CC BY
148
УДК 621.436
А. П. Исаев, К. К. Колосов МЕТОД ИНДИЦИРОВАНИЯ СУДОВЫХ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ1
Индицированием цилиндров двигателей возможно получить действительную индикаторную диаграмму двигателя. Получить наглядное изображение индикаторной диаграммы позволяют пневмоиндикаторы типа Майгак, МАИ-2, а также механический индикатор. Кроме того, регистрация давления в цилиндрах двигателя при индицировании производится при помощи датчиков давления различных конструкций (ЦНИДИ, НАМИ, ЛУЬ, РСВ, К1з1;1ег и др.), а регистрация сигнала, вырабатываемого датчиком, - лучевыми осциллографами, электронными осциллографами при помощи соответствующего компьютерного программного обеспечения. Некоторые специализированные мощные системы контроля судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) (Ритм-дизель, АЛМАЗ, «ИВК ДВС» и аналоги зарубежного производства) при задании минимального количества исходных данных с использованием постпроцессинга теплотехнических испытаний выдают не только расчетные данные, характеризующие режим работы двигателя, но и рекомендации по устранению обнаруженных неисправностей.
У вышеперечисленных пневмоиндикаторов существует ряд недостатков: большие массогабаритные показатели, сложность обеспечения индикаторного привода, затрудненность их использования на судовых малоразмерных дизелях (СМД) и др. Кроме того, у пневмоиндикаторов Майгак существует ограничение по частоте вращения - до 500 об/мин.
Использование современных систем диагностики и контроля СДВС на экспериментальных установках экономически невыгодно. Входящие в их состав датчики динамического давления (ДДД) должны обладать чувствительным элементом, способным работать при высоких температурах (до 2 300 К) и давлениях (до 18 МПа), а также выдерживать большие механические и термические напряжения корпусных элементов, изменяющиеся с большой частотой (до 100 Гц) и амплитудой.
Данным требованиям удовлетворяют не только зарубежные образцы ДДД, но и датчики отечественного производства, цена которых на порядок ниже. Примером могут служить ДДД производства компании ООО «ГлобалТест».
Датчики давления, производимые «ГлобалТест», по своим техническим характеристикам не уступают зарубежным аналогам фирм ЛУЬ, РСВ, К1з1;1ег. В настоящее время модельный ряд ДДД ООО «ГлобалТест» включает в себя два типа пьезоэлектрических датчиков [1]. Они отличаются наличием или отсутствием усилителя, который преобразует заряд на пластинах пьезоэлектрического чувствительного элемента в напряжение. В датчиках первого типа - с зарядовым выходом Р801 (рис. 1) - нет встроенного усилителя, поэтому для их подключения к измерительной аппаратуре нужен внешний усилитель заряда с входным сопротивлением не менее 1012 Ом (например, АР5000 (рис. 2)).
Рис. 1. Внешний вид датчика Р801 Рис. 2. Внешний вид усилителя заряда ЛР5000
Для усилителя заряда АР5000 необходима переходная коробка Лв01 (рис. 3), которая подключается через специализированный блок питания Л803.
1 Материал статьи подготовлен при поддержке РФФИ (грант № 08-08-00105).
Рис. 3. Внешний вид переходной коробки Ав01
Датчики Р801 не требуют системы водяного охлаждения, которую обычно применяют при высокотемпературных измерениях. Это делает их незаменимыми при проведении диагностических работ на ДВС. Однако использование датчиков в камерах сгорания (КС) при установке непосредственно в камеру или на индикаторные краны высокофорсированных дизелей требует специальных конструктивных решений: теплоизолятора, воздушного радиатора и гасителя пламени. Специальный адаптер для дизелей с индикаторным каналом разработан ЗАО «Локомотив» (рис. 4). Такой адаптер позволяет эксплуатировать датчик при полной нагрузке высокофорсированного дизеля без ограничения времени его нагружения [1].
4
3
2
1
Рис. 4. Специальный адаптер для дизелей с индикаторным каналом:
1 - уплотнительный конус; 2 - накидная гайка; 3 - радиатор;
4 - кабель в бронерукаве; 5 - разъем BNC
Для регистрации сигнала, вырабатываемого ДДД, используются осциллографы различных типов. Нами применялся электронный двухканальный осциллограф PCSU1000 производства фирмы Velleman Instruments (рис. 5). Для возможности дальнейшей обработки полученных индикаторных диаграмм индицируемый двигатель должен быть оборудован отметчиком верхней мертвой точки (ВМТ).
Рис. 5. Внешний вид осциллографа РС8Ш000
Визуализация сигналов с ДДД и отметчика ВМТ осуществляется посредством программного обеспечения, установленного на персональный компьютер (программа РСЬаЬ2000). Данная программа позволяет получить наглядное изображение развернутой индикаторной диаграммы двигателя.
