Messung 3 MESSUNG EINES AUS OTTO MOTOR UND ELEKTRISCHEN GENERATOR BESTEHENDEN MASCHINENAGGREGATES

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1 Messug 3 MESSUNG EINES AUS OTTO MOTOR UND ELEKTRISCHEN GENERATOR BESTEHENDEN MASCHINENAGGREGATES Ziel der Meßübug: Besimmug des Bresoffverbrauchs, des spezifische Bresoffverbrauchs, Aggregawirkugsgrades, milere Wirkugsgrades ud milerer Belasug. Die Elemee des Aggregaes sid: Ei mi Bezi ageriebeer, lufgekühler Ei-Zylider Oo-Moor, Vergaser ud ei mi ihm durch Keilriemegeriebe gekoppeler Geeraor. Wirkugsweise des Vierak Oo-Moors: I Oo-Moore (mi aderer Bezeichug Fukzüdugsmoore) gelag der Bresoff mi Luf gemisch i de Zylider. Gasförmige Bresoffe köe zur Luf gemisch werde; flüssige Bresoffe müsse jedoch durch Zersäubug oder Verdusug vergas werde. Dieses Gemisch wird vom Kolbe komprimier i dem Maße, daß die Edemperaur der Kompressio die Züdemperaur och ich überschreie. I der leze Phase der Kompressio wird das Gemisch vo eiem elekrische Fuke agezüde. Der darauffolgede Tak is die Expasio, die eigeliche Arbei wird währed dieses Takes geleise. Abb. Ideales Idikaor-Diagramm des Vierakmoors, daruer der Schi des Zyliders

2 Der Arbeisprozeß eies Vierakmoors ka am bese durch sei Idikaor-Diagramm beschriebe werde. Es zeig de Zyliderdruck i Abhägigkei der Kolbeposiio, bzw. des Zylidervolumes. Theoreisch wird das brebare, komprimiere Gemisch vom Fuke gleichzeiig im obere oe Puk (felső holpo = FHP) agezüde, die Eergie wird heoreisch beim kosae Volume freigesez. Das so kosruiere ideale Idikaor Diagramm is i der Abb. gezeig. Im reale Idikaor Diagramm sid die Ecke, Spize (wege der verspäee Züdug ud ich uedlicher Bregeschwidigkei) abgerude. Währed dem Saugak (Tak I.; Liie A B) saug der Kolbe das Gemisch durch das offee Saugveil i de Zylider. Das Gemisch wird vom Vergaser erzeug, der sich vor dem Drosselveil im Saugrohr befide. (I euere Moore wird das Gemisch direk i de Zylider währed der Kompressio eigespriz.) Die Prizipskizze des Vergasers wird i Abbildug 2 gezeig. Der Kolbe saug das Gemisch durch ei i der Mie eigeschürem Rohr i de Zylider ei. Im egse Querschi des Veuri-Rohr ähliche Rohrsücks befide sich eie Düse. Der Flüssigkeispegel wird durch ei mi eiem Schwimmer geregele Veil i kosaer Höhe gehale. Die i kleie Tröpfche zersäube Flüssigkei wird vom Lufsrom migerisse ud komm i de Zylider eils verebel, eils verdampf. Das hier beschriebee Fukiosprizip des Vergasers samm vom Professor userer Uiversiä, Doá Báki aus dem Jahr 893. (Sei Porrai is auf dem Uiversiäszeper zu sehe, er war der Grüder ud erser Leier useres Lehrsuhls, seie Brozesaue seh i der Aula der Uiversä.) Der eifache Vergaser gewährleise die gleichmäßige Zusammesezug des Gemisches bei veräderlicher Belasug ich, weil bei erhöher Lufgeschwidigkei auch die Bresoffmege größer wird. Abb. 2. Skizze des Vergasers Der Druck p s des Gemisches, das währed des Sauges mi hoher Geschwidigkei eisröm, is wege Srömugsverluse kleier als der Amosphäredruck p o (Depressio). Deswege 2

