Основы научных исследований и испытаний двигателей (стр. 30 )

Для измерения нестационарных давлений, что имеет место при работе двигателя на неустановившихся режимах или при индицировании периодических процессов широка используются пьезоэлектрические и тензопреобразователи, описание которых приведено в разделе “Индицирование двигателей”. Тензометрические преобразователи типа “Сапфир” помимо индицирования применяются в системах технического диагностирования двигателей [49] с получением выходного унифицированного сигнала, что позволяет автоматизировать процессы испытания и обработки информации. Так для измерения атмосферного давления и давления воздуха за компрессом применяется преобразователь “Сапфир”-22ДА (абсолютное давление); давления масла – “Сапфир” -22ДИ (давление избыточное); разрежение на входе компрессора – “Сапфир”-22ДВ (вакуум). Класс точности указанных преобразователей 0,1.

10. Измерение расходов топлива и воздуха.

Измерение расходов топлива и воздуха при испытаниях двигателей необходимо для оценки экономических показателей двигателей (часовой и удельный расходы топлива, коэффициенты полезного действия цикла и двигателя), степени использования воздуха при сгорании (коэффициент избытка воздуха), оценки качества процессов газообмена (коэффициенты наполнения и продувки) и т. д.

Определение указанных показателей выполняется при стандартных испытаниях двигателей согласно их требований, а также при проведении доводочных и исследовательских испытаний двигателей, отдельных систем (питания, воздухоснабжения, наддува и др.) с целью повышения мощностных и экономических показателей двигателей.

10.1. Измерение расхода топлива

Расходы топлива в автотракторных двигателях сравнительно небольшие (до 50 кг/ч), а допустимая ошибка по требованиям стандартов [1, 2] составляет 0,5%. Поэтому при стандартных испытаниях получили распространение весовой и объемной способы. При диагностических и исследовательских испытаниях применяются также различные расходометры: тахометрические, ротаметры и другие менее точные средства измерения мгновенного расхода топлива.

Весовой способ измерения расхода топлива в простейшем случае выполняется с использованием циферблатных весов и сводится к измерению времени расхода определенной дозы топлива что позволяет определить часовой расход топлива

, .

Для взвешивания топлива применяется различные автоматические устройства (модель FW-100А [3] и др.). При весовом способе нет необходимости определять плотность топлива перед началом испытаний и учитывать поправки на измерение температуры окружающей среды.

Объемный способ осуществляется с открытыми или закрытыми мерными емкостями. В устройстве с открытыми мерными емкостями объемы (для режима холостого хода) и (для режимов полных нагрузок) имеют метки и трехходовой кран (рис. 6.1,а). При измерении расхода топлива трехходовой кран ставится в положение, когда топливо к двигателю идет из мерных емкостей. Фиксируя по меткам время расходования топлива из емкости (например ), можно определить расход топлива

,

где - плотность топлива (г/см), замеренная ареометром.

В формуле в см, - в секундах.

Недостаток открытых емкостей – низкий и переменный напор, под которым топливо поступает к двигателю из устройства измерения расхода, ибо мерные емкости должны быть расположены на уровне глаз. Для нормальной работы системы питания напор должен быть 0,02…0,03 МН/м, что обеспечивается установкой топливного бака на высоте 3…4 м.

Устройство с закрытыми мерными емкостями (штихпробер) (рис. 6.1,б) позволяет поддерживать постоянное и необходимое давление топлива в процессе измерения. При этом запаздывание с переключением питания на бак не приводит к прекращению питания двигателя [3], как это бывает при работе с открытыми емкостями. По мере расходования топлива из мерных емкостей такое же количество его по трубке поступает из бака в промежуточную емкость . Поэтому в процессе измерения давление над уровнем топлива в мерных емкостях не изменяется. При заполнении штихпробера вместе с трехходовым краном открывают кран для выпуска воздуха (над промежуточной емкостью ) и как только топливо заполнит некоторую часть объема, кран для выпуска воздуха закрывают, воздух над топливом сжимается до давления, равного напору из бака. Если уровень топлива в мерных емкостях окажется ниже той или иной метки, то открывают воздушный кран, пока топливо не поднимется выше метки. Штихпробер готов к замеру. Если трехходовой кран переведется в положение «из бака» с запаздыванием (когда уровень топлива минует нижнюю метку), топливо вновь начнет поступать в прибор через боковую трубку и питание двигателя не прекращается.

Для уменьшения ошибок, связанных с регистрацией момента прохождения топливом меток, применяются системы с фотоэлектрическими датчиками и автоматизированным управлением кранами [3]. Применение закрытых емкостей целесообразно для измерения в бензиновых двигателях.

Для измерения мгновенных расходов топлива применяются различные расходомеры: флоуметры (измерители потока [3]), ротаметры, тахометрические расходометры и др.

Ротаметры применяются при небольших объемных расходах жидкостей (от 0,04 до 16 ) в вертикальных трубопроводах. Ошибка измерения около 2,5%.

Устройство и принцип действия ротаметра показан на рис. 6.2. Основная часть ротаметра – конусная стеклянная (при давлении меньше 0,6 МПа) или металлическая ( при бόльшем давлении) трубка, внутри которой находится поплавок. При потоке жидкости, например топлива, поплавок приподнимается вверх, совершая вращательное движение ввиду наличия на его буртике косых канавок. Движение поплавка вверх через стержень передается к ферритовому сердечнику, перемещение которого регистрируется измерительной цепью. Перемещение поплавка вверх вызывается разностью статических давлений , динамическим напором W, силой трения потока о боковую поверхность поплавка N. Вниз направлена сила тяжести поплавка .

Условие равенства сил, действующих на поплавок

,

где - наибольшее сечение поплавка.

Если пренебречь силами W и N, то

и

.

Как видно из последней зависимости, перепад давления на поплавке не зависит от расхода (в действительности перепад несколько изменится из-за влияния сил W и N). Поэтому ротаметры относятся к группе расходомеров постоянного перепада давления.

Действие ротаметра. Пусть при исходном расходе поплавок занимает исходное положение с кольцевым зазором . При увеличении расхода в первый момент положение поплавка и величина неизменны, в силу чего перепад начнет увеличиваться. При этом нарушается равенство и поплавок начнет подниматься вверх. При этом кольцевой зазор будет увеличиваться (из-за конусного профиля трубы), что приведет к уменьшению (восстановлению) перепада . Таким образом, любому расходу будет соответствовать определенная площадь кольцевого зазора , т. е. определенное положение поплавка по высоте. Для регистрации положения поплавка может быть использована шкала на трубе (стеклянной) или применена дистанционная передача показаний при помощи дифферинциально-трансформаторного преобразователя. Принцип действия этого преобразователя основан на том, что взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения (первичной обмотки трансформатора) и вторичной обмоткой ( и ) зависит от положения сердечника. Секции и вторичной обмотки трансформатора включены встречно (отсюда название дифферинциально-трансформаторного преобразователя).