CC BY
58
Mr Sead Cvrk,
potpukovnik, dipl. in Ž.
VP 8420, Bar
ODREĐIVANJE PROPELERSKE KARAKTERISTIKE MOTORA POMO]U MJERNIH TRAKA I PERSONALNOG RAČUNARA U USLOVIMA EKSPLOATACIJE NA BRODU
UDC: 621.436 : 623.82] : 004.382.7
Rezime:
U ovom radu opisan je postupak mjerenja deformacija propelerskog vratila pomoću mjernih traka i personalnih ra~unara, beskontaktnom metodom. Na osnovu poznatogpopre~-nog presjeka, kao i vrste materijala propelerskog vratila, odrelivan je obrtni moment. Po-znavajuci frekvenciju vratila, odnosno ugaonu brzinu i obrtni moment, moguće je odrediti efektivnu snagu koja se prenosi od motora na propeler. Oprema, odnosno hardver i softver koji je korišten u radu proizvedeni su u njema~koj firmi „Hottinger baldwin messtehnik“ (HBM). Eksperiment je izvršen na brodu Mornarice Vojske Srbije i Crne Gore u uslovima ustaljenog re'ima plovidbe.
Klju~ne re~i: brod, dizel motor, efektivna snaga, mjerne trake.
DETERMINANTING THE PROPELLER CHARACTERISTIC OF THE ENGINE BY MEANS OF STRAIN GAUGES AND PERSONAL COMPUTERS IN THE CONDITIONS OF EXPLOTATION ON A SHIP
Summary:
In this paper, there has been described the way of measuring propeller shaft deformation using the strain gauges and PCs by means of the non-contact method. On the basis of the known cross-section as well as the propeller shaft material type the torque has been calculated. Knowing the shaft frequency, that is the radial velocity and the torque, it is possible to determine the effective power that has been transmitted from the engine to the propeller. The equipment, that is the hardware and the software that have been used, was produced by HOTTINGER BALDWIN MESSTEHNIK (HBM), Darmstadt, the Federal Republic of Germany. The experiment has been carried out on a ship belonging to the Navy of Serbia and Montenegro in the conditions of the usual sailing regime.
Key words: ship, diesel engine, effective power, strain gauges.
Uvod
U toku eksploatacije motora njego-va snaga se stalno mijenja, zavisno od priklju~enog potro{a~a. U uslovima po-gona broda, snaga koju motor predaje propeleru sa nepromjenljivim korakom krila zavisi od broja obrtaja i koraka krila propelera. Otpor koji pruža propeler ne-
promjenljivog koraka krila, a koji motor savlađuje, proporcionalan je kvadratu broja obrtaja propelera:
M = к • n2 (1)
Efektivna snaga koju motor predaje propeleru može da se izrazi preko obrtnog momenta koji se sa koljenastog vratila
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.
201
prenosi preko spojnice na propeler, pri ce-mu se on obrće ugaonom brzinom ш:
P = M-a (2)
U slucaju kada motor pokreće pro-peler odre|enog koraka krila, snaga mo-tora koju propeler apsorbuje pri razlici-tim brojevima obrtaja biće [1]:
P = M-a = к • n2 • — = к • n3 (3)
e 30 1
gdje je:
Pe — snaga koju motor predaje propeleru [W],
M - obrtni moment propelera [Nm], n - broj obrtaja propelera [min-1], k1 - konstanta koja zavisi od osobina propelera.
Iz jednacine (3) vidi se da se snaga motora mijenja po kubnoj paraboli u funkciji promjene broj a obrtaja propelera. Ova kriva naziva se propelerska ka-rakteristika motora.
U uslovima eksploatacije motora na brodu veoma je bitno odrediti snagu koju apsorbuje propeler u podrucju od mini-malnog do maksimalnog broj a obrtaja.
Sl. 1 — Propelerska i spoljna karakteristika motora
Na osnovu snimljene propelerske karak-teristike može se zakljuciti na kom reži-mu motor radi u podrucju mogućih bro-jeva obrtaja, odnosno da li motor radi po proracunskoj karakteristici obrtnog momenta, karakteristici obrtnog momenta pri plovljenju s „teskim propelerom“ ili karakteristici obrtnog momenta pri plo-vljenju s „lakim propelerom“.
