Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований по рациональному использованию топлива в геологоразведочных организациях 11
1.1. Значение экономии топлива и энергии 13
1.2. Роль нормирования расхода топливно-энергетических ресурсов в управлении режимом их экономии 14
1.3. Технологические объекты формирования нормативных показателей. 15
1.4. Классификация и состав норм расхода топлива 17
1.5. Нормирование потребления топлива для оборудования с приводом от двигателей внутреннего сгорания 19
1.6. Характеристики существующих формул для аппроксимации нагрузочной характеристики двигателей внутреннего сгорания 25
1.7. Оценка эксплуатационных параметров двигателей внутреннего сгорания при отклонении атмосферных условий от стандартных 27
1.8. Заключение по главе 1 31
Глава 2. Математическая модель расчета расхода топлива двигателями внутреннего сгорания, работающими в различных климатических условиях 33
2.1. Выбор оптимальной степени уравнения, описывающего зависимость расхода топлива двигателя от его нагрузки 33
2.2. Математическая модель зависимости расхода топлива двигателем, работающим с постоянной нагрузкой в нестандартных атмосферных условиях 41
2.3. Применение разработанной модели для двигателей, работающих с переменной нагрузкой 48
2.4. Расчет расхода топлива двигателями внутреннего сгорания при их работе на отличных от номинальной частотах вращения 51
2.5. Выводы по главе 2 55
Глава 3. Экспериментальные исследования двигателей внутреннего сгорания 56
3.1. Задачи лабораторных экспериментальных исследований 56
3.2. Установка для исследований и методика проведения эксперимента ...56
3.3. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований...63
3.4. Задачи и методика проведения производственных экспериментов 70
3.5. Оценка точности эксперимента 71
3.6. Методика проведения исследований в производственных условиях...74
3.7. Выводы по главе 3 80
Глава 4. Сопоставление расчетных и фактических результатов 81
4.1. Сравнение фактического и расчетного часового расхода топлива дизеля 24-8,5/11 и дизеля «Шкода» 6S-275 81
4.2. Анализ результатов исследований 86
4.3. Выводы по главе 4 99
Глава 5. Методические указания по определению технологических норм расхода топлива на работу дизельного привода электрогенераторов, буровых станков и компрессоров 100
5.1. Общие положения 100
5.2. Метод разработки норм расхода топлива 101
5.2.1 Исходная информация для определения норм расхода топлива 101
5.2.2. Порядок расчета индивидуальных норм расхода топлива 102
5.3. Пример расчета 106
5.4. Проверка норм расхода топлива в производственных условиях 110
Заключение 113
Библиографический список 114
Приложение 1 122
Приложение 2 131
- Роль нормирования расхода топливно-энергетических ресурсов в управлении режимом их экономии
- Математическая модель зависимости расхода топлива двигателем, работающим с постоянной нагрузкой в нестандартных атмосферных условиях
- Установка для исследований и методика проведения эксперимента
- Метод разработки норм расхода топлива
Введение к работе
Решение поставленных перед геологоразведочной отраслью задач по расширению минерально-сырьевой базы возможно только путем внедрения новой, более совершенной и высокопроизводительной техники. Постоянное расширение производства, увеличение мощностей технологических потребителей, повышение энергоемкости в непроизводственной сфере ориентируют на непрерывный рост ежегодного потребления электроэнергии и топлива.
Общее годовое потребление электроэнергии отрасли в настоящее время составляет около двух млрд. кВт-ч, при этом более сорока процентов всей потребляемой электроэнергии вырабатывается дизельными электростанциями, принадлежащими геологоразведочным организациям. В связи с тем, что разведка месторождений все более ориентирована на районы, удаленные от существующих энергосистем, удельный вес собственной энергетической базы постоянно возрастает, а это ведет к увеличению потребления дизельного топлива.
Значительное количество топлива потребляется оборудованием с приводом от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Кроме электростанций различной мощности на вооружении геологов находятся стационарные и передвижные компрессоры, поршневые ДВС, установленные на различных агрегатах.
