книги из ГПНТБ / Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации корабельных дизелей учебник

мого усилия тормоза, которое передается измерительно­ му прибору на плече длиной L:

получим

( 168)

В условиях корабля использование тормозов исклю­

чается, поэтому возможности непосредственного опреде­ ления мощности крайне ограничены.

Вместе с тем применение форсированных высокоиапряженных двигателей вынуждает изыскивать методы измерения мощности, обеспечивающие возможность не­ прерывного контроля условий их работы.

Рассмотрим способы .определения мощности на ко­ рабле.

Первый способ. На некоторых быстроходных двига­ телях, имеющих планетарные редукторы, применяются гидравлические динамометры, непрерывно измеряющие крутящий момент [11].

Схему устройства такого динамометра можно просле­ дить на рис. 45.

Динамометр встраивается непосредственно в редук­ тор и состоит из поршня 4, подвижной 1 и неподвиж­ ной 2 шестерен, в опорах которых предусмотрены лунки, куда помещаются шарики 3.

В полость между -Поршнем динамометра и опорой специальным насосом подается под давлением масло. Когда двигатель работает вхолостую и крутящий мо­ мент не создается, масло вытекает через щель 5 (по­ ложение I на рис. 45).

При передаче крутящего момента под действием воз­ никающего реактивного момента шарики расклинивают опоры 2 и /. Опора 1 перемещается влево, вследствие чего нижнее уплотнительное кольцо перекрывает щель (положение II на рис. 45). В полости между поршнем 4. и опорой 1 возрастает давление масла. Рост давления происходит до наступления равенства сил, действующих на опоры со стороны поршня и со стороны шариков.

170

В момент наступления равновесия опора 1 несколькб Переместится вправо и приоткроет щель для перетека­ ния масла. В случае изменения режима работы двигате­ ля в сторону увеличения крутящего момента опора вновь переместится влево и перекроет щель.

Рис. 45. Схема устройства гидравлического динамометра

Таким образом, на установившемся режиме работы двигателя в динамометре устанавливается постоянное давление масла, величина которого пропорциональна пе­ редаваемому крутящему моменту

где К — постоянная динамометра, определяемая во вре­ мя стендовых испытаний;

Рдин — давление масла в динамометре.

Шкалу манометра,- измеряющего давление масла, можно отградуировать в соответствии с зависимостью (169) для непосредственного отсчета показаний крутя­ щего момента, что обеспечивает непрерывный визуаль­ ный контроль за нагрузкой двигателя на корабле.

Второй способ. Крутящий момент может быть изме­ рен при помощи торсионного динамометра по углу скру­ чивания вала:

171

где cp — угол закручивания сечений вала на расстоянии одного метра;

G— модуль сдвига, кгс/см2\

—полярный момент инерции сечения вала, л/4. Угол закручивания вала измеряется торсионным ди­

Установка торсионного динамометра для замера уг­ ла скручивания вала не требует демонтажа валопровода, поэтому может применяться в условиях корабля.

Практически этот способ определения мощности ис­ пользуется только в лабораторных условиях. На кораб­ лях применение его сдерживается отсутствием компакт­ ных и надежно действующих торсионных динамометров.

Третий способ. Перспективным является применение тензодатчиков для определения напряжений кручения

вала.

Используя известную связь между напряжениями т и крутящим моментом М,,, можно определить

где W,,— момент сопротивления, м3.

Зная т и W,,, можно определить мощность двигателя

Четвертый способ. В дизель-генераторных установ­ ках, а также в других случаях, когда дизель связан с электрическим генератором, мощность дизеля может быть определена по измеренной нагрузке генератора исходя из зависимости

где U — напряжение, в; ■ I — сила тока, а;

172

мощности не вызывает затруднений в том случае, если имеются данные о к.п.д. генератора на различных режи­ мах и максимальная мощность его сопоставима с мощ­ ностью дизеля.

Пятый способ. Наиболее распространенный способ оценки мощности по косвенным показателям работы двигателя основан на зависимости мощности от часово­ го расхода топлива:

где GT— часовой расход топлива, кг/ч.

Исходя из выражения (166) с учетом формулы (175)

(1 7 6 )

Если значения т]* и т|7П во время стендовых испыта­ ний и на корабле сохраняются неизменными, то крутя­ щий момент и мощность могут быть определены по за­ мерам часового расхода топлива и числа оборотов.

Приемлемая точность определения мощности дости­ гается при выполнении следующих условий:

—имеются достоверные данные изменения индика­ торного и механического к.п.д. в зависимости от числа оборотов по винтовой характеристике (для главных дви­ гателей) и по нагрузочной характеристике (для вспомо­ гательных двигателей);

—совпадают внешние условия работы двигателя на корабле и на испытательном стенде. При наличии рас­ хождений необходимо учесть поправку на влияние тем­ пературы, давления и влажности атмосферного воздуха

ипротиводавления в выпускной системе (см. гл. III);

—регулировка двигателя соответствует паспортным

данным; поверхности камеры сгорания свободны от на­

гара;

— топливо и смазочное масло должны быть конди­ ционными и такими же, как при испытании на стенде;-

173

— режим работы двигателя во время определения расхода топлива должен быть установившимся и ста­ бильным;

— температура охлаждающей воды, смазочного масла и выпускных газов в условиях корабля и стенда должна быть одинаковой, расхождение температур вы­

пускных газов по цилиндрам не должно выходить за допускаемые пределы;

— двигатель не имеет изиосов, превышающих до­

является функцией расхода топлива на один оборот ко­ ленчатого вала.

