SILNIKI SPALINOWE

LABORATORIUM

Ćwiczenie nr. 3

Indykowanie silnika L22

Remigiusz Drywa

Gr.1

1. Wstęp teoretyczny

Indykowanie jest to pomiar szybkozmiennego ciśnienia p_cw cylindrze silnika w funkcji czasu lub kąta obrotu wału korbowego. Uzyskany w ten sposób wykres zależności p_c od kąta OWK lub objętości cylindra nazywamy wykresem indykatorowym.

Urządzenia do pomiaru ciśnień szybkozmiennych w cylindrze silnika spalinowego, zwane także indykatorami, można podzielić na następujące rodzaje:

- Indykatory mechaniczne: stosowane były już w pracach nad pierwszymi silni­kami spalinowymi oraz w bada­niach późniejszych nad silnikami wolno- i średnioobrotowymi. Indykatory te skła­dały się z cylinderka i współpracującego z nim tłoczka, na który działa ciśnienie przepuszczane z cylindra silnika przez zawór odcinający. Ruch tłoczka ściskającego sprężynę śrubową powoduje ruch ramienia zakończonego rysikiem przesuwającym się po papierze woskowym umieszczonym na obrotowym walcu. Obrót walca jest wywoływany za pomocą linki od wału korbowego. W ten sposób tworzony jest zamknięty wykres zależności ciśnienia od przemieszczenia tłoka. Na­pięcie wstępne i sztywność sprężyny oraz średnica tłoczka musiały być dobierane indywidualnie do przewidywa­nego zakresu mierzonych ci­śnień.

- Indykatory optyczne są niejako odmianą indykatorów mechanicznych, wyposażone są w lusterko, którego odchylenie jest wywoływane ruchem membrany poddanej działaniu ciśnienia z cylindra silnika. Odbity przez lusterko promień świetlny, padając na błonę fotograficzną lub papier światło­czuły, zostaje utrwalony jako odwzorowanie zmian ciśnienia pod membraną, a moż­liwa znaczna odległość między lusterkiem a światłoczułym nośnikiem pozwalała na zwiększenie czułości pomiarów. Mniejsza bezwładność ruchomych części w porów­naniu do indykatorów mechanicznych umożliwiała poszerzenie zakresu ich zastosowania. Zostały one jednak zastąpione przez szybko rozwijające się w tym czasie indykatory elektryczne o istotnie lepszych właściwościach użytkowych.

- Indykatory elektryczne wykorzystują zasadę wytwa­rzania sygnału elektrycznego proporcjonalnego do ciśnienia działającego na element wykonawczy przetwornika ciśnie­nia. Sygnał ten jest poddawany wzmocnieniu, a następnie przesyłany do urządzenia rejestrującego.

Układy indykatorów elektrycznych, jako jedyne speł­niające wysokie wymagania dotyczące dokładności, powta­rzalności i uniwersalności pomiarów, są obecnie powszech­nie stosowane w praktyce badań silnikowych. Cechują się one dużą czułością, szerokim pasmem przenoszenia często­tliwości, możliwością dokonywania pomiarów z dużej odle­głości, a także możliwością znacznego zminiaturyzowania przetworników ciśnienia.

INDYKATOR MECHANICZNY:

1 - nakrętka mocująca indykator na króćcu indykatorowym

2 - otwór dopływający

3 - tulejka cylinderka

4 - tłoczek

5 - trzpień

6 - kadłub

7 - sprężyna indykatora

8 - przekładnia dźwigniowa

9 - bęben obrotowy

10 - sprężyna bębna

11- rolka linki napędu bębna

14 - ramię rysika,

Planimetr - przyrząd mechaniczny lub elektroniczny do wyznaczania pola powierzchni figur płaskich.

Planimetr jest to przyrząd składający się z dwóch ramion: biegunowego i wodzącego. Ramię wodzące posiada na jednym końcu wodzik a na drugim kółko całkujące. Ramię biegunowe przymocowane jest do obciążnika stojącego na igłach, dzięki czemu nie przemieszcza się on po mapie.

