Практическое занятие № 3. Тема:Определение мощности главных двигателей по косвенным параметрам.

 

Тема:Определение мощности главных двигателей по косвенным параметрам.

 

Цель: приобретение практических навыков, определение мощности двигателя в судовых условиях.

 

Материальное обеспечение: двигатель, стенд обкатки двигателей, графики стендовых испытаний, термометры, тахометры.

Вводный контроль:

1. Определение индикаторной мощности двигателя.

2. Определение эффективной мощности двигателя.

 

 

Краткая теория

 

1. Индикаторную мощность двигателя определяют снятием индикаторных диаграмм с каждого цилиндра. Индикаторные диаграммы обрабатывают и по их площадям определяют среднее индикаторное давление Pi для каждого цилиндра. Затем, зная диаметр цилиндра Д, ход поршня S и частоту вращения n по формулам (3). Ni=1,74 PiД² S n л.с., для двухтактного или (4) Ni=0,87 PiД² S n л.с. четырехтактного двигателей определяют индикаторную цилиндровую мощность. Складывая полученные значения, получают индикаторную мощность двигателя.

2. Для определения эффективной мощности применяют гидравлические тормоза, электрическую нагрузку и торсиметры. Если двигатель соединен с генератором электрического тока, то эффективную мощность (л.с.) определяют по показаниям амперметра и вольтметра, применяя следующие формулы:

Ne=1,36 (IU:1000η₄) (5)

Ne=1,36 cos φ/1000 η₄ ) (6)

где I – сила тока, А

U – напряжение, В

η₄ - кпд генератора

cos φ – коэффициент мощности генератора.

 

3. В условиях судоремонтных и дизелестроительных заводов наибольшее распространение получили гидравлические тормоза (рис. 101. а [3]). Диск 1 имеет большое число отверстий и вращается, получая усилие от испытываемого двигателя через фланец 2 и вал 3, установленный в подшипниках 4, которые закреплены в стойках. При вращении диска вода (подается по трубе 6 и отводится по трубе 7) отбрасывается центробежными силами к наружной окружности, в результате чего образуется водяное кольцо, в котором вращается диск.

Водяное кольцо, соприкасаясь с углублениями в стенках кожуха 5, испытывает сопротивление. С увеличением потока воды тормозящее усилие возрастает, и, следовательно, для вращения диска с определенной скоростью необходимо приложить большую силу, т.е. нагрузка на двигатель увеличивается. Реакция сил трения проворачивает кожух, и он действует на динамометр, который показывает тормозящее усилие.

Зная крутящий момент Мкр (Н*м) и частоту вращения n (об/мин), можно подсчитать эффективную мощность (л.с.) по формуле:

 

Ne=Мкр* n/716,2 (7)

 

Работа двигателя, поглощаемая тормозом, превращается в теплоту, что вызывает нагрев воды. Чтобы вода не перегревалась, она беспрерывно подается в тормоз и отводится из него, а подача ее регулируется клапанами, установленными на соответствующих трубопроводах.

 

4. В судовых условиях для определения эффективной мощности используют струнные, оптические, механические и электрические торсиметры.

Схема датчика струнного торсиометра показана на рис.101, б [3]

Разъемные муфты 1 устанавливают на расстоянии 70-90 мм друг от друга и закрепляют на валу 2 линии валопровода судна. Затем натягивают струну 3, надевают контактные кольца 4, подводят щетки 5 и кабелем 6 соединяют приемник.

В приемнике (рис. 101 не показан) установлены частотный генератор и струна, имеющая те же вибрационные характеристики, что и струна датчика, вал 2, вращаясь, закручивается на угол, пропорциональный передаваемой мощности. При этом струна 3 датчика растягивается, в результате чего высота тона ее вибрации изменяется и фиксируется приемником. Вращая микрометрические винты настройки, изменяют натяжение струны приемника и добиваются совпадения частоты колебаний струн датчика и приемник. Резонанс струн, фиксируемый приемником, указывает на равенство механических напряжений и, следовательно, удлинений обеих струн. Величина механических напряжений струн фиксируется стрелкой приемника, шкала которого отградуирована в градусах (радианах) поворота муфт относительно друг друга.

