Содержание к диссертации
Введение
1.Аналитический обзор научно-технической литературы 12
1.1 Мощность двигателя согласно различным стандартам 12
1.2 Мощность как энергетический показатель 15
1.3 Методы и средства определения эффективной мощности 22
1.3.1 Косвенные методы определения мощности 22
1.3.2 Методы измерения крутящего момента 34
1.3.3 Другие методы и способы определения эффективной мощности .47
1.4 Эффективность методов определения мощности 52
2. Теоретические основы метода 58
2.1 Анализ сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме 59
2.2 Анализ внешнего воздействия возмущающих сил на двигатель 65
2.3 Анализ внешнего действия возмущающих сил на крепления однорядного двигателя 72
2.4 Анализ внешнего действия возмущающих сил на крепления двигателя с наклонным положением цилиндров 74
2.5 Исследование действия внешних сил на крепления двигателя 77
2.5.1 Разновесность деталей поршневой группы 80
2.5.2 Дисбаланс неуравновешенных масс 80
2.5.3 Неравномерность нагрузок по цилиндрам 81
2.6 Вывод алгоритма усилия в фундаментных болтах от реактивного момента 82
3. Экспериментальная установка, аппаратура, объект испытаний и методы проведения 99
3.1 Объект испытаний 99
3.2 Экспериментальная установка и измерительная аппаратура 103
3.2.1 Измерительный комплекс 105
3.2.2 Тарировка «измерителя-силы» 108
3.3 Программа проведения эксперимента 110
3.4 Результаты испытаний 113
3.5 Эксперимент на стенде Кронштадского Морского завода 122
4. Метод определения эффективной мощности двигателя путем измерения усилий в узлах крепления 126
4.1 Разработка основных положений метода по определению эффективной мощности судовых двигателей в эксплуатации 126
4.2 Применение разработанного метода в эксплуатации 131
4.3 Применение разработанного метода при теплотехнических испытаниях 135
Заключение 147
Список использованных источников 149
Приложение 153
- Методы и средства определения эффективной мощности
- Анализ внешнего воздействия возмущающих сил на двигатель
- Экспериментальная установка и измерительная аппаратура
- Применение разработанного метода в эксплуатации
Введение к работе
Протяжённость водных путей с гарантированными габаритами в российской Федерации на 66% больше, чем в самой экономически богатой стране мира - Соединённых Штатах Америки. Сравнение с другими, промыш-ленно развитыми странами, просто бессмысленно из-за несопоставимости показателей.
Ещё каких-нибудь десять лет назад, наша страна обладала самым крупным в мире флотом судов внутреннего и смешанного плавания, который обеспечивал перевозку почти шестисот миллионов тонн в год всевозможных народно ~ хозяйственных грузов. Кроме того, речным транспортом, в упоминаемый период, перевозилось свыше 140 миллионов пассажиров в год, что на порядок выше аналогичных показателей любой другой страны мира.
Несмотря на огромное сокращение за постсоветский период экономических показателей, флот внутреннего и смешанного плавания Российской Федерации, насчитывающий около 30 тысяч судов, продолжает играть очень важную роль в транспортном обеспечении нашей страны. По состоянию на конец 2002 г. эту перевозочную деятельность осуществляют более 1700 субъектов [20].
В связи с. рядом объективных и субъективных причин, характерной особенностью внутреннего флота Российской Федерации является его прогрессирующие старение (средний возраст самоходных судов - более двадцати лет), что, естественно, приводит к росту отказов и аварий на судах речного флота [35].
Статистические данные Российского Речного Регистра (канд. тех. наук В.П.Лобастов) показывают (рис. 1), что наибольший процент отказов, до 80%, приходится на главные двигатели. В этой связи, актуальность исследований, связанных с улучшением обслуживания судовых энергетических установок (СЭУ) не нуждается в дополнительном обосновании.
