Файл: Лабораторная работа 1 Изучение классификации, устройств и основных рабочих характеристик энергетических установок и способов их измерения.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 38
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабораторная работа №1
Изучение классификации, устройств и основных рабочих характеристик энергетических установок и способов их измерения
Цель работы - ознакомление с основными конструкциями стендов для определения основных рабочих характеристик энергетических установок, применяемым оборудованием
Необходимые теоретические сведения
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является тепловым двигателем, т.с. машиной, преобразующей теплоту в механическую работу. Свое название получил благодаря тому, что теплота в рабочем цикле подводится при сжигании топлива непосредственно в двигателе (внутри двигателя). По этой причине ДВС свойственна такая особенность, как необходимость обновления рабочего тела в процессе работы. По принципу действия и конструктивным особенностям ДВС разделяются на поршневые двигатели (поршни совершают возвратно поступательное движение); роторно-поршневые двигатели (двигатели с вращающимися поршнями); газотурбинные двигатели и реактивные двигатели. В качестве двигателя в наземных транспортных системах наибольшее распространение получил поршневой двигатель.
Для ДВС различают эффективные и индикаторные показатели его работы. Название «эффективные» подчёркивает, что эти показатели характеризуют те качества двигателя, которые достаются потребителю, т.е. производят тот полезный эффект, ради которого создавался двигатель. Индикаторные показатели характеризуют процесс, протекающий в цилиндрах двигателя. Например, индикаторная работа - это работа, которая совершается газами в цилиндрах, а эффективная - работа, которая снимается с коленчатого вала двигателя для нужд потребителя. Из-за наличия механических сопротивлений в самом двигателе эффективная работа (мощность, среднее давление, к.п.д.) будет всегда меньше индикаторной работы (мощности, среднего давления, к.п.д.).
2. Применяемое лабораторное оборудование
Лабораторные исследования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в целом и процессов, протекающих в отдельных его частях проводятся в специально подготовленных испытательных лабораториях, в которых размещаются испытательные стенды, представляющие собой комплексы средств испытаний для проведения исследований и испытаний ДВС.
Ниже описаны испытательные лаборатории и стенды, применяемые при определении характеристик и индицировании, предусмотренных лабораторным практикумом по учебной дисциплине "Теория и моделирование рабочих процессов ДВС".
Помещение испытательной лаборатории в целях повышения безопасности разделено стеной с окнами и дверями на испытательную комнату и пультовую. Стекла окон и дверей, предназначенные для визуального контроля, выполняются ударопрочными. Испытываемый двигатель и наиболее опасные элементы стенда находятся в испытательной комнате, а управление работой стенда и двигателя, как правило, ведется дистанционно из пультовой. Лаборатории имеют системы автономной вентиляции. Вентиляторы располагаются в подсобном помещении или на крыше здания. Специальные отсасывающие рукава подводящих газопроводов вентиляторов, отсасывающих выпускные газы ДВС, могут подходить или непосредственно герметично крепиться на выпускной трубопровод ДВС. Отводящий рукав вентилятора выводятся за пределы здания. Обычно, обе комнаты лаборатории оснащаются естественной вытяжной вентиляцией, а испытательная комната принудительной вытяжной вентиляцией с притоком воздуха из коридора здания (через пультовую) и вытяжным вентилятором вне лаборатории. В лаборатории подводится электрический ток для освещения, стендов и прочего оборудования. В помещение лаборатории подведен водопровод для отбора, при необходимости, тепла проточной водой водопровода от охлаждающей жидкости ДВС в водо-жидкостном радиаторе или от индукторного стенда. В лабораториях имеются электровентиляторы дополнительного местного охлаждения двигателя.
Каждый испытательный стенд, как правило, оснащен тормозным устройством, измерительными каналами, регистрирующей аппаратурой, аппаратурой для исследования отдельных процессов в двигателях, контрольными приборами, системой управления.
