Способ определения загрузки двигателя внутреннего сгорания

)5 60 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ олученные путем обраовых испытаний группы двигателей по вероятноким зависимостям с отибкой определения ной по формуле ских параметров, ботки данных стен новых однотипных стным математиче носительной ош мощности вычисле Чав где Ту - коз дента, а - к теплотехн Чавах ма ции основн раметров,фициент распличество иэмер вских парамеимальный коэй группы тепл деления Стьюемых основных ров двигателя, ффициент вариаехнических пам из- Р кривая 4; газов: на ОО С) игатебыть средго сго- за турбокомпрессор, кривые и 7ствующая последняя кривая поточно-: йт - частота вращения ро рай внут- прессора, кривая 5;гпр- положение рейки топливй гра- са или регуляторатепло- и другие параметры, нтроле функциональной зависимости от загрузки64 РН двигателя.Заявляемый способ определегруэки двигателя внутреннего сгоранован на том, что параметры рпроцесса двигателя, находящегося ватации, при работе его в условиях, анивая 2; ных испытаниям на стендесгора- приближенно туже величину, что и идовых испытаниях., соответ- ( 1 казана; : у турбокомного насо аходящиеся в ния зания осабочего зксплу- алогичимеют ри стенконструкции двйгатеметров могут входить.ния коленчатого вала,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРУЗКИДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Сущность изобретения: способ за ключается в измерении не менее трех основныхтеплотехнических параметров, находящихся в функциональной зависимости от загрузки двигателя, и их сравнения с эталоннымкомплексом, представляющим собой допустимые диапазоны значений теплотехничеИзобретение относится к способа мерения эффективной мощности дв лей внутреннего сгорания и может использовано для контроля загрузки них и мощных двигателей внутренне рания в эксплуатации. Цель изобретения - повышение сти определения загрузки двигателе реннего сгорания в эксплуатации,На чертеже представлен сводны фик допустимых значений основных технических параметров при кон эффективной мощности двигателя 52 И 72. В зависимости от ля в состав этих пара пв - частота в раще кривая 1; Рс - давление в конце сжатия, кр Раах - . максимальное давление ния, кривая 3;(2) Ха= Пд где ха - вариант выборки,ид - частота варианта.па = Г па - обьем выборки (общеечисло измерений в "Ь" сериях),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 вероятностей: теоремы Чебышева (закон больших чисел) и центральной предельной теоремы Ляпунова. Из теории вероятностей, также, известно, что при числеизмерений любого теплотехнического параметра равном 1012 закон его распределения можно считать несущественно отличающимся от нормального.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 нагружения25, 50, 75, 100, 110 от номинальной мощности), которые предусмотрены, например, ГОСТ 21792-76.Несмещенная оценка генеральной средней ха (математическое ожидание) каждого теплотехнического параметра группы из "Ь" двигателей определяется по формулеНесмешенная оценка генеральной средней дисперсии каждого теплотехнического параметра определяется по формуле(3) д (Р) = - Ь СГхд 30По полученным данным в табличнойформе или графически составляется эталонный комплекс допустимых диапазонов значений теплотехнических параметров.Далее проверяется соответствие погрешности определения загрузки двигателяпо эталонному комплексу требованиям, например, ГОСТ 21792-76.Для этого по известной математическойзависимости определяется коэффициент ва-риации Чд каждого теплотехнического пара- метра 45 Ч а=Ха Величины Чд для разных теплотехнических параметров неодинаковы, Если какая- либо величина Чд 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 величинаЧдвдх. Относительная ошибка определения загрузки или мощности двигателя определяется по формуле 1,Сравнивая полученные в эксплуатациитеплотехнические параметры двигателя с 5/сП 1 а (Хд Хд)Ждпа10где пд-Ь=1 - число степеней свободы.