Способ определения загрузки двигателя внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: способ заключается в измерении не менее трех основных теплотехнических параметров, находящихся в функциональной зависимости от загрузки двигателя, и их сравнения с эталонным комплексом, представляющим собой допустимые Диапазоны значений теплотехнических параметров, полученные путем обработки данных стендовых испытаний группы новых однотипных двигателей по вероятностным математическим зависимостям с относительной ошибкой определения мощности вычисленной по формуле (5y ±ty Vatnax 100%, где ty - коэффициент распределения Стьюдента, а - количество измеряемых основных теплотехнических параметров двигателя, Vamax - максимальный коэффициент вариации основной группы теплотехнических параметров . 1 ил. ел

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 М 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Д„= + т„- "® - 100 %. агавах .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (2l) 4863768/06 (22) 04.09.90 (46) 15,04,93, Бюл. М 14 (75) В,А. Амахин (56) Гогин А.Ф. Судовые дизели. М., Транспорт, 1988, с. 410-421. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРУЗКИ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Сущность изобретения: способ за ключается в измерении не менее трех основных теплотехнических параметров, находящихся в функциональной зависимости от загрузки двигателя, и их сравнения с эталонным комплексом, представляющим собой допу, стимые диапазоны значений теплотехничеИзобретение относится к способам измерения эффективной мощности двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для контроля загрузки средних и мощных двигателей внутреннего сгорания в эксплуатации.

Цель изобретения — повышение точно» сти определения загрузки двигателей внутреннего сгорания в эксплуатации.

На чертеже представлен сводный график допустимых значений основных теплотехнических параметров при контроле эффективной мощности двигателя 64РН

52,5/72, В зависимости от конструкции двйгателя s состав этих параметров могут входить . п — частота в ращения коленчатого вала, кривая 1;

Р— давление в конце сжатия. кривая 2;

Р®х — максимальное давление сгорания, кривая 3;

„„ЯЦ„„1809350 А1 ских параметров, полученные путем обработки данных стендовых испытаний группы новых однотипных двигателей по вероятностным математическим зависимостям с относительной ошибкой определения мощности вычисленной по формуле где t> — коэффициент распределения Стьюдента, а — количество измеряемых основных теплотехнических параметров двигателя, Varnax — максимальный коэффициент вариа- ф ции основной группы теплотехнических параметров. 1 ил, Г

Ма

Р м — давление наддувочного воздуха, кривая 4; ОО

tg, tgt и tg2 — температура выпускных, газов: на выходе из цилиндров, на входе й. К 1 за турбокомпрессор, кривые 6 и 7, соответ- (Ъ ствующая последняя кривая не показана;: (у

nr — частота вращения ротора турбокомпрессора, кривая 5;

mp- положение рейки топливного насо са или регулятора и другие параметры, находящиеся в функциональной зависимости от загрузки двигателя.

Заявляемый способ определения загрузки двигателя внутреннего сгорания основан на том, что параметры рабочего процесса двигателя, находящегося в эксплуатации, при работе его в условиях, аналогичных испытаниям на стенде имеют приближенно туже величину, что и при стендовых испытаниях.

1809350

Точное определение загрузки двигателя внутреннего сгорания (в пределах заданной погрешности измерений) имеет важное значение в процессе его эксплуатации, в том числе, при проведении обкатки и испытаний двигателя после ремонта, чтобы. обеспечить плавное нагружение на основных режимах работы и не перегрузить свыше допустимой величины двигатель. Нарушение этих требований приводит к преждевременной выработке ресурса или аварии двигателя.

Распределение погрешностей измерений независимых по вероятности (отличать от других видов зависимостей, например, функциональных) теплотехнических параметров двигателя внутреннего сгорания имеет приближенно нормальное распределение. Это следует из расщотрения предельных теорем теории 4;Йроятностей: теоремы Чебышева (закон больших чисел) и центральной предельной теоремы Ляпунова. Из теории вероятностей, также, известно, что при числе измерений любого теплотехнического параметра равном

10...12 закон его распределения можно считать несущественно отличающимся от нормальногоо.