Весь парк ДВС потребляет около двух млн. тонн условного топлива в год и с каждым годом потребление топлива увеличивается. Устойчивые темпы роста топливопотребления, ограниченность запасов топлива, увеличение затрат на добычу и транспорт топлива поставили проблему осуществления оптимальной энергосберегающей политики.
Задача оптимального использования нефтепродуктов является составной частью проблемы повышения эффективности общественного производства. Объективная основа рационального использования топлива - научно-
обоснованные методы нормирования его потребления.
Нормирование на научной основе предполагает установление прогрессивных норм расхода топлива, которые должны учитывать и стимулировать реализацию резервов экономии топлива, обусловленных существующим уровнем техники и организации производства, достижениями научно-технического прогресса и передового опыта в области топливопотребления.
Нормативы расхода топлива - это важнейшее условие формирования
меры необходимых затрат на производство геологоразведочных работ.
Совершенствование нормирования топливопотребления способствует
усилению научной обоснованности, пропорциональности и
сбалансированности планов, более глубокому выявлению и использованию резервов производства, дальнейшему повышению его эффективности.
Мероприятия, направленные на экономию топлива, должны включать ряд аспектов: усиление роли анализа топливопотребления; повышение качества планирования мероприятий по экономии топлива на всех уровнях управления; повышение роли стимулов экономии нефтепродуктов; увеличение ответственности потребителей за неэкономное использование нефтепродуктов; разработка и совершенствование методов нормирования.
Актуальность проблемы. Ускоренное развитие геологоразведочных работ (ГРР) возможно за счет повышения производительности труда, требующего роста уровня механизации и автоматизации ГРР путем перевооружения отрасли новой, более совершенной и высокопроизводительной техникой.
В настоящее время прирост запасов полезных ископаемых (п.и.) осуществляется, преимущественно, за счет разведки месторождений с большой глубиной залегания, что значительно расширяет область использования бурения. Интенсификация работ при увеличении объемов бурения возможна с применением форсированных режимов. Вышеперечисленные факторы ведут к росту потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР)
6 геологоразведочными организациями (ГРО).
Выделение дополнительного количества ТЭР требует научно-технического обоснования, которым может служить энергоемкость ГРР. Наиболее полно и достоверно энергоемкость ГРР отражают расчетные научно-обоснованные нормы расхода топлива, определенные на основе удельных затрат по видам работ.
До настоящего времени вопрос определения удельных затрат ТЭР на проведение ГРР решается расчетно-статистическим методом. Этот метод не способствует росту эффективности использования ТЭР в геологоразведочных подразделениях, в связи с чем встает вопрос о разработке системы нормирования, имеющей научное обоснование и стимулирующей внедрение энергосберегающей техники и технологии, опыта передовых подразделений, организационно-технических мероприятий, направленных на повышение эффективности использования ТЭР.
Таким образом, проведение исследований и разработка методики определения норм расхода топлива на буровые работы расчетно-аналитическим методом является актуальной задачей.
Целью работы является повышение эффективности геологоразведочных работ на основе совершенствования нормирования расхода топлива двигателями внутреннего сгорания самоходных буровых установок.
Основные задачи исследований. Выполнение поставленной цели достигается решением следующих задач:
проведение анализа и обобщение методических разработок по определению энергоемкости производственных процессов в промышленности с целью выбора приемлемого метода расчета энергозатрат на бурение геологоразведочных скважин;
разработка математической модели расчета расхода топлива двигателями внутреннего сгорания, используемыми в качестве привода самоходных буровых установок, в зависимости от типа и режимов работы (частоты вращения) двигателей, динамики изменения их нагрузки и атмосферных
условий эксплуатации;
проведение экспериментальной проверки математической модели расчета расхода топлива в производственных условиях геологоразведочных организаций;
регрессивный анализ экспериментальных данных с целью оценки математической модели удельных затрат и внесения, при необходимости, корректив в математические зависимости;
разработка на основе математической модели методики расчета индивидуальных норм расхода топлива дизельным приводом самоходных буровых установок;
составление алгоритма и программы расчета на ЭВМ технологических удельных затрат на бурение скважин.