В составе современных СЭУ произошли существенные изменения, связанные, главным образом, с повышением экономичности, надёжности, снижением затрат на обслуживание и ремонт их главных дизелей. Коэффициенты полезного действия СЭУ с двигателями внутреннего сгорания приблизились к очень высоким показателям - 50% отметке, а наработка до первой переборки достигла 25 тысяч часов и, даже, более того [82].
В последнее время повышение эффективности СЭУ стало одной из первостепенных технических проблем. В соответствии с ГОСТ 25866-83 [5] под термином «эксплуатация» в технике понимают стадию жизненного цикла технического изделия, во время которого реализуются, поддерживаются и восстанавливаются его качества. В соответствии с этим эксплуатация СЭУ -это совокупность работ, выполняемых в процессе подготовки к действию всех элементов СЭУ, использование их с наибольшей эффективностью.
Основные задачи эксплуатации СЭУ определяются следующим образом: содержание всех элементов СЭУ в исправном техническом состоянии; увеличение рабочего периода судна за счёт сокращения простоев по техническим причинам; обеспечение надёжности и долговечности всех элементов СЭУ; рациональное использование сменно-запасных частей и расходных материалов - топлив и смазочных масел; своевременное выполнение ремонтов, с целью восстановления нормативных технико-экономических показателей СЭУ; контроль, регулирование и выбор оптимальных вариантов и режимов работы всех механизмов.
Грузовой теплоход пр. 507Б со среднеоборотными дизелями
Танкер пр. 1577 со среднеоборотными дизелями
Толкач пр.911Б с дизелями 1 оо о повышенной оборотности
90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0.0
10,0 9,0 Ю,0
ш
2,0 3,0 2,0
:.. . =1 г—I-
100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 \
Пассажирский т/х пр.946 с высокооборотными дизелями
9,0
2,0 3,0 k\\\\\\i н Главные двигатели в Автоматика D Насосы и Дизель-генераторы а Трубопроводы Валопроводы и Вспомогательные котлы D Компрессоры в Утилизационные котлы
Рис. 1 Диаграмма распределения отказов по основным элементам судовых энергетических установок (данные Российского Речного Регистра)
От выбранного режима работы зависят экономичность, надёжность, ресурс и безаварийная работа двигателя. Именно качественное использование дизелей является одним из первых звеньев в цепи факторов, обеспечивающих минимальные затраты на обслуживание, ремонт и потери ходового времени. Спектр режимов эксплуатации даже одной серии двигателей на судах одного типа может быть самым разнообразным. Тем более это касается разных типов судов. Например, для главных двигателей транспортных судов характерна работа на полном ходу в среднем, в течение 90-92% ходового времени, на среднем ходу - в течение 4-5%, на малом ходу - 2%, кроме того, 2% времени расходуется на маневрирование [44].
Не нуждается в доказательствах тот факт, что спектр режимов работы речных судов отличается от приведённых данных. Причина этому - более частая смена режимов работы двигателя из-за особенностей судового хода на внутренних водных путях, обусловленного, помимо всего прочего, наличием большого количества шлюзов.
Исходя из вышеперечисленного, можно определить пути повышения эффективности эксплуатации СЭУ. В этом отношении, важным направлением для целей повышения эффективности судового двигателя внутреннего сгорания (СДВС) является снижение эксплутационных расходов при сохранении стандарта безопасности. Снижение эксплутационных расходов целесообразно рассматривать по двум направлениям; увеличение межремонтных периодов и выбор оптимальных режимов СДВС [82].
Возникающие, в связи с этими направлениями, задачи невозможно решить без широкого использования современных методов и средств диагностирования. Развитию этих методов и средств посвятили свои труды такие учёные как Л.В. Тузов, O.K. Безюков, Б.В. Васильев, Д.В. Гаскаров, Е.Н. Климов, В.В. Сахаров, Д.А. Кофман, СМ. Ханин, С.Г. Эренбург (СПГУВК), И.А. Биргер (ЦИАМ), В.А. Аллилуев, Н.С.Ждановский, А.В.Николаенко, Б.А. Улитовский, В.М. Михлин (СПГАУ), В.А. Шишкин (Институт проблем
8 транспорта РАН), О.Н. Лебедев (НГАВТ), Л.Л. Грицай (ЦНИИМФ),
И.В.Возницкий, А.С. Пунда (ГМА им. СО. Макарова). Большую научную и практическую.работу ведёт в этом направлении Российский Речной Регистр (д.э.н. Н.А. Ефремов) и, в частности его Северо-Западный филиал в Санкт-Петербурге (к.т.н. Н.Н. Фомин).