Cesto se događa da motori ne mogu da razviju potreban broj obrtaja, a brodovi odgovarajuću brzinu. Razlozi za to mogu biti sadržani u promjenjenim spoljasnjim uslovima plovidbe (plovidba u plitkim vo-dama, kanalima, povećanje gaza broda, plovidba po nevremenu, promjena para-metara okoline i drugo) i u promjeni teh-nickog stanja i regulacije pojedinih ele-menata pogonskog kompleksa: brodskog trupa, propelera, prenosa snage i motora. Ocigledno da je zbog mnostva razlicitih eksploatacionih faktora, koji uticu na maksimalni broj obrtaja motora, pa time i brzinu plovidbe broda, tesko objasniti raz-loge ove pojave. Zbog toga clanovi posa-de broda koji opslužuju pogonski kom-pleks, treba dobro da poznaju hidrodina-miku broda, teoriju motora SUS, karakte-ristike pojedinih elemenata kompleksa, kao i faktore koji na njih uticu. Kada se zna uzrok nekog nedostatka mogu se preduzeti i odgovarajuće pravovremene mjere za njihovo otklanjanje. U brodskim uslovima obicno ne postoje instrumenti za mjerenje obrtnog momenta motora (a sa-mim tim i snage) i sile potiska propelera. Zbog toga je potrebno da se, u takvim slu-cajevima, vrsi neposredna kontrola karakteristika trupa, propelera i motora.
Clanovima posade broda, koji op-služuju pogonski kompleks, pri rjesava-nju ovog zadatka, znatnu pomoć pruža
202
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.
korišćenje odgovarajućih metoda kontro-le rada i tehnickog stanja pojedinih ele-menata pogonskog kompleksa broda, a narocito kontrola rada glavnih pogonskih motora.
Jedna od efikasnih metoda pomoću koje se može vršiti mjerenje parametara glavnih motora na brodu, kao i analiza uticaja pojedinih eksploatacionih faktora na rad motora, jeste pomoću mjernih tra-ka (kao i drugih davaca izrađenih na principu djelovanja mjernih traka) i per-sonalnih racunara. Ovom metodom mo-guće je uspostaviti funkcionalnu zavi-snost između indikatorskih i efektivnih parametara rada motora sa eksploatacio-nim parametrima, ako se za osnovu uzme bilo koji parametar.
Primjena mjernih traka
M ^ 1 >
4 s ( 4 ^
) $ d-Ad ()
« >
Sl. 2 — Deformacija objekta usled opterećenja
vog opterećenja, izaziva odgovarajuću deformaciju mjerne trake, što sve zajedno omogućava mjerenje promjenjenog otpora.
U neopterećenom stanju otpor mjerne trake je R0, a u opterećenom stanju, od-nosno posle deformacije, biće R0 + AR [2]:
Upotreba mjernih traka danas je ve-oma raširena, a efikasno se mogu koristi-ti za analizu napona u konstrukcijama kao što su: jednoosno naponsko stanje, ravansko naponsko stanje, zaostali napo-ni u konstrukcijama, termicki naponi, gradijentni naponi, itd.
Mjerne trake mogu se upotrebljavati za staticka, kvazistaticka i dinamicka mjerenja na konstrukcijama i dijelovima mašina, i to za mjerenje: dilatacija i na-pona, sile i mase, pritiska, obrtnog momenta, pomjeranja, vibracija, itd.
Kada su u pitanju mjerenja dilatacija i napona, mjerne trake se upotrebljava-ju u podrucju elasticnih deformacija pre-ma Hukovom (Hooke) zakonu.
Mjerna traka predstavlja provodnik definisane otpornosti koji je pricvršćen za površinu mjerenog objekta. Svaka deformacija mjerenog objekta, usled njego-
R =
P-lo 4-P-lo
n ■ d2
(4)
gdje je:
p - specificni otpor materijala, [Qmm2/m], lo — dužina mjerne trake u neopterećenom stanju, [m],
A - površina poprecnog presjeka, [m2].