Для составления эталонного комплекса поданным стендовых испытаний группы новых однотипных двигателей, вначале, по известным математическим зависимостям определяются: несмешенные оценки генеральной средней (математическое ожидание) и генеральной дисперсии, значения предельной погрешности с заданной доверительной вероятностью каждого теплотехнического параметра ха двигателя на основных режимах нагружения (7;) 25, 50, 75, 100, 110 от номинальной мощности), которые предусмотрены, например, ГОСТ

21792-76.

Несмешенная оценка генеральной средней хд (математическое ожидание) каждого теплотехнического параметра группы из "b" двигателей определяется по формуле

Nal Хд!

1=1 (2)

Ха=

Пд где xa — вариант выборки, mal — частота варианта.

k па =, па) - обьем выборки (общее

1=1 число измерений в "о" сериях), Несмешенная оценка генеральной средней дисперсии каждого теплотехнического параметра определяется по формуле (3) Q(p) = 1a&a

По полученным данным в табличной форме или графически составляется эталонный комплекс допустимых диапазонов значений теплотехнических параметров.

Далее проверяется соответствие погрешности определения загрузки двигателя по эталонному комплексу требованиям, например, ГОСТ 21792-76.

Для этого по известной математической. зависимости определяется коэффициент ва- риации Va каждого теплотехнического параметра

Ч а= ха

Величины Va для разных теплотехнических параметров неодинаковы, Если какаялибо величина Va сильно отличается в сторону увеличения от основной группы, то ее необходимо исключить из дальнейшего анализа, чтобы повысить точность определения загрузки двигателя. Из основной

55 группы выбирается наибольшая величина

Vamax. Относительная ошибка определения загрузки или мощности двигателя определяется по формуле 1, Сравнивая полученные в эксплуатации теплотехнические параметры двигателя с

v/

П1д1 (Хд! Ха)

1=1

%(д е па

10 где na-b=f — число степеней свободы.

При определении доверйтельного интервала, характеризующего степень воспроизводимости результатов измерений для

15 каждого теплотехнического параметра задаемся доверительной вероятностью:

Р=0,95, достаточной для. практических це- лей, По величине доверительной вероятно20 сти P и числу степеней свободы f каждого теплотехнического параметра по специальным математическим таблицам определяется коэффициент распределения Стьюдента.

Значение предельной погрешности тепло25 технических параметров на каждом основном режиме нагружения определяется rto формуле

1809350 эталонным комплексом определяется за- нических параметров двигателя. Расход грузка двигателя внутреннего сгорания (с топлива на траулерах этого типа замерить относительной ошибкой, вычисленной по нельзя, так как системы замера топлива на формуле 1). двигателях находятся в неработоспособном

На промежуточных режимах значения 5 состоянии. Для контроля загрузки двигатеинтерполируются. ля в начале составляется эталонный компЗаявляемый способ позволяет в про- лекс допустимых диапазонов значений цессе эксплуатации, в том числе, при прове- теплотехнических параметров. Для составдении обкатки и испытаний двигателя после ления эталонного комплекса использоваремонта, обеспечить плавное нагружение 10 лись данные стендовых испытаний на основных режимах работы и не перегру- произвольной выборки из b=9 новых одноэить свыше допустимой величины двига- типных двигателей (заводские номера тель, Заявляемый способ обладает 11720003, 11740005, 11760005. 11770001, универсальностью, так как его можно при- 11770002, 11770004, 11780002. 11780005, вменить для любого среднего и мощного дви- 11800015), смотри приложения — протоколы гетеля внутреннего сгорания, имеющего стендовых испытаний завода — изготовитефедства измерений для контроля не менее ля указанных двигателей. Обозначим тепло3 любых теплотехнических параметров, на- технические параметры двигателя кодящихся в функциональной зависимости 20 следующим образом: бт загрузки двигателя, Заявляемый способ Ad=x1 — частота вращения, обладает высокой надежностью, так как при Рс=х2 — давление в конце сжатия, щходе из строя средства измерений како- Рщ хз максимальное давление сгогО-либо теплотехнического параметра, при рания, достаточном их количестве (как правило 25 Р п =х4 — давление наддувочного возду-, 6.„9), им можно пользоваться и дальше для ха после охлэдителя, контроля загрузки двигателя, что невозмож- . " п1=-х5 — частота вращения ротора турбоно сделать при использовании известных по компрессора, аналогам и прототипу способам определе-. ц=хэ — температура выпускных газов на ния загрузки или эффективной мощности 30 выходеиз цилиндров, двигателя внутреннего сгорания.. Тц1=х7 — температура выпускных газов:

