книги из ГПНТБ / Добровольский А.П. Теплотехнические испытания судовых холодильных установок

При необходимости соленость, удельный вес и теплоемкость морской воды с достаточной степенью точности могут быть опреде­ лены (в зависимости от района плавания) по табл. 13, кроме того, соленость может быть взята из лоции.

§ 35. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ Ж ИДКО СТИ

При испытаниях и нормальной эксплуатации судовых хо­ лодильных установок весьма важным является измерение уровня жидкости в резервуарах, ресиверах и аппаратах. Эти измерения позволяют определить количество находящейся в аппаратах жидкости и избежать опасного переполнения холодильным агентом отдели­ телей жидкости, промежуточных сосудов и других аппаратов.

В о врем я испытаний холодильны х устан овок при у стан ови в ­ ш ем ся тепловОіМ состоянии необходимо поддерж ивать постоянный ур о ­ вень ж идкости в отдельны х элем ентах устан овки . Это требование о со ­ бенно важ н о в отношении холодильного аген та при кратковрем енном испытании холодильны х машин на стендах. При длительны х испы та­ ниях необходимо так ж е стрем иться к тому, чтобы уровень ж идкого х о ­ лодильного аген та и уровень хладоносителя в различны х ем костях были одинаковы ми в начале и конце испытаний. И змерения разности уровней ж идкости можно исп ользовать для определения расхода ж идкости .

Уровень воды или хладоносителей в мерных и расширительных баках и других емкостях измеряют с помощью обычных водомерных стекол или поплавковых указателей уровня различного типа. Опре­ делять уровень жидкого холодильного агента в конденсаторах, испарителях, ресиверах, промежуточных сосудах и отделителях жидкости значительно сложнее.

На стороне высокого давления холодильного агента, где отсут­ ствует кипение жидкости (ресиверы конденсаторов, дренажные ре­ сиверы и др.), для измерения уровня широко используют мерные стекла Клингера с приспособлениями для автоматического отклю­ чения аппарата при повреждении стекла.

На стороне низкого и среднего давлений (испарители, проме­ жуточные сосуды и др.) вследствие кипения жидкого холо­ дильного агента нельзя точно определить положение уровня жидкости через смотровые стекла. В этом случае пользуются дистанционными указателями уровня, к которым относятся указатели поплавкового

и колебаний ее свободного уровня в условиях качки поплавок сле­ дует размещать в специальной выносной камере, соединенной урав­ нительными трубками с жидкостной и газовой полостями сосуда. Связь между поплавком и показывающим прибором осуществляется с помощью механических, магнитных или электрических передач. Для определения уровня холодильного агента механические передачи не применяют, так как они требуют уплотнения тяги, связывающей поплавок и показывающий прибор. Магнитные передачи позволяют

138

определять уровень только при его крайних положениях — верхнем и нижнем. При этом с помощью ртутных выключателей (меркоидов) зажигаются световые сигналы, однако во время качки меркоиды могут самопроизвольно включаться и выключаться. Вследствие указанных недостатков магнитные передачи на судах не применяют..

Более приспособленным для судовых условий является дистан­ ционный указатель уровня с индукционной передачей, схема дей­ ствия которого показана на рис. 79. К поплавку 1 приварен сердеч­ ник 2 из магнитной стали, который при всплытии поплавка входит

в заглушенную в верхней части трубку 3, выполненную из немагнит­ ного материала. На трубку намотана индукционная катушка 4, со­ стоящая из двух секций. Такой же катушкой 4 и сердечником 2 снабжен вторичный прибор на измерительном. пульте. Секции ка­ тушек включены в схему индукционного моста, к которому подво­ дят переменный ток. При подъеме поплавка сердечник входит внутрь катушки первичного прибора, в результате чего повышается индук­ тивное сопротивление этой секции, нарушается равновесие моста и в среднем проводе, являющемся нейтральной линией, появляется ток. Это в свою очередь увеличивает силу тока в катушке вторичного прибора, и в нее начинает втягиваться сердечник, который переме­ щает стрелку указывающего прибора. Каждому положению сер­ дечника в первичном приборе соответствует определенное положение сердечника во вторичном приборе, что позволяет вести наблюдение за непрерывным измерением уровня жидкости в сосуде, соединенном с поплавковой камерой.