Систематическое диагностирование двигателя и контроль параметров его работы, с последующим анализом полученных результатов на базе теории ДВС, позволяют найти на любом судне оптимальные режимы эксплуатации в различных условиях плавания.
Режим работы главного двигателя (ГД), который является основным элементом комплекса: гребной винт — корпус судна — двигатель, зависит от типа судна, условий плавания, конструктивных особенностей его корпуса, типа ГД, способа передачи мощности движителю.
Режим работы ГД определяется его нагрузкой и частотой вращения. Для ГД при фиксированном положении всережимного регулятора частоты вращения, режим работы определяется условиями работы гребного винта, характеризующимися винтовой характеристикой. В процессе эксплуатации происходит «утяжеление» винтовой характеристики. Причины для этого следующие [19, 50]. - влияние метеорологических условий (по опытным данным, средние потери скорости судна, при постоянной частоте вращения гребного винта, на волнении при силе ветра 7 баллов, составляют в %: для танкеров 5,5; для сухогрузов 6,5; для лесовозов 8,5): - изменение ширины фарватера и глубины судового хода; - увеличение шероховатости, обрастание и загрязнение подводной I части корпуса судна, что влечёт за собой рост сопротивления трения; - обрастание, деформации и повреждения лопастей гребных винтов, что вызывает снижение КПД винта и рост потребляемой мощности для обеспечения заданной скорости судна;
9 - увеличение водоизмещения судна.
Значительно меньшую перегрузку двигателя создают причины, связанные с изменениями условий работы самого двигателя: - повышение износов и рабочих зазоров, что влечёт за собой увеличение потерь на трение и на привод вспомогательных механизмов; отложение накипи в зарубашечном пространстве, нагара и лака на поверхности камеры сгорания, что затрудняет теплопередачу и приводит к повышению температур и температурных напряжений в основных деталях; закоксовывание сопловых отверстий форсунок, что влечёт за собой ухудшение качества распыления топлива и смесеобразований; износ топливной аппаратуры; отклонение параметров регулирования двигателя от оптимальных значений, что изменяет условия протекания рабочего процесса.
К третьей группе факторов, приводящих к перегрузкам ГД, относятся ошибки и небрежность в управлении судном, то есть человеческий фактор.
Перегрузки, вызываемые первыми двумя группами факторов можно устранить выбором правильного режима эксплуатации. Для этого необходимо знать техническое состояние объектов.
Эксплутационная оценка режимов работы двигателя даётся, прежде всего, по энергетическим показателям — эффективной мощности Ре и крутящему моменту Мкр. Зная мощность, развиваемую двигателем и частоту вращения можно определить положение точки рабочего режима двигателя относительно теоретической и ограничительной характеристик, построенных в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.
Как известно, рекомендуется устанавливать на построенное судно такой винт, при котором, при полной загрузке и номинальной частоте вращения, мощность двигателя составляла бы 85-90% от номинальной.
Однако, в процессе эксплуатации двигателя, эту рекомендацию выдержать трудно, так как при сохранении заданной эксплутационной скорости судна, в случае «утяжеления» действующей винтовой характеристики, рабочая точка режима работы двигателя уходит за пределы зоны длительных экс-плутационных режимов и рекомендованной заводом-изготовителем зоны эксплуатации двигателя при спокойной воде, чистом корпусе и полной загрузке судна. Уходит в сторону зоны эксплуатационных режимов, ограниченных по времени. Обычно, этот переход сопровождается ростом тепловых и механических нагрузок, что, в свою очередь, требует повышенного и надёжного контроля за его работой.
