Стенд для испытания дизеля

(51)4 С 01 Г 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 15.11.85. Бюл. 9 42 (72) А.Н. Борисенко, В.Н. Соболь, В.Н. Зайончковский и Е.Г. Заславский (53) 621.436.001.5(088.8) (56) Симсон А.С. и др. Испытаниятепловозных и судовых дизелей типа Д 100. М.: Машгиз, 1981, с. 15-20.Авторское свидетельство СССР В 1020767, кл. С О М 15/00, 1983.Авторское свидетельство СССР В 1021972, кл, С 01 М 15/00, 983, (54) (57) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДИЗЕЛЯ, содержащий генератор, блок задания возбуждения генератора, возбудитель, систему управления возбудителем, датчики тока и напряжения генератора, инвертор, блок задания мощности, делительное устройство, регулятор тока и систему управления инвертора, причем генератор связан с валом дизеля, обмотка возбуждения генератора подключена к возбудителю, блок задания возбуждения, система управления возбудителем и возбудитель соединены последовательно, входы датчиков тока генератора и напрягенератора со гом, входом ин бмоткой генера ния динены ертора ора, п тройст уг як с д ной вый елительного у в оеен с выходом да ка нап од рег ду дел ой - к ени атора, первыи подключен к в ляторательго устроиства, вт тчика тока генера выход а, а выхо ег уля ра тока чере инвер.тора синой последн систему упзан с управо выход кою, о тли что, с целью держания режи- Я дополнительлени ляющеиторогоч а юповыше инеи с се й с тем я точ аний,т ма испы но введ в стенд ны ференциатор, множство, масштабноелемент сравнения ельноевено,троду ключенные последо ательно междуи блоком зачем связь дифительным устрой ез первый вход. вход множительиком напряжен я мощности, и ани Ф нциатора с мн м выполнена чер еднего, второйустройства свяяжения, элемент о н с датчикомсравнения ног нап свя тельного ан с вторым входом троиства,1191 1Изобретение относится к машиностроению, в частности к дизелестрое 4 нию, и может быть использовано для испытания двигателей внутреннего сгорания. 5Цель изобретения - повышение точности поддержания режима.На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого стенда; на фиг. 2 - график изменений угловой частоты Я от времени й; на фиг. 3 - график изменения углового ускорения 1 С/ф от времени й.Стенд содержит блок 1 задания возбуждения генератора, систему 2 управления возбудителем и возбудитель 3, соединенные последовательно. Выход возбудителя 3 подключен к обмотке 4. возбуждения генератора 5, вал которого механически связан с валом испытуемого дизеля 6. Якорная обмотка генератора 5 соединена с входами датчика 7 напряжения генератора и датчика 8 тока генератора и инвертора 9, выход инвертора соединен 15 с сетью 10. 0 Выход датчика 8 тока генератора подключен к второму входу делительного устройства 11, входу дифференциатора 12 и первому входу множитель 30 ного устройства 13. Выход делитель- ного устройства 11 соединен с первым входом регулятора 14 тока, второй вход регулятора 14 токаподключен к выходу датчика 7 напряжения генера- З 5 тора, а выход регулятора тока через систему 15 управления связан с управляющей шиной ийвертора 9. Выход множительного устройства 13 подключен к входу масштабного звена 16, а выходф 0 масштабного звена 16 через диод 17 связан с вычитающим входом элемента 18 сравнения. Суммирующий вход элемента 18 сравнения соединен с блоком 19 задания мощности, а выход элемен та подключен к первому входу делитель ного устройства 11.Стенд работает следующим образом.Подача задающего сигнала от блока 1 задания возбуждения на вход системы 2 управления возбудителем 3 приво дит к протеканию в обмотке 4 возбуждения генератора 5, При заданной величине частоты вращения дизеля 6 зто приводит к появлению напряжения на якорной обмотке генератора 5, величина которого определяется по известной формуле 773 2У=К 1 (1) где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий параметрыгенератора;1 в - ток возбуждения;И - угловая скорость вала генератора.