Для измерения уровня жидкого холодильного агента широко при­ меняется гидростатический указатель уровня (гампсометр), пока­ зывающий положение уровня путем измерения давления столба жидкости. Принцип его действия можно видеть на рис. 80, а. В со­ суде 1 находится холодильный агент под давлением р 0. Уровень

139

жидкого холодильного агента fe рассматриваемый момент находится на высоте Н от оси нижней трубы, идущей к U-образному дифферен­ циальному манометру 3, обычно заполняемому ртутью. Жидкостная труба соединена с вертикальной расширительной трубой 2 диаметром примерно 50 мм; ее длина должна быть несколько больше интервала возможных колебаний уровня в сосуде. Трубу не изолируют, и поэтому благодаря теплопритоку из окружающей среды холодиль­

ный агент в ней испаряется. Образовавшийся при этом пар оказы­ вается запертым между жидким холодильным агентом и рабочей жидкостью манометра 3. Вследствие этого давление пара р 1 в расши­ рительной трубе больше давления р 0, а разность давлений уравно­ вешивается высотой столба рабочей жидкости h в манометре. Вели­

То же в сечении II— II

Pi = Po + hyp.

Приведенные равенства позволяют установить связь между ве­ личиной, характеризующей уровень жидкости, и показанием диффе-

140

ренциального манометра:

h — H

ного агента начинают применять радиоактивные изотопы. В ка­ честве источника излучения гамма-лучей используют радиоактив­ ные изотопы кобальта. По одну сторону сосуда находится источник излучения 1, а по другую — расположенные на разных уровнях четыре приемника (счетчика) 2, 3, 4 и 5 по числу позиций измере­ ния уровня (рис. 84). Интенсивность гамма-излучения, восприни­ маемого отдельными счетчиками, зависит от уровня жидкости и будет большей для счетчиков, расположенных выше ее уровня, вследствие того, что, проходя через жидкость, гамма-излучение ча­ стично рассеивается. Сигналы каждого счетчика усиливаются элек­ тронным усилителем, управляющим зажиганием неоновой лампы сигнального табло. По горению соответствующих ламп судят об уровне жидкости в сосуде. Достоинством этого метода измерения уровня является расположение прибора вне сосуда без каких-либо конструктивных его переделок.

141

Весьма перспективны указатели уровня жидкого холодиль­ ного агента, принцип действия которых основан на разнице в зна­ чениях диэлектрической постоянной жидкости и газа. В сосуде выше уровня жидкости расположен металлический стержень, явля­ ющийся датчиком прибора. При приближении или удалении уровня жидкости от стержня датчика электрическая емкость системы изме­ няется, вызывая изменение емкости колебательного контура высо­ кочастотного генератора электронного блока прибора. При этом происходит срыв генерируемых колебаний, в результате чего резко возрастает ток в анодной цепи генератора, и реле дает импульс, указывающий определенное положение уровня жидкости в сосуде.

§ 36. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

При испытаниях судовых холодильных установок, как пра­ вило, производят измерение частоты вращения компрессоров, а при необходимости — и частоты вращения насосов и вентиляторов. Для этой цели служат тахометры, которые по способу применения подразделяются на ручные и стационарные, а по принципу дей­ ствия — на механические и электрические. Наибольшее распростра­ нение получили ручные механические тахометры для периодического измерения частоты вращения. Принцип действия механических или центробежных тахометров основан на зависимости центробежной силы, действующей на чувствительный элемент прибора, от частоты вращения его вала. В качестве чувствительных элементов в ручных тахометрах служат либо раздельные расходящиеся грузики, либо грузовые кольца.