Методика исследований. Базой решения поставленных задач являются результаты анализа теоретических и экспериментальных работ, проводимых в этой области. На его основе определено направление теоретических и экспериментальных исследований затрат топлива на бурение скважин.
Экспериментальные исследования проведены с использованием современной топливной и электроизмерительной аппаратуры и их результаты явились основой оценки математических моделей удельных затрат топлива. В теоретических разработках, обработке результатов исследований и при оценке математических моделей использовались методы математического анализа и математической статистики.
Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных исследований автором впервые:
разработана математическая модель зависимости удельных затрат топлива на метр бурения геологоразведочных скважин от технологии бурения, горно-геологических условий, применяемого оборудования, типа и режима работы двигателя, динамики изменения его нагрузки и атмосферных условий эксплуатации;
установлена аналитическая зависимость коэффициента пересчета
эффективной мощности от коэффициента пересчета индикаторной мощности и коэффициента пересчета удельного эффективного расхода топлива;
- выявлена закономерность изменения удельных затрат топлива на бурение
скважины в пределах интервала и на основании этого предложена расчетная
формула определения технологической нормы расхода топлива по скважине.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Зависимость расхода топлива двигателем самоходной буровой установки от его нагрузки с достаточной степенью точности описывается уравнением второго порядка.
При расчете расхода топлива двигателями самоходных буровых установок, работающими в нестандартных атмосферных условиях, необходимо учитывать величину механического к.п.д.
Данные экспериментальных исследований подтверждают пригодность предложенной математической модели определения часового расхода топлива в зависимости от нагрузки двигателя и частоты вращения бурильных труб для разработки норм расхода топлива двигателями самоходных буровых установок.
При расчете расхода топлива двигателями самоходных буровых установок в зависимости от средней мощности необходимо учитывать режим потребления энергии, характеризуемый коэффициентом формы графика нагрузок двигателя.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается тем, что результаты, полученные по аналитическим зависимостям и при экспериментальных производственных исследованиях, имеют высокую сходимость. Оценка математических моделей по критерию Фишера позволяет сделать вывод об их адекватности результатам исследований с надежностью 0,95.
Практическая ценность работ заключается в следующем:
разработаны и внедрены в отрасль методические рекомендации по определению норм расхода топлива на метр бурения скважин;
данные рекомендации позволяют теоретически обоснованно осуществлять планирование потребления топлива и анализ эффективности его
использования при проведении буровых работ, что дает возможность наметить пути снижения энергоемкости;
определенные по методике производственные нормы позволяют получить величину среднего расхода топлива буровых установок и на ее основе осуществлять оптимальный выбор количества топлива;
механический к.п.д. двигателя, определенный по предлагаемой зависимости, может служить критерием оценки состояния работающего оборудования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: IV международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" в 1999г., научной конференции профессорско-преподавательского состава МГГУ в «День Горняка» в 2005 г.; научно-технических советах Навоинского горно-металлургического комбината в 2005г.; V международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» в 2006г.
Реализация работы. Разработанная методика расчета удельных затрат топлива на бурение геологоразведочных скважин использовалась при расчете норм расхода топлива на станко-смену, которые включены в «Справочник укрупненных сметных норм на буровые работы». Основные теоретические положения данной работы используются в учебном процессе при чтении курса «Экономия топливно-энергетических ресурсов» в геологоразведочных организациях, а также на ФПК при РГГРУ.
Основные вопросы, рассмотренные в диссертации, опубликованы в 9 научных работах.
Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Первая глава посвящена анализу существующих методик определения норм расхода топлива в различных отраслях и математических зависимостей определения часового расхода топлива буровой установкой. Во второй главе представлены теоретические исследования, связанные с разработкой математической модели
расчета расхода топлива двигателем в различных климатических условиях. Третья глава посвящена лабораторным и производственным экспериментальным исследованиям величины часового расхода топлива ДВС при его работе на отличных от номинальной частотах вращения. Проведен корреляционно-регрессивный анализ результатов исследований и получены количественные оценки аналитической и эмпирической зависимостей удельного расхода топлива ДВС. В четвертой главе осуществляется сопоставление расчетных и фактических результатов исследований, полученных при испытаниях дизелей 24-8,5/11 и «Шкода» 6S-275, с целью оценки точности математической модели для расчета расхода топлива двигателем, работающим на различных режимах с постоянной и переменной нагрузкой, в стандартных и отличных от них атмосферных условиях. В пятой главе приводится обоснование методики расчета технологических норм расхода топлива на бурение скважин. В заключении сформулированы основные выводы по работе. В приложении 1 приведены скоростные характеристики тракторных дизелей и результаты математической обработки величин их предельной мощности и удельного расхода топлива. Приложение 2 содержит программу расчета норм расхода топлива.
Роль нормирования расхода топливно-энергетических ресурсов в управлении режимом их экономии
Являясь мерой затрат в производстве, нормы составляют расчетную основу потребления, распределения и экономии ресурсов и контроля за эффективностью их использования.
На современном этапе развития производства роль и значение нормирования расхода ТЭР определяется рядом важных и долговременно действующих факторов.
Во-первых, по мере развития производительной силы труда доля материальных затрат в стоимости продукции все более повышается. Существенную долю в общих материальных затратах составляют затраты, связанные с использованием ТЭР.
Во-вторых, нормы расхода топлива и энергии выступают в качестве одного из основных критериев оценки совершенства технологического процесса производства, а также являются фактором, стимулирующим внедрение новой техники и рациональное использование ТЭР на всех стадиях производства.
В-третьих, поскольку нормирование ТЭР означает установление меры их потребления, а эта мера является расчетной базой планирования расхода и инструментом распределения этих ресурсов по уровням планирования и управления хозяйством, под планирование подводится научная расчетная основа, без которой невозможно эффективно управлять современным производством. Экономия топлива и энергии в каком-либо звене производства: - позволяет пересмотреть сложившиеся и установить новые балансовые связи и экономические пропорции между производствами; - приводит к снижению затрат энергетических ресурсов на единицу выпускаемой продукции (или вида работ), т.е. в конечном счете к снижению удельной энергоемкости продукции (работ); - обуславливает увеличение прибыли и рост рентабельности в результате снижения себестоимости выпускаемой продукции, т.е. улучшение основных показателей хозяйственной деятельности предприятия, организации, отрасли. Выступая в качестве объективного технико-экономического критерия оценки уровня использования ТЭР, нормы расхода являются организующим и мобилизующим началом в борьбе за экономию топлива и энергии, и в этом проявляется главная цель нормирования расхода ТЭР на современном этапе развития общественного производства. В соответствии с поставленной задачей дальнейшее развитие нормирования расхода ТЭР осуществляется путем совершенствования его методологии, методики и организации.
Технологические объекты формирования нормативных показателей Технологические объекты, по которым формируются нормы расхода ТЭР, - это топливо- и энергопотребляющие агрегаты, установки, технологические схемы и способы производства. Из указанных выше нормативных показателей расхода топлива и энергии по технологическим объемам формируются только индивидуальные нормы, которые на всех уровнях планирования предназначаются для определения групповых норм при разработке текущих и перспективных планов, а на предприятиях часто используются как показатели текущих планов.
Конкретное наименование технологического объекта формирования норм определяется особенностями данного производства. Это могут быть котлы и печи, газоперекачивающие агрегаты и насосные установки, автомобили, установки по производству цемента сухим и мокрым способами, буровые установки, компрессорные станции, шахтные подземные установки и т.д. Важно, чтобы эти объекты отражали различные технологические особенности, которые обусловливают различные удельные расходы топлива и энергии при производстве однотипной продукции.