3 lieg bei offeem Veil die Saugliie A-B ewa um 0, bar uer p o, bei gedrosselem Veil ka diese Differez bis zu dem dreifache awachse. Währed der Kompressio (Tak II. Liie B C) wird das Gemisch vom Druck p s auf de Eddruck p c komprimier. We ma die Kompressio als adiabaisch berache, d.h. Wärme wird weder zu och abgeführ ud auch die Verluse verachlässig werde, da is der Eddruck ud die Edemperaur p = p T c s V V c κ κ = V c T s. c V mi V c das Volume bei voller Kompressio, V s das Volume das dem Zylider-Schub esprich, (das Produk des Schubes s ud der Querschisfläche des Zyliders A = D 2 π/4); V = V c +V s is die Summe beider Volumia; κ is ei für die Kompressio bei obige Asäze güliger dimesiosloser Wer. Der Eddruck p c wird durch de Selbszüdpuk des Gemisches begrez, d. h. durch die Temperaur, bei dem sich das Gemisch vo selbs azüde. Der Quoie V /V c wird Kompressiosverhälis (ε) gea. Züdug. Das Gemisch wird i der Nähe des Toe Pukes des Kolbes durch eie elekrische Fuke agezüde. Dazu diee die Züdkerze: hier eseh der Fuke durch eier Hochspaug die mi dem Trasformaor erzeug wird. Im ideale Idikaordiagramm läuf der Brevorgag so schell ab, daß sich das Volume im Zylider izwische ich äder; Der Druck seig vo p c auf p a (der Liie C - D espreched). Die Edemperaur ud der Edruck läß sich aus der Zusammesezug des Gemisches ud des Bezi- Heizweres bereche. Der Brevorgag is wirksam, we die Fro vo der Kerze zum Zylider schell aber seig forläuf. I ugüsigem Fall ezüde sich jedoch das Gemisch a mehrere Selle vo selbs diese Erscheiug wird Selbszüdug gea. Der Eddruck p c wird auch durch die Gefahr der Selbszüdug begrez. Wege des edliche Weres der Bregeschwidigkei soll die Züdug vor dem Erreiche des obere oe Pukes erfolge. Die Lage der gewüsche Vorzüdug die als Wikelsellug der Kurbelwelle des Zyliders agegebe wird häg vo der Kosrukio des Moors, vo der Drehzahl, Belasug, Ar ud Zusammesezug des Gemisches ab. Währed des Arbeiakes (Tak III.; Liie D E im Diagramm) werde die Abgase im ideale Fall ohe Wärmeabgabe expadier. Der Druck fäll izwische vo p a auf p e (siehe Liie E - F). Währed des Auspuffakes (Tak IV.; Liie F - A) schieb der Kolbe die Abgase vom Zylider durch die Auspuffveile aus. Wege des Srömugswidersades is der Druck p k izwische um eiige 0 kpa Druck höher, als der äußere Druck p o. Am Ede des viere Takes schließe die Auspuffveile ud der beschriebee Prozeß fäg vom Neue a., 3

4 A Vierak Oo-Moor B Riemegeriebe C Geeraor D Vergaser Versuchseirichug: E - Meßgefäß F Bresoffbehäler G - Kugelhah Abb. 3. Skizze der Meßaordug I der Versuchseirichug reib der Oo-Moor durch ei Riemegeriebe eie Geeraor a. Die Skizze der Meßaordug is i der Abbildug 3, die Farbfoos der Versuchseirichug im Ahag zu sehe. Dae der Versuchseirichug: Typ des Moors: Hoda G200 Lufgekühler 4 Tak Eizylider Oo-Moor Kompressiosverhälis (V /V c ): 6.5 Bresoff: uverbleies Bezi mi Okazahl 95 Volume des Bresoffbehälers: 9.2 Lier Umfagsgröße des Aggregaes: 60x350x505 mm Leisugsdae des Aggregaes: U = 220 V; f = 50 Hz; P =.24 kw; I = 5.7 A; max. Leisug: P N =.5 kw Schalbild für die Messug des Bresoffverbrauches (siehe Abb. 4): Das Meßgefäß lieg uer dem Flüssigkeispegel im Meßbehäler, wodurch er beim Öffe des Kugelhahes G durch Zufließe mi Bresoff aufgefüll werde ka. Vor dem Begi der Wägug wird der Kugelhah G verschlosse, dami vom Behäler kei Bresoff mehr zufließ. Daach wird die Zei des Absikes des Bresoffpegels zwische de zwei 4

5 Markieruge gemesse. Nach Abselle der Soppuhr soll der Hah gleich wieder geöffe werde, dami der Moor auch weierhi mi Bresoff versorg wird. Abb. 4 Messug des Bresoffverbrauchs Volume des Meßgefäßes V K = 22. cm 3 Zei der Wägug [s] Volumesrom des Bresoffes V q K b Diche des Bresoffes ρ b = 740 kg/m 3 Massesrom des Bresoffes m& = ρ b q b Die Äderug der Nuzleisug ud dadurch die Belasug des Aggregaes erfolg mi dem Umschale der Widersäde die i de Widersadkase eigebau sid (siehe Abb. 5). b Abb. 5 Widersadskase zur Äderug der Belasug 5