Стационарные механические тахометры навешивают на меха­ низм в месте, удобном для наблюдения за частотой вращения меха­ низма. Передача вращения от вала механизма к валу тахометра осу­ ществляется с помощью гибких валиков, жестко прикрепленных свободным концом к ведущему валу. Обычно стационарные меха­ нические тахометры являются неотъемлемой частью механизма.

Ручные механические тахометры выполняют чаще всего с гру­ зовыми кольцами и снабжают коробкой передач, позволяющей использовать прибор для измерения частоты вращения в широком диапазоне. Погрешность измерений частоты вращения с помощью механических тахометров не должна превышать ± 1 % верхнего предела выбранного диапазона шкалы.

Электрические тахометры состоят из датчика, представляющего собой генератор постоянного тока, и вторичного прибора. Их прин­ цип действия основан на пропорциональности напряжения, возни­ кающего в обмотке якоря генератора, частоте вращения якоря. Вто­ ричным прибором, воспринимающим это напряжение, служит магни­ тоэлектрический вольтметр, шкала которого отградуирована в обо­ ротах в минуту. Датчики электрических тахометров, как правило, устанавливают на механизме постоянно для контроля его частоты вращения при эксплуатации и испытаниях. Погрешность этих при­ боров не должна превышать ±1% предела шкалы.

142

V III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ,

ЗАТРАЧИВАЕМОЙ В МЕХАНИЗМАХ СУДОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

§ 37. ВИДЫ ИЗМЕРЯЕМОЙ МОЩНОСТИ

При испытаниях судовых холодильных установок наряду с холодопроизводительностью определяют и мощность, затрачивае­ мую на работу механизмов, входящих в состав установки- В зави­ симости от цели испытания определяют следующие виды затрачи­ ваемой мощности: полную Nn0JI, эффективную Ne, индикаторную Nt, мощность, затрачиваемую на трение, NTp и мощность холостого хода Nx.

Во время швартовных, ходовых испытаний и испытаний, свя­ занных с освидетельствованием судов Регистром, обычно определяют только полную мощность механизмов холодильной установки. Эффективную и индикаторную мощности, а также мощность, затра­ чиваемую на трение и холостой ход, определяют при испытании но­

по требованию заказчика или наблюдающих организаций опреде­ ляют индикаторную мощность средних и крупных компрессоров. При испытании герметичных компрессоров обычно ограничиваются определением полной мощности.

§ 38. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ

Полной мощностью Nn0„ испытываемого объекта (компрес­ сора, насоса, вентилятора) считается мощность, подводимая к его электродвигателю. Таким образом, она включает в себя наряду с мощностью, затрачиваемой на работу механизма, и мощность, расходуемую на компенсацию потерь в его двигателе и промежуточ­ ной передаче. При использовании электродвигателей постоянного тока полную мощность, квт, определяют либо непосредственно по

пол = IV cos ф- ІО"3;

143

для трехфазных

Л^пол = V 3 IV cos (р • ЮЛ

где ср — коэффициент мощности..

При испытаниях холодильных установок на судах часто возни­ кают затруднения в измерении cos <р, меняющейся в довольно ши­ роких пределах в зависимости от нагрузки; поэтому в судовых усло­ виях полную подведенную мощность лучше определять с помощью ваттметров. В случае длительных испытаний холодильных устано­ вок при установившемся режиме для измерения расхода энергии весьма удобно пользоваться электрическими счетчиками. Приме­ нять счетчики рекомендуется также при проведении стендовых и лабораторных испытаний судовых холодильных машин и компрес­ соров, так как в этом случае сокращается количество измерений и повышается точность определения подведенной мощности.