Формирование индивидуальных норм расхода по технологическим объектам - это специфика нормирования ТЭР, которая позволяет существенно повысить техническую обоснованность устанавливаемых в планах нормативных показателей. Нормы расхода ресурсов связывают планируемое их потребление с результатами производственной деятельности, представляемыми соответствующими объемами производства продукции и работ, чаще всего в натуральном выражении. Для обеспечения рационального использования ресурсов на предприятиях должно включаться все производственное потребление ресурсов. Номенклатура планируемых видов продукции и работ уменьшается за счет их укрупнения с повышением иерархического уровня хозяйственных объектов и видов планов от текущих до долгосрочных. При современных жестких требованиях рационального использования ТЭР нормирование должно охватывать практически все расходы любого из видов топлива и энергии. Наиболее полный охват нормированием потребления ресурсов имеет место на уровне предприятия. На более высоких уровнях планирования лишь важнейшие направления потребления ресурсов могут быть охвачены нормированием. При этом приходится решать задачу отбора важнейших потребителей и направлений потребления ресурсов для нормирования, т.е. отбора нормируемых позиций. Суть этой задачи состоит в том, чтобы обеспечить наиболее эффективное управление потреблением и экономией ресурсов при наименьших затратах на проведение нормативной работы. Корректная постановка и решение этой экономической задачи не найдены, и в нормировании расхода ТЭР получили распространение методы формального отбора нормируемых позиций, базирующиеся на некоторых свойствах совокупности величин, образующих ранжированные ряды [78].
Математическая модель зависимости расхода топлива двигателем, работающим с постоянной нагрузкой в нестандартных атмосферных условиях
В ходе проведения экспериментальных исследований на подмосковном учебно-экспериментальном полигоне РГГРУ были поставлены следующие задачи: - определить зависимость величины расхода топлива от нагрузки ДВС при различных частотных режимах работы двигателя; - оценить возможность использования математической модели (2.33) для расчета расхода топлива двигателями внутреннего сгорания при их работе на различных частотных режимах; - провести сравнительный анализ определения расхода топлива двумя способами: объемным (с использованием прибора ИП-154) и массовым; - оценить точность расчетов расхода топлива двигателем, работающим по графику постоянной нагрузки в различных атмосферных условиях; - оценить точность расчетов по математической модели расхода топлива ДВС, работающим в различных режимах с постоянной нагрузкой. Таким образом, задача экспериментальных исследований сводится к определению величин фактического часового расхода топлива двигателем внутреннего сгорания при его работе на отличных от номинальных частотах вращения, т.е. снятию фактических (нагрузочных) характеристик дизеля. ДВС (в нашем случае дизель 24-8,5/11) 3 устанавливается на четырех винтовых стойках 4, позволяющих закреплять двигатель любой модели. С этой же целью соединение ДВС с электротормозом осуществляется карданным валом 5. Для пуска электродвигателя и регулирования скорости вращения его ротора при работе в двигательном режиме, а также для регулирования нагрузки при работе в генераторном режиме служит регулировочный реостат 6 жидкостного типа, сопротивление которого задается с пульта дистанционного управления 7. Крутящий момент, развиваемый ДВС, измеряется весовым устройством 8 маятникового типа, кинематически связанным с балансирным электротормозом. Шкала циферблата весового механизма протарирована на крутящий момент в кг-м. Мощность испытываемого двигателя (Ne, кВт) рассчитывается по формуле: Ne= Mmf-n (3.1) где М,т - крутящий момент по шкале циферблата весового механизма, кг-м; п - частота вращения ротора электродвигателя, об/мин.
