Для визначення необхідних параметрів в процесі випробувань і для контролю за тепловими процесами, що відбуваються в установці під час її експлуатації, застосовують прилади теплотехнічного контролю. Залежно від призначення вони діляться на прилади для вимірювання: потужності або крутного моменту витрати пари, води, палива і масел; тиску і розрідження; температури води, масла, палива, газів і повітря.
Крім того, є прилади для аналізу газів, води, палива і масел.
За способом свідчення прилади кожної з перерахованих груп поділяються на що вказують, самописні, підсумовують і сигналізують.
Вказують прилади визначають вимірювану величину в даний момент за допомогою рухомого покажчика (стрілки).
Самописні прилади автоматично безперервно записують результати вимірювань.
Підсумовують, прилади (лічильники) дозволяють визначити витрату газу або рідини, частоту обертання за певний проміжок часу.
Сигналізують прилади призначені для подачі світлового або звукового сигналу в разі відхилень заданих параметрів від гранично допустимих величин.
Контрольно-вимірювальні прилади повинні відповідати таким основним вимогам:
мати надійний захист від можливих пошкоджень; показання повинні бути добре видимі на відстані; надійно працювати протягом тривалого часу; мати достатню для практичних цілей точність; швидко реагувати на зміну параметрів, що вимірюються, т. е. бути досить чутливими.
Нижче викладені способи визначення основних показників двигуна.
Конструкції приладів теплотехнічного контролю в книзі не розглядаються, так як вони докладно висвітлені в спеціальній літературі.
Визначення потужності двигуна. індикаторну потужність
визначають за середнім індикаторного тиску і частоті обертання двигуна:
Ni = рі 0,785DSni / 60 х 75 z і.л.с.
де рі-середнє індикаторне тиск, кг-с / см2;
D-діаметр циліндра, см;
S-хід поршня, см; п-частота обертання валу, об / хв; і-число циліндрів двигуна;
г - тактность (2 - для чотири тактних, 1 - для двотактних двигунів).
Середнє індикаторне тиск визначають по індикаторної діаграмі, яку знімають за допомогою механічного індикатора. Індикатор реєструє в певному масштабі тиск газів в циліндрі в залежності від положення поршня або кута повороту мотиля. Іншими словами, індикаторна діаграма являє собою (в координатах р-V) криву зміни тиску газів в циліндрі в залежності від ходу поршня. Такі діаграми називають нормальними.
Електричні індикатори дозволяють отримати діаграми, розгорнуті по куту повороту мотиля або за часом (в координатах р-ф, р- ^.
Під час індіцірованія слід забезпечити постійну частоту обертання і навантаження на двигун. На режимі номінального навантаження при сталому тепловому режимі двигуна знімають зазвичай по 2-3 індикаторні діаграми.
При підготовці до індіцірованія необхідно:
ознайомитися з інструкцією з обслуговування приладу, перевірити індикаторні приводи, стежити, щоб не було слабини або мертвих ходів;
відрегулювати шнур таким чином, щоб діаграма займала центральну частину на паперовому бланку;
перевірити відповідність різьби і конусів індикатора і індикаторного крана;
пружину індикатора вибрати таку, щоб рz не перевищувало позначеного тиску, і діаграма не виходила за верхню межу барабана;
переконатися в тому, що сила тертя поршня і штока в циліндрі індикатора дозволяє поршню під дією власної маси опускатися повільно;
відрегулювати гвинт пише механізму для того, щоб олівець залишав чіткі, суцільні лінії;
продути індикаторний кран;
створити попередній натяг пружини барабана з таким розрахунком, щоб різниця натягу на початку і кінці повороту барабана була незначною;
перевірити прямолінійність руху олівця і його перпендикулярність утворює барабана.
Атмосферну лінію наносять при закритому индикаторном крані. Потім необхідно швидко відкрити індикаторний кран і на короткий час пересунути рукою олівець до поверхні паперу, натягнутої на барабан.
Зазвичай записують не більше двох циклів. Після цього закривають індикаторний кран, знімають папір з діаграмою і записують на ній дату і час індіцірованія, номер циліндра, частоту обертання двигуна і масштаб пружини. Після закінчення індіцірованія індикатор необхідно ретельно оглянути і змастити.