Представляемая информация позволяет оценить уровень нагрузки двигателя, контролировать режим его работы, имеющийся резерв мощности, а так же состояние пропульсивного комплекса корпус-винт-двигатель.
Существующие методы определения эффективной мощности чрезмерно громоздки, дорогостоящи и имеют невысокую точность измерения параметров. Поскольку контроль технического состояния двигателя, при использовании его по назначению, производят на основании данных о величине и динамике изменения основных технико-эксплуатационных параметров, то невысокая точность измерения, делает этот контроль недостаточно эффективным. Отсутствие методик по эффективному определению мощности двигателя в условиях эксплуатации значительно снижает технический, а, следовательно, и экономический результат его эксплуатации.
Отсутствие в настоящее время возможности контролировать эффективную мощность главных двигателей средних и малых судов вынуждает искать новые методы определения мощности.
Цель данной диссертационной работы и состоит в получение научно обоснованных технических и технологических принципов направленных на разработку метода определения эффективной мощности СДВС в условиях эксплуатации и повышения уровня технической эксплуатации.
При этом целенаправленно, за счёт снижения удельного объёма математической составляющей, в представляемой работе, подавляющее внимание будет уделено теоретическим и методическим аспектам заявленной темы. Кроме того, объём математического обоснования темы настолько значителен и самодостаточен, что вполне может стать темой отдельной диссертационной работы. Из всего этого логически вытекает необходимость некоторых теоретических допущений, впрочем, абсолютно корректных с научной точки зрения. Например, фундамент двигателя будет рассмотрен, как единая, жёсткая система.
Предлагаемый метод позволит обеспечить объективный систематический контроль технического состояния двигателя, облегчит выбор оптимальных ходовых режимов, а, следовательно, даст реальный экономический эффект [28]. Поставленная цель достигается посредством постановки и последовательного решения нижеследующих задач:
Провести анализ существующих методов и средств определения эффективной мощности СДВС в условиях эксплуатации.
Выполнить анализ основных действующих сил на крепления двигателя к фундаменту, и теоретически обосновать основы разрабатываемого метода определения эффективной мощности.
Получить уравнение распределения суммарной силы от крутящего момента по креплениям двигателя. Установить зависимость эффективной мощности от усилия возникающего в узлах крепления двигателя.
Провести стендовые и эксплуатационные испытания СДВС с разработанным «измерителем силы» (далее ИС).
Разработать основные положения метода определения эффективной мощности и рекомендации к его применению.
Разработать усовершенствованную процедуру теплотехнических испытаний СДВС, как одного из направлений повышения уровня технической эксплуатации.
Методы и средства определения эффективной мощности
В случае, когда главные или вспомогательные двигатели не оборудованы индикаторными кранами и приводами или когда отсутствуют требуемые для измерения индикаторной или эффективной мощности приборы, как, например, индикатор или торсиометр, вольтметр и амперметр, определение мощности при регулировке или проверке нагрузки двигателя на судне возможно так называемым косвенным методом; этот метод применим при наличии данных стендовых или приемосдаточных судовых испытаний двигателя, и он дает хорошие результаты при точном соблюдении заводской регулировки газораспределения, расхода топлива, а также надлежащего содержания газовыпускных трубопроводов, утилизационных котлов, искрогасителей, обеспечивающих наименьшее противодавление отработавших газов.
Косвенный метод позволяет определять эффективную и индикаторную мощность двигателя, ограничиваясь измерениями часового расхода топлива, частоты вращения двигателя, температуры отработавших газов (при бездымном сгорании) и противодавления на выпуске.
Приведенные технико-экономические показатели работы двигателя ие связаны между собой какой-либо расчетной зависимостью с мощностью двигателя, а представляют качественную сторону термодинамического процесса, который можно установить только экспериментальным путем на работающем двигателе.
Кроме того, определение эффективной мощности можно проводить по показаниям пиметра; мощность двигателя можно установить по положению рейки или регулировочной тяги топливного насоса или рукоятки - маховичка поста управления.
