2. Измерение давлений

Измерение давлений, постоянных или медленно из­меняющихся, выполняют с помощью различных мано­метров: жидкостных, пружинных, мембранных и электрических. На судах в настоящее время основным типом манометра является пружинный (см. pис. 1). В нем роль чувствительного элемента и одновременно пружины выполняет дугообразная металлическая труб­ка 1 с эллипсообразным сечением. Внутренняя полость трубки через резьбовое соединение 3 сообщается со средой, давление в которой необходимо измерить. Дав­ление внутри трубки стремится распрямить ее, чему препятствует упругость стенок. В результате трубка выпрямляется тем больше, чем выше действующее в ней давление. Движение конца трубки через серьгу 5 и зубчатый сектор 4 передается стрелке (шкала на рис. 1 не показана). Весь механизм манометра заклю­чен в корпус 2. Так устроены, например, манометры типа МТК (манометр технический корабельный). При­боры этого типа измеряют избыточное давление и обычно имеют 2,5 класс точности, а более точные (контрольные) 0,2-1,0. Эти приборы просты, надежны, дешевы, могут быть рассчитаны на измерение и низких давлений, и сверхвысоких (до 500 МПа). В процессе длительной эксплуатации упругие свойства трубки-пружины могут изменяться, поэтому такие манометры надлежит периодически проверять.

Рис. 1 Пружинный манометр

Максимальные, мгновенные и средние значения быстро изменяющегося давления в рабочих цилиндрах ДВС необходимо знать для правильного решения мно­гих возникающих в процессе эксплуатации практичес­ки важных вопросов: объективной оценки техническо­го состояния, выполнения регулировочных работ, оп­ределения причин неудовлетворительной работы двига­теля и др.

Для этой цели используют максиметры, пиметры и индикаторы. На практике в качестве максиметров час­то используют механические индикаторы со спираль­ной или стержневой пружиной, записывая на них "гре­бенки". Кроме того, на судах используют максиметры манометрического (типа ЦНИДИ и др.) и пружинного типов (системы "Зульцер" и др.). В первых измери­тельным прибором является пружинный манометр, газы к которому импульсами пропускает невозврат­ный клапан до тех пор, пока давление в замкнутой по­лости за клапаном, образованной манометром и соеди­нительной трубкой, не достигнет уровня максимально­го значения давления в цилиндре. На этом значении давления и замрет стрелка манометра. Сняв показание такого максиметра, давление из него стравливают че­рез специальный клапан.

Поршневой максиметр состоит из цилиндра, порш­ня, нагруженного калиброванной пружиной, поворот­ной головки, изменяющей натяг пружины, и деталей присоединения прибора к индикаторному крану. Пово­ротная головка выполняет две функции: изменяет ра­бочий натяг пружины и позволяет по шкале прочесть соответствующее давление. Поршневые максиметры "Зульцер" допускают погрешность измерения ± 1,0%. Эти максиметры бывают двух типов: газовые с верх­ним пределом измерения 8 или 10,5 МПа и топливные, позволяющие измерять максимальное давление топли­ва за ТНВД в пределах до 100—140 МПа.

Максиметры вследствие инерционных погрешнос­тей и трения в подвижных деталях обычно показывают несколько заниженные значения максимального давле­ния, но для эксплуатационных целей (распределение нагрузки между цилиндрами, регулирование p_z и др.) это несущественно.

Пиметры показывают среднее по времени значение циклически изменяющегося давления в цилиндрах ди­зелей. Их используют для контроля работы отдельных цилиндров и при регулировании топливоподачи в ци­линдры, измеряя равномерность нагрузки последних, так как известно, что среднее за цикл давление p_t про­порционально среднему индикаторному давлению р_i (см. рис. 2). Такая функциональная линейная связь меж­ду p_i и p_t устанавливается только экспериментальным путем и справедлива для конкретной пары дизель— пиметр. Точка а на графике соответствует случаю чис­того сжатия, когда топливо в цилиндр не подается.

Рис. 2. Пиметр с капиллярной трубкой типа П –3

Из разнообразных типов пиметров на торговом флоте используются поршневой (механический) и капиллярный. Сложная механическая система поршне­вых пиметров, содержащая слабую пружину между маховичками, легко повреждается при случай­ных толчках и ударах, поэтому на судах чаще использу­ют пиметры капиллярного типа, схема которого изоб­ражена на рис. 2.

