Сизых В.А. Судовая автоматика и аппаратура контроля

Подождите немного. Документ загружается.

среднее эффективное давление

а эффективную мощ-

ность вычисляют по формуле

=А?р

<а,

где

— по-

стоянная данного дизеля.

Торсиометры. Несмотря на то что различные косвен-

ные методы определения мощности сравнительно прос-

ты и не требуют применения дорогостоящих приборов,

они разработаны для определенных условий и погреш-

ность их довольно велика.

Наиболее точным методом определения эффективной

мощности является торсиометрирование дизелей. При-

меняемые для этой цели приборы (торсиометры) позво-

ляют измерять фактическое значение мощности незави-

симо от технического состояния дизеля, метеорологиче-

ских условий и других факторов Торсиометры делят на

индуктивные, акустические,

тензометрические

и опти-

ческие.

Эффективную мощность дизеля в этом случае опре-

деляют по формуле

где Аз — постоянная торсиометра для испытуемого дизеля;

|—

угол скручивания вала (в единицах шкалы

торсиочетра);

оз

—

>гловая

скорость коленчатого вала

Торсиоыетр

фазочувствительным

измерителем мощ-

ности имеет две индуктивные катушки 2, 8 (рис. 17) с

сердечниками, в пазах которых расположены зубчатые

диски

9 из ферромагнитного сплава, закрепленные на

валу 10. Магнитный поток сердечников индуктивных ка-

тушек

замыкается

через зубцы дисков. Если вал непод-

вижен, фазы токов на выходе из индуктивных катушек

совпадают. При вращении под нагрузкой вал скручива-

ется, зубцы дисков смещаются относительно друг друга

на расстояние 6 и синхронность замыкания магнитных

потоков индуктивных катушек нарушается. На вход фа-

зочувствительного

блока 3 от индуктивных катушек в

этом случае поступает ток с различными фазами.

Разность фаз сигналов

фиксируется

измерительным при-

бором 4, шкала которого градуирована в единицах угла

скручивания (вращающего момента) вала. Нулевое зна-

чение угла скручивания (момента) устанавливают при

неподвижном вале взаимным смещением индуктивных

катушек относительно зубцов дисков

В системах автоматического контроля измерять мощ-

ность можно непрерывно. В

этом

случае выходные сиг-

Рис. 17.

Функциональная

схема индуктивного

фазочувствительного

торсиометра

Рис. 18. Функциональная схема магнитно-индуктивного торсиометра

Рис. 17.

Функциональная

схема индуктивного фазочувствительного

торсиометра

Рис. 18. Функциональная схема магнитно-индуктивного торсиометра

налы по углу скручивания (вращающему моменту) от

блока 3 и угловой скорости вала от тахометра 7 посту-

пают на вход счетного блока 5. По полученным данным

счетный блок выдает на прибор 6, градуированный в

единицах мощности, сигнал, пропорциональный углу

скручивания и угловой скорости вала.

Как известно, под действием вращающего момента

изменяется магнитная проницаемость материала вала.

Магнитно-индуктивный

торсиометр

(рис. 18), принцип

действия которого основан на измерении магнитной про-

ницаемости вала при его деформировании, состоит из

нескольких (на схеме показаны

две)

катушек индуктив-

ности с

П-образными

сердечниками

2, установленны-

ми в нескольких местах вокруг вала 3 на некотором рас-

стоянии от его

поверхности.

Магнитный поток сердечни-

ка замыкается через воздушные зазоры под его полю-

сами и через металл вала. При неподвижном вале маг-

нитная

проницаемость его металла (в случае точной ус-

тановки прибора и полной однородности материала ва-

ла) одинакова во всех направлениях и ток в катушках

не протекает.

Если вал 3 нагружен (передает вращающий

момент),

то в нем возникают силы растяжения и сжатия. При

скручивании вала симметрия

магнитого

поля нарушает-

ся, магнитная проницаемость в направлении растяжения

увеличивается,

а в направлении сжатия — уменьшается.

Вследствие этого напряженность магнитного поля под

одним из полюсов сердечника становится больше, чем

под другим, и в его катушках индуцируется э. д. с.

ых.

пропорциональная вращающему моменту.