Уравнение эффективной мощности можно представить выражением следующего вида [46]: или через крутящий момент е 9550 Приравнивая оба эти выражения для эффективной мощности, получим
Последнее уравнение показывает, что с изменением крутящего момента должно соответственно изменяться и среднее эффективное давление ре. При этом, естественно, должна изменяться и величина часового расхода топлива.
На рис. 1.3.1 показана зависимость между часовым расходом топлива и эффективной мощностью, которая была бы установлена при работе двигателя на определенном числе оборотов при его испытаниях на заводском стенде.
По этой диаграмме при известном часовом расходе топлива, данном числе оборотов можно установить величину эффективной мощности.
При приближенных расчетах мощности двигателя можно определить также путем деления замеренной величины часового расхода топлива при данном числе оборотов на его удельный расход топлива, замеренный при том же числе оборотов во время стендовых испытаний.
Более точно эффективную мощность главных двигателей можно определить по часовому расходу топлива в зависимости от числа оборотов двигателя.
Часовой расход топлива равен: последнего выражения на число оборотов п, получим: ся постоянным, то между и ре была бы прямолинейная зависимость. Но, как известно, е — J \Ре), т.е. удельный эффективный расход топлива изменяется с изменением среднего эффективного давления, и поэтому получение такой зависимости расчетным путем затруднительно.
По осредненным данным стендовых испытаний или приемосдаточных испытаний серии двигателей определенной марки и одинаковой регулировки строится характеристика для двигателя, отражающая зависимость фактора которая и используется для определения эффективной мощности. Мощность определяется в следующем порядке [9]: 1. замеряют расход топлива G,„, кг/час, дизелем при установленной частоте вращения коленчатого вала; 2. подсчитывают условное значение GJn расхода топлива на один оборот вала; 3. по совмещенной нагрузочной характеристике, используя значения GJn и п, определяют мощность Ре (или среднее эффективное давление ). Данный метод является основным методом определения мощности двигателей в судовых условиях.
Устройство для определения мощности дизеля в судовых условиях Известен удобный, хотя и не очень точный, косвенный метод определения крутящего момента (или эффективной мощности) главного двигателя по положению рейки ТНВД и частоте вращения двигателя [29], где с — коэффициент пропорциональности, зависящий от отношения и я; Sp - ход рейки, мм. Это метод не требует наличия в машинном отделении расходомера, поскольку часовой расход топлива в этом случае оценивается по положению рейки ТНВД и частоте вращения. Поэтому достаточно сравнительно простыми приборами измерить частоту вращения двигателя и относительного пере Затем по их значе о ршх J мещения органа, управляющего подачей топлива ниям определяется мощность по специальной номограмме, которая может быть построена при тарировочных испытаниях любого двигателя.
Данный метод основан на методе определения мощности по расходу топлива. Часовой расход топлива определяется из цикловой подачи ТНВД где q4 - цикловая подача топлива, г/цикл; і - число цилиндров двигателя; z - тактность двигателя; п — частота вращения коленчатого вала, об/мин. Цикловая подача топлива не является контролируемым параметром, и важно использовать эквивалентную ей замену - положение органа управления подачей топлива (рейка ТНВД) [39, 60]. Определение мощности по температуре отработавших газов При стендовых и приемосдаточных ходовых испытаниях температура отработавших газов в общем, выпускном трубопроводе измеряется при раз
Анализ внешнего воздействия возмущающих сил на двигатель
При сложившейся практике расчетов динамики поршневых машин этим обстоятельством пренебрегают.