За нормальної індикаторної діаграмі підраховують середнє індикаторне тиск рі і індикаторну потужність Мі циліндра. Для цього за допомогою планіметрії визначають площу нормальної індикаторної діаграми / с похибкою вимірювання не більше 1%.
Величину площі діаграми визначають за формулою
f = ka мм2,
де k-постійна планиметра;
а - різниця відліків планиметра до і після обвода діаграми, мм 2.
На діаграмі записують результат як середнє трьох обводів діаграми.
У разі відсутності планиметра площа індикаторної діаграми
обчислюють відомим наближеним графічним методом (по середній висоті діаграми).
Середнє індикаторне тиск визначають за виразом
pi = f / ml = hi / т
де т-масштаб індикаторної діаграми, мм / (кг-с / см2);
1-довжина діаграми, мм;
hi - середня висота діаграми, мм.
Для визначення індикаторної циліндричної потужності застосовують спрощені формули:
для чотиритактних двигунів простого дії N = FS / 9000pi п І.Л. с.
для двотактних двигунів простого дії
N = FS / 4500 pi п і. л. с.
Для отримання N (в кВт) необхідно отримане значення N1 (в і. Л. С.) Помножити на 0,736.
Визначення крутного моменту і ефективної потужності двигуна. Потужність на валу двигуна перші безпосередньо виміряти неможливо. Але знаючи величину крутного моменту Мкр, можна визначити потужність, споживану гребним гвинтом, і визначити відповідність гвинта корпусу судна і головного двигуна.
З іншого боку, визначивши Мкр і проіндіціровав двигун, можна визначити величину механічних втрат, намітити шляхи підвищення економічності установки.
Для визначення Мкр на заводських стендах і в лабораторіях застосовують гальма різної конструкції (гідравлічні, електричні і іноді механічні). На морських судах для визначення Мкр використовують переносні або штатні торсіометри, що вимірюють безпосередньо не крутний момент, а параметри, які його характеризують. Наприклад, Мкр часто визначають по куту скручування ф вала.
Крутний момент можна визначити з виразу
Мкр = фG1p / 1 кгс.м, а
ефективну потужність
№ = 0,0014 в 1р п ф / 1 е. л. с.,
де ф-кут закручування вала між перетинами, розташованими на відстані 1 м, град .;
1-відстань між перетинами, прийнятими для вимірювання, м; G-модуль зсуву матеріалу вала, кг-с / м2;
т 4
1р-полярний момент інерції перерізу валу, м.
Точність вимірювання Мкр залежить від зовнішніх чинників (вібрації підшипників, температури повітря), а також від конструкції торсіометра, схеми вимірювань, стану його механічної та електричної частин.
Торсіометр слід встановлювати подалі від фланців, шпонкових канавок і з'єднувальних муфт на проміжному валу можливо ближче до двигуна. Датчик торсіометра треба встановлювати якомога ближче до вузлової точки крутильних коливань вала, т. Е. Там, де амплітуда крутильних коливань вала мінімальна.
Для того щоб показання торсіометра були стабільними, необхідно забезпечити надійне кріплення опорних кілець, що виключає їх зміщення.
В процесі підготовки, монтажу і налаштування елементів торсіометра необхідно точно слідувати рекомендаціям інструкції, так як відступ від неї може призвести до спотворення показань приладу через появу додаткових похибок.
При відсутності на двигуні індикаторних приводів, а на валу- торсіометра ефективну потужність можна визначити за непрямими показниками (витраті палива, частоті обертання, температурі випускних газів, середнього тиску газів). Ці способи визначення потужності дизеля застосовують тільки при наявності на судні графічних залежностей
основних параметрів (характеристик), побудованих за результатами стендових або ходових випробувань.
Наприклад, аналізуючи результати вимірів на судні, скажімо, температури вихлопних газів tr і частоти обертання п, і використовуючи графік залежності Мкр побудований в процесі випробувань двигуна, можна визначити Світ, а потім і Ne.
