книги из ГПНТБ / Руководство по испытаниям двигателей боевых и транспортных машин

Для определения часового расхода воды при помощи водо­ мера необходимо измерить время перемещения большой стрелки

Измерение переменных или'текущих расходов жидких и газо­ образных сред является одним из сложных вопросов исследова­ тельской практики. Несмотря на многократные попытки решения этого вопроса, пока еще не создано надежных и стабильно рабо­ тающих приборов.

Сравнительно большое внимание в последние годы уделяется расходомерам, работа которых основана на принципе действия гидрометрической вертушки.

Гидрометрическая вертушка (рис. 41) представляет собой вращающуюся в подшипниках 1 ось 2 с лопастями 3. Она уста­ навливается в поток жидкости. При движении среды давление

Рис. 41. Принципиальная схема расходомера с гидрометрической вер­ тушкой.

струи, действуя на наклонные плоскости лопастей, встречает со­ противление с их стороны и сила давления раскладывается на каждой лопасти на две взаимно перпендикулярные составляю­ щие, из которых одна действует перпендикулярно поверхности

62

лопасти, а другая совпадает с ней. Первая составляющая создает относительно оси вертушки момент, под действием которого она вращается. При этом, поскольку давление на лопасти зависит от скорости потока, то число оборотов вертушки будет представлять собою некоторую функцию скорости движения, а следовательно, и расхода среды, в которой находится вертушка.

Зависимость между числом оборотов лопастной вертушки,

•и скоростью движения среды через нее выражается уравнением

w = kn{ 1 — Р) + V {kn§)2-\-w20 .

числом оборотов вертушки и скоростью среды носит гиперболиче­ ский характер. Для обеспечения надлежащей точности измерений и особенно для упрощения обработки экспериментальных дан­ ных желательно, чтобы эта зависимость была линейной. Послед­ нее возможно при р = 0 , когда уравнение принимает вид

w = kn-\-wQ.

Как показывают экспериментальные данные и опыт исполь­ зования гидрометрической вертушки в технике, при правильном выборе параметров подвижной части (числа лопастей, их шага,, размеров) и надлежащем конструктивном оформлении (.подшип­ ники, диаметр канала, длина и диаметр входной и выходной ча­ стей и т. п.) удается не только выполнить указанное выше усло­ вие, но и обеспечить трогание вертушки с места почти при любой скорости среды (w ^ 0). Поэтому для гидрометрической вер­ тушки принципиально возможна зависимость вида

V = k xn.

63.

Таким образом, расход среды через вертушку является неко­ торой функцией числа ее оборотов. В лаборатории кафедры дви­ гателей разработаны и используются три вида расходомеров с гидрометрической вертушкой: для измерения текущих расходов топлива, воздуха и воды в системе охлаждения.

Конструкция преобразователя расходомера для регистрации расхода топлива показана на рис. 42. Он состоит из латунного корпуса 1, имеющего выходной патрубок 2 и закрытого сверху крышкой 3 с входным патрубком 4. Снаружи к корпусу с одной

Рис. 42. Конструкция преобразователя прибора для измерения расхода топлива.

стороны крепится фотодиод 5, а с другой — тубус 6 с линзами 7 и светильником 8, установленным в корпусе 9. Внутри корпуса 1 устанавливается стеклянный цилиндр 10, уплотняемый по торцам специальными прокладками 11.

В стеклянном цилиндре помещается корпус вертушки 12 со съемной крышкой 13. В корпусе 12 и крышке 13 поставлены два

•агатовых подшипника 14, в которых вращается ось вертушки 15. Сама вертушка 16 представляет собой четырехзаходный алюми­ ниевый ротор с винтовыми лопастями. На оси вертушки укреп­ ляется флажок 17.

Работает преобразователь следующим образом. При движе­ нии топлива по каналу преобразователя вертушка вращается с числом оборотов, примерно пропорциональным расходу топлива. За каждый оборот вертушки флажок 17 перекрывает один раз пучок света, проходящий от светильника 8 к фотодиоду 15, со­ противление которого при этом резко изменяется. Фотодиод 15 включен в специальную измерительную цепь и при каждом изме­ нении его сопротивления в этой цепи возникают импульсы тока. Последние регистрируются или вибратором осциллографа (10 на рис. 41), или электроимпульсным счетчиком, или тем и другим одновременно.

64

В случае применения электроимпульсного счетчика, сигнал фотодиода приходится усиливать. На рис. 43 представлена схема используемого для этой цели усилителя. Он собран на двух транзисторах П-13. При перекрытии пучка света флажком вер­ тушки в преобразователе фотодиод 1 не освещается и на i базу триода 3 подается положительный потенциал, запирающий этот триод. Второй триод в этом случае остается открытым, так как на его базу подается отрицательный потенциал. При освещении

Рис. 43. Электрическая схема расходомера с ре­ гистрацией расходов электроимпульсным счетчиком:

/ —фотодиод; 2—переменное сопротивление 6,3 ком; 3—триод П-13; 4~переменное сопротивление 36 ком; 5—триод П-13; 6—катушки электроимпульсного счетчика; 7—источники питания.

фотодиода 1 триод 3 отпирается, а триод 5 запирается. Включен­ ный в цепь коллектора триода 5 счетчик 6 срабатывает при каж­ дом изменении тока в коллекторной цепи, регистрируя количество импульсов.

Если дополнить рассмотренную схему специальным диффе­ ренцирующим контуром и стрелочным прибором, то принципиаль­ но прибор будет пригоден для непрерывной регистрации пере­ менных расходов топлива. Однако полученные в этом случае дан­ ные не отличаются высокой точностью и могут рассматриваться лишь как ориентировочные.