Опрокидывающий момент не уравновешивается внутри самого двигателя, а передается через остов двигателя на опоры фундаментной рамы на корпус судового фундамента. Следовательно, Мопр должен быть уравновешен внешним моментом реакции Гф судового фундамента:
Реакция Гф - действующая на лапы двигателя со стороны фундамента, в зависимости от расстояния Ьф между геометрическими центрами фундаментных болтов [21]: Следовательно, если измерить реакцию Гф, то несложно определить крутящий момент двигателя:
Сделаем допущение, что лапа двигателя и рама фундамента абсолютно жесткие. Двигатель как абсолютно жесткое тело (сосредоточенная масса) имеет шесть степеней свободы, следовательно, дизелю свойственны шесть форм вынужденных колебаний [41; 69]. Основными возмущающими силами, являются силы инерции поступательно движущихся и вращающихся частей и опрокидывающий момент. Силы, действующие на фундамент двигателя, действуют также и на крепление двигателя к подмоторпой раме.
Проявление внешней неуравновешенности от сил поступательно движущихся масс, неуравновешенных вращающихся масс, от их моментов и от опрокидывающего момента при работе двигателя иллюстрирует рис. 2.2.1 [79].
Суммарное усилие, вызывающее перемещения (1) вдоль оси Z складывается из сил инерции поступательно движущихся частей и вертикальной составляющей неуравновешенных центробежных сил. Неуравновешенность дизеля по силам инерции, а также по центробежным силам, является определяющей причиной вертикальных перемещений. Колебания (2) вдоль оси У вызываются горизонтальной составляющей неуравновешенных центробежных сил.
Качка - колебания (3) вокруг оси X будут вызываться переменной составляющей опрокидывающего момента и горизонтальной составляющей неуравновешенных центробежных сил. Галопирование - момент вокруг оси У (колебания 4) складывается из неуравновешенных моментов сил инерции и моментов вертикальных составляющих центробежных сил.
Рысканье (виляние) - колебания (5) вокруг оси Z вызываются моментами горизонтальных сил составляющих центробежных сил. В любой момент времени внешние неуравновешенные силы и их моменты имеют постоянные значения. Следовательно, можно рассмотреть, как нагружаются и деформируются фундаментные болты от действия сил и их моментов.
Перемещения двигателя вдоль оси Z (1), вокруг оси X (3), вокруг оси У (4) вызывают деформацию (растяжение и сжатие) фундаментных болтов.
Колебания двигателя вдоль оси К и поворотные колебания относительно оси Z не рассматриваются, так как они не влияют на деформацию (растяжение, сжатие) фундаментных болтов.
Колебания вдоль оси Z и вокруг оси X вызваны неуравновешенными силами инерции и их моментами. У внешне уравновешенных двигателей эти колебания отсутствуют, но имеют место быть колебания, вызванные опрокидывающим моментом.
Сила инерции поступательно движущихся масс 1-го порядка стремится попеременно поднять и прижать двигатель к фундаменту один раз за оборот коленчатого вала. Сила инерции 2-го порядка стремится дважды за один оборот приподнять и прижать двигатель к фундаменту. где ті — масса поступательно движущихся частей одного цилиндра; со — угловая скорость вращения коленчатого вала; X - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Суммарная неуравновешенная центробежная сила представляет собой геометрическую сумму центробежных сил отдельных кривошипов: где п - число кривошипов; mkn гк- несбалансированные массы кривошипов и их расстояния от оси вращения. Сила инерции вращающихся масс всегда направлена по кривошипу. Перенеся ее в центр вала, разлагая на вертикальное и горизонтальное направления, получаем в отношении внешнего воздействия две силы: в вертикальном направлении:
Вертикальная составляющая этой силы складывается с силой инерции поступательно движущейся массы. Горизонтальная составляющая стремится периодически смещать двигатель справа налево и обратно один раз в течение одного оборота. Сила инерции вращающихся масс обычно уравновешивается противовесом, создающим противоположно-направленную силу.
В многоцилиндровом двигателе силы инерции/?/, pjl и С действуют в плоскостях кривошипно-шатунных механизмов, находящихся на различном расстоянии от центра тяжести двигателя; поэтому кроме этих инерционных инерции стремятся переместить двигатель, а моменты стремятся повернуть остов на некоторый угол вокруг центра поворота, который принимается совпадающий с центром давления опорных реакций. Величины моментов первого и второго порядков от каждого цилиндра могут быть определены из уравнений: М1 = Pl -h-coscot где Р} и РЦ - амплитуды неуравновешенных сил инерции первого и второго
Экспериментальная установка и измерительная аппаратура
Экспериментальная установка (рис. 3.2.1) включает в себя дизель М400 (12ЧСШ8/20) установленный на раме испытательного стенда, борудованого гидротормозом, информационно-измерительный комплекс, контрольно-вычислительный комплекс [84].