Потужність дизеля, що працює на електричний генератор, можна визначити штатними приладами по величинам напруги і сили струму:
на генератор постійного струму
Ne = nr IU / 1000 кВт;
на генератор змінного струму Ne = V3 cos ф Hr IU / 1000 кВт,
де I та U-сила струму і напруга на клемах генератора, А, В;
ЦГ і соєф-к.п.д. генератора і коефіцієнт потужності, що визначаються за паспортної характеристиці.
Визначення витрати палива і мастила. Витрата палива є основною величиною, що характеризує економічність роботи двигуна, якість регулювання робочого процесу, стан труться, і паливної апаратури.
Ефективний к. П.д. двигуна визначають за виразом 1> = 632 / ge Q
ge- витрата палива;
Q-теплота згоряння палива.
У суднових умовах витрата палива визначають ваговим і об'ємним способами. Однак в більшості випадків при проведенні
теплотехнічних випробувань користуються об'ємним способом.
Кількість палива, що витрачається зазвичай вимірюють витратними мірними баками, забезпеченими вимірювальним пристроєм. Обсяг мірного бака підбирають так, щоб час витрати палива при повній потужності двигуна склало не менше 5 хв.
Витрата палива визначають при сталих частоті обертання і режимі двигуна. Одночасно заміряють інші параметри. Щільність палива визначають денсиметром. На кожному режимі виробляють послідовно 2-3 виміру.
Середня витрата палива знаходять за формулою
G = VZZ 3600 / t кг / год,
де V., - обсяг мірного бака, м3;
Z - щільність палива при даній температурі, кг / м3; z-число баків витраченого палива;
Т - сумарний час витрати палива, сек.
Ваговій спосіб визначення витрати палива більш точний, але він вимагає наявності десяткових або двох плечах ваг, застосування яких в суднових умовах важко. Тому цей спосіб застосовують лише в стаціонарних умовах.
Витрата циркуляційного мастила визначають так само, як і витрата палива, за допомогою витратного бака.
Витрата мастила у сучасних дизелів порівняно невеликий, тому визначити його можна тільки при постійному режимі роботи двигуна протягом 8-10 год.
Витрата циліндрового масла визначають, вимірюючи кількість масла, доливаного в лубрикатори.
Визначення витрати води, повітря і газів. Для вимірювання витрати води, що надходить на охолодження двигунів, компресорів, холодильників і т. Д., Користуються зазвичай швидкісними водомірами. Рідина, проходячи через прилад, обертає вертушку, частота обертання якої фіксується.
Принцип роботи водоміра заснований на пропорційності швидкості потоку (отже, і кількості рідини, що протікає) і частоти обертання вертушки, що обертається проходить через прилад рідиною.
Для визначення витрати повітря і газів використовують газовий лічильник і дросельні шайби, принцип дії яких заснований на вимірюванні перепаду тисків в звуженні потоку.
Кількість подається в циліндри двигуна повітря, склад і кількість вихлопних газів визначають на судах аналізом хімічного складу вихлопних газів за допомогою хімічних і електричних газоаналізаторів.
Найбільш прості по пристрою і надійні в роботі (хоча і не дуже точні) хімічні газоаналізатори Орса і Норз, поширені на морському флоті.
Визначення тисків. У двигунах внутрішнього згоряння і їх системах спостерігається велика різноманітність рідких і газоподібних середовищ з різною величиною і швидкістю наростання тиску.
У процесі випробування двигунів виникає необхідність вимірювання тиску газів в циліндрах і в системі вихлопу, а також тиску пускового повітря, палива, мастил і охолоджуючої води.
Найбільш важко вимірювання тиску газів в циліндрах двигунів. Для цієї мети використовують механічні та електричні індикатори, піметри і максиметра.
Механічні індикатори, забезпечені циліндричними або стрижневими пружинами, индицируют двигун, а в окремих випадках заміряють тиск в повітряному і випускному колекторах.