Pomiar wykonuje się przez ustawienie nieruchomo części instrumentu z kółkiem całkującym na zewnątrz mierzonego pola i oprowadzenie wodzika po obwodzie tego pola zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Odczytu dokonuje się z tarczy poziomej, bębna oraz noniusza.

2.Przebieg ćwiczenia:

Przygotowanie indykatora do pomiaru:

1. Przed przystąpieniem zamontowania indykatora mechanicznego należy sprawdzić czy zamontowana sprężyna będzie odpowiednia do dokonywania pomiarów.

2. Trzeba zamontować na bębnie specjalną karkę pokrytą kredą, na której będą rysowane wykresy specjalną igłą (przy zakładaniu należy uważać aby kartka nie była luźna, gdyż może dojść do zerwania)

3. Po zamontowaniu kartki należy docisnąć igłę do bębna i pociągnąć za linkę, tak aby na karcie powstała linia odniesienia wykresu, który powstanie.

Przystąpienie do pomiaru:

1. Przed zamontowaniem indykatora należy odkręcić kurek indykatorowy w celu przepłukanie i usunięcia z niego zanieczyszczeń

2. Następnie należy zamontować urządzenie na kurku i dokręcić go specjalnym kluczem.

3. Należy ustalić długość linki i zamocować na niej haczyk.

4. Wczepić haczyk na element, który wykonuje ruch posuwisto-zwrotny.

5. Odkręcić kurek indykatora do końca.

6. Przytknąć zdecydowanym ruchem igłę do bębna indykatora mechanicznego (ok. 0,4 sekundy)

7. Odczepić haczyk i wykonać wykres słupkowy poprzez ponowne dociśnięcie igły do bębna.

8. Zakręcić kurek i odkręcić indykator mechaniczny (UWAGA!!! Indykator jest nagrzany więc demontaż należy wykonać w rękawicach ochronnych)

9. Zdjąć kartę pomiarową z bębna indykatora

10. Dokonane planimetrowanie otrzymanego wykresu poprzez obwodzenie jego obwodu 3-krotnie i podzielenie otrzymanej wartości przez 3.

3. Dane

D = 0,22 m

S = 0,35 m

nn = 600 obr/min

Nn = 100 KM = 73,6 kW

V = 13300 cm³ = 0,01333 m³

H/d = 1,591

4. Obliczenia

Średnie ciśnienie indykowane P_i

$$P_{i} = \frac{F_{i}}{f*l}$$

$$P_{i} = \frac{495}{1*75} = 5,82\text{bar} = 589,71\ k\text{Pa}$$

f = 1 mm/bar - skala sprężyny indykatora

Moc indykowana

$$N_{i} = \frac{P_{i}*V_{s}*i*n}{60*\tau}$$

$$N_{i} = \frac{0,5897*10^{6}*0,0133*1*229,8}{60*1} = 30038,73\ W = 30,039\ \text{kW}$$

τ – współczynnik ilości obrotów wału korbowego na cykl pracy =1

P_i – średnie ciśnienie indykowane [Pa]

i-liczba tłoków

Moc użyteczna

N_e = N_i * η_m

N_e=30,039*0,8 = 24,03 KW

η_m - sprawność mechaniczna (0,8 dla silnika L22)

Moment obrotowy

$\omega = \frac{2\Pi n}{60}$ = $\frac{2*3,14*229,8\ \lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack}{60}$ = 24,064 [ $\frac{\text{rad}}{s}$]

M_o = $\frac{N_{e}}{\omega}$ = $\frac{24,03\lbrack\text{kW}\rbrack}{23,94\ \lbrack\ \frac{\text{rad}}{s}\rbrack}$ = 0,9985 [kNm]

ω - obroty w [rad/s] ω=2πn/60

5.Wnioski

Przeprowadzony pomiar indykatorem mechanicznym można uznać za dobry. Ewentualne błędy jakie mogły wystąpić mogły być spowodowane niedokładnym ruchem planimetru, ponieważ jego działanie opiera się na obrysowaniu zarysu otrzymanego wykresu.

Wynik końcowy który otrzymałem jest w bardzo małym stopni przybliżony do wykresu z pomiaru sondy indykowania elektrycznego.

Remigiusz Drywa