Тормозное устройство (тормоз) испытательного стенда является потребителем механической энергии двигателя и создает регулируемый момент сопротивления на его выходном валу. Тормоз дает возможность вывести двигатель на заданный скоростной и нагрузочный режим работы. Некоторые тормоза позволяют проворачивать вал двигателя от внешнего источника энергии с заданной частотой вращения. В зависимости от типа тормоза получаемая им механическая энергия преобразуется в тепло с рассеиванием в окружающей среде непосредственно или посредством охлаждающей жидкости. Тормоза (с рекуперацией энергии) преобразуют получаемую механическую энергию в электрическую и передают ее в электрическую сеть. Лаборатории могут иметь также оборудование для утилизации тепла от радиаторов ДВС и выхлопных газов для экономии затрат на обогрев помещений. При проведении лабораторных работ в основном используется электрический тормоз постоянного тока с рекуперацией энергии. Этот тормоз дает возможность, как нагружать ДВС необходимым моментом сопротивления, так и проворачивать его выходной вал с заданной частотой вращения. При проведении некоторых работ может использоваться индукторный тормоз, в котором подводимый к его ротору крутящий момент тормозится магнитным полем, нагревающим статор; отвод тепла от его сердечника осуществляется водой. Система управления тормозами автоматически поддерживает заданный скоростной режим. Запуск тормоза, управление им, контроль его работы, а также настройка необходимого скоростного режима производится с вынесенного в помещение оператора пульта управления.
Измерительные каналы испытательного стенда позволяют измерять крутящий момент двигателя, частоту вращения вала тормоза, расходы воздуха и топлива, положение органа управления двигателем.
Измерение крутящего момента производится посредством измерения реактивного момента на статоре электрической машины тормоза, вал ротора которой с помощью муфты связан с валом двигателя. С этой целью статор установлен на балансирной подвеске, позволяющей ему поворачиваться в станине тормоза относительно оси ротора. Для предотвращения этого поворота статор снабжен рычагом, конец которого соединен с динамометром. Динамометр измеряет силу, с которой статор стремится прийти во вращательное движение. На стенде в качестве динамометра используется прибор маятникового типа, установленный непосредственно над статором. Шкала прибора с учетом длины рычага отградуирована в Н•м и подсвечивается при включении измерительного стенда. Другой канал измерения крутящего момента - электрический. Он содержит датчик угла поворота стрелки динамометра и цифровую вторичную аппаратуру, преобразующую сигнал датчика в показания цифрового табло на пульте управления. Показания даются также в Н•м.
Частота вращения на стенде тоже может быть измерена несколькими способами. Одним из датчиков частоты вращения является смонтированный на тормозе тахогенератор, вал которого вращается совместно с валом тормоза. Измерение напряжения, индуцируемого этим генератором, производится установленным на пульте управления стрелочным вольтметром, шкала которого отградуирована в об/мин. Имеется и цифровой канал измерения. Датчик, установленный вблизи вала тормоза, формирует электрические импульсы с частотой пропорциональной частоте вращения вала. Электронный преобразователь пересчитывает сигнал и индицирует результат на цифровом табло также в об/мин. Частоту вращения, также, можно измерить с помощью ручных приставных тахометров центробежного или часового типа. Наконечник их валика прижимается к центру торца вала, частоту вращения которого необходимо измерить, и по шкале со стрелкой считывается значение измеряемой величины.
На стенде применены электрические измерители тензометрического типа с выводом на монитор пульта.
Следует иметь в виду, что в отдельных случаях соединение валов двигателя и тормоза может производиться не непосредственно, а через редуктор с известным передаточным отношением. При таком соединении определение крутящего момента и скоростного режима необходимо производить с учетом передаточного отношения.
Расход воздуха через ДВС может измеряются с помощью ротационных газовых счетчиков. В них число оборотов ротора пропорционально объему прошедшего через счетчик газа, и они показывают суммарный объем прошедшего через него газа в м3. С помощью промежуточных трубопроводов и ресиверов выход счетчика соединен со входом воздуха в ДВС. Весь воздух, поступающий в ДВС, проходит через этот прибор. Измерение расхода воздуха заключается в измерении с помощью секундомера времени () расходования двигателем заданного объема воздуха (Vв). Затем производится пересчет данных в часовой объемный или массовый расход воздуха.
