Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Анализ состояния тракторного парка Вологодской области 10
1.2 Эксплуатационные параметры МТА как объект контроля 13
1. 3 Обзор технических средств индивидуального контроля расхода топлива энергосредством МТА 18
1.3.1 Расходомер поршневого типа 19
1.3.2 Расходомер шестеренчатого типа 20
1.3.3 Расходомер турбинного типа 22
1.3.4.Расходомер мембранного типа 24
1.4 Цель и задачи исследования 27
2 Теоретические предпосылки к обоснованию конструктивно-технологических параметров измери тельной системы расходомера 29
2.1 Классификация расходомеров топлива 29
2.2 Модели функционирования расходомера топлива поршневого типа 31
2.3 Разработка конструктивно – технологической схемы расходомера... 34
2.4 Варианты движения поршня в трубопроводе
2.4.1 Скорость поршня равна скорости жидкости. Поршень движется по центру трубопровода 38
2.4.2 Скорость поршня равна скорости жидкости. Поршень движется со смещением от центра трубопровода 41
2.4.3 Скорость поршня меньше скорости жидкости 44
2.4.4 Скорость движения поршня больше скорости жидкости 49
2. 5 Оценка погрешности измерения расхода при движении поршня в пульсирующем потоке жидкости 53
3 Программа и методика экспериментальных исследований 63
3.1 Программа экспериментальных исследований 63
3.2 Экспериментальные установки
3.2.1 Экспериментальный расходомер топлива поршневого типа 63
3.2.2 Лабораторная установка для испытания поршневого расходомера в ламинарном потоке 64
3.2.3 Лабораторная установка для испытания поршневого расходомера на модели системы питания ДВС (на топливном стенде ДД 10 – 01)
3.2.4 Испытание МТА, оснащенного поршневым расходомером на барабанном стенде 70
3.2.5 Испытание МТА с экспериментальным поршневым расходомером в полевых условиях 75
3.3 Приборы, устройства и оборудование, применявшиеся при про
ведении экспериментальных исследований 76
4 Результаты экспериментального исследования 78
4.1 Результаты исследований устройства для непрерывного контроля
расхода топлива при ламинарном движении топлива в трубопроводе 78
4.2 Результаты исследований устройства для непрерывного контроля расхода топлива при пульсирующем потоке движения топлива в трубопроводе, на модели системы питания дизельного ДВС 85
4.3 Исследование работы устройства непрерывного контроля расхода топлива, при фиксированных режимах загрузки трактора, на испытательном стенде 89
4.4 Исследование работы устройства непрерывного контроля расхода топлива в составе МТА в полевых условиях (на транспортных работах и пахоте) 99
5 Экономическая эффективность 106
Заключение 109
Список литературы
- Обзор технических средств индивидуального контроля расхода топлива энергосредством МТА
- Разработка конструктивно – технологической схемы расходомера...
- Лабораторная установка для испытания поршневого расходомера в ламинарном потоке
- Результаты исследований устройства для непрерывного контроля расхода топлива при пульсирующем потоке движения топлива в трубопроводе, на модели системы питания дизельного ДВС
Введение к работе
Актуальность темы. Современное сельскохозяйственное производство предъявляет высокие требования к уровню механизации технологических процессов и эффективности использования машинно-тракторных агрегатов (МТА). За последнее десятилетие уровень механизации сельского хозяйства по СевероЗападному региону снизился. Общее количество тракторов различных марок за период с 2000 по 2014 гг. в сельскохозяйственных организациях Вологодской области сократилось в 3,36 раза. Этому способствовало: реорганизация структуры АПК, смена статуса и собственника на средства производства, износ оставшейся техники и отсутствие средств на приобретение новой.
Качественный состав МТП хозяйств также претерпел существенные изменения. Основу колесного тракторного парка сельскохозяйственных организаций Вологодской области с 2000 по 2014 гг. составляют тракторы МТЗ 80 / 82 и их модификации класса 14 кН. На втором месте тракторы ХТЗ Т-150К и их модификации класса 30 кН. Количество иностранных тракторов по сравнению с тракторами отечественного производства и производства стран СНГ относительно невелико, но в некоторой степени компенсируется тем, что они в основном представляют классы тяги от 30 до 50 кН. Среди гусеничных тракторов лидируют тракторы ДТ-75 и его модификации.