Принцип работы акустических торсиометров основан

на зависимости частоты собственных колебаний струны

от ее деформации. Такой прибор состоит из двух дисков,

закрепляемых

'на

валу. Между дисками натянуто нес-

колько струн. При скручивании вала струны растяги-

ваются, в результате чего изменяется частота их коле-

баний, которая фиксируется специальным приемником.

Механические

напряжения

струн передаются па стрелку

прибора, шкала которого для удобства

пользования

от-

градуирована в градусах поворота одного диска отно-

сительно другого.

Тензометрические

торснометры

работают по

принщ!-

пу зависимости деформаций наружных слоев вала от

вращающего момента. Деформацию кручения измеряют

с помощью тензорезисторов,

наклеенных

на поверхность

вала под углом 45° к его оси

так,

что они образуют

плечи измерительного моста, питание к которому

пода-

ется через специальный щеточный токосъемник, закреп-

ленный на валу. Изменение сопротивления плеч, вызван-

ное деформированием тензорезисторов, приводит к дис-

балансу измерительного моста, который характеризует

вращающий момент.

Оптический торсиометр представляет собой разъем-

ные диски, закрепленные на расстоянии один от другого

на промежуточном валу. В дисках сделаны одинаковые

отверстия, напротив которых с наружной стороны за-

креплены фоторезисторы,

не

связанные с валом, а меж-

ду дисками с радиальными отверстиями находится ис-

точник света (лампа). При ненагруженном вале отвер-

стия в дисках совпадают, поэтому на оба фоторезистора

свет через отверстия падает в один и тот же момент.

При скручивании вала и относительном сдвиге дисков

один из фоторезисторов будет освещаться ранее другого

и один фототок будет сдвинут относительно другого по

фазе. Измерительное фазометрическое устройство изме-

ряет при этом время между

импудьсами

фототоков как

функцию вращающего момента дизеля.

8. ПРИБОРЫ

ДЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

РАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

ПО ЦИЛИНДРАМ ДИЗЕЛЯ

Максиметр.

Равномерность распределения мощности

(нагрузки) по цилиндрам дизеля определяют по темпе-

ратуре выпускных газов, давлению

сжатия

и максималь-

ному давлению цикла. Отклонение указанных парамет-

ров от среднего значения по цилиндрам не должно пре-

вышать соответственно ±5, ±2,5, ±4%.

Температуру выпускных газов измеряют, как прави-

ло, термоэлектрическими термометрами (см. рис.

10)

а давление сжатия и максимальное давление цикла —

максиметрами или индикаторами.

Максиметр (рис. 19, а) состоит из корпуса

к ниж-

ней части которого присоединен штуцер 10 для связи с

индикаторным краном, а к верхней — манометр 4 (рис.

19, б). Для

уменьшения

вибраций и нагрева манометр

соединен с корпусом посредством трубки 5. Для

лучшего

2—3809 33

Рис 19

Максимегр

для определения

давления

газов

а —

корнус,

б —

общий

вид

отвода теплоты

корпус

снабжен ребрами 7

(см рис 19, а) Внутри корпуса смонтированы дрос

сель 2 для уменьшения колебаний стрелки манометра;

фильтр 9, исключающий прорыв частичек несгоревшего

топлива, игольчатый клапан 3 для выпуска газов в

конце измерений и обратный клапан 8, высота подъема

которого регулируется винтом 6

Прежде чем приступить к измерениям,

продувают

индикаторный кран цилиндра, соединяют

максиметр

индикаторным краном, закрывают

иготьчатый

клапан 3

и на несколько секунд открывают индикаторный кран

Обратный клапан 8 пропускает газы только в одном

направлении, поэтому через некоторое время в полости

максиметра

устанавливается давление, равное макси-

мальному дав пению в цилиндре Давление сжатия в про-

веряемом цилиндре определяют при отключенном топ-

ливном насосе

высокого

давления

(ТНВД)

Индикаторы Особое значение для анализа процессов

в дизечях имеют индикаторные

диаграммы,

представ-

ляющие собой запись быстро

изменяющихся

давлений

Рис. 20 Индикатор с цилиндрической

пр>жиной

—-

функциональная

схема б —

общий

вид

Рис

Индикатор со

стержневой

пружиной

а —

ф!нкциональная

схема б — общий вид

в цилиндрах в зависимости от хода поршня. Однако

подавляющее большинство судовых дизелей не имеют

индикаторных приводов

(ходоуменынителей),

копирую-

щих в некотором масштабе движение поршня. Поэтому

индикаторами в судовых условиях, как и

максиметрами,

определяют только давления сжатия и максимальные

давления цикла.