Прибор состоит из присоединитель­ного узла 1, фильтра 2, дополнительной капиллярной трубки 3 и включающего ее в работу вентиля 4, основ­ной капиллярной трубки 5 и манометра 6. После изме­рения газ из прибора стравливается через вентиль 7.

Прибор действует на основе демпфирующего эф­фекта в длинных капиллярных трубках. Такой советского производства пиметр П-3 — переносной прибор с массой около 9,5 кг. Он надежен и устойчиво работа­ет при частоте вращения вала двигателя n  100 об/мин. Диапазон возможного измерения p_t зависит только от шкалы его манометра типа МТК (0,6; 1,0; 1,6 или 2,5 МПа).

Индикаторы способны записывать мгновенные зна­чения быстро изменяющегося давления газов в рабо­чем цилиндре ДВС. Если такая запись ведется во взаимосвязи с мгновенным положением рабочего поршня в цилиндре, то получается индикаторная диа­грамма в координатах р — V, а если она связана с вре­менем или пропорциональным ему углом поворота ко­ленчатого вала, то получается развернутая индикатор­ная диаграмма в координатах р - т( ). Обе разновид­ности индикаторных диаграмм используют при анализе рабочего цикла в цилиндрах ДВС и для определения среднего индикаторного давления р_i необходимого для расчета индикаторной мощности.

Индикаторные диаграммы в координатах р —V обычно снимают с помощью относительно простых ме­ханических (поршневых) индикаторов со спиральной пружиной ("Майгак" типа 50 или 30) или со стержне­вой пружиной. Эти индикаторы, несмотря на все при­меняемые меры по снижению инерционных погрешнос­тей в записи давления, удовлетворительно работают только при ограниченных значениях n вала двигателя. Так, индикаторы "Майгак" типа 50 рассчитаны на n  250 об/мин, типа 30 - на п  400 об/мин, а индика­торы со стержневой пружиной — на n < 750 об/мин. Инерционные погрешности в записях этих индикаторов имеются и по другой координате, т. е. в записи движе­ния поршня. Причем по своему основному назначению механические индикаторы возможно использовать только на дизелях, имеющих индикаторные приводы эксцентрикового или рычажного типа у каждого ци­линдра, или общий привод для всех цилиндров с пово­ротной головкой. Все это ограничивает область практи­ческого использования механических индикаторов. Их часто используют на МОД и реже на СОД. Конструкция и правила использования механических индикаторов ос­вещены в учебной и справочной литературе.

Для записи индикаторных диаграмм всех типов ДВС, в том числе и ВОД, могут быть использованы "безынерционные" электрические и пневмоэлектрические индикаторы, описание которых также дано в лите­ратуре. Отсутствие в этих индикаторах быстро перемещающихся под действием давления газов дета­лей обеспечивает почти полное отсутствие инерцион­ных погрешностей в записи р =f(т), что и дает основа­ние называть их "безынерционными". Преимуществом всех электрических индикаторов (пьезоэлектрических, с тензодатчиками и др.) является и то, что они не нуж­даются в механическом приводе от двигателя, так как записывают диаграммы отдельных циклов в координа­тах р — т( ) с помощью осциллографа. Такие диа­граммы очень удобны для анализа развития основных процессов цикла во времени и их связи с другими син­хронно записываемыми процессами (например, топливо подачей), причем не только на установив­шихся режимах работы двигателя, но и на переходных.

Однако такие индикаторы сложны, дороги и гро­моздки, требуют специальных навыков в использова­нии, а потому малопригодны для широкого распростра­нения на судах. Кроме того, масштаб записи дав­ления, определяемый путем экспериментального сня­тия тарировочных графиков, не всегда стабилен. Поэтому диаграммы, снятые электрическими ин­дикаторами, более пригодны для качественного ана­лиза, чем для определения р_i.

Еще более громоздки пневмоэлектрические инди­каторы, но зато они записывают развернутую индика­торную диаграмму в крупном и точном масштабе. Мас­штаб записи давлений стабилен, так как определен жесткостью пружины. Барабан такого индикатора по­лучает привод непосредственно от коленчатого вала ДВС, и запись диаграммы ведется за ряд циклов в ци­линдре, т. е. получается усредненная диаграмма цикла двигателя, работающего на установившемся режиме. Такие диаграммы удобны для точного определения p_i и n_m в процессе различных стендовых испытаний ДВС