В связи с изменением состава тракторного парка, в хозяйствах одни и те же тракторы стали эксплуатировать на работах, существенно различающихся по энергоемкости. Большая часть работ приходится на транспортные, т.е. малоэнергоемкие. В этих условиях особую актуальность приобретает повышение топливной экономичности МТА за счет более рациональной загрузки силового агрегата и проведения своевременного технического обслуживания.
Основным типом силового агрегата на отечественных и части импортных тракторов является дизельный двигатель. Конструкция отечественных дизельных двигателей не претерпела существенных изменений с 80 годов ХХ века. Средства индивидуального контроля ограничились установкой счетчика моточасов и тахоспидометра. Бортовые компьютеры и средства индивидуального контроля на отечественной сельскохозяйственной технике серийно не устанавливались, а ограничивались опытными партиями. Основным элементом контроля остается тракторист, определяющий на «глазок» эффективность работы МТА по дымности отработавших газов и шуму работающего двигателя.
Положение усугубляется тем, что в настоящее время значительная часть МТА эксплуатируется с многократным превышением установленного ресурса. Техническое обслуживание носит обезличенный характер и выполняется сезонно или по мере необходимости.
Получить качественную оценку эффективности использования МТА и наметить пути её повышения позволяет метод измерения текущего расхода топлива в дизельном двигателе.
В связи с этим, создание простого по конструкции средства измерения расхода топлива дизельных двигателей тракторов, работающих в составе МТА
является актуальной научной и практически значимой задачей.
Целью исследования является повышение эффективности рабочего процесса МТА при выполнении сельскохозяйственных операций, путем обоснования основных конструктивных параметров устройства для непрерывного контроля расхода топлива двигателем трактора.
Для реализации данной цели в работе решались следующие задачи:
- разработать конструктивно-технологическую схему устройства непре
рывного контроля расхода топлива двигателем МТА;
теоретически обосновать и экспериментально подтвердить конструктивно-технологические параметры устройства непрерывного контроля расхода топлива;
исследовать режимы работы устройства непрерывного контроля расхода топлива при фиксированных режимах загрузки энергосредства;
исследовать режимы работы устройства непрерывного контроля расхода топлива в составе МТА в производственных условиях;
провести технико-экономическую оценку эффективности эксплуатации МТА, оборудованной устройством непрерывного контроля расхода топлива.
Объект исследования – энергосредства, МТА, устройство непрерывного контроля расхода топлива (расходомер).
Предмет исследования - закономерности процесса расхода топлива МТА.
Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов:
решены задачи по совершенствованию метода, повышению точности и надежности функционирования устройства для непрерывного контроля расхода топлива МТА;
обоснованы теоретически и практически подтверждены конструктивные параметры устройства непрерывного контроля расхода топлива МТА.
Практическая ценность результатов исследований состоит в совершенствовании методов и средств контроля, позволяющих:
реализовать режимы контроля эксплуатационных параметров тракторов с учетом индивидуальных особенностей машины и оператора;
прогнозировать и определять оптимальную периодичность операций ТО;
совершенствовать нормативную базу по установлению количественных характеристик эксплуатационных параметров тракторов при их функционировании в составе МТА.
интенсифицировать учебный процесс по дисциплинам «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «Тракторы и автомобили».
предложено новое техническое решение (патент РФ на изобретение №2511638 «Поршневой расходомер»).
Реализация результатов исследований. Производственные испытания устройства непрерывного контроля расхода топлива (поршневого расходомера), как средства индивидуального контроля МТА, при выполнении с/х работ проведенные в хозяйствах Вологодской области в период с 2006 по 2008 гг. в ПЗК «им. 50-летия СССР» и СПК «Русь». В 2015 г испытания поршневого расходомера топлива на тракторе Т-150К с плугом ППО – 4+1 на пахоте проведены в СПК «Колхоз Андога».
