книги из ГПНТБ / Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа

где fx — коэффициент, учитывающий сужение струи и уменьше­ ние действительной скорости течения по сравнению с теоретиче­

ской.

Из последнего выражения определяется требуемое сечение про­ ходного канала расходомера

Изготовленный преобразователь имеет следующие характери­ стики: диапазон измерений 30— 100 кг/ч; погрешность 1% от диа­

потока по замеру только статического давления на стенке трубы [46]. Такой метод требует предварительной тарировки, которая производилась на установившихся режимах. Давление воздуха (на стенке трубы) воспринималось тензометрическим преобразова­ телем, выполненным по полумостовой схеме с компенсационным тензодатчиком для исключения влияния изменения температуры на мембрану (рис. 11).

Внутри корпуса преобразователя 1, между нижним и верхним прижимными кольцами 3 и 5 находятся стальные мембраны 2 и 4 с основными и компенсационными тензодатчиками. Кольца сверху зажимаются гайкой 6. Диаметр и толщина мембран выбраны та­ ким образом, чтобы получалась линейная характеристика.

Такие же тензометрические датчики применялись для замера разрежения во впускном тракте поршневых двигателей и за дрос­ сельной заслонкой карбюраторных двигателей.

Измерение оборотов, угловых скоростей и ускорений. Для из­ мерения угловых скоростей и ускорений коленчатого вала кар­ бюраторного двигателя применялся широко известный прибор с дифференцирующим контуром, а в качестве преобразователя — электрический тахометр переменного тока. Этот прибор дает большие неточности и искажения в измерениях по следующим при­ чинам: 1) применение конденсаторов большой емкости вызывает

30

большие утечки тока; 2) режим работы конденсаторов зависит от

температуры и влажности окружающего воздуха; 3) оптимальная емкость конденсатора определяется по времени разгона, которое колеблется в широких пределах. Для устранения этих недостат­ ков при испытаниях дизелей и ГТД в дифференцирующий контур схемы были -введены трансформатор и однокаскадный транзистор­ ный усилитель (рис. 12). Измерительный контур угловых скоро­ стей состоит из тахогенератора переменного тока Г; выпрямителя, собранного на диодах Д-205; фильтра низкой частоты, состоящего из двух конденсаторов С1 и С2 и дросселя Др переменного сопро­

тивления R1 и шлейфа Шл ос­ циллографа. Дифференцирующий

Т 2 3 Ь 5 В

контур включает трансформатор Тр, однокаскадный транзистор­ ный усилитель сигналов, переменное сопротивление R2 и реги­ стрирующие приборы. Для обеспечения стабильной работы при­ бора триод Т (П-403А) находился в сосуде Дьюара со льдом (0° С).

При испытаниях ГТД в разгонных режимах замерялась также частота вращения турбины с помощью фотоэлектрического дат­ чика, регистрирующего каждый оборот турбины. Импульсы от датчика записывались на пленку осциллографа, движущуюся с большой скоростью. Для установки датчика к валу турбины при­ соединялся дополнительный вал с диском, имеющим одно от­ верстие.

Измерение показателей процессов газообмена. Запись показа­ телей процессов газообмена карбюраторного давигателя и дизеля производилась с помощью высокочувствительных емкостных дат­ чиков, сконструированных по известным схемам. Материал мем­ браны, ее диаметр и толщина выбирались расчетным путем.

Измерение механических перемещений. При испытаниях дви­ гателей в режимах разгона требуется знать положение регулирую­ щих органов (двигателем и тормозом) в каждый момент разгона. Так, при испытаниях карбюраторного двигателя требуется знать мгновенное положение дроссельной заслонки, при испыта­ ниях дизеля — положение рейки топливного насоса и величину

31

подъема иглы форсунки в каждый момент времени, при испытаниях ГТД — степень открытия топливного крана (проходное сечение). Эти данные необходимы для сравнения результатов различных испытаний и обеспечения повторяемости опытов. Для этой цели было разработано несколько оригинальных устройств.

При разгонных испытаниях дизеля мгновенное положение рейки топливного насоса й иглы форсунки определялось с по­

родке крепится кремниевый фотоэлемент1

1. По каналу перегородки совершает возвратно-поступательное дви­ жение плунжер, жестко связанный с упорным штоком 8. Пружина 9 стремится возвратить плунжер в крайнее правое положение. Сверху к корпусу крепится тубус 4 с линзой 5 и светильником 6. Светильник питается стабилизированным напряжением. Суммар­ ная величина максимального усилия, необходимого для сжатия пружины и преодоления сил трения, составляет не более 5 гс и практически не оказывает влияния на перемещение рейки топ­ ливного насоса. Работа преобразователя ясна из схемы. По та­ кому же принципу работает фотоэлектрический преобразователь подъема иглы форсунки.