§ 39. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ МОЩНОСТИ КОМПРЕССОРОВ

И АНАЛИЗ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ

Индикаторную мощность N(, затрачиваемую в компрессоре холодильной машины, определяют по индикаторным диаграммам, с по­ мощью которых, кроме того, можно определить целый ряд весьма су­ щественных показателей, характеризующих конструктивные особен­ ности компрессора и качество его работы. Индицирование обычно производят при лабораторных исследованиях и стендовых испыта­ ниях компрессоров или после их капитального ремонта и в процессе эксплуатации для выявления дефектов в их работе.

Тіодготовка к индицированию и снятие индикаторных диаграмм.

Если наряду с индикаторной мощностью необходимо определить и другие показатели компрессоров, то перед испытаниями измеряют величину вредного пространства компрессора. Линейное вредное пространство определяют сжатием свинцовой проволоки между поршнем и крышкой цилиндра, а объемное вредное пространство — его непосредственным обмером и подсчетом.

Достаточно точно величина вредного пространства может быть определена путем заполнения его маслом, когда поршень находится

вмертвой точке. Точность измерения зависит от плотности клапанов и поршневых колец. Следует также устранить воздушные включения

вмасле, которые могут исказить результаты измерений. Заполнять вредное пространство маслом рекомендуется трижды, при этом не должно быть существенных расхождений в результатах отдельных измерений.

Выбор типа индикатора зависит от частоты вращения компрес­ сора. Для индицирования компрессора с частотой вращения, не пре­ вышающей 500 об/мин, используют поршневые индикаторы со спи­ ральной пружиной. Наиболее распространен индикатор типа Майгак. Применение этих индикаторов при индицировании компрес­ соров с большой частотой вращения приводит к искажению индика-

1 4 4

торных диаграмм вследствие значительной инерции механизма индикатора и влияния собственных колебаний спиральной пружины.

Для индицирования компрессоров с частотой вращения до 1000 об/мин используют поршневые индикаторы со стержневой пру­ жиной.

В последнее время, правда в ограниченных масштабах, начали применять электронные индикаторы, которые позволяют осуществ­ лять индицирование поршневых компрессоров практически при любой частоте вращения.

Действие электронных индикаторов основано на использовании различных физических явлений: пьезоэлектрического эффекта, изме­ нения удельного сопротивления и размеров проводника при дефор­ мации, электромагнитной индукции и т. д. В соответствии с выбран­ ным принципом выполняют электрическую схему индикатора и отдельные ее узлы- В результате испытания датчиков давления, проведенного во ВНИХИ, и анализа существующих конструкций наиболее целесообразными были признаны индикаторы двух типов: пьезоэлектрический и тензометрический, как наиболее полно удов­ летворяющие требованиям, предъявляемым к индикаторам для хо­ лодильных компрессоров. В силу ряда причин предпочтение отдано пьезоэлектрическим датчикам, с помощью которых было произве­ дено исследование компрессоров сравнительно небольшой произво­ дительности.

Регистрирующим прибором электронных индикаторов, как пра­ вило, является осциллограф.

Относительная сложность электронных индикаторов и самого процесса индицирования ограничивает использование этих индика­ торов лабораторными условиями. Подробные сведения об электронных индикаторах и работе с ними приведены в специальной литературе х.

Остановимся более подробно на пружинных индикаторах, ко­ торые еще широко используются для индицирования компрессоров. Поршневые пружинные индикаторы снабжают трехходовым краном, позволяющим в момент индицирования сообщать полость цилиндра индикатора с индицируемой полостью цилиндра компрессора, про­ дувать канал и разобщать эти полостиУгол поворота барабана индикатора, соответствующий определенному положению поршня в цилиндре компрессора, обеспечивается с помощью механического привода. Так как индикаторная диаграмма отражает изменение дав­ ления внутри цилиндра компрессора в зависимости от положения поршня, то во избежание ее искажения привод должен обеспечи­ вать точное соответствие между относительным перемещением поршня компрессора и углом поворота барабана индикатораКонструкция привода должна допускать быстрое присоединение индикатора на ходу компрессора.