Измерение расхода топлива может производиться объемным или массовым методами. При объемном методе используется штихпробер – набор, расположенных последовательно (друг над другом) прозрачных емкостей известного, но отличающегося, объема, уровень топлива в которых можно наблюдать визуально, а также регистрировать моменты начала и окончания расхода из каждой емкости с помощью средств автоматизации. При измерении переключают входной топливный трубопровод от бака на расходование топлива из штихпробера и с помощью секундомера измеряют время расходования топлива т из одного или нескольких сосудов штихпробера Vт . При известной плотности топлива расход топлива может быть пересчитан в массовый. Массовый метод отличается только тем, что при его использовании измеряется время расходования т заданной массы топлива Gт из установленной на весы емкости.
При необходимости измерения угла опережения зажигания, пользуются стробоскопическим методом. На шкив переднего конца коленчатого вала наносится метка или устанавливается стрелка. На корпусе ДВС вблизи шкива укрепляется угломерная шкала таким образом, чтобы можно было легко определить, против какого деления шкалы находится метка или стрелка. Шкалу, отградуированную в угловых градусах, устанавливают таким образом, чтобы при достижении поршнем первого цилиндра верхней мертвой точки метка или стрелка находились напротив нулевого деления шкалы. При измерении угла опережения зажигания на работающем ДВС шкалу и шкив освещают импульсным источником света, который дает вспышки в момент подачи высокого напряжения на свечу зажигания первого цилиндра. Деление шкалы, вблизи которого метка или стрелка кажутся неподвижными, соответствует углу опережения зажигания при отсчете его от нулевого значения в направлении противоположном направлению вращения вала. Изменение угла опережения зажигания
ДВС с традиционной системой зажигания производится путем поворота корпуса распределителя зажигания в нужную сторону на необходимый угол. В зависимости от конструкции привода эта операция может производиться при работающем или при остановленном ДВС.
При исследовании современных двигателей с микропроцессорным управлением значения многих параметров его работы могут быть извлечены из электронного блока управления работой ДВС. Система управления такого ДВС оснащается рядом датчиков, таких как датчики массового расхода воздуха Gв , частоты вращения вала двигателя n и др., позволяющих определить режим работы ДВС и в соответствии с ним сформировать оптимальные значения регулируемых параметров: коэффициента избытка воздуха , угла опережения зажигания/впрыска и др. Специальный инженерный блок управления, применяемый при исследованиях и доводке такого ДВС, совместно с компьютером дает возможность контролировать значения измеренных и сформированных параметров. Таким образом, исключается необходимость измерений с использованием другой аппаратуры и производства некоторых вычислений. В специальном режиме работы инженерного блока можно принудительно задавать значения параметров рабочего процесса угол опережения зажигания , коэффициент избытка воздуха и др., отличающиеся от значений, формируемых системой управления ДВС. В этом режиме возникает возможность снятия регулировочных характеристик ДВС.
На стендах имеется возможность за счет регулирования нагрузки измерять и поддерживать частоту вращения, крутящий момент и мощность; измерять специальными приборами расход топлива весовым способом с выводом на ПК, расход воздуха, расход картерных газов, влажность и атмосферное давление.
Инструкции по включению в работу и использованию испытательных стендов, ДВС и дополнительных устройств находятся в лабораториях испытаний ДВС.
3. Классификация характеристик двигателей внутреннего сгорания
Условия эксплуатации транспортных средств диктуют необходимость частых изменений режимов движения. Поэтому двигатели обычно работают на установившихся режимах лишь короткие промежутки времени, часто переходя с одного режима на другой, причём скоростные и нагрузочные режимы могут изменяться независимо друг от друга. Это означает, что при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя (от минимально устойчивой до максимальной) нагрузка двигателя может также изменяться от нулевой до максимальной.