6 Der spezifische Bresoffverbrauch is der Bresoffmassesrom pro Nuzleisug- Eihei, d.h. m& b = b. Der Belasugsbeiwer is das Verhälis der momeae PNuz Nuzleisug zur Neleisug PNuz x =. Der Heizwer des Bresoffs is: H b = 43.6 PNe MJ/kg. Dami is die Gesamleisug P = m& H. Ges b Der Wirkugsgrad des Aggregaes is der Quoie der Nuzleisug ud der Gesamleisug: PNuz η = PGes b Zur Beureilug des Beriebes eier Maschie bei veräderlicher Belasug geüg die Keis des Wirkugsgrades bei Nebelasug ich, ma muß i solche Fälle auch de milere Wirkugsgrad kee. Daraus ka ma die Wirschaflichkei des Beriebes beureile. De milere Wirkugsgrad η mil erhäl ma, als de Quoiee der Nuzarbei W Nuz ud der Gesamarbei W Ges währed der Gesamzei des Beriebes: η P d Nuz Nuz _ i i W Nuz 0 i= i= mil = = = = W Ges PNuz _ i i PGesd i= η 0 i i= Hier sid die Azahl der Belasugszeispae währed der gesame Beriebszei i die Zeidauer der i-e Belasugssufe x i - der Belasugsbeiwer der i-e Belasugssufe η i der Wirkugsgrad i der i-e Belasugssufe Der milere Belasugsbeiwer währed des Gesamberiebes is x i= mil = Der milere Belasugsbeiwer ud der durchschiliche Wirkugsgrad ka i eiem hypoheische Fall bereche werde, wo das Aggrega 0 Miue lag mi 250 W Nuzleisug, 20 Miue lag mi 800 W Nuzleisug ud 30 Miue lag mi 400 W Nuzleisug beriebe wird. Des Weiere is die erforderliche Bezimege für eie eisüdige Berieb des Aggregaes bei obigem Berieb zu besimme. Die beöige η i ud b i Were solle ach der Berechug vo x i aus de ageferige Diagramme eomme werde! i= xi i P i xi i i xi i η 6

7 Schrie des Afahres der Eirichug:. Eischale des Absaugveilaors 2. Öffe des Bezihahes ud Abware bis das Meßgefäß aufgefüll wird 3. Eischale des elekrische Haupschalers 4. Ausziehe des Sarkopfes 5. Sare des Moors mi dem Sarbowde 6. Zurückschiebe des Sarkopfes 7. Eischale des elekrische Haupschalers der Belasugswidersäde Ablauf der Messug: Das Eiselle der Meßpuke (Beriebszusäde) erfolg i folgede Schrie:. Leerlauf Messug. Es is kei Laswidersad eigeschale. 2. Elekrischer Widersadskase i Sellug 3. Elekrischer Widersadskase i Sellug 2 4. Elekrischer Widersadskase i Sellug 3 5. Elekrischer Widersadskase i Sellug W Glühlampe eigeschale 6. Elekrischer Widersadskase i Sellug W Glühlampe eigeschale 7. Elekrischer Widersadskase i Sellug W Glühlampe eigeschale 8. Elekrischer Widersadskase ausgeschale, 250 W Glühlampe eigeschale Die Meßdae ud berechee Were werde i die folgede Tabelle eigerage: No. P Nuz q b mb & b x P Ges η [/mi] [s] [W] [cm 3 /mi] [kg/s] [kg/kwh] [-] [kw] [-] Schrie des Ausschales der Meßeirichug:. Ausschale der Belasugswidersäde 2. Schließe des Kugelhahes 3. Abware bis der Bezipegel im Meßgefäß absik 4. Ausschale des elekrische Haupschalers 5. Nach ewa 5 Miue Ausschale des Absaugveilaors Nach Beede der Messug solle (auf Millimeerbläer) folgede Diagramme ageferig werde:. b = f (x) spezifischer Bresoffverbrauch über der Belasugsbeiwer 2. η = f (x) Wirkugsgrad des Aggregaes über der Belasugsbeiwer 7

8 VORBEREITUNG AUF DER MESSUNG Bie miehme Sück Millimeerpapier, Bleisif, Lieal, ud Rechemaschie auf der Messug! Fülle Sie das Biaco-Prookoll bis dem 4. Puk aus! (Die weiere Puke werde wir i der Messug ausfülle.) Die Sudee schreibe eie kurze (5-0 Miue lage) Klausurarbei vor der Messug. Die Probeaufgabe ud die heoreische Frage sid im Iere ( Das Bemerke ware wir auf der folgede Adresse: csizmadia@hds.bme.hu 8

9 Alage Foo der Meßeirichug Nr. Foo der Meßeirichug Nr. 2 9

10 Meßgefäß zur Messug des Beziverbrauchs Elekrisches Gerä zur Messug der Nuzleisug des Geeraors 0

11 Widersadskase uer dem Tisch zur Äderug der Belasug des Moors