Частота вращения ротора электродвигателя определяется по электротахометру 9, соединенному с тахогенератором 10 и расположенному на пульте дистанционного управления 7. Контроль за режимом работы ДВС осуществляется при помощи приборов 11 измерения температуры охлаждающей жидкости, температуры и давления в системе смазки ДВС.
Определение величины расхода топлива проводилось одновременно двумя способами: объемным - для испытания расходомера ИП-154 и весовым (массовым).
Принцип работы расходомера ИП-154, предназначенного для измерения израсходованного топлива при работе всех видов машин, оборудованных дизельными двигателями, заключается в следующем.
Прибор состоит из датчика топлива ИП-154-1 (рис. 3.2) с переключающим устройством ИП-154-2 (рис. 3.3) и электрического счетчика импульсов АК-2М. Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи 12 напряжением 12 В.
Датчик топлива ИП-154-1 13 присоединялся шлангами к фильтру очистки топлива 14 и к топливному насосу 15. Датчик состоит из двух дозирующих камер, разделенных между собой поршнем, и четырех электромагнитных клапанов, управляемых переключающим устройством.
Принцип работы переключающего устройства ИП-154-2 16 состоит в следующем. Под действием движущегося топлива поршень перемещается в цилиндре датчика ІЗ. В конце хода поршень касается одного из контактов, расположенных по торцам цилиндра. Контакты дозирующих камер соединены с переключающим устройством. В результате переключения клапанов поршень меняет направление движения и, перемещаясь от контакта к контакту, вытесняет топливо из дозирующей камеры к топливному насосу 75. Электрические импульсы замыкания контактов передаются на счетчик импульсов АК-2М 17, который, таким образом, регистрирует количество ходов поршня. эксперимента была прослежена зависимость изменения величины часового расхода топлива ДВС от нагрузки при различных частотных режимах работы двигателя. Значение величины часового расхода топлива не поддается непосредственному измерению, а вычисляется по результатам замеров следующих величин: крутящего момента (Мтор), частоты вращения (и) и израсходованного двигателем за время работы (Ат;) количества топлива (Ag(-). Численные значения измеренных в ходе эксперимента величин приведены в столбцах 2-6 таблиц 3.2-3.6. Величина фактического часового расхода топлива (GM/, кг/ч) (столбец 7) определялась по формуле: 0,,,=6.10- , (з.з) где Agi - масса израсходованного топлива, г; Дт,- - время замера, мин. Оценка адекватности математической модели (2.33) характеру изменения величины фактического часового расхода топлива осуществлялась путем сравнительного анализа экспериментальных (столбец 8) и расчетных (столбец где GTMi - рассчитанная по формуле (2.33) величина часового расхода топлива, кг/ч.
Установка для исследований и методика проведения эксперимента
Несложно заметить, что величина абсолютного отклонения не является постоянной. Так, при частоте вращения двигателя п = 1500 об/мин максимальное абсолютное отклонение составляет 3,66%, при п = 1400 об/мин оно уже достигает 15,25%; при п =1300 об/мин - 28,81%, при п = 1200 об/мин -40,68% и при п = 1100 об/мин - 49,15%.
Иными словами, при росте отклонения фактической частоты вращения двигателя (п,) от ее номинального значения (пен), наблюдается ярко выраженный рост величины абсолютного отклонения.
Таким образом, математическая модель (2.33) не может быть использована при расчетах величин часового расхода топлива двигателями внутреннего сгорания в случае их работы на отличных от номинальной частотах вращения. Для оценки надежности работы и достоверности показаний расходомера ИП-154, в ходе проведения эксперимента, наряду с замерами расхода топлива весовым (наиболее точным) методом, фиксировались показания счетчика электрических импульсов АК-2М. Результаты замера показаний датчика топлива приводятся в столбцах 5 и 6 таблиц 3.2-3.6. 1) оценить точность математической модели для расчета расхода топлива двигателем, работающим на различных режимах с постоянной нагрузкой; 2) оценить точность расчетов расхода топлива двигателем по графику переменной нагрузки; 3) оценить точность расчета расхода топлива двигателем, работающим по графику постоянной нагрузки в различных атмосферных условиях.