Измерение расхода топлива производится с помо­

щью штихпробера, мерного бачка или по перемещению рейки топливного насоса с учетом числа оборотов вала двигателя. Наиболее простым и доступным в условиях корабля является определение расхода топлива с по­ мощью мерного бачка или других мерных сосудов мало­ го объема, включенных параллельно в топливопровод между расходной цистерной и двигателем. Во время измерения расхода топлива питание двигателя перево­ дится на мерный бачок.

Продолжительность измерения регистрируется се­ кундомером. При этом учитывается объемный расход топлива. Весовой расход определяется с учетом удель­

где V — объем мерного бачка, дм3;

Ут — удельный вес топлива с учетом температуры во

время замера, кг/дм3;

х — время, в течение которого расходуется V дм3 топлива, мин.

Во время стендовых испытаний определяется зависи­ мость крутящего момента от расхода топлива для раз-

174

пых чисел оборотов и строятся графики, изображенные на рис. 46. и 47. Пользуясь этими графиками и данны­ ми замеров расхода топлива на корабле, можно опре­ делить крутящий момент и эффективную мощность.

Графики стендовых испытаний могут представлять­ ся в виде зависимостей

M t = f A C r)\ Me = fa( ^ j ; pe = f3(GT) или JVe = MG*),

Последняя зависимость более предпочтительна, так как, имея данные по замеру расхода топлива, можно непосредственно получить значение эффективной мощ-

. ности.

На рис. 48 представлен график зависимости мощ­ ности двигателя 6ЧН 30/38 от расхода топлива.

Точность результатов определения мощности зависит от достоверности паспортных графиков,, полученных во время стендовых испытаний, точности измерения рас-

175

—иг/ч / об/мин

Рис. 47. Зависимость часового расхода топлива на один оборот вала от крутящего момента

G^ кг/ч

Рис. 48. Зависимость мощности двигателя 6ЧН 30/38 от часового расхода топлива для разных оборотов при работе с противодавлением:

176

хода топлива на корабле и выполнения рассмотренных выше условий.

Погрешность определения мощности по расходу топ­ лива при выполнении всех необходимых условий оцени­ вается в 3—5%. Погрешность возрастает по мере умень­ шения мощности и числа оборотов.

Рис. 49. Натурное определение винтовой характе­ ристики на корабле

Изложенный метод определения мощности по рас­ ходу топлива может применяться не только для перио­ дических проверок действительных нагрузок двигателя на отдельных режимах, но и для натурного определения винтовых характеристик, что очень важно, если учесть опасность длительных перегрузок двигателя при «утя­ желении» винтовой характеристики вследствие причин, рассмотренных в § 12.

Натурное определение винтовой характеристики про­ изводится следующим образом.

Двигатели, запускаются для работы на винт. Зара­ нее принимаются 4—5 значений чисел оборотов, на ко­

паспортной диаграммой, определяют мощность двигате­

ля Ncj для числа оборотов щ. По данным Nei и п\ на­

ходится точка 1 винтовой характеристики. Аналогично определяются точки 2, 3, 4..и 5. Соединив плавной кри­ вой эти точки, получаем действительную винтовую ха­ рактеристику. Таким же образом можно получить вин­ товые характеристики при парциальном использовании гребных винтов.

Сравнив полученную винтовую характеристику с пас­ портной, можно оценить степень ее «утяжеления» н с учетом ограничительной характеристикиобоснованно назначать режимы работы, исключающие перегрузку двигателя.

Шестой способ. Определение мощности по положе­ нию рейки топливного насоса по существу также сво­ дится к выявлению зависимости мощности (крутящего момента) от расхода топлива.

Особенность заключается в том, что расход топлива непосредственно не замеряется, а оценивается по вели­ чине хода рейки топливного насоса и количеству подач топлива в единицу времени (числу оборотов распреде­ лительного вала или коленчатого вала двигателя).

Зависимость расхода топлива GT от хода рейки топ­ ливного насоса для разных чисел оборотов определяет­ ся специальными стендовыми испытаниями топливных насосов. По данным стендовых испытаний строится гра­ фик GT —f(lp, n), показанный на рис. 50

Имея такой график и графики Ne = f(Gr), можно по величине хода рейки топливного насоса 1Р определить мощность двигателя.

Для непосредственного измерения расхода топлива требуется некоторое время, в течение которого режим работы двигателя должен быть стабильным, поэтому на нестационарных режимах использовать такой метод нельзя.

Если во время испытания на корабле ход рейки топ­ ливного насоса и число оборотов вала двигателя запи­ сывать на бумажную ленту, то по данным изменения 1Р и п можно определить колебание нагрузки двигателя на любых переменных и переходных режимах.

Так как при этом расход топлива оценивается на ос­ новании данных, полученных на установившихся режи­ мах, т. е. при /3,= idem, то предполагается, что мощность

17$