При появлении сигнала на выходе блока 19 задания мощности возникаетсигнал на выходе элемента 18 сравнения и, следовательно, на первом входе делительного устройства 11. Поскольку генератор 5 вырабатывает напряжение, то на выходе датчика.7 напряжения генератора действует сигнал, поступающий на второй вход делительного устройства 11. Последнее формирует сигнал, равный отношению задания мощности к напряжению генератора и поступающий на первый вход регулятора 14 тока, вызывает появление напряжения на управляющейшине инвертора 9 и, как следствие, протекание тока нагрузки генератора 5 через инвертор 9 в сеть 10. Пос. -леднее приводит к появлению сигнала на выходе датчика 8 тока генератора и на втором входе регулятора 14 тока. Так как этот сигнал вычитается, из сигнала на первом входе в регуляторе 14 тока, то возникновение тока нагрузки генератора приводит к снижению выходного напряжения этого регулятора, уменьшению выходного сигнала системы 15 управления и снижению тока нагрузки генератора 5. Вследствие этого выходной сигнал датчика тока генератора уменьшается, а напряжение на выходе системы,15управления и управляющей шине инвертора 9 возрастает, вызывая увеличение тока нагрузки генератора 5.Ток нагрузки растет до тех пор, пока выходной сигнал датчика 7 не станет бесконечно близок к выходному сигналу делительного устройства 11.Описанные процессы прекращаются тогда, когда наступает состояние равновесия, при котором величина мощности на валу дизеля 6 (произведение напряжения генератора 5 на ток нагрузки) соответствует величине выходного сигнала элемента 18 сравнения, Поскольку в рассмотренном случае угловая скорость дизеля постоянна, то постоянно и напряжение генератора, производная этого напряжения.где КвКвКК 1 чи звена 16 з 1 191773 4равна нулю, вследствие чего выход- тора вначале также растет, вызываяной сигнал дифференциатора 12 равен увеличение сигнала датчика 8 тока,нулю, напряжение на выходе множитель- снижение напряжения на выходе регуного устройства 13 равно нулю (по- лятора 14 тока и уменьшение сигналаскольку на его втором входе сигнал 5 на управляющей шине инвертора 9.чнулевои) р сигнал на выходе масштаб- Последнее приводит к снижению токаного звена 16 равен нулю, диод 17 нагрузки генератора и установлениюзакрыт и на вычитающий вход элемента его величины на таком уровне, присигнал не поступает. Благодаря18 котором его произведение на напряпоследнему сигнал на выходе элемен жение генератора совпадает с задата 18 сравнения равен сигналу кием мощности.блока 19 задания мощности, а величи- В описанных случаях работа предна мощности дизеля 6, совпадающая лагаемого станда ничем не отличаетсяв данном случае с- мощностью генера- от работы стенда-прототипа.тора 5, соответствует заданному 5 Рассмотрим работу стенда призначению. увеличении частоты вращения дизеляПри изменении задания мощности, 6 и постоянном задании мощности инапример при его увеличении, воэ- напряжения сети.растают выходные напряжения эле- Так как ток возбуждения генератомента 18 сравнения, делительного р ра 5 задается с помощью блока 1 эаустройства 11, регулятора 14 тока дания возбуждения и не зависит оти системы 15 управления, в резуль- частоты вращения генератора, то уветате чего ток нагрузки генератора личение частоты вращения приводит к5, протекающий через инвертор 9 в росту напряжения генератора соглассеть 10, возрастает, вызывая увеличе д но формуле (1) и увеличению выходноние сигнала датчика 8 тока генера- го сигнала датчика 7 напряжения гетора. Последнее приводит к некото- нератора, поступающего на второйрому уменьшению выходного напряже- вход делительного устройства 11,ния регулятора 14 тока и в конеч- вход дифференциатора 12 и первыйном счете уменьшению тока нагруз- ЗО вход множительного устройства 3,ки генератора, что в свою очередь На выходе дифференциатора 12 и втовызывает уменьшение сигнала датчика ром входе множительного устройства8, увеличение выходного напряжения действует сигнал, равный производнойрегулятора 14 тока, возрастание выходного напряжения датчика 7тока нагрузки и т.