Ukupna promjena otpora usled deformacije i promjene mikrostrukture materijala od kojeg je izrađena mjerna traka je:
dR , ч d p - = 8-(\ + v) + ~^
R
P
(5)
gdje je:
dl л . . , „ .
s = -----relativno lzduzenje,
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.
203
dl - promjena dužine trake v - Poasonov (Poisson) koeficijent.
Zavisnost izmedu mehanicke defor-macije i promjene otpora na mjernoj traci, za razlicite provodnicke materijale, određena je njenom osjetljivošću k [2]:
k
AR
~R_
AL
I
AR
s
(6)
podebljanjima mreže. Zavisno od tipa mjerne trake i dužine mreže, poprecna osjetljivost g<0,01-0,02. Mjerne trake se, u opštem slucaju, upotrebljavaju za mjerenje deformacija do 3000 qm/m. Maksimalno izduženje mjerne trake zavi-si od njene konstrukcije i materijala i iz-nosi od ±2 cm/m do 15 cm/m. U prisu-stvu velikih deformacija mjerne trake po-kazuju nelinearne karakteristike koje se ne mogu smatrati zanemarljivim.
Za razlicite legure koje se koriste za izradu vlakana u mjernoj traci osjetljivost k je razlicita. Mjerna traka bi trebalo da mijenja otpor samo usled naprezanja u aktivnom pravcu (pravac u kome se vrši mjerenje) i tada je osjetljivost (k-faktor) definisana kao:
AR
R
k =S (7)
s
Ako je mjerna traka opterećena u poprecnom pravcu, tada je odgovarajući k-faktor defmisan kao:
AR
R
k =S (8)
s
Odnos ova dva faktora defmiše se kao poprecna osjetljivost:
q=k
ki
k
(9)
Ovaj efekat se redukuje primjenom folijskih mjernih traka sa transverzalnim
Postavljanje mjernih traka na objekat ispitivanja
Postavljanje mjerne trake na objekat ispitivanja izvodi se lijepljenjem, uz upo-trebu razlicitih vezivnih materijala i za-htjeva maksimalnu pažnju.
Kao vezivni materijal za lijepljenje mjernih traka upotrebljavaju se: hladno vezujuća lijepila, lijepila koja se vezuju na toplo, keramicki kit, tackasti zavari.
Postavljanje mjernih traka ukljucuje: cišćenje (mehanicko i hemijsko) površine mjerenog objekta na koju se postavlja traka, vezivanje mjerne trake na ocišćenu
Sl. 3 — Postavljena mjerna traka na objekat ispitivanja:
1 — pripremljena površina na objektu za mjerenje; 2 — postavljena mjerna traka na objekat za mjerenje; 3 — elektricni provodnici za napajanje mjerne trake 4 — specijalna guma za zaštitu mjerne trake
204
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
povrsinu mjerenog objekta, lemljenje iz-voda na terminale za lemljenje, zastitu mjerne trake (mehanicka i hemijska).
Elektricno povezivanje mjernih traka izvodi se u obliku Vitstonovog (Wheat-ston) mosta, koji se može upotrijebiti za mjerenje otpora, i to: apsolutnog iznosa otpora, poređenjem sa poznatim otporom i relativne promjene elektricnog otpora.
Na ovaj nacin, povezivanje mjernih traka omogućava mjerenje promjene otpora u granicama od 10-4 do 10-7 Q/Q sa veoma visokom tacnosću. Mjerne trake predstavljaju određene otpornike koji se povezuju od Rj do R4, kao sto je prikaza-no na slici 4.
U tackama 2 i 3 spajaju se grane od izvora za napajanje Vs bilo jednosmjer-nim ili naizmjenicnim naponom. U tackama 1 i 4 dobija se izlazni napon V0 koji predstavlja mjereni signal.
Princip rada Vitstonovog mosta mo-že se objasniti uz pomoć slike 5.
Pretpostavlja se da je otpor izvora napona Rg zanemarljiv i da je unutrasnji otpor instrumenta za mjerenje izlaznog napona veoma veliki.
