Экспериментальная лабораторная установка и методика проведения испытаний

Каспийский Институт морского и речного транспорта Филиал Федерального государственного образовательного учреждения высшего образования “Волжский государственный университет водного транспорта” (ФГБОУ ВО “ВГУВТ”) Научно-исследовательская работа На тему :«Экспериментальная лабораторная установка и методика проведения испытаний» Руководитель работы: преподаватель Кочетков А.Ю. Астрахань 2019 г. Экспериментальная лабораторная установка (см. рисунок 18) предназначена для комплексных исследований показателей работы судового двигателя 4ЧН9,5/11, а также для проведения испытаний двигателя по нагрузочной и винтовой характеристикам. Рисунок 18 - Экспериментальная лабораторная установка на базе дизеля 4Ч9,5/11 Установка смонтирована в лаборатории тепловых двигателей кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» Астраханского государственного технического университета. Экспериментальная лабораторная установка имеет в своем составе опытный двигатель 4ЧН9,5/11; генератор постоянного тока типа ПМ 810М–Б; устройство для создания нагрузки двигателя с щитом управления; системы, обслуживающие дизель и генератор и контрольно-измерительные приборы [23]. Двигатель и генератор базируются на общей раме и соединяются между собой посредством втулочно-пальцевой муфты. Рама установлена на бетонном фундаменте. Для контроля за работой дизеля на щитке управления установлены штатные приборы [23]: – манометр давления масла МТС–15У; – два дистанционных манометрических термометра ТПП 082 для контроля температур масла и охлаждающей воды внутреннего контура; – вольтамперметр магнитоэлектрический ВА–040 постоянного тока для измерения напряжения и силы тока в сети электрооборудования дизеля. Основной запас топлива для работы установки хранится в расходной цистерне. Из цистерны топливо, пройдя запорные клапаны и штихпробер, самотеком поступает к топливоподкачивающему насосу и, далее, подается в цилиндры посредством топливной системы дизеля. В режиме измерения расхода топлива цистерна отключается клапаном и топливо расходуется из штихпробера. Часовой расход топлива определяется объёмным способом при использовании штихпробера, жидкостного термометра и секундомера. Вода внешнего контура к водоводяному холодильнику поступает самотеком из напорного бака с постоянным уровнем, что позволяет поддерживать стабильный температурный режим в системе охлаждения. Расход воды внешнего контура определяется путём регистрации времени заполнения протарированного измерительного бачка, имеющего мерное стекло. Температура воды внешнего контура на входе и выходе холодильника контролируется по жидкостным термометрам. Температура отработавших газов по цилиндрам контролируется с помощью микротермопар, микроЭДС, вырабатываемая термопарами, фиксируется при помощи мультимера MS8264. Температура отработавших газов в газовыпускном коллекторе измеряется с помощью ртутного термометра [25, 26, 27, 28]. Параметры окружающей среды регистрируются при помощи метеорологического барометра-анероида М–67 и термометра. При проведении испытаний и определении характеристик двигателя генератор типа ПМ 810М–Б отдает электрическую энергию нагрузочному устройству, в котором применен стандартный электронагревательный элемент (ТЭН–400). Конструктивно электронагреватели ТЭН–400 выполнены в виде сопротивления, помещенного в диэлектрический наполнитель, находящийся внутри трубчатой оболочки, охлаждаемой воздухом посредством естественной конвекции. Электронагреватели соединены группами для обеспечения нагрузки двигателя в 25  110 % его номинальной мощности. Кроме того, ступенчатое включение пяти электронагревателей мощностью по 0,4 кВт обеспечивает высокую точность создаваемой нагрузки [24]. К генератору электронагреватели подключены с использованием щита управления нагрузкой, оборудованного системами включения, защиты и контроля. Нагрузка генератора изменяется с помощью переключателей, размещенных на щите управления нагрузкой, и регистрируется по показаниям амперметра и вольтметра. Регулирование напряжения, вырабатываемого генератором, осуществляется изменением напряжения возбуждения посредством реостата, установленного в цепи возбуждения. Генератор в составе установки служит для обеспечения нагрузочных режимов двигателя при определении его характеристик. Генератор является машиной постоянного тока со смешанным возбуждением. 