Для

индицирования

дизелей применяют индикаторы

с цилиндрической или стержневой пружиной. Первые

используют для индицирования дизелей с угловой ско-

ростью коленчатого вала до 50 рад/с, вторые — для ин-

дицирования дизелей с угловой скоростью вала более

50 рад/с.

Индикатор с цилиндрической

пружиной

(рис. 20, а)

состоит из трех основных узлов: корпуса, пишущего уст-

ройства и барабана с закрепленной на нем бумажной

лентой. В корпусе 7 установлена сменная бронзовая

втулка, в которой перемещается стальной поршень в.

Последний соединен со штоком 4, нагруженным регу-

лировочной пружиной 2. В пишущее устройство входит

система рычагов 5 к

карандашедержатель

Перед началом индицирования карандашедержатель

подводят к бумаге, открывают кран 8 в корпусе индика-

тора, поворачивают барабан 3 (рис. 20, б) до упора и

вычерчивают на бумажной ленте

барабана

атмосферную

линию. Затем продувают индикаторный кран цилиндра,

закрепляют на нем индикатор, открывают индикаторный

кран и, медленно поворачивая барабан, получают на бу-

мажной ленте несколько вертикальных линий, называе-

мых гребенками и соответствующих в масштабе давле-

нию в конце сжатия или максимальному давлению

цикла.

Индикатор со стержневой пружиной (рис. 21, а)

состоит из барабана 2, пишущего устройства 3, поршня

5 и стержневой пружины 1, смонтированных в корпусе 4

(рис. 21, б). Отличие стержневой пружины от цилиндри-

ческой заключается в том, что цилиндрическая работа-

ет на растяжение, а стержневая, как консольная бал-

ка, — на изгиб. Повышенная жесткость стержневой пру-

жины снижает погрешность измерений.

Индикаторы

снабжают комплектом пружин. Выбор пружины при ин-

дицировании зависит от ожидаемого максимального дав-

ления цикла.

9. ПРИБОРЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Дизель как объект диагностирования. Техническое

обслуживание и ремонт

СЭУ

могут осуществляться ли-

бо как планово-предупредительные мероприятия регу-

лярно через определенный период времени и в заданном

объеме,

либо в зависимости от фактического состояния

элементов установки. Во втором варианте полнее ис-

пользуется ресурс каждого конкретного узла механизма

и установки в целом.

Одним из путей

увеличения

эксплуатационной

на-

дежности и долговечности СЭУ является широкое внед-

рение средств технического диагностирования в прак-

тику работы судовых экипажей и промышленных пред-

приятий

Минречфлота.

Под

техническим

диагностированием

понимают ком-

плекс мер, которые позволяют оценить техническое сос-

тояние СЭУ и ее элементов без разборки. Однако диаг-

ностирование не означает отказа от планово-предупре-

дительного технического обслуживания и ремонта судна.

Оно позволяет лишь установить действительную потреб-

ность в запланированных работах, которые с учетом ре-

зультатов

диагностирования

могут быть выполнены в

полном объеме или сроки проведения которых могут

быть перенесены. Диагностирование дает возможность

также выявлять отказы и прогнозировать ресурсы ис-

правной работы элементов СЭУ.

Работа дизеля, как одного из основных элементов

энергетической установки,

сопровождается

излучением

теплоты, вибрацией, распространением шума, накопле-

нием в смазочном масле продуктов изнашивания тру-

щихся деталей и другими процессами. Параметры этих

процессов достаточно полно отражают техническое сос-

тояние и качество

функционирования

дизеля, содержат

необходимую для диагностирования информацию. Их

называют диагностическими параметрами.

Для количественной оценки технического состояния

Дизеля по результатам

измерений

диагностических пара-

метров должны быть известны их номинальное допус-

тимое и предельное значения. Номинальное значение па-

раметра характеризует первоначальное нормативное тех-

ническое состояние дизеля. Допустимое значение

пари-

метра соответствует такому техническому состоянию

дизеля, при котором он в процессе работы сохраняет

экспл\атационные

технико-экономические показатели в

заданных нормах. Предельное значение — это наиболь-

шее (наименьшее) допустимое значение параметра, за

пределами которого дальнейшая эксплуатация дизеля

может привести к снижению эффективности его исполь-

зования, поломкам и авариям.