Naponi Vj i V4 mogu se izracunati na sljedeći nacin, ukoliko su poznati ot-pori Rj, R2, R3, R4 i Vs:
Ri
R2
Sl. 5 - Princip rada Vitstonovog mosta
Vi
Ri
R1 + R2
■Vs
(10)
V4 =
R4
R3 + R4
■Vs
(11)
Razlika napona V1 i V4 predstavlja izlazni napon V0.
V = V ■
'0 's
R
R4
V R1 + R2 R3 + R4 J
Vs {Vi-V4
(12)
Neizbalansiranost mosta defmisana je kao relativni izlazni napon:
Vl = Ri - R4
Vs R1 + R2 R3 + R4
(13)
Postoje dva slucaja kada je most iz-balansiran:
- otpori otpornika u mostu su jednaki
(R1 = R2 = R3 = R4),
— odnos otpora u obe polovine mosta je isti (R1 /R2 = R3 /R4).
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.
205
U oba slucaja V0/VS = 0 most je izba-lansiran. Ako otpori u mostu Rj...R4 mije-njaju svoje vrijednosti za odgovaraju}u razliku AR, most nije izbalansiran i javlja se odgovaraju}i izlazni napon V0. U ovom slucaju relativni izlazni napon je:
Vl=1
Vs 4
^ R +AR R4+AR4 ^
v R1 +AR +R2 +AR2 R3 +AR3 +R4 +AR4 y
(14)
Zbog cinjenice da je AR, ^ R„ relativni izlazni napon se može predstaviti na sljede}i nacin:
Vl = j ( ARJ AR2 Щ ar4 л
VS 4 v R1 R2 R3 R4 у
(15)
Kako je AR, / R, = ke,, relativni izlazni napon je:
V
Vs
к
4
(1 S2 + S3 S4)
(16)
Prema tome, izlazni napon sa mosta V0 je funkcija:
- napona napajanja mosta Vs,
- k-faktora mjerne trake,
- deformacija ili promjene napona u gra-nama mosta e;....e4.
Prikaz metode istraživanja
Eksperimentalno određivanje prope-lerske karakteristike dvotaktnog brod-skog dizel motora, pomo}u mjernih traka i personalnih racunara beskontaktnom metodom, izvrseno je na brodu Mornari-
ce Srbije i Crne Gore, cija je dužina 96,5 m, sirina 12,5 m, a standardni deplasman 1470 t. Gaz broda na pramcu iznosi 2790 mm, a gaz na krmi je 3240 mm.
Brod pogone dva glavna dizel moto-ra i jedna gasna turbina preko zasebnih vratilnih vodova. Na svakom vratilnom vodu nalazi se trokrilni propeler sa fik-snim krilima. Dizel motori prema kon-strukcionom obliku su linijski, u dva reda po devet cilindara u vertikalnom bloku. Tip motora je 68B, dvotaktni, nominalne snage jednog motora 5880 kW. Gorivo koje motori koriste je dizel DS, a ulje SAE-50. Pri izvođenju eksperimenta brod je pogonjen sa dva dizel motora, a gasna turbina nije radila. Pri tome se tur-binski vratilni vod slobodno obrtao.
Pozicija broda sa koje je zapoceto snimanje propelerske karakteristike je azimut pravi rop = 047 a daljina d = 0,3 M od ostrva Mamula. Kurs broda tokom snimanja karakteristika bio je kp=136, a stanje mora 1 do 2. Temperatura vazduha bila je 12°C , barometarski pritisak 1005 mbar, vjetar jugoistocni 11 cv, a relativ-na vlažnost 68%. Temperatura mora iz-nosila je 14°C.
