Файл: Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции..pdf

обеспечит нагрузку двигателя на всех скоростных и нагру­ зочных режимах работы.

2. Определение мощности двигателя, имеющего торсионный вал

Крутящий момент двигателя может быть измерен с помо­ щью специального калиброванного вала. Такое устройство получило название торсионного динамометра. Принцип из­ мерения крутящего момента заключается в следующем. Под воздействием крутящего момента калиброванный вал получает

некоторый угол закручивания в пределах упругой деформа­

ции вала. Угол закручивания вала будет пропорционален

крутящему моменту. Схема закручивания вала показана

на рис. 4.II. Крутящий момент двигателя определяется по формуле

М е=ц»СгПр кгс-м , (4.6) где ц> - угол закручивания сечений вала на расстоянии

одного метра, рад/м; & - модуль сдвига, кгс/м2;

Прполярный момент инерции сечения вала, м*.

динамометра

117

Модуль сдвига и полярный момент инерции являются

постоянными для торсионного динамометра. Мощность двигате­ ля определяется по формуле

где к - постоянная торсионного динамометра.

Торсионный динамометр должен иметь устройство для из­

мерения угла закручивания су . Таким устройством может быть механическое приспособление или приспособление, использующее стробоскопический эффект.

Для определения крутящего момента двигателя, снаб­

женного торсионным валом, могут быть использованы тен­

зодатчики. Тензодатчик представляет собой элемент, состоящий из нескольких рядов тонкой нихромовой проволо­ ки. Тензодатчик наклеивается на калиброванный торсионный вал с помощью клея, обеспечивающего необходимую прочность

соединения. Обычно применяется клей БФ-2. При деформации (скручивании) вала витки проволоки также деформируются и изменяют свою длину. Пропорционально удлинению проволо­ ки изменяется его электрическое сопротивление, которое

измеряется прибором, включенным в цепь тензодатчика.Схема тензодатчика и изменения длины проволоки (от i до I ) дана на рис. 4.12. Измерение крутящего момента основано на том, что сдвиг поверхности вала и, следовательно, изме­ нение длины проволоки тензодатчика пропорциональны каса­ тельным напряжениям на поверхности вала

11 8

)

М СОПР

Рис. 4.12. Схема определения крутящего момента

двигателя тензодатчиком

(4.10)

Такой метод определения мощности двигателя применя­ ется только в единичных экспериментальных установках.

3. Измерение мощности дизеля, имеющего гидравлический динамометр

Наиболее надежным способом определения мощности дизе­

ля в корабельных условиях является применение гидравличе­ ского динамометра. Гидравлические динамометры устанавлива­

ются на двигателях типа М-503, которые имеют двухступен­

чатый редуктор, где в качестве редуктора второй ступени

установлен планетарный редуктор. Схема редуктора дизеля и гидравлического динамометра изображена на рис. 4.13.

119

Передаче вращения от двигателя осуществляется через редуктор первой ступени I и редуктор второй ступени П.

Центральная ведущая шестерня 3 жестко связана через ре­

дуктор первой ступени с коленчатым валом дизеля. Через

промежуточные шестерни саттелиты 2 центральная шестерня

связана с неподвижной шестерней I, зафиксированной от

проворачивания рычагом и поршнем гидравлического динамо­

метра. Оси промежуточных шестерен жестко связаны с флан­

цем отбора мощности. При работе двигателя промежуточные шестерни обкатываются, по неподвижной шестерне, на кото­

рой образуется реактивный крутящий момент, равный крутя­

щему моменту двигателя. Величине крутящего момента изме­

ряется специальным устройством, которое получило название

Рис. 4.13. Схема планетарного редуктора и гидравлического динамометра дизелей типа M-d Uo

гидравлического динамометра. Принцип действия гидравли­

ческого динамометра рассмотрим по схеме рис. 4.13. В по­

лость цилиндра под поршнем постоянно подается масло от

специального масляного насоса шестеренчатого типа. Из ци­

линдра масло вытекает через отверстие, проходное сечение

которого изменяется в зависимости от положения поршня.

При движении поршня вниз отверстие перекрывается, при движении вверх - открывается.

При нагрузке двигателя на неподвижной шестерне обра­

зуется реактивный момент, равный крутящему моменту дви­

гателя. Рычаг гидравлического динамометра давит на пор­ шень с силой Р . Поршень под действием силы Р двига­

ется вниз, перекрывая сливное отверстие. Перекрытие порш­

нем сливного отверстия и движение поршня вниз продолжает­

ся до такого момента, пока давление масла, действующее

на поршень, не уравновесит силур. На установившемся

4 - площадь поршня.