В компрессорах двойного действия привод механизма поворота барабана связывают обычно с крейцкопфом или другой деталью,

1 Е.М . А г а р е в , Л . Е . М е д о в а р . Электронные индикаторы для холодиль­ ных компрессоров. М., Госторгиздат, 1962.

совершающей возвратно-поступательное движение. Индикатор при­ водят в действие с помощью шнура через ходоуменыпитель. Желае­ мая длина индикаторной диаграммы достигается подбором соответ­ ствующего диаметра сменного ведущего ролика ходоуменьшителя:

Сложнее осуществлять индицирование бескрейцкопфных ком­ прессоров, так как привод к барабану индикатора в этом случае может быть только от вала компрессора, что требует применения специальных приводных устройств. Эти устройства могут быть вы­ полнены в виде кривошипного механизма, закрепляемого на свобод­ ном торце вала, либо в виде эксцентрикового механизма, закрепляе­ мого на свободной части вала или его торце.

Приводные механизмы должны иметь приспособления, позво­ ляющие приводить в действие и останавливать барабан индикатора на ходу компрессора. Число приводных механизмов должно соот­ ветствовать числу цилиндров компрессора, причем ползун каждого кривошипного механизма должен достигать своих крайних точек одновременно с достижением поршнем соответствующих мертвых точек. Если при снятии индикаторных диаграмм используется один приводной механизм для нескольких цилиндров, то в этом случае необходимо, чтобы ползун механизма и поршень цилиндра, с кото­ рого снимается индикаторная диаграмма, одновременно достигли своих мертвых точек.

Механизм привода индикатора должен быть кинематически по­ добен шатунно-поршневой группе индицируемого цилиндра ком­ прессора, т. е. должно соблюдаться следующее соотношение между звеньями обоих механизмов:

_L_ _ J__

При подборе или проектировании механизмов привода радиус его кривошипа, или эксцентриситет, выбирают исходя из желаемой длины s диаграммы, учитывая, что s = 2г. Применение эксцентри­ кового привода допускается при частоте вращения вала компрессора, не превышающей 600—700 об/мин, так как при большей частоте вращения в индикаторной диаграмме могут возникнуть искажения.

Связь между приводным механизмом и барабаном индикатора осу­ ществляется с помощью невытягивающегося индикаторного шнура, в который вплетен эластичный стальной тросик. Направляющие блоки нужно располагать так, чтобы шнур не касался корпуса компрессора. '

1 4 6

Другим весьма важным фактором является выбор пружин. Пру­ жины, нагружающие поршень индикатора, подбирают так, чтобы их предельно допустимое давление превышало на 2—3 кгс/см2 дав­ ление нагнетания компрессора во время испытания. При исполь­ зовании более сильных пружин уменьшается высота индикаторной диаграммы, что затрудняет ее обработку и снижает точность ре­ зультатов.

Перед испытаниями с каждого цилиндра или его полости снимают пробные индикаторные диаграммы, чтобы убедиться в отсутствии

Рис. 82. Характер искажений индикаторных диаграмм.

искажений диаграммы, вызываемых неисправностью индикатора или его привода. Наиболее часто встречающиеся искажения индика­ торных диаграмм показаны на рис. 82 (нормальная индикаторная диаграмма нанесена штриховой линией, а искажения — сплошной линией).

1. Слабая пружина индикатора (рис. 82, а). Линия нагнетания располагается ниже и не имеет выступа, характеризующего откры­

тания укорочена вследствие остановки вращения барабана в конце хода, а верхняя часть линии обратного расширения идет вертикально.

3- Заедание поршня индикатора (рис. 82, в). Линия обратного расширения зигзагообразной формы, однако в целом она имеет нормальный наклон и заканчивается в положенном месте.