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- научных конференциях профессорско-преподавательского состава
ВГМХА им. Н.В. Верещагина (2003…2007 гг.);
научных конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (2005…2006 гг.);
VIII Международной научно-практической конференции «Наука – Технология - Ресурсосбережение», г. Киров, 2015 г;
Международной научно-практической конференции «Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК», г. Чебоксары, 2015г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах, из них 4 работы в изданиях рекомендованных ВАК, получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 117 наименований и приложений на 17 с. Работа изложена на 141 с., содержит 53 рисунка и 6 таблиц.
Обзор технических средств индивидуального контроля расхода топлива энергосредством МТА
Объемный расходомер топлива (ОРТ) предназначен для измерения суммарного расхода топлива тракторов (тягового класса 6…50 кН), функционирующих в составе МТА, и может быть использован в качестве средства контроля наработки тракторов, измеряемой в литрах израсходованного топлива. Общий вид прибора представлен на рисунке 1.5. ОРТ состоит из датчика 1, включенного в топливную магистраль на участке между подкачивающей помпой и фильтром грубой очистки с помощью топливопроводов из бензостойкой резины 3; электронного блока на микропроцессорной основе 5, расположенного на верхней крышке датчика 1 под защитным колпаком 6; счетчика импульсов 2 и двух электромагнитных клапанов (П-РЭ 3/2,5-1 112) 7. Соединение датчика с источником питания (аккумуляторной батареей) и счетчиком импульсов осуществляется посредством экранированного четырехпроводного кабеля 4. Для включения датчика в топливную магистраль посредством топливопроводов 3 предусмотрены два штуцера на корпусе датчика 1.
Обе части корпуса 1 и 3 стягиваются шестью винтами М8. Во внутренней полости датчика, в потоке топлива размещается диафрагма 2 из бензо-стойкой резины толщиной 1 мм, делящая весь внутренний объем на две изолированные друг от друга полости А и Б. Стержень 10 свободно перемещается в верхней 13 и нижней 4 направляющих втулках. Диафрагма 2 зажата двумя шайбами 6, 8 и гайками 5, 9. В верхнее положение диафрагма переходит под действием давления топлива, поступающего от подкачивающего насоса через канал 7 полости Б, а в нижнее - через канал 11 полости А. Устройство тарировки состоит из флажка 12, закрепленного на диафрагме 2; крепежной вилки 14 с размещенными на ней первой 15 и второй 16 оптопарами и крепящейся с внутренней стороны к верхней части корпуса 1 датчика; тариро-вочного винта 18 с пружиной 19. Для устранения утечки топлива по резьбе тарировочного винта в верхнюю часть корпуса 1 датчика ввертывается пробка 17 с уплотняющей прокладкой. С указанными на рисунке 1.6 размерами датчика, оптимальный ход диафрагмы равен 6 мм, что соответствует единичному объему 50 см. Этот объем устанавливают при тарировке датчика посредством устройства тарировки. Вкручивая или выкручивая тарировочный винт 18 соответственно изменяют расстояние hтр между первой 15 и второй 16 оптопарами. Пружина 19 предназначена для возвращения в исходное положение крепежной вилки 14 при увеличении расстояния hтр. Флажок 12 предназначен для прерывания потока ИК - излучения между оптопарами 15 и 16. Сигнал с оптопар усиливается и поступает на вход электронного блока, осуществляющего учет израсходованного топлива [28, 73].
Кроме вышеперечисленных типов расходомеров, для экспериментально-исследовательских работ использовались: измерительный бачок с поплавками [56]; поршневые расходомеры типа ДРТ – ЛСХИ [51], РТА-1 – ЛСХИ [56]; импульсные расходомеры типа РПЭ-2 – НАТИ, ИП60М КубНИИТИМа [56]; тахометрические расходомеры РРТ, РПРТ, основанные на измерении уровня выходного напряжения снимаемого с ротора датчика [56]; индуктивные расходомеры ИРТ, ИВА-2, осуществляющие измерение расхода топлива по ходу рейки топливного насоса высокого давления [56]; экспериментальный расходомер, осуществляющий измерение расхода топлива по количеству рабочих циклов топливоподкачивающей помпы топливного насоса высокого давления [83]; экспериментальные расходомеры поршневых, турбинных и мембранных типов [69, 70, 71, 72, 73, 74].
