμή τροφοδοσίας είναι απομονωμένη. Όταν η μηχανή λειτουργεί με τροφοδότηση από το καύσιμο το περιεχόμενο του βαθμονομημένου σωλήνα, γίνεται μέτρηση με τη βοήθεια χρονόμετρου, που είναι ενσωματωμένο στο Panel ελέγχου της πέδης, των χρονικών στιγμών κατά τις οποίες η στάθμη του καυσίμου περνά από τα χαραγμένα σημάδια του βαθμονομημένου σωλήνα. Έτσι διαιρώντας το γνωστό όγκο του βαθμονομημένου σωλήνα με το μετρημένο αντίστοιχο χρονικό διάστημα, βρίσκεται η παροχή όγκου του καυσίμου που καταναλώθηκε. Στη περίπτωση της πέδης του Εργαστηρίου, ο όγκος μεταξύ δύο χαραγμένων σημαδιών του βαθμονομημένου σωλήνα περιέχει όγκο 50 ml. Διαιρώντας τον όγκο αυτό διά το χρόνο σε sec που απαιτείται για να καταναλωθεί το καύσιμο, βρίσκει κανείς την ογκομετρική παροχή καυσίμου σε ml/s. Στη συνέχεια μετατρέπεται η τιμή αυτή στο σύστημα μονάδων S.I. Η διάταξη του μετρητικού σωλήνα είναι απλή και δημοφιλής παρέχοντας όμως την μέση τιμή της κατανάλωσης καυσίμου και όχι στιγμιαίες τιμές.
Σχήμα 1: Γυάλινος μετρητικός σωλήνας ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΠΑΡΟΧΗΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Η δεξαμενή παροχής καυσίμου, όπως φαίνεται στο σχήμα 2, τροφοδοτεί την εγκατάσταση με καύσιμο, χωρητικότητας 9,09 liters. Αποτελείται από την δεξαμενή καυσίμου, την νεροπαγίδα και τον ογκομετρικό σωλήνα. Σχήμα 2: Δεξαμενή παροχής καυσίμου
ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΩΛΗΝΑΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Με τον ογκομετρικό σωλήνα μετράμε την παροχή καυσίμου. Όπως βλέπουμε και στα σχήματα 3 και 4, ο ογκομετρικός σωλήνας περιέχει τρεις διαβαθμίσεις 50, 50 και 100 ml αντίστοιχα. Αποτελείται από 3 βάνες (Α= είσοδος καυσίμου από δεξαμενή, Β= έξοδος καυσίμου από ογκομετρικό σωλήνα και Γ= εκκένωση καυσίμου) και μια βαλβίδα εξαέρωσης. Έχουμε 2 διαδρομές του καυσίμου. Η πρώτη, όπως φαίνεται στο σχήμα 3, με την βαλβίδα εξαέρωσης κλειστή, όταν οι βάνες Α και Β είναι ανοικτές ο κινητήρας τροφοδοτείται με καύσιμο απευθείας από την δεξαμενή. Η δεύτερη, όπως φαίνεται στο σχήμα 4, με την βαλβίδα εξαέρωσης ανοικτή, όταν η βάνα Α είναι κλειστή και η βάνα Β ανοικτή, ο κινητήρας τροφοδοτείται με καύσιμο απευθείας από τον ογκομετρικό σωλήνα, με αυτόν τον τρόπο γίνεται η μέτρηση παροχής καυσίμου. Σχήμα 3: Πρώτη διαδρομή ροής καυσίμου
Σχήμα 4: Δεύτερη διαδρομή ροής καυσίμου ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ 1. Αρχικές μετρήσεις σε χαμηλές στροφές (ρελαντί) Μέτρηση παροχής νερού Μέτρηση Δh του μανομετρικού υγρού στην στένωση του Air Box Χρονομέτρηση κατανάλωσης καυσίμου 2. Ανεβάζουμε χειροκίνητα για κάθε set μετρήσεων τον μοχλό του γκαζιού (2 σκάλες) για αύξηση των στροφών του κινητήρα Επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία μετρήσεων όπως και παραπάνω 3. Μέτρηση ροπής κινητήρα υπό φορτίο Αφού έχουμε επαναφέρει τις στροφές του κινητήρα στο ρελαντί καταγράφουμε τις στροφές και την ροπή στρέψης της μηχανής με μηδενικό φορτίο