ц. Процесс изме- Йцт Й(КК 1 и) йненни тока нагрузки и всех остань- "З К ак ик утуз(2)Д Эных сигналов на входах и выходах где Ж - дифференциа веренциал времени;элементов стенда прекращается тог- К - коэффициенТ пр б- коэффициенТ преобразованияда, когда наступает состояние рав- датчика 7 (отношение выновесия, при котором мощность на ходного сигнала датчикавалу дизеля 6 (равная мощности к напряжению генератора 5).генератора 5 и произведению тока В соответствии с этим выходнойгенератора на напряжение генерато" сигнал множительного устройства 13ра) соответствует выходному сигналу . определяется выражениемэлемента 18 сравнения и (посколькучастота вращениянеизменна) сигналу 0 нО 0 нКК 1 СИК 1 " :К К45 ,у,. ,%7 а в тв - вблока 19 задания мощности.,1=вПоскольку в рассматриваемомМасштабное звено 16 передает полустенде электрическая мощность выченный сигнал на диод 17, которыйрабатывяемая генерятором 5 Отдяет 50 пропУскает тОлькО положит льнУюся в сеть через инвертор 9 (причемчасть сигнала и не пропускает отри- напряжение сети ниже напряжения Нательную часть. Выходной сигнал генератора), то изменение напряже- масштабного звена равенния сети является возмущением, на- ПК К К 1 У - =3 ууК К -й 2 г дд(4)рушающим равновесие системы, Так,55при снижении напряжения сети разность между напряжением генератора- коэффициент передаи сети растет, ток нагрузки генера"о 911 т "з в 31 Х 1 в где К - коэффициент преобразоваЬния датчика 8 тока генератора.Найдем электрическую мощностьгенератора 5, которая передается спомощью инвертора 9 в сеть 10, сучетом формул (.11 и (7)Ы9 о Я КрКвр8 17 К 8 СИ При ускорении вращения двигателявнутреннего сгорания, приводящегогенератор, мощность дизеля определяется по формуле В рассматриваемом случае частота вращения дизеля нарастает, вследствие чего правая часть выражения (4 ) положительна, напряжение 01 в положи- тельно и проходит через диод 17 на вычитающий вход элемента 18 сравнения, в связи с чем выходной сигнал этого элемента оказывается равнымЙЯ18 119 11 И К 19 Р,11КгКВ (5) где Р " задание мощности, вырабатываемое блоком 19;К - коэффициент преобразованияблока 19.При этом во время повышения частоты вращения дизеля 6 на выходе делительного устройства 11 присутсте вует сигналУж Щ дцКкщц ККьвеличина которого меньше, чем в исходном установившемся режиме потому, что знаменатель стал больше из"за увеличения угловой скорости, а также из-за появления положительной величины ЧОМУ/Йй в числителе формулы (6 ). Уменьшение сигнала на первом входе регулятора 14 приводит к уменьшению его выходного сигнала, снижению сигнала на управляющей шине инвертора 9 и в конечном сче" те к снижению тока нагрузки генератора аналогично тому, как было опи-саноПри этом ток нагрузки имеет величину такую, что выходной сигнал датчика 8 бесконечно близок выходному сигналу делительного устройства 11. Указанная величина оказывается равной3 я"РВ 1 1" К 1КВПрй выборе коэффициента преобразования блока 19 задания мощности, 1 О равного произведению коэффициентовпреобразования датчиков 7 и 8, т.е.при Кэ =К К, последнее выражениепринимает вйд(9) 15 к;Ке фВыражение (9) показывает, что припереходном режиме в процессе повышения частоты вращения дизеля 6его мощность совпадает с заданным 20 значением Ро, а мощность генератора 5, как видно из выражения (8),меньше задания в зависимости от момента инерции системы дизель-генератор, угловой скорости вала и про изводной этой скорости по времени.В стенде-прототипе учет составляющей цйцй 1 отсутствует, вследствиечего мощность генератора равнаРгРо, а мощность дизеля составляет З 0 величинуР щГ +16) -(10) фо Дт.