Признаками, отличающими заявляемое на входе в турбокомпрессор. решение от прототипа и известных спосо- По формулам 2,3,4,5 для каждого тепло-, бов определения загрузки или эффективной технического fle peMef pe на основных режи- мощности двигателя внутреннего сгорания ® мах нагружения двигателя определяем является то, что после измерения основных значения х, ст, 8 (Р) и V . Данные вычистеплотехнических параметров двигателя, лений с использованием 33М занесены b находящегося в эксплуатации, производят табл, 1. их сравнение с эталонным комплексом, по- Ввиду того, что по протоколам стендостроенным по результатам обработки дан- вых испытаний новых двигателей нельзя

40. ных стендовых испытаний группы новых точно определить с для частоты вращЕоднотипных двигателей. Особенность по- ния двигателя п, то диапазон допустимых строения эталонного комплекса позволяет значенийдля этой величиныустанавливаетопределить загрузку или эффективную мощ-: ся ++1 ф по ГОСТ 21792-76. ностьдвигателясзаданнойстепеньюточно- . - По полученным данным строится эта-, 45 сти, что в свою очередь позволяет сделать hoHHbtA комплекс в форме сводного графикэ вывод о соответствии загрузки двигателя допустимых значений основных теплотех-: заданному режиму его работы, в том числе нических параметров при контроле эффек- ; . о соответствии двигателя паспортным ха- 50 тивной мощности или загрузки двигателя . рактеристикам при его работе íà режиме 6ЧРН 52,5/72 (см. чертеж). При построен и

Оминальнои мОщнОсти. графиков линии, Ограничивающие диапазоОсуществление заявляемого способа ны допустимых параметров, спрямлялись| поясняется На примере определения за- известными способами. грузки в эксплуатации главного двигателя 55 Из табл. 1 видно, что коэффициенты ва6ЧРН 52.5/72 (номинальной мощностью риациидля разныхтеплотехнич ски а а =у= 620 кВТ) посольно-свежьевого трау- метров не одинаковы, Коэффициент:. лера типа "Баренцово море". вариации давления наддувочного воздуха

Штатные средства измерений позволя-,сильно отличается в сторону увеличения От ют контролировать а=7 основных теплотех1809350 основной группы параметров, поэтому для повышения точности определения загрузки двигателя этот параметр был исключен из дальнейшего рассмотрения. По формуле 1 определяем относительную ошибку определения загрузки или эффективной мощности двигателя по эталонному комплексу на основных режимах нагружения. Данные вычислений заносятся в табл. 2. В табл. 2 приведены относительные ошибки определения загрузки двигателя 6ЧРН 52,5/72 способом, приведенным в прототипе, и.способом 4, указанным в аналогах. Из табл. 2

10 видно, что заявляемый способ определения загрузки двигателя внутреннего сгорания по сравнению со способом, приведенным в прототипе, и способом 4 аналогов является наиболее точным. Только заявляемый способ позволяет определить загрузку (эффек- 20 тивную мощность), двигателя 6ЧPH 52,5/72. на режимах 50...110 от номинальной мощности в эксплуатации в соответствии с требованиями ГОСТ 21792-76.