Разработка конструктивно – технологической схемы расходомера...
Для обеспечения движения поршня в трубопроводе между стенками поршня и трубопровода существует зазор п. Принимаем, что этот зазор меньше, чем пристеночный слой r, что вполне выполнимо конструктивно. Наличие зазора позволяет двигаться поршню как медленнее жидкости (Vп Vж), так и быстрее (Vп Vж). Рассмотрим три вида движения поршня: а) Vп = Vж; б) Vп Vж; в) Vп Vж.
Схема движения поршня и эпюра скоростей жидкости в зазоре приведена на рисунке 2.3.
Так как зазор п меньше или существенно меньше толщины пристеночного слоя r, то эпюру распределения скоростей можно принять линейной. Тогда скорость движения жидкости, если известен ее расход Qж, можно определить, учитывая два сечения: одно по кругу с радиусом rп, второе – кольцевое по зазору п. Уж1= Уж2=Уп Ч Уж vп 2 Т гп L L Рисунок 2.3 - Схема движения поршня и эпюра скоростей жидкости в зазоре вж=!жп+!жА; (2.11) Q =V 7rr2 + V ж2wA =TTV r(r +A ); (2.12) ж ж п 2 п п ж п п п V =V = 2ж (2.13) ж п жгп(гп+Ап) При определении скорости жидкости было сделано упрощение расчета площади кольцевого зазора, так как зазор существенно меньше радиуса поршня. Определение расхода жидкости по скорости движения поршня Vп и сечению трубопровода будет давать завышенные результаты, так как Vп = Vж Vж.ср. Погрешность определения расхода может быть определена следующим образом:
Погрешность измерения расхода на основе измерения скорости перемещения поршня носит систематический характер и определяется в пределах принятого допущения о линейности распределения скоростей в зазоре только геометрией сопряжения «трубопровод – поршень». Она не зависит от свойств жидкости, поэтому может быть скорректирована.
Не смотря на то, что поршень движется с той же скоростью, что и жидкость, для его перемещения необходимо преодолевать силу трения слоев жидкости в зазорах между трубопроводом и поршнем. При этом на поршне создается определенный перепад давления р. Для определения этих параметров воспользуемся выражением (2.10), принимая зависимость изменения движения жидкости в зазоре линейной (рисунок 2.3):
F=s d = 2w Уж2-УЖ1 =2У„1ЛЖУ„ П «6l dh „„ Ж д дл Перепад давления, необходимый для перемещения поршня, определится следующим образом: F„ _2ш„1„ПжУ„ _21„ПжУ„ (2.18) S„m ДЛ2 гпА„ Подставляя в выражения (2.17) и (2.18) значение скорости поршня, определяемое выражением (2.13), можно получить зависимость силы сопротивления движению поршня и необходимого для его движения перепада давления от расхода жидкости: F = 2т-„!„ 1жОж = 2/ А ; (2.19) А„яг„(г„+А„) Д„(г„+Д„) др= 2/дА = 2іЛждж (220) г„А„яг„(г„+А„) Д„яг„2(г„+Д„) где 1п - длина поршня; 2Ж - расход жидкости; Ап - кольцевой зазор; гп - радиус поршня; S„6 и Snm - боковая и торцовая площади поршня.
Выражение (2.20) показывает, что при постоянном расходе жидкости перепад давления пропорционален длине поршня и обратно пропорционален зазору между стенкой трубопровода и поршнем. Наиболее значительное уменьшение перепада давления происходит при увеличении радиуса поршня: перепад давления обратно пропорционален кубу его радиуса.
Следует отметить, что перепад давления р для перемещения поршня длиной lп в трубопроводе диаметром d близок к потере давления при движении жидкости в этом же трубопроводе на такой же длине.
Под действием сил, например, силы тяжести поршня при горизонтальном положении трубопровода поршень может двигаться эксцентрично по отношению к трубопроводу. Большинство соотношений, определенных в п. 2.4.1, справедливы для этого случая, однако сила и перепад давления, необходимые для перемещения поршня, будут зависеть от его смещения относительно оси трубопровода. Схема движения поршня приведена на рисунке 2.4.