Методика решения первой задачи была следующей. На двигателе, установленном на тормозном стенде, снималась нагрузочная характеристика. Расход топлива измерялся на двенадцати режимах нагрузки от холостого хода (кн = 0) до режима кратковременной перегрузки (кн =1,1).
Решение третьей задачи осуществлялось снятием тех же нагрузочных характеристик при различных значениях атмосферного давления.
Для оценки точности расчета расхода топлива двигателем, работающим по графику переменной нагрузки, проводились измерения суммарного расхода топлива двигателя, работающего в течение восьми часов по пяти переменным графикам нагрузки с различными значениями коэффициента к в пределах от 1,05 до 1,5.
Характеристики ДВС, полученные при испытаниях в условиях пониженного атмосферного давления, называют высотными. Высотные испытания двигателей обычно производятся в реальных высотных условиях или в лабораториях, где создаются условия, подобные высотным. При 5 искусственном воспроизведении высотных условий противодавление на выпуске и давление в среде, где расположены вспомогательные системы двигателя, обычно остаются неизменными. За счет этого возникают определенные погрешности. Результаты испытаний, проведенных в барокамере или в реальных высотных условиях, лишены подобных погрешностей. Поэтому нами был принят метод проведения испытаний в реальных высотных условиях. Нагрузочные характеристики были сняты в пяти точках с высотными отметками соответственно 120, 850, 1600, 2450 и 3100 м над уровнем моря на двигателе марки 24-8,5/11 при помощи тормозного стенда, установленного в кузове грузового автомобиля. Исследования, проведенные на передвижной установке, были повторены на дизелях марки «Шкода» (6S-275) в стационарных условиях дизельных электростанций, расположенных на высоте 2500 и 3200 м над уровнем моря.
Исследуемые экономические показатели двигателя, а именно часовой и удельный расход топлива, не поддаются непосредственному измерению, а вычисляются по результатам непосредственных измерений следующих величин: крутящего момента Мк, частоты вращения коленчатого вала п, количества топлива AGT, расходуемого в единицу времени т.
В соответствии с ГОСТ 10448-80 при стендовых испытаниях дизелей максимально допускаемая погрешность измерения, отнесенная к измеренным значениям при номинальной мощности, составляет: - для крутящего момента Мк (Н-м) не более 0,015МКН; - для частоты вращения п (об/мин) не более 0,0\пн; - для часового расхода топлива GT (кг/ч) не более 0,01GTII. Погрешность измерения времени не должна превышать ±0,07% (2,5 с/ч). Часовой расход топлива (GT, кг/ч) рассчитывается по формуле: до. GT =3,6 т т (3.6) где AGT - количество израсходованного топлива, г; т - время расходования топлива, с. Измерение т проводилось секундомером с точностью ±0,1 с. Для того, чтобы ошибка измерения времени не выходила за пределы погрешности измерения, длительность замера должна быть: 0Д-3600 ЛАА т — = 144п 2,5 с Для того, чтобы погрешность определения GT не превышала допустимую стандартом, определяем предельную погрешность измерения количества израсходованного топлива Д(7Т. Относительную ошибку в определении величины GT можно выразить как: SGT VAGr Єт Отсюда относительная погрешность измерения AGT равна: SAGr —yjSGT Єт =±1,0%. Взвешивание топлива производилось на весах с ценой 1 деления, равной 5,0 г. Таким образом, чтобы уложиться в предельную относительную погрешность измерения расхода топлива, равную ± 1,0%, количество измеряемого топлива должно быть: AGT - - = 500r т 0,01 г Необходимое количество измерений для достижения требуемой точности и требуемой надежности р можно определить заранее только в том случае, когда известна средняя квадратическая ошибка измерений (измерения предполагаются равноточными и независимыми).