е. больше задания. Следовательно,как видно из сравнения формул (9)и (10), при испытаниях дизеля на З 5 предлагаемом стенде точность поддержания требуемой мощности на еговалу в соответствии с сигналом блока9 задания мощности выше, чем прииспользовании стенда-прототипа, В 40 самом деле, отклонение мощности дизеля от заданного значения в первомслучае равно нулю, а во втором составляет цдч/ай. 45Поскольку на единицу мощностидизеля приходится определенное количество топлива, то при большей мощности на валу дизеля расходуемаяим масса топлива больше, чем при 50меньшей мощности, т.е. при испытаниях дизеля на известном стенде впроцессе повышения его частоть вращения расход топлива больше, чем прииспытаниях на предлагаемом стенде,По окончании переходного процесса при испытаниях дизеля на предлагаемом стенде и.установлении неизменной частоты вращениявследствие чего, как видно из формул (8) и.(9), Рг=Ро=Р, т.е. мощность дизеля равна моцности генератора 5 и совпадает с заданием мощности.В известном стенде обеспечивается равенство электрической мощности генератора и мощности, задаваемой блоком задания мощности. При появ ленин возмущений, нарушающих указанное равновесие, например при возрастании частоты вращения, возрастают в первый момент напряжение и ток якорной обмотки генератора, выход ные сигналы датчиков тока генератора и напряжения генератора тоже возрастают, сигнал на выходе дели- тельного устройства падает, в результате чего выходное напряжение регу лятора тока уменьшается. Последнее приводит в конечном счете к уменьшению тока, отдаваемого инвертором в сеть, и снижению тока якорной цепи генератора до такого уровня, 25 при котором произведение этого тока на напряжение якорной обмотки гене" ратора совпадает с заданием мощности. Однако мощность испытуемого двигателя совпадает с мощностью ге- З 0 нератора только в установившемся скоростном режиме, а в рассмотренном случае, хотя электрическая мощность генератора и совпадает с заданием, она остается меньше мощности двигателя, т.е. мощность на валу ДВС выше мощности генератора и, следовательно, больше задания мощ-. ности. Это объясняется тем, что при изменении частоты вращения в системе двигатель-генератор возникает динамический момент, определяемый согласно принципу Даламбера из урав-,ненияйягде 1 - момент инерции вращающихсямасс системы двигатель-генератор;М - вращающий момент двигателя,М - момент генератора.Если умножить обе части уравнения на угловую скоростью, получится соотношение мощностей в переходном режимесЛ 1 /ае=иМ - М,=Р -Р,Неучет составляющей ц 1 йя/Йй является причиной низкой точности поддержания мощности двигателя при изменении его частоты вращения во время испыта. ний. Поскольку при положительных ускорениях мощность двигателя повышается по сравнению с ее значением в установившемся режиме, то во время испытаний при повышении частоты вращения двигатель потребляет больше топлива, чем в установившемся режиме при той же мощности генератора) и экономичность испытаний оказывается низкой. Этот недостаток усугубляется при испытаниях дизеля с газотурбинным,наддувом, так как возрастающая 1 вследствие роста мощности дизеля) масса подаваемого в цилиндры топлива сгорает неудовлетворительно в связи с дефицитом наддувочного воздуха, обусловленным значительной инер ционностью турбокомпрессора. Вследствие этого для получения требуемой мощности дизеля подача топлива в его цилиндры, обеспечиваемая встроенным в него регулятором скорости, оказывается больше, чем для дизеля без надцува, а экономичность испытаний - еще ниже. Таким образом, по сравнению с иэвестным предлагаемый стенд обеспе,чивает более высокие точность поддержания мощности дизеля и экономичность его испытаний, так как при неизменном задании мощности мощность дизеля совпадает с заданием не только в установившемся скоростном режиме его работы, но и в переходном при повышении частоты вращения, а поскольку величина этой мощности меньше, чем при испытаниях на стенде-прото 1 типе, то расход топлива ниже, а экономичность испытаний выше.