Схема движения смещенного поршня Примем длину поршня равной /и, а распределение скоростей жидкости в зазоре е аналогичным распределению, приведенному на рисунке 2.3. Для определения силы, необходимой для перемещения поршня, выделим на боковой поверхности поршня полосу длиной 1п и шириной dl, находящейся под углом р к вертикали (начало отсчета угла р выбрано условно). Тогда элементарная сила, возникающая на этой полосе, принимая во внимание выражение (2.10), определится так: dF = n Idl . (2.21) жп Ав Выразим текущее значение зазора е через угол р, зазор п при концентричном положении поршня и эксцентриситет є. В первом приближении:
Лабораторная установка для испытания поршневого расходомера в ламинарном потоке
Сравним силу, возникающую при замедлении движения поршня (выражение (2.41), с силой при свободном движении поршня (выражение (2.17), учитывая, что в этом случае скорость поршня равна скорости жидкости): F п F 2 4ЯГп%?Іж(Уж-Уп)А = ігп(уж-уп) = 2гп Уж-Уп (242) АпА2тггп1п7]жж АпУж Ап Уж Выражение (2.42) показывает, что сила, возникающая при торможении поршня в 2rп / п раз больше, чем сила, необходимая для свободного перемещения поршня. Она является причиной, стабилизирующей скорость поршня при его движении в трубопроводе.
Выражение (2.17) показывает, что даже при свободном движении поршня возникает сила, препятствующая его перемещению. Эта сила компенсируется силой, возникающей при некотором отставании поршня от жидкости, то есть силой, определяемой выражением (2.41). Из этого условия можно определить погрешность определения скорости жидкости и расхода по скорости свободно движущегося поршня, приравнивая силы, определенные по выражениям (2.17) и (2.41): F ,=F ;
Выражение (2.44) показывает, что погрешность определения скорости жидкости по скорости свободно движущегося поршня зависит только от геометрии зазора, носит систематический характер, поэтому может быть скорректирована известными способами.
Схема движения поршня и эпюра скоростей жидкости в зазоре приведена на рисунке 2.6. Vж.max Рисунок 2.6 - Схема движения поршня и эпюра скоростей жидкости в зазоре при ускоренном движении поршня В реальных конструкциях расходомеров со свободно движущимся поршнем ускоренное движение поршня возможно только в пульсирующих потоках жидкости, когда жидкость замедляет движение, а поршень по инерции продолжает движение. При этом эпюра скоростей имеет сложный характер: на участке 1-3 жидкость движется за счет сил внутреннего трения вместе с поршнем, а на участке 3-5 - в противоположную сторону. Движение жидкости на участке 3-5 обусловлено тем, что поршень, двигаясь быстрее жидкости, вытесняет ее из предпоршневой полости в запоршневую через зазор между стенкой трубопровода и поршнем. Движение поршня в этом случае может быть описано дифференциальными уравнениями, но сила, препятствующая ускоренному перемещению поршня, может быть оценена сравнением с силой, возникающей при торможении поршня.