Αυξάνουμε το φορτίο του δυναμομέτρου από την κεντρική κονσόλα (π.χ 10 Amp) και τις στροφές του RPM μέχρι το τράνταγμα της μηχανής Περιμένουμε ένα λεπτό μέχρι την σταθεροποίηση των τιμών και παίρνουμε τις μετρήσεις αυτών (ροπή στρέψης, στροφές, φορτίο) Μηδενίζουμε το φορτίο & τις στροφές του δυναμομέτρου από την κεντρική κονσόλα Αυξάνουμε το γκάζι χειροκίνητα (2 σκάλες) και καταγράφουμε τις στροφές και την ροπή στρέψης του κινητήρα Αυξάνουμε το φορτίο του δυναμομέτρου από την κεντρική κονσόλα (π.χ ανά 5 Amp) και τις στροφές του RPM μέχρι το τράνταγμα της μηχανής Περιμένουμε ένα λεπτό μέχρι την σταθεροποίηση των τιμών και παίρνουμε τις μετρήσεις αυτών (ροπή στρέψης, στροφές, φορτίο) Μηδενίζουμε το φορτίο & τις στροφές του δυναμομέτρου από την κεντρική κονσόλα Αυξάνουμε το γκάζι χειροκίνητα άλλες 2 σκάλες και εργαζόμαστε όπως παραπάνω Οι παραπάνω μετρήσεις συνεχίζονται μέχρι τις 1800 RPM του κινητήρα. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ Α) Βήματα για τον έλεγχο της εγκατάστασης 1. Γεμίζουμε με πετρέλαιο το μετρητικό δοχείο της εγκατάστασης 2. Ελέγχουμε τα λάδια της μηχανής & αν χρειάζεται συμπληρώνουμε 3. Ελέγχουμε την στάθμη του μανομετρικού υγρού στον θάλαμο εφησυχασμού της ροής (Air Box) 4. Ελέγχουμε την στάθμη του νερού ψύξης στο ροόμετρο-φλοτέρ Β) Εκκίνηση της μηχανής 1. Ανοίγουμε τον γενικό διακόπτη (ηλεκτρικός πίνακας) 2. Ανοίγουμε τον διακόπτη της κεντρικής κονσόλας ελέγχου (που βρίσκεται πίσω από τη κεντρική κονσόλα) 3. Ανοίγουμε την βάνα τροφοδοσίας νερού στο σωλήνα του αισθητήρα πίεσης 4. Ελέγχουμε την κυκλοφορία του νερού μέσω της αντλίας (ρύθμιση στα 17 lit/min) 5. Ανοίγουμε τη βάνα πετρελαίου 6. Ανοίγουμε τους διακόπτες, MAINS ON, DYNAMOMETER ON & τον διακόπτη του παλμογράφου 7. Ρυθμίζουμε το γκάζι του κινητήρα (χειροκίνητα) στο μέσο της διαδρομής 8. Ρυθμίζουμε τις στροφές του ηλεκτροκινητήρα (χειροκίνητα), αυξάνουμε τις στροφές (RPM) μέχρι τις 1000-1500 RPM περίπου & μετά το φορτίο του δυναμομέτρου από την κεντρική κονσόλα μέχρι να αρχίσει να «γυρνάει» η μηχανή 9. Απελευθερώνουμε τις βαλβίδες κατεβάζοντας τον μοχλό αποσυμπίεσης* 10. Μηδενίζουμε τις στροφές & το φορτίο του δυναμομέτρου (μηχανή δουλεύει μόνη της)
Γ) Διαδικασία διακοπής λειτουργίας πετρελαιοκινητήρα 1. Λειτουργούμε την μηχανή σε χαμηλές στροφές (ρελαντί) 2. Μειώνουμε τον αριθμό των στροφών και παράλληλα χαμηλώνουμε το γκάζι μέχρι τέλους και ανεβάζουμε τον μοχλό των βαλβίδων αποσυμπίεσης* 3. Κλείνουμε τους διακόπτες MAINS OFF, DYNAMOMETER OFF & τον παλμογράφο 4. Κλείνουμε τον διακόπτη της κεντρικής κονσόλας ελέγχου 5. Κλείνουμε τις βάνες τροφοδοσίας νερού του αισθητήρα πίεσης 6. Κλείνουμε τις βάνες τροφοδοσίας καυσίμου 7. Κλείνουμε τον γενικό διακόπτη (πίνακας) ΦΥΛΛΟ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Πίνακας Μετρήσεων Mονάδες A Β Γ Δ Ε Στροφές λειτουργίας (Με Φορτίο) n φ rpm Ροπή στρέψης M d Ntm Παροχή όγκου καυσίμου V f ml/min Παροχή όγκου νερού V w lit/min Πτώση πίεσης στην στένωση Δh mm Χρόνος κατανάλωσης καυσίμου Βαρομετρική πίεση Ρa sec bar Πρακτικό μέρος Για κάθε ένα από τα σετ μετρήσεων (που αντιστοιχεί και σε διαφορετικό αριθμό στροφών του κινητήρα) συμπληρώστε τον παραπάνω πίνακα μετρήσεων και υπολογίστε: (α) Τη παροχή μάζας καυσίμου σε Kg/sec (β) Το λόγο μαζών αέρα καυσίμου (AF) που ορίζεται ως: μάζα αέρα m a AF = = μάζα καυσίμου m f για τα πέντε διαφορετικά σημεία λειτουργίας (γ) Να συγκρίνετε τη τιμή του λόγου αέρα καυσίμου (ΑF) που υπολογίσατε με τη στοιχειομετρική που αντιστοιχεί στη τέλεια καύση οκτανίου με αέρα. Ο κινητήρας λειτουργεί με φτωχό ή με πλούσιο μείγμα;