Метод разработки норм расхода топлива
Для определения средней квадратической ошибки измерений AGT было проведено двадцать равноточных независимых измерений расхода топлива на одном и том же режиме нагрузки при постоянной частоте вращения (AGT 500 г, т= 1800 с).
Применение в расчетных формулах коэффициента формы графика нагрузок позволяет производить расчет общего расхода топлива двигателем за определенный период времени, пользуясь величиной средней нагрузки за этот период. С точки зрения неравномерности нагрузки во времени наиболее характерным оборудованием являются буровые станки. Для них А:ф достигает наиболее высоких значений. Поэтому в качестве объекта исследований в производственных условиях был выбран буровой станок.
Исходя из этого, применялась следующая аппаратура. Расход топлива определялся расходомером ИП-154, предназначенным для измерения количества израсходованного топлива при работе всех видов машин, оборудованных дизельными двигателями с часовым расходом до 10,0 м /ч. Прибор состоит из датчика ИП-154-1 с переключающим устройством ИП-154-2 и электромеханического счетчика импульсов СБ-1М/100. На рис. 3.4 представлена схема подключения расходомера ИП-154 на дизельной электростанции ЭСД-100. Датчик топлива ИП-154-1 присоединяется шлангами к фильтру грубой очистки (ф.г.о.) и подкачивающему насосу (п.н.).
Работает устройство следующим образом. Под действием движущегося топлива поршень перемещается в цилиндре. В конце хода поршень касается одного из контактов, расположенных по торцам цилиндра. Контакты дозирующих камер соединены с переключающим устройством. В результате переключения клапанов поршень меняет направление движения и, перемещаясь от контакта к контакту, вытесняет топливо из дозирующей камеры в фильтр тонкой очистки топлива. Электрические импульсы замыкания контактов передаются на счетчик импульсов СБ-1М/100 (или МЭС-54), который, таким образом, регистрирует количество ходов поршня.
Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 12,0 В. При отключении электрического питания от датчика топлива все электромагнитные клапаны под действием пружин открываются, и топливо свободно проходит через датчик.
Предварительная метрологическая аттестация расходомера показала, что средняя погрешность в диапазоне от 3,0 до 100,0 л/ч составляет ± 1,0%. При длительных измерениях больших объемов топлива (150-200 л) погрешность показаний счетчика импульсов оказалась равной ± 0,5%. Таким образом, при непрерывных измерениях расхода топлива в течение смены или суток можно принять, что цена одного импульса составляет 0,01 л + 0,5%.
На рис. 3.5 показана схема подключения электроизмерительной аппаратуры. График нагрузки электрогенератора в зависимости от загрузки оборудования бурового агрегата регистрировался самопишущим ваттметром Н-395. Расход электроэнергии измерялся счетчиком электрической энергии СА4У. Для контроля показаний электросчетчика и ваттметра, а также для замеров мощности потребителей с постоянной нагрузкой использовался измерительный комплект К-505 (класс точности 0,5).
Исследования были проведены в двух производственных подразделениях на буровых станках ЗИФ-650М с асинхронным двигателем и с двигателем постоянного тока с электроснабжением от индивидуальных дизельных электростанций типа ЭСД-100.
Измерения расхода топлива и электроэнергии и запись графика нагрузок проводились: - в диапазоне глубин от 0 до 650 м; - при использовании в качестве породоразрушающего инструмента алмазных коронок и шарошечных долот диаметром от 59 до 93 мм; - при использовании бурильных труб диаметром 42 и 50 мм; - при разных механических скоростях бурения; - в летних и зимних условиях. За период производственных исследований на нескольких агрегатах и при бурении четырех скважин был зафиксирован фактический расход топлива, составивший около 9,0 тонн. Методика обработки результатов измерений заключалась в определении параметров, необходимых для получения расчетной величины расхода топлива. Такими параметрами являются: интервал времени работы агрегата и соответствующие ему средняя мощность, потребляемая энергия, коэффициент нагрузки и коэффициент формы графика нагрузок.