Mjerenje je izvrseno postavljanjem mjernih traka i mjerne opreme na vratilni vod lijevog glavnog motora. Mjerne trake se postavljaju na vratilnom vodu iz-među spojnice motora i potisnog (odriv-nog) ležaja. Lijevi glavni motor od ugradnje imao je 2912,30 casova pogona. Do sada na motoru nije izvrsen ni jedan generalni remont. Dio vratilnog voda na kojem su postavljene mjerne trake je pr-stenastog poprecnog presjeka dimenzija 260/80 mm. Vratila su izrađena od kova-nog celika, ciji je modul elasticnosti E = 215 kN/mm2. Shematski prikaz po-
206
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
stavljanja i povezivanja mjeme opreme prikazan je na slici 6. Na vratilo su posta-vljena dva para mjernih traka tip XY21-6/350 koje su povezane u Vitstonov most. Trake su me|usobno postavljene pod uglom od 180°, a njihovo napajanje izvr{eno je izvorom jednosmjernog na-pona od 9 V. Mjerni signal sa Vitstono-vog mosta odvodi se do predajnika i pre-ko antene predaje prijemniku mjernog signala. Izvor elektri~ne energije, predaj-nik i antena postavljeni su na prstenasti disk koji mora biti od plasti~ne mase radi eliminacije smetnji, a postavlja se na vratilo. Na vratilo se po cijelom obimu postavlja jo{ i tamna traka sa svijetlom tra-kom preko nje, koja omogu}ava da se re-gistruje broj obrtaja vratilnog voda. Pored vratilnog voda, na odgovaraju}em
razmaku, postavljaju se prijemnik mjernog signala i dava~ broja obrtaja vratilnog voda. Prijemnik mjernog signala i dava~ broja obrtaja povezani su sa elek-tronskim mjernim ure|ajem Spider 8.
Spider 8 povezuje se sa personalnim ra~unarom, a program koji omogu}ava mjerenje i obradu izmjerenih podataka je catman 3.0. Navedena oprema, odnosno hardver i softver proizvedeni su u nje-ma~koj firmi HOTTINGER BALDWIN MESSTEHNIK (HBM).
Spider 8 je elektronski mjerni ure|aj za mjerenje promjenljivih fizi~kih veli~i-na, kao {to su naprezanje, sila, pritisak, ubrzanje i temperatura. Spaja se na per-sonalni ra~unar preko veze za {tampa~. Sva pode{avanja ure|aja vr{e se softver-ski, odnosno putem komandi na perso-
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
207
nalnom racunaru. Ima cetiri digitalna po-jacivaca koji rade na frekvenciji 4,8 kHz i osam kanala numerisanih brojevima od 0 do 3 i od 4 do 7. Svaki kanal radi sa odvojenim A/D konvertorom koji dopu-{ta mjerne odnose od 1/s do 9600/s, {to znaci da u potpunosti pokriva opseg me-hanickih mjernih zadataka.
A/D konvertori su sinhronizovani kako bi se osiguralo istovremeno mjere-nje na svim kanalima. Moguće je spojiti osam uređaja u kaskadu, {to daje ukupno 64 kanala. U tom slucaju nisu potrebna nikakva dodatna pode{avanja, a racunar će prepoznati ovakav sistem međusobno povezanih uređaja kao jednu cjelinu sa
64 kanala koji su međusobno sinhronizo-vani [4].
Catman 3.0 je program predviđen za rad u operativnom sistemu MS Windows, i dozvoljava korisniku da se kon-centri{e na stvarne zadatke mjerenja. Program Catman predviđen je za kori{će-nje interaktivnog ili automatskog mjer-nog softvera, ali je moguća i njegova upotreba kao razvojnog okruženja za po-sebne aplikacije [3].
Ovaj softver može da obavlja razli-cite zadatke, kao {to su: konfiguracija mjerne opreme, defmisanje i automatiza-cija mjernih koraka, vizuelno prikaziva-nje rezultata, arhiviranje rezultata, anali-
Sl. 7 - Postavljena mjerna oprema na vratilo vratilnog voda broda na kojem je izvršeno mjerenje
208
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.
za rezultata, razvoj okruženja za specijal-ne potrebe korisnika.
Rezultati mjerenja pomoću ovog programa dobijaju se u cetiri koraka.
U prvom koraku prepoznaju se pri-kljuceni uređaji i dodjeljuju im se imena preko korisnickog interfejsa, a u drugom koraku vrsi se konfiguracija pojacivac-kog sistema. Program sadrži drajvere i virtuelne kontrolne panele za sve HBM pojacivacke sisteme.