Зная показания торсиометра, определяют передаваемый крутящий момент (н*м) по формуле:

 

Мкр = φ_р*GI_p/L (8),

 

где Мкр – передаваемый крутящий момент Н*м;

φ – угол закручивания вала, рад;

G – модуль сдвига, кгс/см (для стали = 8,2*10⁵ кгс/см);

I_{p –} полярный момент инерции, см⁴ (для круглого вала

L- расстояние между муфтами, см.

Затем по формуле (7) определяют эффективную мощность двигателя.

 

5. Иногда эффективную мощность определяют по методу косвенных показателей, который заключается в следующем, если на заводском стенде, где можно точно замерить мощности с помощью тормозов, определить зависимости резе показателей от эффективной мощности и составить соответствующие графики в дальнейшем уже при эксплуатации дизеля на судне можно, определив эти показатели, по графикам судить об эффективной мощности. Обычно в качестве таких косвенных показателей используют часовой расход топлива и частоту вращения двигателя. Определив эти данные в условиях промысла, по графику, снятому на заводе, определяют эффективную мощность.

Термометры и давления рабочих тел при испытаниях замеряют термометрами и манометрами различных конструкции, а частоту вращения – тахометрами, которые по принципу действия делят на механические и магнитоиндукционные.

 

6. Принцип действия механического тахометра (рис. 102,а [3]) основан на использовании центробежных сил. На валике 1 имеется поперечная ось 3, на которой свободно крепится кольцевой груз 4, с помощью специальной пружины 2 эластично соединенный с поперечной осью. С помощью тяги 5 груз соединен с муфтой 6, свободно сидящей на валике 1. Муфта через зубчатую рейку 7 и шестерню 8 связана со стрелкой 9. При вращении валика 1 кольцевой груз под действием центробежных сил стремится занять положение, перпендикулярное оси вращения, перемещая при этом стрелку по шкале. Положение кольцевого груза относительно оси вращения отвечает равновесию центробежных сил, действующих на кольцо, и усилию пружины 2.

Магнитоиндукционный тахометр (рис. 102. б [3]) состоит из постоянного магнита 4, который охватывается медной или алюминиевой чашкой 3. При вращении магнита в чашке возникают вихревые токи (токи Фуко) и образуется собственное магнитное поле. В результате взаимодействия магнитных полей чашка увлекается в направлении вращения магнита. Пружина 2 допускает поворот чашки на угол, соответствующий частоте вращения постоянного магнита. Через передаточный механизм 1 поворот чашки передается стрелка прибора.

Данные тахометры обычно имеют дистанционное исполнение. Тахогенератор, приводимый во вращение от вала, частоту вращения которого измеряют, вырабатывает ток соответствующей частоты. Питаемый этим током синхронный двигатель, расположенный в показывающем приборе, вращает постоянный магнит. Таким образом, частота вращения магнита всегда соответствует измеряемой частоте вращения. Магнитоиндукционные тахометры устанавливают на нереверсивных двигателях.

 

Содержание отчета:

1. Отчет по изложенному материалу.

 

Заключительный контроль:

1. Какие существуют виды испытаний дизеля?

2. С какой целью проводят испытания дизеля?

3. Как определяют эффективную мощность дизеля в заводских условиях?

4. Как определяют эффективную мощность дизеля на судах флота рыбной промышленности?

5. Принцип действия струнного торсиметра.

6. Действия механического тахометра.

7. Работа магнитоиндукционного тахометра.

 

Литература:

1 А.Г. Миклос, Н.Г. Чернявская, С.П. Червяков Судовые двигатели внутреннего сгорания, 1986.

2 Методические указания к выполнению лабораторных работ по специальности «СЭУ и их эксплуатация», 1985.

3 Е.М. Соловьев, учебник моториста первого класса промыслового флота, 1981.