Очевидно, что расход жидкости через зазор равен разности расходов жидкости, движущейся с поршнем, и жидкости, движущейся в трубопроводе Q -Q =бл . (245) Расход жидкости в трубопроводе определен ранее выражением (2.12). Расход жидкости, движущейся с поршнем, состоит из двух расходов - расхода жидкости со скоростью Vп по сечению поршня и расхода жидкости, увлекаемой поршнем (участок 1-3 эпюры, рисунок 2.6) Q = Уж2 + п2ж(А -A1) = V w2 + V ж(А -А1) . (2.46) Расход потока жидкости через зазор (участок 3-5 эпюры, рисунок 2.6) определится следующим образом: Q _П =V жm 27r[r + (Д -А)]А = (247) = V тт(г +А -АЛА. ж.max v п п Iу 1 Подставив в выражение (2.45) все его составляющие, можно определить максимальную скорость движения жидкости Vж. max в зазоре п УТГГ2 + УТГГ(А -АЛ-V яг (г +А ) = = У n(r +А -AM; V ж.max Упгп2 +Упгп(Ап-А1)-Ужгп(гп+Ап) (гп+Лп-А1)А1 = Упгп(гп+Ап-Ах)-Ужгп(гп+Ап) гпД+AпA1-A (2.48) Сила сопротивления ускоренному перемещению поршня имеет две составляющие. Первая составляющая - сила, необходимая для перемещения слоя жидкости, примыкающего к поршню (участок 1-3 эпюры, рисунок 2.6). Вторая составляющая - сила, необходимая для проталкивания жидкости через зазор в обратном направлении (участок 3-5 эпюры, рисунок 2.6). Величина составляющих определяется геометрией потока и градиентом скорости, но так как составляющие суммируются, то для расчета градиента скорости можно принять, что жидкость по всему зазору п движется в направлении, обратном движению поршня, со скоростью 2Vж.max + Vп (участок 2–5 эпюры, рисунок 2.6). Тогда: dV = 2Vж+Vп = dh Ап (249) 2Упгп(гп+Ап-АЛ-2Уж(гп+Ап) У„ _ п п\ п и жХл л _ (rпAl+Aп-Al-Al2)Aп Ап (2.50) Произведя несложные вычисления, окончательно получим: _Гп(2гп2+2гпАп-гпА+АпА,-А,2)- (2гп2+2гпАп) dh гпд,Дп+Дп2Ді-Ді2Дп Произведения п 1, 12 в числителе, а также п21 и 12 п в знаменателе выражения (2.50) имеют малую величину, поэтому градиент скорости жидкости можно определить приближенно dV Упгп(2гп+2Ап- )-Ужгп(2гп+2Ап) dh гпАпА1 (2.51) „ Уп(2гп+2Ап-А1уУж(2гп+2Ап) Выражение (2.10) показывает, что при прочих равных условиях сила сопротивления, возникающая при движении в жидкости, зависит только от градиента скорости жидкости. Поэтому, сравнив градиенты скорости жидкости при различных режимах движения поршня, можно определить, в каком случае сила сопротивления больше. При движении поршня медленнее жидкости, преобразовав выражение (2.40): dV=2rп _2 (252) dh Ап 2 ж1 Ап 2 п 1 При движении поршня быстрее жидкости, преобразовав выражение (2.51): dV = 2rп+2Aп-\v 2гп+2Апу (2.53) dh AпA1 п2 AпA1 ж2 Условимся, что размеры поршня и зазоры для обоих случаев движения поршня одинаковы, при этом: Vж1 = Vп2; Vп1 = Vж2; Vж1 - Vп 1 = Vп2 - Vж2.
Очевидно, что множители при скоростях движения жидкости и поршня в выражении (2.52) меньше, чем множители при скоростях движения поршня и жидкости в выражении (2.53). Это значит, что градиент скорости жидкости, определенный по выражению (2.53), несколько больше, чем градиент скорости, определенный по выражению (2.52), соответственно и сила сопротивления, возникающая при замедленном перемещении поршня. Следует отметить, что несмотря на значительную величину сил сопротивления, разность этих сил незначительна, поэтому все выводы, которые были сделаны в п. 2.4.3., можно распространить и на случай ускоренного движения поршня.
Результаты исследований устройства для непрерывного контроля расхода топлива при пульсирующем потоке движения топлива в трубопроводе, на модели системы питания дизельного ДВС
Анализ экспериментальных данных показывает, что с увеличением расхода топлива, проходящего через расходомер, увеличивается относительная погрешность измерения . Это обусловлено возрастанием скорости перемещения поршня по измерительному цилиндру расходомера, увеличению перепада давления и росту утечек через зазор между гильзой и поршнем. Зазор в сопряжении "гильза – поршень" до 0,3 мм можно считать оптимальным, так как максимальное значение относительной погрешности при максимальном расходе не превышает 0,195 %. При увеличении зазора в сопряжении "гильза – поршень" до 0,45 мм, максимальное значение относительной погрешности при максимальном расходе увеличивается до 0,533 %, т.е. в 2,73 раза.
Исходя из теоретических предпосылок 2 главы, раздела 2.4.1, необходимо экспериментально определить влияние радиуса поршня поршневого расходомера на относительную погрешность измерения , при условии, что объемная плотность поршня будет равной или близкой к объемной плотности вытесняемого им топлива.