На двигатель устанавливали прибор ИЭМ-1 (измеритель эффективной мощности) для измерения мощности косвенным способом. Прибор ИЭМ-1 разработан для контроля загрузки двигателя типа М400 [67]. Измерительная система состоит из ИС, усилителя многоканального УИМ-2, портативного компьютера "Pholiant" с 16-ти канальным аналого-цифровым преобразователем и кабельных трасс.
Контрольно-вычислительный комплекс представляет собой 16-ти канальный аналого-цифровой преобразователь и портативный компьютер «Pholiant».
Измерительный комплекс состоит из ИС и усилителя УИМ-2. ИС представляет собой технологический болт с уменьшенным сечением в средней части болта, просверленным осевым отверстием для вывода проводов (рис. 3.2.3). Уменьшение площади сечения приводит к увеличению деформаций при одной и той же силе. Соотношение размеров сечения определяется с учетом номинального диаметра и условий нескручиваемости болта. В этом сечении размещаются наклеиваемые проволочные тензодатчики омического сопротивления. - монолитное соединение датчика с поверхностью детали в месте измерения; - малый вес и толщина датчика, обеспечивающие при ответствующих характеристиках измерительной аппаратуры, применяемой с датчиками, практическую безинерционность измерения деформаций; - малые габариты датчика, позволяющие крепить датчик на малые поверхности; - у обство крепления (наклейка); - возможность измерения в сложных условиях испытания; - универсальность применения.
Последовательность изготовления ИС: - в средней части болта с двух противоположных сторон выполняется фрезерование; - сверлиться осевое отверстие со стороны головки болта до необходимого сечения; - через просверленное отверстие выводятся соединительные провода; - обрабатывается поверхность болта в месте наклейки датчиков до класса чистоты V7- V9, выбоины не допускаются; - производится разметку места наклейки датчиков; - обезжиривается поверхность болта и тензорезистора бязевым тампоном, смоченным спиртом, протирается сухим тампоном; - поверхность просушивается в течении 10 минут; - смазывается участок под тензодатчиком тонким слоем быстросхваты-вающего клея, используемого для наклейки тензодатчиков; - смазывается поверхность тензодатчика тонким слоем клея и просушивается в течение 15 минут при комнатной температуре (+20 4Q; - повторно смазывается тензодатчик и прилагается к поверхности таким образом, что бы, ось датчика совпадала с осью разметки, датчик прижимается к поверхности ИС через целлофан, выдавливая лишний слой клея и пузырьки воздуха; - проверяется исправность датчика, измерением его сопротивления; - сушится не менее 24 часов при комнатной температуре; - приклеенные датчики соединяются по определенной схеме и к ним припаиваются электрические провода; - производится контроль качества наклейки; проверяется правильность формы решетки тензорезистора, отсутствие расслоений, воздушных пуз-рей; - измеряется величина электрического сопротивления изоляции каждого наклеенного тензорезистора — не менее 500 Мом; - наносится влагозащитное покрытие на тензорезисторы, оно должно перекрывать поле тензорезистора на 5-10 ЛОЇ С каждой стороны и не должно вызывать деформации тензорезисторов или искажать поле деформации изделия; - обмазывается место наклейки датчиков, для предотвращения повреждения.
