Содержание к диссертации
Введение
1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПОСВЯЩЕННЫХ ЧАСТОТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ИНДИКАТОРНЫХ. ДИАГРАММ И ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ.
1.1. Методы измерения давлений в-двигателях внутреннего сгорания 7
1.2. Преобразователи давления различных типов 8
1.3. Частота собственных колебаний и чувствительность измерителя давления 16
1.4. Обзор работ, посвященных определению частотных характеристик индикаторные диаграмм и измерителей
' давления на основе гармонического анализа 18
1.5. Заключение по главе I 28
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДИКАТОРНЫХ
ДИАГРАММ.
2.1. Постановка задачи и методы ее решения 28
2.2. Основы расчета граничной.аналитической модели индикаторной диаграммы 29
2.3. Построение индикаторного процесса по заданному закону выделения тепла 30
2.4. Граничная модель теоретической индикаторной диаграммы и преобразования, необходимые для выбора расчетной модели 38
2.5. Расчетная модель индикаторной диаграммы 39
2.6. Варианты построения расчетной модели 42
2.7. Сравнительный анализ вариантов построения расчетной модели. Выводы 50
2.8. Гармонический анализ расчетных моделей теоретической индикаторной диаграммы 52
2.9. Выбор расчетной модели для гармонического анализа индикаторных диаграмм 54 ;
2.10. Погрешности определения ординат давлений расчетной модели теоретической индикаторной диаграммы при ее синтезе для случая, когда 56
СВЯЗЬ МЕЖДУ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СПЕКТРА ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ И ЧАСТОТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИЗМЕРИТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ.
3.1. Теоретические основы связи 58
3.2. Результаты расчета спектров граничных моделей индикаторных диаграмм для различных степеней сжатия с учетом собственной частоты и коэффициента затухания измерителя. -Определение погрешностей при различных значениях коэффициента затухания 63
3.3. Составление программы расчета на ЭВМ спектров граничных моделей теоретических индикаторных диаграмм... 86
3.4. Коэффициенты-затухания действующих измерительных систем 91
3.5. Методики определения динамических характеристик датчика давления 93
3.6. Опытное определение характеристик датчиков давления.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ.
4.1 Методика.проведения испытаний и измерительная аппаратура. 98
4.2. Планирование эксперимента при лабораторных и завод ских .испытаниях. 101
4.3 Определение необходимого числа повторностей опытов и дисперсии воспроизводимости 102
4.4. Обработка результатов измерений 104
4,5. Оценка погрешности обработки результатов НО
РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕКОМЕНДАЦИЙ К ВЫБОРУ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ПО ЕЕ ДИНАМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ.
5.1. Обоснование расчета экономической эффективности.. . 114
5.2. Определение годовой экономической эффективности в расчете на один двигатель типа 2 Д. 100 для тепловоза ТЭ 3 при проведении послеремонтных испытаний... 118
5.3. Расчет экономической эффективности от внедрения рекомендаций по выбору измерительной аппаратуры для локомотивного депо г. Даугавпилса 120
5.4. Расчет экономической эффективности от внедрения рекомендаций при разработке и создании датчиков давления конструкции 120
ОБЩЕ ВЫВОДЫ 122
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 125
ПРИЛОЖЕНИЯ 130
- Методы измерения давлений в-двигателях внутреннего сгорания
- Основы расчета граничной.аналитической модели индикаторной диаграммы
- Результаты расчета спектров граничных моделей индикаторных диаграмм для различных степеней сжатия с учетом собственной частоты и коэффициента затухания измерителя. -Определение погрешностей при различных значениях коэффициента затухания
- Методика.проведения испытаний и измерительная аппаратура.
- Обоснование расчета экономической эффективности..
Методы измерения давлений в-двигателях внутреннего сгорания
Регистрация давлений в процессе работы ДВС является одной из наиболее ответственных задач при оценке технического состояния и экономических показателей двигателя, при испытании опытных и серийных образцов, при доводке и контроле работы и в процессе эксплуатации ДВС, Регистрация давлении также дает разнообразную информацию о качестве работы различных элементов и систем двигателей, позволяет анализировать причины неисправностей при их работе.
Однако, индицирование ДВС связано с определенными трудностями. Это объясняется сложностью и быстротечностью протекания рабочего процесса, высокими уровнями давлений и скоростью измерения давления, вибраций и температур, а также, неудобствами при монтаже измерительного оборудования.
Причем, в каждом конкретном случае требуется определенная точность при индицировании, что накладывает соответствующе требования на измерительную аппаратуру.
На протяжении более ста лет ведутся поиски наиболее совершенной и удобной аппаратуры для регистрации внутрицилиндровых процессов.
На основании проведенных исследований современной измерительной аппаратуры можно сформулировать основные требования, предъявляемые к измерителям:
1. Необходимая (определяемая целями исследования) точность.
2. Стабильность характеристик.
3. Надежность работы и удобство эксплуатации; простота конструкции;
4. Возможность дистанционного измерения,
5. Достаточно продолжительный ресурс работы;
6. Приемлемые габариты.
Из большого числа различных видов индикаторов, применяемых со времени создания первых паровых маши (мех.индикатор Д.Уатта) /60/ сохранили практическое значение и применяются до наших дней три вида измерителей: I. механические, 2. пневмо-электрические, 3. электрические.
class2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДИКАТОРНЫХ
ДИАГРАММ. class2
Основы расчета граничной.аналитической модели индикаторной диаграммы
Граничная аналитическая модель индикаторной диаграммы должна иметь наиболее острый пик ( наименьший радиус кривизны) зависимости "давление-угол поворота кривошипа" Р(&)
Для этого в расчет модели вводятся следующие условия. I» Наибольшее возможное количество тепла Q{ в процессе видимого сгорания должно проводиться на наименьшем по протяженности участке диаграммы До6„ .