Для выявления влияния радиуса поршня на относительную погрешность измерения, была изготовлена вторая измерительная система "гильза – поршень". При диаметре гильзы 20,00 мм, использовались поршни Dп1 = 19,85 мм; Dп2 = 19,70 мм; Dп3 = 19,55 мм, одинаковой длинны l = 41 мм, массой mп1 = 10,65 г; массой mп2 = 10,49 г; массой mп3 = 10,33 г. Объем измерительной камеры расходомера (одного цикла) составляет 14 см3.
Конструкция расходомера позволяет учитывать только целые измерительные циклы, в 25 см3 при типоразмере гильзы равной 27 мм, или 14 см3 при типоразмере гильзы равной 20 мм. Для корректной постановки эксперимента, необходимо чтобы общие объемы измеренного топлива в обоих случаях были одинаковы. Этого можно добиться только за счет увеличения количества измерительных циклов расходомера.
При типоразмере гильзы равной 27 мм и объеме измерительной камеры расходомера в 25 см3, за 100 измерительных циклов, через расходомер про 82 ходило 2500 см3 топлива. При типоразмере гильзы равной 20 мм и объеме измерительной камеры расходомера в 14 см3, потребуется 178,56 измерительных циклов, для прохождения через расходомер 2500 см3 топлива. Округлим число измерительных циклов до 178, при этом через расходомер пройдет 2492 см3 топлива.
Результаты изменения относительной погрешности измерения расхода топлива представлены на графике (рисунок 4.3) для 178 измерительных циклов расходомера. По оси абсцисс на графике отложено давление воздушной подушки в резервуаре для дизельного топлива. По оси ординат на графике отложена относительная погрешность . Результаты вычислений сведены в таблицу Б.3, приложение Б.
Влияние зазора в измерительной системе "гильза - поршень" на относительную погрешность измерения расхода топлива расходомером: -+- Dn = 20,00 мм, Dm = 19,85 мм; -- DГ2 = 20,00 мм, Dm = 19,70 мм; - - DГ2 = 20,00 мм, Dm = 19,55 мм Анализ экспериментальных данных показывает, что с увеличением расхода топлива, проходящего через расходомер, так же как и в предыдущем эксперименте при типоразмере гильзы равной 27 мм, увеличивается относительная погрешность измерения . Зазор в сопряжении "гильза – поршень" до 0,3 мм можно считать оптимальным, так как максимальное значение относительной погрешности при максимальном расходе не превышает 0,423 %. При увеличении зазора в сопряжении "гильза – поршень" до 0,45 мм, максимальное значение относительной погрешности при максимальном расходе увеличивается до 0,867 %, т.е. в 2,05 раза. При сравнении максимального значения относительной погрешности при максимальном расходе топлива, типоразмера гильзы равной 27 мм и зазоре до 0,3 мм с типоразмером гильзы равной 20 мм и зазоре до 0,3 мм, наблюдается прирост на 0,228 %, т.е. в 2,17 раза.
Как отмечалось в 2 главе, раздел 2.4.2, для снижения погрешности измерения расхода топлива поршневым расходомером необходимо, чтобы объемная плотность поршня была равна или близка к плотности жидкости, в которой движется поршень. Для выявления влияния массы поршня на относительную погрешность измерения, при наличии гарантированного зазора был изготовлен поршень Dп4 = 26,85 мм, длиной l = 41 мм, массой mп4 = 61,48 г.
Поршень расходомера изготовлен из алюминия и представляет собой сплошной цилиндр. При этом объемная плотность поршня не равна объемной плотности вытесняемого им топлива. Объем измерительной камеры расходомера (одного цикла) составляет 25 см3. Результаты изменения относительной погрешности поршня Dп1 = 26,85 мм, массой mп1 = 19,49 г. и поршня Dп4 = 26,85 мм, массой mп4 = 61,48 г. представлены на графике (рисунок 4.4) для 100 измерительных циклов расходомера. По оси абсцисс на графике отложено давление воздушной подушки в резервуаре для дизельного топлива. По оси ординат на графике отложена относительная погрешность . Результаты вычислений сведены в таблицу Б.4, приложение Б.