U trećem koraku određuju se ula-zno-izlazni kanali kojima se dodjeljuju odgovarajući brojevi, kao i opcije auto-matskog cuvanja podataka u pojedinim datotekama ili bazi podataka i u cetvrtom koraku se obavlja mjerenje i prikazivanje izmjerenih rezultata.
Mjerne trake koje su koristene pri mjerenju deformacija vratila specijalnog su oblika serije Y, tip XY21-6/350, izra-đene od dvije trake, tako da je formiran par mjernih traka (slika 8). Unutrasnji ot-por para mjernih traka je 350 Q, a osje-tljivost mjerne trake je k = 2,07. Tempe-
Sl. 8 — Izgled mjerne trake XY21-6/350
raturno podrucje u kom se mjerne trake mogu primjenjivati iznosi od -10 do 45°C. Maksimalni napon napajanja mjernih traka je 19 V.
Dimenzije mjernih traka su sljedeće: a=6 mm, b1 = 7,8 mm, b2=10 mm, c = 17,5 mm i d = 12,7 mm.
Da bi se zapocelo sa procesom mjerenja potrebno je u program Catman uni-jeti vrijednosti polaznih podataka koji karakterisu vratilo, a to su:
- modul elasticnosti E,
- modul smicanja G,
- Poasonov koeficijent v,
- polarni moment otpora poprecnog presjeka vratila W,
- moment torzije Md.
Pored navedenih podataka potrebno je unijeti i podatke o kalibraciji mjerne opreme.
Polarni moment otpora, za prstena-sti poprecni presjek, određuje se prema obrascu iz otpornosti materijala:
W =
p
D4 - d4
-------n
16 • D
Wp=
264 - 84 16 • 26
•n = 3418
[cm3 ]
(17)
Modul smicanja određuje se izra-
zom:
G
E
2 • (l + v)
Za celik v=0,3.
(18)
G
215
2-(1+ 0,3)
8269,23
kN
2
cm
Moment torzije određuje se [2]:
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
209
Md = 2• WP • G-s, (19)
Md = I • 3418 • 8269,23 -st =
= 141321,1407 -st [kNm]
si predstavlja izmjerenu vrijednost deformacije vratila koja uzima u obzir iz-vrsenu kalibraciju.
Da bi se u postupku mjerenja izbje-gle sistemske greske, izvrsen je postupak kalibracije mjerne opreme. U ovom slu-~aju primjenjena je metoda Shunt kalibracije, pomo}u jednog otpornika veza-nog paralelno u Vitstonovom mostu. Kod ove metode kalibracije, a uzimaju}i u ob-zir i vrstu primjenjene mjerne trake, izla-znom naponu mosta od 2 mV/V odgova-ra deformacija mjerne trake od 1000 pm/m, sto se mora uzeti u obzir pri odre-|ivanju momenta torzije.
Na taj na~in snimljena je propelerska karakteristika navedenog motora i to od minimalnog broja obrtaja koljenastog vratila motora 273 min-1 do broja obrtaja koji je postignut u datim uslovima 602 min-1. Snaga je snimana u devet radnih ta~aka i to za svaku ta~ku u intervalu od 10 sekundi. U svakom intervalu mjerenja od 10 sekun-di izmjereno je po 250 vrijednosti snage, gdje su registrovane minimalne vrijednosti, maksimalne vrijednosti, srednja vrijednost snage i standardna devijacija izmjerenih vrijednosti. Izmjereni rezultati prikazani su u tabeli. Na slici 9 grafi~ki je prikazana promjena snage za svaki broj obrtaja koljenastog vratila na osnovu izmjerenih vrijednosti deformacija vratila vratilnog voda u mjerenom intervalu od 10 sekundi. Za do-bijanje propelerske karakteristike koristene su izmjerene srednje vrijednosti snage na svakom intervalu. Propelerska karakteristi-ka dizel motora grafi~ki je prikazana (kriva 3) na slici 10.
n min-1 273 316 355 397 447 553 566 586 602
Psr kW 241,27 414,28 612,22 870,33 1283,98 2432,64 2587,33 2902,47 3088,79
Pmin kW 62,43 226,69 463,44 622,73 962,15 2278,44 2488,52 2778,07 2936,86
Pmax kW 453,84 559,71 765,04 1145,26 1597,44 2566,82 2704,51 3039,06 3303,16
О 80,57 71,49 66,68 157,81 197,28 51,34 42,58 52,01 60,00
Snaga koju motor preko vratilnog voda predaje propeleru iznosi:
P = Mda = 2'П'П -141321,1407• s, [kW] d 60 L 1
= 14791,6123-n-st [kW]
n je broj obrtaja osovinskog voda.
