2. Краткие сведения об индицировании двигателей

Во время эксплуатации ДВС производят периодическое измерение мощности с помощью специальных переносных приборов, называемых индикаторами. Индикаторы имеют специальное пишущее устройство, с помощью которого вычерчивается графическое изображение рабочего цикла (индикаторная диаграмма), т.е. замкнутая кривая, отражающая изменение давления газов в цилиндре двигателя в зависимости от изменения объема, описываемого поршнем.

В тех случаях, когда на двигателе нет индикаторного привода или когда отсутствует необходимость в определении индикаторной мощности, а требуется только определить степень загрузки отдельных цилиндров, снимают так называемые гребенки давлений по всем цилиндрам.

3. Приборы индицирования двигателей

Индикатор с цилиндрической пружиной представлен на рисунках 4.1, 4.2. Данный прибор рассчитан на индицирование двигателей с частотой вращения коленвала до 500 об/мин. Этот прибор состоит из корпуса, пишущего устройства и барабана с бумажным бланком. Газы из цилиндра двигателя 10 поступают в цилиндр 9 индикатора и воздействуют на поршенек 8. Под действием давления газов поршенек перемешается вверх и через шток 6 растягивает цилиндрическую пружину 5 до момента достижения равновесного состояния. Через систему шарнирных рычагов пишущего устройства 7 движение поршенька передается на рычаг-карандаш 4, свободный конец которого перемещается строго по вертикали. На барабан 3 надевается бумажный бланк, на котором карандашом вычерчивается индикаторная диаграмма цикла. Барабан совершает возвратно-вращательное движение вокруг своей оси. В одну сторону вращение осуществляется посредством шнура 2, соединенного с индикаторным приводом 1 двигателя, а в другую - спиральной пружиной, находящейся внутри барабана. Соответственно в первом случае поршень рабочего цилиндра двигателя будет перемещаться вверх, а во втором случае вниз.

Рисунок 4.1 – Кинематическая схема индикатора с цилиндрической пружиной

Рисунок 4.2 – Индикатор с цилиндрической пружиной

Индикаторный привод, который называется также ходоуменьшителем, копирует движение поршня рабочего цилиндра в некотором уменьшенном масштабе. Масштаб передачи зависит от соотношения длины плеч горизонтального шарнирного рычага. Пользуясь обозначением схемы (рис. 4.1) составим пропорцию a/b = l/S, откуда l = S a/b , где: l - длина индикаторной диаграммы (рис. 4.7); S = 2R - ход поршня двигателя; R - радиус кривошипа.

При любых конструкциях ходоуменьшителей всегда a/b < 1.

Это соотношение подбирается в зависимости от величины хода поршня S таким образом, чтобы l не превышала 60-65 мм.

Конструктивные устройства индикатора с цилиндрической пружиной показано на рис.4.2. Корпус 2 индикатора представляет собой массивную отливку, которая служит площадкой для крепления всех частей прибора. Правая нижняя часть корпуса оканчивается свободно сидящей накидной гайкой 19, при помощи которой индикатор плотно соединяется с индикаторным краном цилиндра двигателя. В этой же части основания сделана сквозная расточка, в которую установлена бронзовая втулка 17 и стальной поршенек 18, насаженный на шток 15. Шток своим верхним концом соединяется с последним винтом цилиндрической пружины 13 при помощи гайки 12.

В своем основании цилиндрическая пружина имеет стальную обечайку с внутренней резьбой, которой она наворачивается на верхнюю часть крышки 11 индикатора. Крышка крепится к корпусу гайкой 16, облицованной пластмассовым кольцом с накаткой. Отверстие в крышке служит направляющей для штока 15. На верхней части крышки укреплена система шарнирных рычагов 14, при помощи которых шток соединен с пишущим устройством 21.