230 В 120 А 1450 об / мин 0,825 Основные характеристики генератора: напряжение сила тока частота вращения вала КПД Частота вращения коленчатого вала двигателя измеряется электронным тахометром DT6236B (его характеристики приведены в Приложении А), а контролируется ручным тахометром ТЧ–10Р (свидетельство о поверке приведено в Приложении Г). Для измерения давления внутри цилиндра при работе двигателя головки цилиндров оборудованы датчиками динамического давления. Так как головка цилиндров у двигателя общая на два цилиндра, для проведения измерений давления в цилиндре использовался один цилиндр. При испытаниях будет использован датчик динамического давления производства ООО «Глобалтест». Датчики устанавливались при помощи резьбовых втулок-ввертышей на место штатных свечей накаливания. Сигнал, вырабатываемый датчиком, регистрировался при помощи электронного двухканального осциллографа PCSU1000 производства фирмы Velleman Instruments. Для возможности дальнейшей обработки полученных диаграмм двигатель оборудован отметчиком ВМТ, который представляет собой индукционный датчик с магнитным наконечником (в соответствии с рисунком 18). Датчик 1, состоящий из катушки с большой индуктивностью на магнитном сердечнике, установлен вблизи маховика 3. На маховике установлен стальной флажок 2, который при прохождении мимо датчика возбуждает в нем электродвижущую силу (ЭДС). Датчик установлен так, что флажок проходит мимо его магнитного наконечника с малым зазором. Датчик и флажок сориентированы таким образом, что в момент нахождения поршня первого цилиндра в ВМТ флажок находится точно напротив сердечника датчика. ЭДС, вырабатываемая отметчиком, подается на второй канал осциллографа с помощью экранированного измерительного провода 4 и регистрируется параллельно с сигналом ДДД. 1 – датчик; 2 – флажок; 3 – маховик; 4 – измерительный провод Рисунок 18 – Конструкция отметчика ВМТ Запись сигналов датчика давления и отметчика должна производиться в течение всего эксперимента при определении расхода топлива. Высокая длительность записи сигнала необходима для регистрации как можно большего числа циклов. Это позволит при последующем анализе результатов исследований внутрицилиндровых процессов получить высокую точность индикаторной диаграммы. Все приборы, используемые при проведении экспериментальных исследований, а также характеристики этих приборов и величины, контролируемые с их помощью, представлены в таблице 12. Таблица 12 – Перечень контролируемых параметров при испытании № п/ п 1 1 Наименование параметра Услов ное обозн ачени е Едини ца измер ения Контролирую щий прибор 2 Частота вращения коленчатого вала дизеля 3 n 4 5 об/ми н Ручной тахометр ТЧ – 10Р Характеристики прибора Кла сс точ нос ти 6 Предел измерен ия 7 Цена делени я 8 1,0 10000 10 Нагрузка дизеля 2 Напряжение 3 4 5 6 7 8 Сила тока Температура забортной воды Температура ОГ на выходе из цилиндра Температура в цилиндрах Температура ОГ в газовыпускном коллекторе Температура забортной воды на выходе из водяного холодильника Определяется по значению напряжения и силы тока, вырабатываемого генератором U I Вольт Вольтметр Э378 Ампер Амперметр М381 tcool1 C tg1 С tц1 tц2 мV tg C Жидкостный термометр Термопара + измеритель температуры МКД–50М Цифровой мультиметр MS8264 Жидкостный термометр tcool2 С Жидкостный термометр 1,5 300 1,5 100 1 100 1,5 600 20 5 2 20 - 1 1 1000V - 600 10 100 2 Температура пресной воды в системе охлаждения tо п C Температура масла Температура окружающей среды Давление окружающей среды tм ta Рa С С мм.рт. ст. Давление в цилиндре Р МПа Манометрич еский термометр ТПП 082 Манометрич еский термометр ТПП 082 Жидкостный термометр 4 4 1 120 120 от минус 50 до плюс 50  790 Барометр- анероид контрольный М – 67 Пьезоэлектрический датчик конструкции ЦНИДИ PS01 сек Секундомер — — 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 f Время расходования топлива из штихпробера Объем топлива в штихпробере B Концентрация моноксида углерода СО Концентрация оксидов азота NO, NOx О2 α Содержание кислорода Коэффициент избытка воздуха (относительно единицы) Часовой расход воды 5 5 1 0,1 0,2 0,2 1 1 — — 100 12000 4000 2 — — — мл ppm ppm % — Колба стеклянная Газоанализа тор АНКАТ – 310 Газоанализа тор АНКАТ – 310 Газоанализа тор АНКАТ – 310 Газоанализа тор АНКАТ – 310 21 0,01 — 9,99 Gв Кг/ч WFWF…D110 0,5 — Давление наддува 2 1 рк мм Пьезометр — — 1