Нами предлагается схема установки для индицирования СМД, показанная на рис. 6. Работоспособность данной схемы подтверждают экспериментальные исследования, проведенные в лаборатории тепловых двигателей кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» Астраханского государственного технического университета. В состав экспериментальной установки входят: ДВС - дизель 2Ч9,5/11; генератор постоянного тока; нагрузочное устройство (на схеме не показано); блок индицирования, включающий в себя ДДД Р801, усилитель заряда АР5000, переходную коробку Лв01 с блоком питания Л803, электронный осциллограф РС8Ш000 и персональный компьютер с установленной программой.
С целью предотвращения выхода из строя ДДД и продления срока их эксплуатации предлагается следующий способ установки датчиков на двигатель. Для СМД с вихревой КС местом установки датчика является отверстие под свечу накаливания, предназначенную для облегчения пуска «холодного» дизеля (рис. 7). В головку цилиндров устанавливается ввертыш, в который монтируется охлаждаемый переходник с датчиком Р801. Охлаждение осуществляется водой на проток.
Рис. 7. Установка ДДД в вихревую камеру сгорания:
1 - форсунка; 2 - головка цилиндров; 3 - ввертыш; 4 - охлаждаемый переходник;
5 - датчик Р801; 6 - блочный топливный насос высокого давления
Для СМД с КС в поршне разработан способ доступа к КС посредством неохлаждаемого переходника собственной конструкции с учетом особенностей конструкции головки цилиндров. Доступ к КС осуществляется через индикаторный канал 0 3 мм в неохлаждаемом переходнике, который монтируется в головку цилиндров в перегородку между полостью охлаждения и выпускным каналом (рис. 8).
Рис. 8. Головка цилиндров с индикаторным каналом:
1 - индикаторный канал; 2 - впускной клапан;
3 - отверстие под распылитель форсунки; 4 - выпускной клапан
Конструкция переходника (рис. 9) позволяет монтировать в него охлаждаемый
переходник 4 (рис. 7).
0зго]
М18х1,5
Рис. 9. Переходник для СМД с КС в поршне
Установка позволяет проводить испытания дизеля как по нагрузочной, так и по винтовой характеристикам, с различными вариантами организации рабочего процесса (дизель без наддува и с наддувом, с комбинированным смесеобразованием, работа двигателя на водотопливных эмульсиях и др.).
Система индицирования работает следующим образом. Сигнал, вырабатываемый ДДД, через усилитель заряда АР5000, переходную коробку Ав01 регистрируется в канале СН1 осциллографа РС8иі000. Сигнал, вырабатываемый отметчиком ВМТ, регистрируется в канале СН2 осциллографа. Оба сигнала синхронно отображаются в окне программного продукта РСЬаЪ2000 (рис. 10).
ВВІ В
И| ИИ II вв
Программа РСЬаЬ2000 позволяет сохранять зарегистрированный с ДДД и отметчика ВМТ сигнал в файл формата *.1x1. Количество точек, записываемых в файле, - 4 096 в секунду, что позволяет максимально точно обработать полученную индикаторную диаграмму. Записанная в файле диаграмма представляет собой вольт-временную функцию.
Для получения данных сигнала в единицах давления необходимо выполнить следующие преобразования. Сигнал на входе осциллографа и, мВ, будет равен произведению чувствительности датчика Р801 5, пКл/бар, коэффициента преобразования усилителя заряда АР5000 Ку
^ус, мВ/пКл, и действующего давления р, бар.
U = S • K
ус
р.
Следовательно, p =
U
S • K
ус
Например: при S = 20 пКл/бар Кус = 10 мВ/пКл, U = 12 В,
12000
p =------= 60 .
20-10
Нами проведены комплексные экспериментальные исследования СМД 2Ч9,5/11 без наддува и с применением наддува. При испытаниях использовался описанный метод индицирова-ния. Полученные индикаторные диаграммы были обработаны с помощью программы Microsoft Excel (рис. 11).
После обработки свернутых индикаторных диаграмм нами были получены значения индикаторной мощности N дизеля и его форсированного варианта. Значения индикаторной мощности, полученные расчетным путем на основе экспериментальных данных по режимам нагружения, показали расхождение с методом индицирования не более 1,5 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кирпичев А., Симчук А., Тищенко Ю. Датчики динамического давления: продукция компании «ГлобалТест» // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2008. - № 1. - С. 88-91.
Статья поступила в редакцию 24.07.2009
INDICATION METHOD OF MARINE SMALL SIZE DIESELS
A. P. Isaev, K. K. Kolosov
Modern indication methods of marine diesels are considered in the paper.
Advantages and disadvantages of the considered methods are analyzed. The indication method on the basis of the equipment of the company "GlobalTest" is developed and offered there. Gauges of dynamic pressure, PS01, are elements, which perceive pressure inside the cylinder. Numbering of a signal from the gauges is carried out by means of two-channel oscilloscope, PCSU1000.
Key words: marine small size diesels, indication process, working process, gauges of dynamic pressure, the display diagram.