С левой стороны площадки на вертикальной оси 6 установлен барабан 9. Пружина 7 одним концом закреплена на оси 6, а другим - на основании барабана. Основание барабана с наружной стороны имеет желобок, на который наматывают в виде спирали два витка шнура 5. Шнур пропускают через ролик 4, поворотную обойму 22 которого крепят к корпусу индикатора гайкой 3. Конструкция обоймы и способ ее крепления к корпусу позволяют ролику занимать любое положение относительно корпуса прибора.

Бумажный индикаторный бланк из специальной мелованной бумаги закрепляют на барабане 9 при помощи двух пластинчатых пружин 8. Для смазки втулки 4 оси барабана предусмотрена тавотница 1.

Пишущее устройство вместе с системой шарнирных рычагов может поворачиваться на некоторый угол при помощи установочной винтовой рукоятки 20, опирающейся на стойку 10. Этой рукояткой регулируется степень нажатия карандаша на индикаторный бланк.

В процессе индицирования двигателя давления газа в рабочем цилиндре передается на поршенек 18 индикатора, который совершает восходящее движение, растягивая пружину 13 и перемещая пишущее устройство 21.

Величина линейного перемещения острия карандаша пишущего устройства индикатора зависит от диаметра поршенька и жесткости пружины. За нормальный поршенек индикатора принимают поршенек диаметром 20,27 мм, который применяют для записи малых давлений, не более 1,6 -1,8 МПа. Имеются также поршеньки диаметром 14,35 и 9,06 мм.

Для индицирования дизелей, у которых максимальное давление цикла доходит до 5,5-6,5 МПа, применяют индикаторы с поршеньками диаметром 9,06 мм.

При каждом индикаторе имеется набор пружин, на обечайках которых выбит так называемый «масштаб пружины».

Если, например, на обечайке выбито: 1 кгс/см² = 0,8 мм; d=9,06 мм; 60кгс/см², то это означает, что именно давление газа в рабочем цилиндре двигателя на 1 кгс/см2 будет соответствовать прямолинейное вертикальное перемещение пишущего устройства на 0,8 мм. Кроме того, эти цифры указывают, что диаграмма будет иметь неискаженный вид при максимальном давлении цикла не более 60кгс/см2 и что все вышеуказанные соотношения справедливы при диаметре поршенька индикатора 9,06 мм.

В настоящее время на судах флота рыбной промышленности получили распространение индикаторы типа «Майгак» с цилиндрической пружиной моделей Т-50 (высота диаграммы 50 мм) и Т-30 (высота диаграммы 30 мм).

С помощью таблицы 4,1 можно легко подобрать пружину по ее номеру.

Таблица 4.1. - Подбор пружин к индикаторам Т-50

Масштаб пружины	При 20,27 мм	30	25	16	10	7	6	4	3,5	3	2,5	2	1,5
Предельное давление кгс/см2		0,5	1	2	4	6	8	12	14	16	20	25	30
Масштаб пружины	При 14,35 мм	-	-	-	-	-	3	2	1,75	1,5	1,25	1	0,75
Предельное давление кгс/см2							16	24	28	32	40	50	60
Масштаб пружины	При 9,06 мм						1,2	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3
Предельное давление кгс/см2							40	60	70	80	100	125	150

Номера пружин указаны в верхней строчке таблицы (от 30 до 1,5). Эти номера соответствуют масштабам пружин для основного поршенька 20,27 мм. При использовании пружин с поршеньком 14,35 мм и 9,06 мм масштабы пружин должны соответственно уменьшаться в два или в пять раз.

Так, например, если надо индицировать двигатель с давлением сгорания до 60 кгс/см², то можно использовать пружину № 4 с поршеньком индикатора диаметром 9,06 мм, масштаб которой будет равен , т. е. в пять раз меньше основного.

Такие таблицы прикреплены на крышках ящиков для комплекта индикатора Т-30 и Т-50.

