DEN 322. Diesel Motor Karakteristikleri

Transkript

1 DEN 322 Diesel Motor Karakteristikleri

2 Diesel motorlar Motor kullanıcısı açısından seçimi etkileyen aktörler: motor perormansı yakıt tüketimi ve kullanılan yakıtın iyatı motor gürültüsü ve hava kirliliği yaratan emisyonları motor maliyeti ve donanım masraları motorun güvenilirliği ve dayanıklılığı, bakım gereksinimleri ve bunların motorun çalışma peryodunu ve işletme masralarını nasıl etkileyeceği Motor perormans iadesi: motor işletme sahasında her devirde üretilen maksimum güç ve moment motor işletmesinin ekonomik ve ihtiyaçlara cevap veren devir ve güç bölgesi

3 Diesel motorlar Motor perormans tanımları: Maksimum dizayn gücü: bir motorun kısa sürelerle çalışması sırasında üretilmesine izin verilen en yüksek güç Normal dizayn gücü: bir motorun sürekli çalışması sırasında üretilmesine izin verilen en yüksek güç Dizayn devri: normal gücün üretildiği krank mili dönme hızı

4 Diesel motorlar Havanın belirli bir oranda sıkıştırılması sonucu oluşan sıcaklığın, yakıtın tutuşma sıcaklığından yüksek olduğu ilk makinanın patenti 1892 yılında Pro. Rudol Diesel taraından alınmıştır. Sıkıştırma ile yanma esasına göre çalışan makinalar Diesel motorları olarak isimlendirilmiştir. Çalışma prensibi Diesel motorlarda bir çevrim sırasında gerçekleşen olaylar: havanın emilmesi havanın sıkıştırılması yakıtın püskürtülmesi dolgunun ateşlenmesi ve yanması gazların genişlemesi egzost gazlarının atılması

5 Diesel motorlar Pistonlu motorların bir çevrimindeki olaylar makinanın dizaynına bağlı olarak pistonun iki veya dört strokunda tamamlanır. Strok deyimi pistonun silindir içinde gidebileceği en üst nokta ile en alt nokta arasındaki mesaedir. Bu noktalara sırasıyla üst ölü nokta (ÜÖN) ve alt ölü nokta (AÖN) adı verilir. Böylece iki stroklu bir makinada krank milinin bir tam devrinde, dört stroklu makinada ise iki tam devrinde bir çevrim tamamlanmış olur

6 Dört stroklu diesel motor Emme supapı Egzost supapı Silindir Yakıt enjektörü ÜÖN Emme stroku (1) Piston Biyel Strok AÖN Sıkıştırma stroku (2) Krank Güç stroku (3) Egzost stroku (4)

7 İki stroklu diesel motor Yakıt enjektörü Silindir Püskürtme Piston Egzost portu Süpürme portu Egzost Biyel Krank Süpürme Sıkıştırma

8 Silindir geometrisi V c V d s B l L ÜÖN AÖN AÖN : Alt Ölü Nokta ÜÖN : Üst Ölü Nokta V c : boşluk hacmi V d : deplasman hacmi B : silindir çapı L : strok l : biyel uzunluğu a : krank yarıçapı θ : krank mili açısı θ a Sıkıştırma oranı, r c r c maksimum silindir hacmi minimum silindir hacmi Vd + V V c c Deplasman hacmi, V d Ortalama piston hızı, S p 2 πb V d L S p 2LN 4 N, krank mili dönme hızı

9 Fren momenti ve gücü N Rotor b Stator F Yük Moment bir motorun iş yapma yeteneğidir, güç ise işin yapıldığı hızdır. Dinamometre ile ölçülen motor gücü, ren gücü veya eekti güç olarak isimlendirilir. Bu güç, motor taraından sevkedilen kullanılabilir güçtür. Motor taraından etkiyen moment: T Fb Motor taraından üretilen ve dinamometre taraından absorbe edilen güç, moment ile açısal hızın çarpımına eşittir: P 2πNT SI birim sisteminde: P( kw ) 2πN ( dev / s) T ( Nm) 10 3

10 İndike iş ve güç Silindir içindeki gazların pistona olan iş transeri indike iş olarak isimlendirilir. Silindir basıncı ve karşılık gelen silindir hacmi bir P-V diyagramı halinde çizilerek genişleme ve sıkıştırma eğrileri arasında kalan alan entegre edilerek hesaplanabilir. W c, i PdV İndike güç: Burada n R, her güç stroku için krank mili dönme sayısıdır P i W c, i n R N n R 2s 1 4s 2

11 Ortalama eekti basınç (mep) Moment bir makinanın iş yapabilme yeteneği için değerli bir ölçü olmasına rağmen motor büyüklüğüne bağlıdır. Daha aydalı göreceli motor perormans ölçüsü, çevrim başına elde edilen işi çevrim başına deplase edilen silindir hacmine bölünmesi ile elde edilir. Bu parametreye ortalama eekti basınç denir. Ortalama eekti basınç, imep mep PnR V N d SI birim sisteminde: 3 P( kw ) nr 10 mep( kpa) 3 V ( dm ) N( dev / s) d Güç için indike veya ren değeri kullanılarak, imep veya bmep iade edilebilir.