Izraz za snagu unosi se kao polazni podatak u program catman, koji omogu}ava odre|ivanje snage predate od motora preko vratilnog voda propeleru u svakom trenut-ku. Promjena snage može se kontinuirano pratiti u dužem intervalu ili u intervalu od nekoliko sekundi, zavisno od potrebe.
Na slici 10 prikazane su gornja gra-ni~na karakteristika motora (kriva 1) i propelerska karakteristika vožnje „napri-jed“ (kriva 2), koje je dao proizvola~ u uputstvu za eksploataciju motora 68 B, a
602 min* 586 tn3n' 566 min" 553 min* 447 min’ 397 min" 355 min’ 316min' 273 min*
01 23456789 1D 11
Vnfema |s]
Sl. 9 — Promjena snage dizel motora u intervalu od 10 sekundi za brojeve obrtaja od 273 do 602 [min-1]
210
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
Sl. 10 — Snimljena propelerska karakteristika (kriva 3)
izrađene su na osnovu dobijenih rezultata pri ispitivanju dizel motora na brodu na-kon novoizgradnje broda [6]. Pri izvođe-nju protokola ispitivanja brod je pogo-njen sa dva dizel motora, a gasna turbina nije radila, pri cemu se turbinski vratilni vod slobodno obrtao. Motori su radili u uslovima ustaljenog režima, na osnovu cega se može konstatovati da su pribli-žno isti uslovima u kojima je izveden eksperiment.
Sa slike 10 se vidi da se snimljena propelerska karakteristika pomoću mjer-nih traka znatno razlikuje od propelerske karakteristike koju je dao proizvođac u uputstvu, i predstavlja rad motora na re-žimu „teskog propelera“. Rijec je, naime,
0 tome da brod nije bio na doku cetiri go-dine, zbog cega nije ocisćen njegov pod-vodni dio (oplata podvodnog dijela broda
1 propeleri su „obrasli“), sto predstavlja veliki otpor kretanju.
Zaključak
Eksperimentalni podaci dobijeni metodom koja je koristena pri snimanju propelerske karakteristike na konkret-nom brodu pokazali su da motor radi po krivoj „teskog propelera“, sto govori o tome da brod ne može postići potrebnu brzinu kao kada su podvodni dio broda i
propeleri cisti. Da bi se postigla potreb-na brzina broda potrebno je povećati broj obrtaja motora, sto bi dovelo do njegovog preopterećenja. Iz snimljene propelerske karakteristike uocljivo je da se već pri 600 min-1 kriva bliži spoljnjoj granicnoj karakteristici motora, odnosno svi parametri radnog procesa su blizu gornjih granica. Maksimalni projektova-ni broj obrtaja motora iznosi 900 min-1, sto govori o tome da se motor ne smije opteretiti vise od polovine nominalne snage. Takođe, kada je motor preoptere-ćen povećava se potrosnja goriva, a smanjuje resurs motora.
Kao i druge poznate metode, i ova ima svoje prednosti i nedostatke. Predno-sti su:
- mjerne trake i davaci na principu mjernih traka veoma su malih masa, sto znaci da ne postoje inercijalne sile;
- mjerne trake ne uticu na objekat ispitivanja,
- mjerne trake su se pokazale kao veoma pogodne za dugotrajna dinamicka ispitivanja kod velikog broja ciklusa (rad motora SUS),
- davaci na principu mjernih traka mogu izdržati kako niske tako i veoma vi-soke pritiske (od 10-7 mbar do 10 000 bar),
- u pogledu gornje granicne fre-kvencije ne postoje ogranicenja, sto zna-ci da mjerne trake, kada su ispravno po-stavljene, prate sve dinamicke promjene na objektu ispitivanja,
- kada se mjerne trake postave na objekat ispitivanja, mogu se zastititi spe-cijalnom gumom, tako da se ponovna mjerenja mogu vrsiti po potrebi i posle dužeg perioda.