Для индицирования двигателей с частотой вращения более 500 об/мин применяют индикаторы со стержневыми пружинами. Кинематическая схема такого индикатора приведена на рис.4.3, а конструктивное устройство на рис.4.4 (обозначения одинаковы). Основные узлы индикатора – корпус 2, поршенек 5, пишущее устройство 4,барабан 3 и стержневая пружина 1. Запорный кран 6 служит для сообщения полости индикатора с рабочим цилиндром двигателя.

Индикаторы со стержневыми пружинами моделей МИ-1 и МИ-2 имеют принципиальное отличие от индикаторов Т-30 и Т-50 в конструкции пружины. Цилиндрическая пружина (Т-30 и Т-50) работает на растяжение, а стержневая пружина (МИ-1, МИ-2) – на изгиб, как консольная балка.

Пишущее устройство работает так же, как и у Т-30, Т-50, диаметр поршенька у этих моделей равен 20 мм, наибольшая высота диаграмма 25 мм, максимальная длина диаграммы 75 и 125 мм.

К индикатору прилагается комплект стержневых пружин различной жесткости. Масштабы пружин выбиты на специальных гайках, которыми они крепятся к корпусу прибора.

Рисунок 4.3 – Кинематическая схема индикатора со стержневой пружиной

Рисунок 4.4 – Индикатор со стержневой пружиной

Пиметр применяется для измерения среднего давления по углу поворота коленвала (не по ходу поршня ДВС, как это в поршневом индикаторе). Поэтому оно носит название среднего давления во времени и обозначается через Pt. Работа прибора и взаимодействие всех его элементов видны на рис.4.5. При средних давлениях до 5,2 кгс/см² применяется одна пружина 3, а при давлениях от 5 до 10 кгс/см² устанавливают шайбу 2.

Параметр Pt является косвенным показателем цилиндровой мощности. Определив Pt во всех цилиндрах ДВС, можно судить о степени равномерности распределения нагрузки по отдельным цилиндрам, - это преимущество пиметра. Недостаток пиметра состоит в том, что по его показаниям нельзя определить мощность, развиваемую в цилиндрах двигателя.

Максиметр (рис. 4.6) применяется для определения давления сжатия и горения в быстроходных двигателях. Прибор включают в работу не более чем на 30 сек. Невозвратный клапан 7 пропускает газы только в одном направлении, и через некоторое число рабочих циклов в полости прибора устанавливается давление, равное максимальному давлению в цилиндре двигателя. Некоторые модели максиметров не имеют манометров. Давление газов в этом случае определяется изменением нагрузки на пружину, соединенную с поршеньком, перемещение которого вызывает поворот головки, на которой нанесена измерительная шкала, внешне похожая на шкалу микрометрических измерительных приборов.

После каждого использования прибор необходимо разобрать, очистить от смолистых и других продуктов сгорания, а при обнаружении неплотности притереть детали и смазать их маслом.

Рисунок 4.5 – Пиметр П-2 :

1 – полый винт; 2 – шайба; 3 – пружина; 4 – стрелка; 5 – шестеренка; 6 – сплошная ось; 7 – пустотелая ось; 8 – ось; 9 – трубка для прохода газов; 10 – отверстие для прохода масла; 11 – пробка; 12 – накидная гайка; 13 – массивный диск на пустотелой оси; 14 – спиральная пружина; 15 – массивный диск на сплошной оси; 16 – противовес; 17 – тяга; 18 – трубка для отвода отработанного масла; 19 – втулка; 20 поршенек; 21 – цилиндрический корпус; 22 – вильчатый шток; 23 – рычаг; 24 – тяга; 25 – зубчатый сектор.

Рисунок 4.6 – Максиметр : 1 – накидная гайка; 2 – стальная промежуточная камера; 3 – щелевой фильтр; 4 – сетчатый фильтр; 5 - седло клапана; 6 – дроссельная шайба; 7 – невозвратный клапан; 8 – ограничитель подъема клапана; 9 – корпус; 10 – трехходовой клапан; 11 – манометровый штуцер; 12 – манометр.