Расходомеры для охлаждающей воды совершенно аналогичны описанному выше и отличаются от него лишь размерами. Прибо­ ры для измерения расхода воздуха имеют конструктивно более простые преобразователи, так как здесь нет необходимости в спе­ циальном уплотнении полости вертушки. Поэтому в них отсут­ ствуют стеклянные стаканы и уплотнительные прокладки, а кор­ пус преобразователя представляет собой единую деталь (устрой­ ство преобразователя примерно соответствует схеме рис. 41).

Необходимо отметить, что применение электроимпульсных счетчиков в рассмотренных приборах ограничивается частотой электрических импульсов. При очень высоких оборотах вертушки использование их возможно только при наличии специальных пересчетных устройств.5

5 Заказ № 427.

Глава IV

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ДР = Р(! — Рабе.

Всистеме МКС (ГОСТ 7664—61) единицей измерения давле­

1 кге/м2. Эта единица также очень мала, поэтому для практических целей ГОСТ допускает использование внесистемной единицы, но­ сящей название технической атмосферы.

1 am = 1 кгс/см2= 104 кге/м2.

В лабораторной практике довольно широкое применение нахо­ дит выражение давлений и разрежений высотой столба различных: жидкостей.

66

По принципу своего действия манометры делятся на жидкостные и механические.

Жидкостные манометры. В простейшем случае манометры это­ го типа представляют собой Н-образные трубки, заполненные жидкостью. Описание таких манометров и микроманометров дано уже выше в главе III.

На рис. 44 показан общий вид более совершенного жидкостного дифференциального манометра ДТ-5, выпускаемого отечественной промышленностью и пригодного для измерения давлений и разре­

стеклянными трубками с наружным диаметром 10+0,5 мм.

В нижней колодке имеется соединяющий трубки канал, выход из которого перекрывается впускным вентилем 7. Такой же канал имеется в верхней колодке, при работе прибора он перекрывается уравнительным вентилем 9.

На верхней колодке смонтированы рабочие вентили 11, проду­ вочные вентили 12 и колонка 13 с пружинным манометром 15 для определения статического давления перед дроссельным прибором.

Во время промывки и продувки прибора продувочные венти­ ли 12 сообщают правую и левую полости прибора через отводные трубки 14 с атмосферой.

Стеклянные трубки устанавливаются в защитные металлические

Манометры с трубчатой пружиной Бурдона получили наиболь­ шее распространение. Они пригодны для измерения давлений от 0,3 до 5000 бар и разрежений до 760 мм рт. столба.

К недостаткам приборов этого типа следует отнести непо­ стоянство показаний, являющееся результатом остаточных дефор­ маций трубчатой пружины после снятия давления.

В манометрах второго типа винтовая трубчатая пружина обес­ печивает значительное передаточное усилие при большом переме­ щении ее свободного конца. Поэтому эти манометры используют­

68

Глава V

ИНДИКАТОРЫ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Индикаторами называются приборы, предназначенные для регистрации изменения давления в цилиндрах двигателей в зави­ симости от положения поршня или угла поворота коленчатого вала. Записываемые при этом кривые носят название индикатор­ ных диаграмм.

Если за исходный параметр принимается положение поршня, индикаторная диаграмма называется свернутой, а если положе­ ние коленчатого вала, то она носит название развернутой.

Из большого количества различных типов индикаторов прак­ тическое значение сохранили и находят применение в настоящее время следующие три типа:

—механические индикаторы с записью индикаторных диа­ грамм в координатах «Р—И»;

—электрические индикаторы с записью диаграмм в коорди­ натах «давление — время»;

—электропневматические индикаторы с записью индикатор­ ных диаграмм для большого количества циклов в координатах

«давление — угол поворота коленчатого вала».

МЕХАНИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ

Эти индикаторы имеют низкие частоты собственных колебаний и пригодны лишь для индицирования тихоходных двигателей. Кроме того, индикаторные диаграммы записываются этими индикатора­

позволило до минимума сократить приведенную массу подвиж­ ных деталей. В результате этого частота собственных колебаний

7 0

индикатора повысилась до 1 1 0 0 — 1 2 0 0 гц и он оказался пригод­ ным для индицирования двигателей с числом оборотов коленча­ того вала до п — 1200—1250 об/мин.

Схематически этот индикатор показан на рис. 45. В массив­ ном корпусе 1 специальной гайкой 2 крепится стержневая пружина 3. Конец пружины опирается на шток поршня 7, помещен­ ного в цилиндре 8, который сообщается с камерой сгорания двига­ теля краном 9. На верхнем конце штока смонтирована система тяг 6, приводящая в движение рычаг 5 таким образом, что его пи­

Рис. 45. Схема механического индикатора со стержневой пружиной.

шущий конец перемещается по бумаге на барабане 4 соответствен­ но перемещению поршенька 7 в цилиндре 8, которое пропорцио­ нально давлению газов в цилиндре.

Для записи диаграммы в координатах «Р—К» барабан 4 при помощи специального устройства — ходоуменьшителя, — приводит­ ся в движение и совершает угловые перемещения вокруг своей оси, пропорциональные ходу поршня двигателя.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ

Работа электрических индикаторов основана на преобразовании давлений в электрические импульсы, которые затем усиливаются

ирегистрируются соответствующими приборами.

Воснову работы этих индикаторов положены различные

физические явления: пьезоэффект, электромагнитная индукция,

71