Для определения мгновенного положения дроссельной за­ слонки карбюраторного двигателя был использован потенцио­ метрический преобразователь (рис. 14). С изменением положения дроссельной заслонки ползунок реохорда, жестко связанный с ее осью, перемещается, что приводит к изменению силы тока в диа­ гонали моста. По этому изменению силы тока, записываемому на

32

шлейф осциллографа, определяется мгновенное положение дрос­ сельной заслонки и скорость ее открытия или закрытия. Мост питается постоянным напряжением, контроль которого осуще­ ствляется с помощью вольтметра.

Измерение хода плунжера топливного насоса-регулятора и степени открытия топливного крана при испытаниях ГТД произ­

из плеч моста устанавливались компенсационные тензодатчики. Сигналы от тензометрических преобразователей усиливались тензостанциями ТА-5 и записывались на пленку осциллографа.

Измерение температур. При разгонных испытаниях поршне­ вых и газотурбинных двигателей температуры измерялись наи­ более распространенным в настоящее время средством — термо­ парами. При выборе термопар для измерений в условиях разгона необходимо учитывать их инерционность. Рассмотрим, как учиты­ вается инерционность термопары, на примере ГТД. Время повы­ шения температуры в период разгона t определяется по следующей

температур спая и среды в момент погружения в °С; Т 2— Т х — допустимая погрешность измерения в °С.

Погрешность получается допустимой, если соблюдено условие

где р — плотность среды; с — теплоемкость; d — диаметр одно­ родного токоприемника; а — коэффициент теплоотдачи токоприем­ ника, определяемый из критерия Нуссельта

Nu = с Re" Ргм .

Из выражения для термической инерции определяется необ­ ходимый диаметр термопары. Как показали проведенные расчеты, для хромель—алюмелевых термопар . может быть принят диаметр проволоки 0,2—0,3 мм при погрешности измерения ±3% .

Конструкция устройства для установки термопар в различ­ ных сечениях ГТД показана на рис. 15. Устройство состоит из корпуса 4 и удлинителя 2, внутри которых находится фарфоровая трубочка 3 с отверстиями для проводов термопары, образующими на выходе из трубочки спай 1. Верхние концы проводов 7 про­ ходят между термостойкими изоляционными кольцами 6 и при­ жимаются гайкой 5. Термопары, устанавливаемые в других сече­ ниях, имеют такую же конструкцию и отличаются только раз­ мерами.

Для записи температур засасываемой смеси или воздуха, поступающих в двигатель, применялись дифференциальные

хромель—копелевые термопары или одиночные термопары с обыч­ ным однокаскадным усилением сигнала.

Особые трудности вызывает замер температур рабочих лопаток турбины, имеющих большую частоту вращения (до 33 500 об/мин). Для этой цели в рабочей лопатке было расположено пять термопар. Применение термопар было вызвано тем, что способ измерения температур радиационным методом с помощью плавких вставок

и термокрасок не обладает достаточ­ ной точностью и не обеспечивает не­ прерывность измерений. Конструк­ ция устройства для замера темпера­ тур рабочих лопаток представлена на

1 2 з 5 6

Рис. 15. Конструкция устройРис. 16. Конструкция устройства для замера ства для установки термопар температур рабочих лопаток ГТД

по тракту ГТД

рис. 16. Спаи 3 хромель—алюмелевых термопар размещались в вы­ сверленных в центре лопатки 2 отверстиях. Термопары были изо­ лированы специальной нитью К-Н-11, сохраняющей сопротивление изоляции при температурах до 1100— 1200° С. Для передачи сиг­ нала от термопар к осциллографу применялся щеточный токосъем­ ник 5. Валик 6 токосъемника через термоизолирующую про­ кладку 4 крепился к ротору турбины 1. Сигнал снимался щет­ ками, охлаждаемыми холодным воздухом. Контактные кольца диаметром 12,5 мм и щеткодержатели изготовлены из латуни, а щетки — из серебрографита. Удельная сила нажатия щетки на кольцо 1,0 кгс/см2. Валик токосъемника изготовлен из специаль­ ного жаростойкого сплава и сбалансирован совместно с ротором турбины.

34

7. Регистрирующие устройства для исследования неустановившихся режимов

В качестве регистрирующей аппаратуры для записи быстроменяющихся величин применялись осциллографы Н-700, МПО-2 и магнито-электрический 8 -шлейфовый осциллограф фирмы RFT.

В качестве усилителей сигналов промышленных и вновь из­ готовленных преобразователей применялась следующая аппара­ тура: усилители тензометрических сигналов типов ПЭВ-ЗМ и ТА-5,

которого включен шлейф осциллографа Шл с добавочным со­ противлением R2. Сопротивление R4 позволяет устанавливать луч осциллографа в исходное положение. Для уменьшения

3*

помех на пути от точки замера до точки подачи напряжения в каж­ дую отдельную схему введена цепочка R— C с емкостью С и сопротивлением R5. Схема питается стабилизированным напря­ жением 5 В от специально изготовленного блока питания.