Применяемые тензометры КФ-4 имеют сопротивление 100 Ом. Среднее значение чувствительности ЛГ=2Д9±0,06. Среднее квадратическое отклонение чувствительности ov=0,02. Предел относительной погрешности 3= 2,7%. Приклеивание тензорезисторов, подсоединение проводов, нанесение защитного покрытия производилось в соответствии с рекомендациями производителя [77]. Сопротивление изоляции должно быть не менее 1000 МОм. Электрическая схема соединения тензорезисторов - полумостовая (рис. 3.2.4). В одно плечо последовательно включаются два рабочих тензорезистора Tpi и Тр2 (для удвоения сигнала), в соседнее плечо два компенсационных тензорезистора Тк/ и Ткг. Второй полумост находится в усилителе УИМ-2. Балансировка измерительного моста осуществляется с помощью усилителя.
Применение разработанного метода в эксплуатации
В навигацию 2003 и 2004 года было обследовано около 70 уравновешенных главных двигателей установленных на судах различных размерений.
Из них 22 двигателя марки типа М400, 21 двигатель - ЗД6, 6 двигателей - 6ЧСШ8/22, 9 двигателей - Г70-5, 10 двигателей типа 6NVD48. Процентное соотношение представлено нарис. 4.2 На рис. 4.2.2, 4.2.3, и 4.2.4 представлены обобщенные результаты определения эффективной мощности главных двигателей для серии судов, на которых получено наибольшее количество данных. Характер представленных зависимостей показывает, что, несмотря на различные типы дизелей и различную наработку, состояние корпусов судов и гребных винтов разработанная методика позволяет получать объективную информацию об эффективной мощности эксплуатируемых судов.
Эффективная мощность главных двигателей, определенная по методике, сравнивалась с эффективной мощностью, определяемой косвенным способом по часовому расходу топлива и частоте вращения. Данные испытаний подтвердили основные положения разработанной методики.
Основные задачи эксплуатации главного судового двигателя: содержание всех элементов СДВС в исправном техническом состоянии; увеличение рабочего периода судна за счет сокращения простоев по техническим причинам; обеспечение надежности и долговечности всех элементов двигателя; рациональное использование топлив и смазочных масел; контроль, регулирование и выбор оптимальных вариантов и режимов работы двигателя; контроль и содержание двигателя в исправном техническом состоянии.
Одним из основных условий правильной эксплуатации главных двигателей - регулярный теплотехнический контроль и диагностирование технического состояния дизеля.
Цель теплотехнического контроля: - определение основных эксплуатационно-технических показателей энергетической установки; - выявление недостатков в содержании и в работе главных двигателей; - анализ показателей, полученных при испытании для подтверждения оценки технического состояния СДВС и движительного комплекса; - поддерживать нормальные заданные режимы работы главных двигателей, что способствует выполнению судном эксплуатационно-технических нормативных показателей;
Испытания дают возможность установить наиболее оптимальные режимы работы судовых главных двигателей, а также выбрать пути улучшения ее технико-экономических показателей.
Контроль технического состояния дизеля при использовании его по назначению производят на основании данных о величине и динамике изменения основных технико-эксплуатационных параметров.
Основными эксплуатационно-техническими показателями, характеризующими работу СДВС, являются: частота вращения вала двигателя, мощность двигателя, расход топлива, температура выпускных газов, параметры рабочего процесса двигателя. Совокупность известных эксплуатационно-технических показателей определяют режим работы СДВС. Эксплуатационная оценка режимов работы дизеля, прежде всего, даётся по энергетическим показателям - эффективной мощности Ре и крутящему моменту Мкр.
Неудовлетворительное техническое состояние главных двигателей и гребных винтов является причиной снижения мощности двигателей, скорости и силы тяги теплоходов. К этому же приводит неправильная регулировка двигателей, нарушение правил технической эксплуатации, несвоевременное проведение технического обслуживания. Указанные выше недостатки снижают проводную способность судов, увеличивают сроки доставки грузов, приводят к перерасходу топлива на транспортную работу, снижают стандарт безопасности.
Главный двигатель, соединенный с движителем - винтом, является источником энергии движения судна, входит в состав пропульсивного комплекса (ПК). В состав ПК входят: корпус судна главные двигатели, движители, упорные подшипники, валопровод, передача мощности. Схематически ПК изображен нарис. 4.3.1 [64].