Рассмотрим на конкретном примере 25 как пользоваться эталонным комплексом двигателя 6ЧPH 52,5/72 (см. чертеж). Определить загрузку двигателя, если при его работе в эксплуатации были зафиксированы следующие основные теплотехнические па- 30 раметры: nd=230 мин, Pc=3,43 МПа (соглас-1 но инструкции по эксплуатации двигателя этот параметр контролируется только на режиме 75 от номинальной мощности), Pmax=5,85 МПа, птср= 11860 35 мин 1, tgcp=377,5 С, tg1cp=452,5 С.

Сравнение этих значений теплотехнических параметров со средними величинами диапазонов допустимых значений (см. чертеж) показывает. что двигатель 6ЧРН 40

52,5/72 загружен на 100й4,5% номинальной мощности.

Использование заявляемого способа озволяет повысить точность определения „ загрузки двигателя в эксплуатации при помощи имеющихся в его конструкции штатных средств измерений основных теплотехнических параметров. Способ обладает универсальностью, так как приме- 50 ним для контроля загрузки средних и мощных двигателей различных конструкций. Способ обладает высокой надежно- стью, так как при выходе из строя средства измерений какого-либо основного теплотехнического параметра им можно и дальше пользоваться для контроля загрузки двигателя, что невозможно сделать при использовании известных способов определения эффективной мощности двигателей внутреннего сгорания.

Формула изобретения

Способ определения загрузки двигате- ля внутреннего сгорания, при котором на работающем двигателе измеряют его основные теплотехнические параметры, находя- щиеся в функциональной зависимости от. режима работы двигателя, сравнивают пол- . ученные в результате измерений параметры с эталонным комплексом показателей, со- ставленным по результатам стендовых ис-, пытаний двигателя, и по результатам сравнения оценивают величину загрузки двигателя, отличающийся тем, что, cl целью повышения точности, в процессе экс- плуатации измеряют одновременно не ме- нее трех теплотехнических параметров, а эталонный комплекс показателей составляют йо результатам испытаний серии однотипных двигателей, результаты испытаний представляют в виде допустимых диапазонов теплотехнических параметров для каждого режима работы серии двигателей, указанные диапазоны назначают путем обработки даннйх стендовых испытаний однотипных двигателей по вероятностным математическим зависимостям, а относительную ошибку определения мощности вычисляют по формуле

>m>x . 10O о(Ч вЂ” i а где tY — коэффициент распределения Стьюдента; а — количество измеряемых основных теплотехнических параметров.

Чааах — максимальный коэффициент вариации основной группы теплотехнических параметров.

1809350 О. Таблица 1

Продолжение таблицы 1

0,0282

0 0973

019

3,4484

Рс МПа

0,33

0,27

0,0283

0,0221

5,8236

6,0322

0,1650

0,1332

110

Pm, МПа

3,4554 .

1,9289

1,7507

3,4243

4,6973

Р!пг КПЭ

267.85

335,27

452,27

441,82

429- Й

0,0529

0,0490

0,0502

0,0395

0,0360 пт мин

0,0835

0,0576

0,0505

0,0460

0,0500

g, c

0,0934

0,0584

0,0587

0,0551

0,0582

tg1, С. 25

»О

110

»О

110

3,5958, 9,9156

19,6133

35,3530

41,6238

4877,78

6841,67

9008,33

»195,83

11952,78

210,50 . 281,14

313,73

356,26

376 11

221,94

314,03

386,11

455,44

480 14

38

16,20

15,83

16,42

18 80

20,73

18,35

22,65

: 25,08

27 94

6,9

3,8

3,5

6;8

8,1

516

904

884

860

32

32

32

32

4.1

37

Таблица 2

0,9609

0,1945

0,0893

0,1039

0,0977

1ьо9350 (31 C

Лт Ф/ ì.

1."000 jtj78 РД7

00

Ж00 я Рлих Ят

Я00 C C, Oi7g

20 Р

4000 аЯ юЯ лФ

Составитель В.Золотов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор О,Кравцова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1282 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5