Для усиления сигнала от термопар, установленных во впуск­ ном коллекторе, применялся двухкаскадный усилитель, собран­ ный на триодах П-403А и П-14 (рис. 18). Термопара Тм (или бата­

в коллекторной цепи и периодического его контроля в процессе исследований. Стабилизация режима работы усилителя по тем­ пературе достигалась термостатированием триодов в сосуде Дью­ ара со льдом, питание осуществлялось стабилизированным на­ пряжением от универсального источника питания УИП-3.

Кроме вышеперечисленных регистрирующих приборов при­ менялись также электронные потенциометры типа ЭПП-09М2 для контроля температур, электрические тахометры типа ТЭ-204 для контроля оборотов, выпрямители тока ВС-2 и ВСА-5, звуко­ вой генератор ЗГ-10 и др.

8. Устройства для тарировки аппаратуры

Проведению исследований предшествовала тарировка прибо­ ров и оборудования. С целью получения наиболее достоверных данных при измерениях различных параметров двигателя на ре­ жимах разгона тарировка приборов проводилась в большинстве случаев на работающем двигателе. Для тарировки некоторых пре­ образователей были изготовлены специальные стенды, позволяю­ щие производить доводку вновь изготавливаемых приборов и при­ ближающих условия тарировки к реальным условиям работы дви­ гателя.

Так, для доводки и тарировки электроимпульсного преобра­ зователя мгновенного расхода топлива изготовлен стенд, позво­ ляющий создать такие же условия, как при работе двигателя [55]. В стенд (рис. 19) входит электродвигатель постоянного тока 8. Один конец вала электродвигателя соединен с валиком топлив­ ного насоса 5, а другой — с центробежным тахометром 9. Топливо хранится в бачке 7. В трубопроводе, соединяющем топливный ба­ чок с насосом, установлен сетчатый фильтр 13. На выходе из топ­ ливного насоса стоит электромагнитный кран 10, открывающий доступ топливу к системе кранов 11, 12 и 17. Здесь установлен та­ рируемый датчик 6. Контроль давления топлива осуществляется манометром 4. Для распыла топлива установлены основные 1 и пусковые 14 форсунки, помещенные в резервуар 2. Для взвеши­ вания топлива на стенде установлены весы 3. Регистрация мгно­ венных чисел оборотов вала топливного насоса производится ин-

36

дуктивным датчиком 15, а температура топлива—хромель—Копеле­ вой термопарой 16. Все перечисленные детали снимаются с дви­ гателя, а после тарировки устанавливаются на него. Это позволяет

Рис. 19. Схема стенда для тарировки электроимпульсного преобразователя мгновенного расхода топлива

увеличить точность измерений. График тарировки топливного преобразователя показан на рис. 2 0 .

Так же тарировались все основные приборы и преобразователи, устанавливаемые на двигатели для исследований режимов раз­

Затем вычисляются все необходимые производные величины. Любое объективное исследование должно содержать достовер­ ные данные эксперимента. Последние обеспечиваются точностью измерений и расчетов и методикой проведения исследований.

37

Г л а в а III

АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

9. Автоматические устройства для управления системой подачи смеси и топлива

Исследования быстротечных процессов в двигателях внутрен­ него сгорания при работе их на неустановившихся режимах не­ мыслимы без применения специальных автоматических устройств, позволяющих задать двигателю определенные скоростные, на­ грузочные, тепловые или комбинированные режимы. Потребность в этом диктуется необходимостью имитации эксплуатационных режимов в стендовых условиях, обеспечения повторяемости опыта, включения регистрирующих устройств и приборов на заранее заданную продолжительность только в избранные моменты вре­ мени и на избранных режимах (программное управление), дистан­ ционного управления различными системами двигателя и уста­ новки в целом, соблюдения правил техники безопасности при исследованиях, оперативного и четкого управления регистрацией комплекса быстротечных процессов. При этом автоматические устройства должны удовлетворять целому ряду специфических требований, основными из которых являются приемлемая инер­ ционность, возможность перестройки моментов и длительности включения в зависимости от исследуемого режима, способность предотвращения аварийных ситуаций, стабильность характери­ стик, возможность настройки на определенную программу ра­ боты, высокая надежность в работе.

Из изложенного ясно, что такие устройства являются преиму­ щественно уникальными и используются при специальных иссле­ дованиях. Поэтому промышленностью они, как правило, не вы­

разработанных, изготовленных и использованных авторами при

шихся режимов карбюраторного двигателя для управления пода­ чей смеси применялась система автоматического дистанционного управления дроссельной заслонкой (рис. 21). Она включает тихо­ ходный (с понижающим редуктором) электродвигатель постоян­ ного тока 1, концевой выключатель 2, расположенный на оси

39