Ширшу сферу застосування мають електричні індикатори, які за типом датчика діляться на п'єзоелектричні, ємнісні і осцилографи. Вони універсальні і точні при випробуваннях на стенді і в процесі експлуатації. За допомогою таких індикаторів швидко вимірюють величини при змінних режимах роботи двигуна, а також спільно вимірюють кілька величин. Причому, ці прилади придатні для дистанційних вимірювань.
За допомогою піметров визначають середній тиск в циліндрі за часом, що служить для забезпечення рівномірності навантаження по циліндрах.
Максиметра використовують для визначення максимального тиску в циліндрі за цикл в процесі експлуатації. За принципом дії вони діляться на механічні і пневмоелектрічеськие. Більш широко використовують механічні (манометрические) і пружинні максиметра.
При випробуванні повітряних і гідравлічних систем користуються широко поширеними манометрами і вакуумметрами для вимірювання постійної або повільно мінливого тиску в часі.
У практичній роботі широко використовують пружинні і рідинні манометри, якими визначають абсолютну або надлишковий тиск в системах.
Визначення температури. Для вимірювання температури води, пари, газу, палива, масла, повітря в процесі випробувань застосовують групи приладів, принцип роботи яких заснований на зміні властивостей тіл при зміні їх температури.
На принципі використання здатності тел розширюватися засновані:
рідинно-скляні термометри, в тому числі ртутні. Їх застосовують для вимірювання температури рідини або газу до 300 ° С. При температурі 300-600 ° С використовують термометри, простір капіляра у яких над ртуттю заповнюється азотом або вуглекислотою під тиском 25 кг-с / см2;
манометрические термометри, в яких при підвищенні температури робоча рідина (метиловий спирт, ксилол або ртуть), що має низьку точку кипіння, випаровується і створює тиск, який вимірюється манометром з температурною шкалою; їх використовують для вимірювання температур в інтервалі від -60 до + 550 ° С в залежності від типу приладу;
стрижневі й біметалічні покажчики температур.
Інші прилади працюють на принципі використання зміни омічного опору металів зі зміною їх температури (електричні термометри опору). Чутливим елементом у них є платинова або мідний дріт діаметром 0,05-0,07 мм.
Останнім часом для вимірювання температури стали застосовувати опору з напівпровідників, звані термісторами. Виготовляють їх пресуванням з оксидів кобальту, нікелю, марганцю та інших металів.
Термістори застосовують в основному для вимірювання температур поверхні тіл або вимірювання невеликих температурних перепадів.
Термоелектричні термометри або термопари засновані на появу електрорушійної сили в ланцюзі двох спаяних кінцями дротів, виготовлених з різних металів, при нагріванні місця спаю.
Для виготовлення термопар застосовують метали і сплави, що мають хімічну стійкість, механічну міцність при високій температурі, високій теплопровідності, малому температурному коефіцієнті опору (платину, хром, алюміній, залізо, константан).
На сучасних двигунах встановлюють пірометричний прилад, який складається з декількох термопар, перемикача та гальванометра з температурною шкалою.
Визначення частоти обертання валу. Для вимірювання частоти обертання застосовують спеціальні прилади: тахометри і підсумовують лічильники.
За конструкцією і принципом дії тахометри поділяються на відцентрові, електричні і імпульсні. Вибір приладу визначається завданням випробувань і вимогами точності вимірювання.
Середню кутову швидкість обертання валу в. протягом певного проміжку часу вимірюють за допомогою підсумовує лічильника і секундоміра. Середню частоту обертання вимірюють при сталому режимі роботи двигуна, коли коливання швидкості обертання валу за часом відсутня.
Для вимірювання середньої частоти обертання середньо- і високотехнологічних двигунів застосовують тахоскопи, що представляють. є комбінацією підсумовує лічильника і секундоміра.
Для оцінки пускових і реверсивних характеристик дизеля, для зняття регуляторних характеристик допоміжних двигунів застосовують електричні тахометри з індукційними перетворювачами - генераторами постійного або змінного струму.
Індукційні тахометри або тахогенератори змінного струму дозволяють виробляти місцевий і дистанційний контроль за частотою обертання дизеля в широкому діапазоні.
Коливання частоти обертання валу, як при нестаціонарних, так і при сталих режимах реєструють зазвичай за допомогою тахографів.