При уменьшении крутящего момента сила давления масла больше силы Р. Под действием разности сил поршень дви­ гается вверх до тех пор, пока давление масла не упадет настолько, что силы сравняются. Таким образом, давление масла в полости цилиндра гидравлического динамометра будет прямо пропорционально крутящему моменту двигателя:

где i - плечо гидравлического динамометра.

121

Давление масла в цилиндре гидравлического динамометра

измеряется специальным манометром, который постоянно пока­

зывает величину нагрузки дизеля. Ограничение нагрузки

дается в единицах давления согласно ограничительной ха­

рактеристике. (см. табл. 2, стр. 106).

Мощность двигателя определяется выражением

Принципиальная схема гидравлического динамометра изображена на рис. 4.13. В действительности устройство

динамометра двигателя М-503 намного сложнее.

Схема конструкции редуктора и гидравлического динамо­

метра дизеля М-503 изображена на рис. 4.14. Неподвижная

шестерня редуктора 3 фиксируется от проворачивания шарами 2,расположенными в сферических углублениях перегородки редуктора I и неподвижной шестерни.Поршень гидравлического динамометра 7 жестко связан болтами 6 с неподвижной ше­ стерней (3),которая может перемещаться в осевом направле­ нии вместе с поршнем.

Масло по специальному каналу, не показанному на схеме,

подается шестеренчатым насосом 4 в полость 8 между порш­

нем и перегородкой корпуса редуктора. Канал переменного

сечения для слива масла выполнен в расточке перегородки

корпуса редуктора и перекрывается уплотнительным коль­

цом 5.

122

Гидравлический динамометр работает следующим образом. Неподвижная шестерня при возникновении на ней крутящего

момента стремится провернуться. При этом ограничительными шарами, находящимися в углублениях , неподвижная шестер­ ня смещается в осевом направлении вправо. Уплотнительное кольцо, двигаясь вместе с поршнем, перекрывает частично

сливной канал, в результате чего давление масла в поло­

сти гидравлического динамометра повышается до тех пор,

пока давление масла на поршень не уравновесит осевое усилие от .расклинивающего действия ограничительных шаров.

При уменьшении крутящего момента осевое усилие шаров

уменьшается и под давлением масла поршень вместе с непод­

вижной шестерней перемещается влево, уплотнительное коль­

цо при этом увеличивает проходное сечение сливного канала

и давление масла в полости гидравлического динамометра уменьшается. Движение поршня будет происходить до момента

равновесия сил. Давление масла в полости динамометра

измеряется манометром, который постоянно показывает вели­

чину нагрузки двигателя.

4. Определение мощности дизеля на корабле по часовому расходу топлива и числу оборотов двигателя

Данный способ определения мощности дизеля является наиболее распространенным и доступным. Способ предусмат­

ривает измерение числа оборотов двигателя, измерение часового расхода топлива и определение мощности двигателя

по специальным графикам вида

В основе определения мощности дизеля по часовому расходу топлива и числу оборотов лежит зависимость мощности дизеля от часового расхода топлива по формуле

123

H u - низшая теплотворная способность топлива;

г\г~ эффективный к. п. д. двигателя.

Мощность двигателя пропорциональна часовому расходу

топлива и эффективному к. п. д. Необходимость использова­ ния графиков для определения мощности вызвана тем, что

эффективный к. п. д. дизеля изменяется в широких преде­

лах в зависимости от числа оборотов и от часового расхода

топлива. Вид графических зависимостей N ft=f(&T,nA)

дан на рис. 4.15 и рис. 4.16.

Точность определения мощности дизеля по данному спо­

собу зависит от точности измерения часового расхода топ­ лива, числа оборотов двигателя, а также от поддержания

неизменными условий, при которых определяются показатели,

необходимые для составления графиков. Во время определе­

ния мощности дизеля необходимо выполнение следующих тре­

бований:

а) внешние условия должны соответствовать техниче­ ским требованиям для данного двигателя;

б) двигатель должен быть исправным, его износ не должен выходить за допустимые пределы;

в) режим работы дизеля должен быть установившимся; г) показания контрольно-измерительных приборов долж­

ны быть в пределах значений, рекомендованных инструкцией по эксплуатации’двигателя;

д) топливо и смазочное масло должны удовлетворять

техническим требованиям для данного двигателя.

Измерение мощности двигателя производится в следующей

последовательности.

Устанавливается режим работы, на котором должна быть измерена мощность. После стабилизации режима работы произ­

водится измерение часового расхода топлива и числа оборо-

124

.£?<§> -Л©

126