По имеющимся даннда/з2» »50/наиболее напряженный тепло-подвод соответствует подаче одной десятой всего количества подведенного тепла на интервале в один угловой градус, т.е. пр Если принять, что и на соседних интервалах интенсивность подвода тепла так же высока, получаем, что общая протяженность участка подвода тепла составляет десять угловых градусов, т.е. ЛоСс = 10 град.
2. Участок подвода тепла AdLc должен быть так расположен в пределах окружности кривошипа, чтобы острота пика получалась наибольшей. Как показывает анализ (см. рис. 2.1 и раздел 2.4) для соблюдения этого условия окончание подвода тепла, т.е. правая граница участка должна совпадать с верхней мертвой точкой.
Результаты расчета спектров граничных моделей индикаторных диаграмм для различных степеней сжатия с учетом собственной частоты и коэффициента затухания измерителя. -Определение погрешностей при различных значениях коэффициента затухания
1, На вход датчика давления подаются импульсы в виде единичной функции, т.е. резкого скачка, полученный на выходе сигнал срав нивают с входным возмущением,
2. Создают единичный импульс или удар и рассматривают свободные затухающие колебания чувствительного элемента измерителя.
3, Возбуждают вынужденные колебания системы измерения с различ ной частотой. При этом, регистрируя максимальные значения ампли туды, получают резонансную частоту, а затем собственную частоту и коэффициент затухания системы /44/,
4. На вход датчика давления подается сигнал изменяющийся по гар моническому закону с различной частотой и одинаковой амплитудой. Сравнивается сигнал на выходе исследуемого датчика с сигналом от контрольного,
Методика.проведения испытаний и измерительная аппаратура
Целью эксперимента явилось определение действительных частотных спектров индикаторных диаграмм на различных типах дизелей и сравнение полученных экспериментальных спектров с теоретическим! спектрами, рассчитанными для предложенной модели с учетом динамики колебательного процесса и характеристик измерителя.
Анализ индикаторной диаграммы реальных дизелей предполагалось провести при помощи двух типов анализаторов гармоник. Анализаторов спектра низких частот типа F5P-8Q (фирмы RFT гдр) д С5-3 (СССР). При этом анализ спектров осуществляется двумя различными (мгновенным и последовательным) методами.
С5-3 анализатор гармоник гетеродинного типа, работающий по принципу последовательной перестройки узкополосных фильтров по диапазону исследуемых частот. Перестройка частоты осуществляется механическим приводом fj6/.
Наличие линейной шкалы с большим.. замедлением и узкой полосы пропускания позволяет четко выделять отдельные гармоники, с шагом 6 Гц.
Амплитуды гармонических составляющих регистрируются стрелочным прибором(Чувствительность которого можно скачкообразно изменять на калибровочную величину, что приводит к установлению широкого динамического диапазона измерений.
Прибор предназначен для исследования периодических процессов в лабораторных и заводских условиях. Диапазон измерения прибора от 10 Гц до 20000 Гц.
FSP-S0 анализатор гармоник параллельного анализа (анализа в реальном времени). Работа основана на принципе одновременного разложения сигнала на составляющие Фурье путем пропускания его через параллельный набор узкополосных фильтров, настроенных на различные частоты с последующей регистрацией составляющих ряда на экране электронно-лучевого индикатора. Анализатор предназначен для анализа частот в диапазоне от 1,5 Гц до 22,4 кГц. С помощью 38 фильтров осуществляется одновременная квазипиковая индикация анализируемой частотной смеси. В диапазоне частот от 12,5 Гц до 20000 Гц используются 33 терцовых фильтра; в диапазоне от 4 до 10 Гц - 4 фильтра с постоянной шириной полосы пропускания в 2 Гц. Для фильтра 2 Гц ширина полосы пропускания составляет 1,5 Гц. Проверка работы анализаторов основывалась на принципе сравнения амплитуд заданного аналитического импульса, полученного опытным путем и посредством аналитического разложения /28/. В результате проверки было установлено, что у обоих анализаторов погрешность анализа не превышает 2-2,5$.
Обоснование расчета экономической эффективности
Необоснованный выбор индицирующей аппаратуры приводит к возникновению погрешностей в величинах измеряемых давлений в цилиндрах, следовательно и погрешностей в характеристиках нагруженности цилиндра (индикаторного давления, индикаторной мощности).
Эти погрешности всегда обуславливают появление зон неточного знания нагруженности или так называемых зон "неопределенности", в границах которых наладка двигателя, направленная на выравнивание мощностей по цилиндрам, становится невозможной. Относительная высота зон неопределенности равна удвоенной величине относительной погрешности измерения давления (максимального или среднего индикаторного давления), по которой производится наладка.
При погрешности измерения давления из-за необоснованного выбора индицирующей аппаратуры, составляющей 2,5-5,0$, высота зоны неопределенности будет равна 5-10$.
Для дизеля 2 Д 100 (тепловоз ТЭ- 3 рис. 5.1) приведены графики распределения индикаторного давления и мощности по цилиндрам и указаны зоны неопределенности /46/ .
При правильном подходе к выбору измерителя с учетом его динамических характеристик и свойств измеряемого объекта ( при использовании предложенных рекомендаций) погрешность измерения сокращается до 1,5-2,5$, что уменьшает, зону неточного знания, улучшает -качество регулировки и,следовательно, увеличивает экономию расхода топлива и стабилизирует работу ДВС.
На рис. 5.2 представлена зависимость удельного индикаторного расхода топлива от индикаторной мощности и отмечены зоны неопределенности для экономичного режима работы при Л = Y3G кВт.