12 Özgül yakıt tüketimi (sc) ve verimi Özgül yakıt tüketimi, birim güç çıkışı için motora gönderilen yakıt miktarıdır. Bir motorun verilen yakıtı iş üretmek için ne kadar verimli kullandığının bir ölçüsüdür. sc m& Burada, m& P SI birim sisteminde: sc( mg / J ) motora gönderilen yakıt debisidir. m& ( g / s) P( kw ) Pratikte sc çoğunlukla, g/kwh olarak iade edilir. Bir motorun veriminin ölçüsü, yakıt dönüşüm verimi olarak bilinir. Bir çevrimde üretilen gücün bir çevrimde verilen yakıt enerjisine oranı olarak tanımlanır. η Wc m Q HV Pn / N P R ( m& nr / N ) QHV m& QHV veya η 1 scq Q HV, yakıtın kaloriik değeridir ve ticari hidrokarbon yakıtlar için MJ/kg arasında değişir. HV

13 Hava-yakıt oranı ve Volümetrik verim Motor deneylerinde hem hava debisi, hem de yakıt debisi ölçülür. Bunların oranı motor işletme koşulları bakımından önemlidir. hava-yakıt oranı : yakıt-hava oranı : m& a AF m& m& FA m& a Bir motorun emme prosesi verimliliğinin ölçüsü olan parametre volümetrik verimdir. Volümetrik verim sadece dört stroklu motorlar için tanımlanmıştır. Emme sistemine havanın hacimsel akış hızının piston taraından deplase edilen hacime bölünmesi ile elde edilir. η V 2m& ρ V a Burada, ρ a,i giriş havası yoğunluğudur. a, i d N

14 Perormans parametreleri Güç için: P η m a NQ n R HV FA Dört stroklu motorlar için volümetrik verim bağıntısı kullanılabilir: Güç için: P η ηv NV d Q 2 HV ρ a,i FA Moment için: mep için: η ηvvd QHV ρ T 4π mep η η Q V HV ρ a,i FA a,i FA Güç-mep için: P mepnv d 2 yazılabilir.

15 Perormans parametreleri Türetilen bağıntılardan aydalanarak iyi motor perormansı için: yüksek yakıt dönüşüm verimi yüksek volümetrik verim giriş havasının yoğunluğunu arttırarak belirli deplasman hacmindeki bir motorun güç çıkışının arttırılması motorda aydalı olarak yakılabilecek maksimum yakıt-hava oranı yüksek piston ortalama hızı istenir.

16 Yüksek devirli bir diesel motorun perormans diyagramı Normal dizayn gücü (MCR)

17 Pervane yasası Eekti güç: P R V T Toplam direnç: R T 1 ρ V 2 2 veya: P 1 ρ V 2 3 Pervane dönme hızı gemi hızı ile orantılıdır: V Pervane momenti dönme hızının karesi ile orantılıdır: n 2 Q n Pervanenin absorbe ettiği güç dönme hızının kübü ile orantılıdır: 3 P n

18 Makina pervane uyumu Makina ve pervanenin uyumu enerjinin korunumu prensibinin bir uygulamasıdır. T, Nm Tahrik makinası momenti Denge noktası Yük momenti N, dev/dak Makina taraından üretilen güç, yükün absorbe ettiği güce eşit olmalıdır. Dönen bir mil aracılığıyla güç iletimi iki aktör ile karakterize edilir: devir hızı, (dev/dak) ve moment (Nm). Makinanın pervaneye doğrudan bağlandığı ve yataklar gibi enerji absorbe edecek elemanların olmadığı basit hali düşünelim. Makina ve pervanenin devri ve momentleri prensip gereği aynı olmalıdır. Makina ve pervanenin moment devir karakteristiği çizildiğinde, bu eğrilerin kesiştiği nokta çalışma noktasıdır.

19 Makina yük diyagramları Bir diesel motorun eekti gücü, ortalama eekti basınç (p e, mep) ve krank mili dönme hızı (n) ile orantılı olduğu gösterilmişti. c diğer sabitler yerine kullanıldığında eekti güç: PB c pe n ile gösterilebilir. Sabit eekti ortalama basınç için: P B c 1 n yazılabilir. Sabit hatveli bir pervane için pervane kanununa uygun olarak güç: P B c 3 n ile iade edilir. Kullanım kolaylığı bakımından makina ve pervanenin güç devir karakteristikleri logaritmik eksenler kullanılırsa, genel olarak: ( ) i log( n) log( c) log + P B yazılabilir. Dolayısıyla karakteristikler, yax+b, lineer onksiyon ile gösterilebilir.

20 Gemi sevk çalışma noktaları Güç Makina marjı (MP nin %10 u) Deniz marjı (PD nin %15 i) dev/dak L 1 -L 3, L 2 -L 4 :sabit mep doğruları 2 :kirli tekne ve kötü hava pervane çalışma doğrusu 6 :temiz tekne ve iyi hava pervane çalışma doğrusu MP : belirlenmiş sevk noktası SP : servis sevk noktası PD : pervane dizayn noktası PD : alternati pervane dizayn noktası LR : hai çalışma HR : ağır çalışma

21 Makina yük diyagramı Makina mil gücü, %A A %100 reerans noktası M dizayn gücü, MCR O optimizasyon noktası Makina devir hızı, %A 1 : Optimizasyon noktasından (O) geçen pervane eğrisi 2 : kirli tekne ve kötü deniz şartlarındaki pervane eğrisi 3 : devir sınırı 4 : moment/devir sınırı 5 : mep sınırı 6 : temiz tekne ve sakin hava şartlarındaki pervane eğrisi 7 : sürekli çalışma için güç sınırı 8 : aşırı yükleme sınırı 9 : deniz tecrübesi devir sınırı 10 : sabit mep doğruları