Nedostaci metode su:
- maksimalne temperature na kojima se mogu primjeniti mjerne trake su do
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
211
350°C, izuzev specijalnih davaca koji ima-ju primjenu i na ve}im temperaturama;
- mjerne trake su osjetljive na tako-zvana parazitska optere}enja;
- osjetljive su na vlagu, tako da je potrebno izvrsiti zastitu sa specijalnim gumama.
Može se konstatovati da se ova me-toda može uspjesno primjeniti za kontro-lu stanja trupa i propelera, kao i provjere da li propeleri odgovaraju brodskom tru-pu i glavnim motorima.
Literatura:
[1] Gitis, V. J.; Bondarenko, V. L.; Jefimov, T. P., Poljakov, J. G.; Curbanov, B. M.: Teorijske osnove eksploatacije brod-skih dizel motora (prevod s ruskog), SSNO, Beograd, 1973.
[2] Hoffmann, K.: An Introduction to Measurements using Sta-rin Gages, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt, 1989.
[3] CATMAN 3.0 32-bit measurement technique softvare for MS-Windows 95/98 NT, HBM Darmstadt, 1999.
[4] Spider8-the friendly alternative for PC-based measurements, HBM Darmstadt, 1997.
[5] Jeremić, M. B.: TEROTEHNOLOGIJA-Tehnologija održa-vanja tehnickih sistema, Eskod Kragujevac, 1992.
[6] Dizel motor 68B, Uputstvo za eksploataciju (prevod), SSNO, Beograd, 1985.
212
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.
n min-1 273 316 355 397 447 553 566 586 602
Psr kW 241,27 414,28 612,22 870,33 1283,98 2432,64 2587,33 2902,47 3088,79
Pmin kW 62,43 226,69 463,44 622,73 962,15 2278,44 2488,52 2778,07 2936,86
Pmax kW 453,84 559,71 765,04 1145,26 1597,44 2566,82 2704,51 3039,06 3303,16
О 80,57 71,49 66,68 157,81 197,28 51,34 42,58 52,01 60,00
PMCR 100% Pe_kl n3
Sl. 1 — Propelerska i spoljna karakteristika motora
<■
>
l + Al
Sl. 2 — Deformacija objekta usled opterećenja
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
213
Sl. 3 — Postavljena mjerna traka na objekat ispitivanja: 1 — pripremljena površina na objektu za mjerenje;
2 — postavljena mjerna traka na objekat za mjerenje;
3 — elektricni provodnici za napajanje mjerne trake i
4 — specijalna guma za zaštitu mjerne trake
Sl. 4 — Vitstonov most
214
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
Ri
R2
Sl. 5 - Princip rada Vitstonovog mosta
2 3 4 5
6 7
Sl. 6 — Sematski prikaz postavljanja i povezivanja mjerne opreme:
1 — propelersko vratilo; 2 — mjerne trake; 3 — elektricni provodnici; 4 — izvor el. energije; 5 — antena; 6 — prstenasti nosac; 7 — motor; 8 — personalni racunar; 9 — predajnik mjernog signala; 10 — prijemnik mjernog signala; 11 — spajder 8; 12 — davac broja obrtaja propelerskog vratila
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
215
Sl. 7 - Postavljena mjerna oprema na vratilo vratilnog voda broda na kojem je izvršeno mjerenje
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
217
Sl. 8 — Izgled mjerne trake XY21-6/350
Vrijeme [s]
602 min-1 586 min-1 566 min-1 553 min-1 447 min-1 397 min-1
355 min-1 316 min-1 273 min-1
Sl. 9 — Promjena snage dizel motora u intervalu od 10 sekundi za brojeve obrtaja od 273 do 602 [min'1]
218
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
Broj obrtaja koljenastog vratila motora [min'1]
Sl. 10 — Snimljena propelerska karakteristika (kriva 3)
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.
219