Диагностирование технического состояния механиз-

мов и оборудования СЭУ производят по следующим

признакам:

параметрам рабочих процессов; герметично-

сти рабочих полостей; тепловому состоянию, виброакус-

тическим и

инструментальным

характеристикам;

составу

продуктов изнашивания трущихся деталей в

смазочном:

масле и составу выпускных газов.

Для определения технического состояния дизелей по

параметрам рабочих процессов необходима высокоточ-

ная аппаратура измерения: удельного расхода топлива,

температуры выпускных газов по цилиндрам, коэффици-

ента избытка воздуха, температуры втулок цилиндров,

поршней, коренных подшипников и

других

деталей ди-

зеля; давления сжатия, максимального давления сгора-

ния либо среднего индикаторного давления; акустиче-

ских, вибрационных характеристик;

расхода

воздуха

либо перепада давления воздуха на

различных

участках

воздушного или выпускного тракта; зазоров в трущихся

парах и т д. Б настоящее время достоверность

этого

метода ограничена в связи с тем, что отсутствуют прибо-

ры для измерения одного из основных параметров —

эффективной или индикаторной мощности дизеля.

Диагностирование по герметичности рабочих полос-

тей заключается в проверке непроницаемости

систем,

устройств и соединений деталей дизеля во время гидрав-

лических испытаний, при опрессовке плунжерных пар

топливных насосов и контроле рабочего давления. Метод

отличается простотой, и его широко используют при

эксплуатации судовых дизелей.

Для оценки технического состояния трущихся дета-

лей дизеля применяют диагностирование по тепловым

показателям (температуре, скорости и месту нагрева).

Сдщность

виброакустического метода оценки техни-

ческого

состояния состоит в определении энергии аку-

стического сигнала, возрастающего с увеличением зазо-

ра соударяющихся деталей.

Инструментальный метод

диагностирования

приме-

няют при неработающем дизеле без его разборки или с

частичной разборкой некоторых узлов, например, при

снятых

форсунках,

открытых фильтрах и блоках. Диаг-

ностирование этим методом производят непосредственно

по результатам измерения износов основных деталей с

помощью простых приборов и устройств. Вследствие

доступности и невысокой стоимости средств диагности-

рования этот метод определения технического

состояния

элементов

СЭУ

нашел наибольшее распространение на

речном транспорте.

Метод диагностирования по концентрации продуктов

изнашивания трущихся деталей в смазочном масле ис-

пользуется для оценки интенсивности изнашивания ос-

новных деталей дизелей, исправности действия средств

очистки масла, необходимости замены масла и т. п.

Анализ выпускных газов позволяет судить о работе

топливной аппаратуры и износе деталей

цидиндро-

поршневой группы

(ЦПГ).

Средства диагностирования. Надежность дизеля в

основным зависит от надежности деталей ЦПГ, криво-

шипно-шатунного

механизма

(КШМ)

и топливной ап-

паратуры

(ТА).

Поэтому созданию методов и средств

их диагностирования уделяют в настоящее время на-

ибольшее внимание.

Для оценки технического состояния (износа) втулок

цилиндров,

поршней,

поршневых

колец

и герметичности

камеры сгорания, как

указывалось,

максиметром или

индикатором определяют давление в конце сжатия в

цилиндрах дизеля. Снижение давления в конце сжатия

более чем на 5% свидетельствует о неисправности ЦПГ.

Герметичность камеры сгорания определяют специаль-

ным прибором, называемым

пневмоиндикатором.

Действие

пневмоиндикатора

основано на том, что

при подаче сжатого воздуха в камеру сжатия цилиндра

утечка его в картер при закрытых клапанах характери-

зует

состояние деталей

цилиндро-лоршневой

группы (из-

нос, потерю упругости или

закоксование

колец; износ

рабочей

втулки).

Пневмоиндикатор

(рис. 22) состоит из игольчатого

клапана 4, которым регулируется давление рабочего

воздуха, контрольного манометра 1, показывающего дав-

ление воздуха перед дроссельной шайбой 3, и измери-

тельного манометра 2.