При определении доверйтельного интервала, характеризующего степень воспроизводимости результатов измерений для15 каждого теплотехнического параметра задаемся доверительной вероятностью,Р=0,95, достаточной для, практических це-лей,По величине доверительной вероятно 20 сти Р и числу степеней свободы 1 каждоготеплотехнического параметра по специальным математическим таблицам определяется коэффициент распределения Стьюдента,Значение предельной погрешности тепло 25 технических параметров на каждом основном режиме нагружения определяется поформуле1809350эталонным комплексом определяется за- нических параметров двигателя, Расходгрузка двигателя внутреннего сгорания (с топлива на траулерах этого типа замеритьотносительной ошибкой, вычисленной по нельзя, так как системы замера топлива наформуле 1). двигателях находятся в неработоспособномНа промежуточных режимах значения 5 состоянии. Для контроля загрузки двигатеинтерполируются. ля в начале составляется эталонный компЗаявляемый способ позволяет в про- лекс допустимых диапазонов значенийцессе 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 испытанийна основных режимах работы и не перегру- произвольной выборки из Ь=9 новых одноэить свыше допустимой величины двига- типных двигателей (заводские номераТель, Заявляемый способ обладает 11720003, 11740005, 11760005, 11770001,универсальностью, так как его можно при, 11770004, 11780002, 11780005,менить для любого среднего и мощного дви), смотри приложения - протоколыгетеля внутреннего сгорания, имеющего стендовых испытаний завода - изготовитефедства измерений для контроля не менее ля указанных двигателей. Обозначим тепло 3 любых теплотехнических параметров, на- технические параметры двигателякодящихся в Функциональной зависимости 20 следующим образом:бт загрузки двигателя, Заявляемый способ п=х 1 - частота вращения,обладает высокой надежностью, так как при Рс=х 2 - давление в конце сжатия,восходе из строя средства измерений како- Раах=хз - максимальное давление сгогб-либо теплотехнического параметра, при рания,достаточном их количестве (как правило 25 Ры=х 4 - давление наддувочного возду-,б,9), им можно пользоваться и дальше для ха после охлладителя,контроля загрузки двигателя, что невозмож- "п 1=-х 5 - частота вращения ротора турбоно сделать при использовании известных по компрессора,аналогам и прототипу способам определе- ц=х 6 - температура выпускных газов нания загрузки или эффективной мощности 30 выходеиз цилиндров,двигателя внутреннего. сгорания, тэ 1=х 7 - температура выпускных газовПризнаками, 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 параметра на основных режИ-мощности двигателя внутреннего сгорания 35 мах нагружения двигателя определяемявляется то, что после измерения основных Значения х, сгх, Е (Р) и Ч, Данные вычистеплотехнических параметров двигателя, лений с использованием ЭВМ занесены.внаходящегося 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 нельзя40ных стендовых испытаний группы новых точно рпределить %а для частоты вращеоднотипных двигателей. Особенность по- ния двигателя пд, то диапазон допустимъастроения эталонного комплекса позволяет значенийдля этой величиныустанавливаетопределить загрузку или эффективную мощ- ся +1 0 по ГОСТ 21792-76.ностьдвигателясзаданнойстепеньюточно- . По полученным данным ст я45полученным данным строится эта-,сти, что в свою очередь позволяет сделать лонный комплекс в форме сводного графикавывод 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 тивной мощности или загрузки двигателярактеристикам при его работе на режиме 6 ЧРН 52,5/72 (см. чертеж). При пост оенииноминальной мощности. графиков линии, ограничивающие диапазом. чертеж . ри построенийОсуществление заявляемого способа ны допустимых параметров, спрямлялисьпоясняется на примере определения за- известными способами.грузки в эксплуатации главного двигателя 55 Из табл. 1 видно что коэффици тыициенты ва 5, /7 (номинальной мощностью риации для разных теплотехнически а=у=16 0 кВт) посольно-свежьевого трау- метров не одинаковы, Коэффициент:.лера типа "Баренцово море". вариации давления наддувочного воздухаШтатные средства измерений позволя-,сильно отличается й сторону увеличения отют контролировать а=7 основных теплотехосновной группы параметров, поэтому для повышения точности определения загрузкидвигателя этот параметр был исключен издальнейшего рассмотрения. По формуле 1 определяем относительную ошибку определения загрузки или эффективной мощностидвигателя по эталонному комплексу на Основных режимах нагружения. Данные вычислений заносятся в табл. 2, В табл. 2приведены относительные ошибки определения загрузки двигателя 6 ЧРН 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 тивную мощность), двигателя 6 Ч РН 52,5/72 на режимах 50,110 с от номинальной мощности в эксплуатации в соответствии с требованиями ГОСТ 21792-76.Рассмотрим на конкретном примере 25как пользоваться эталонным комплексомдвигателя 6 Ч РН 52 5/72 (см, чертеж). Определить загрузку двигателя, если при его работе в эксплуатации были зафиксированы следующие основные теплотехнические па раметры: по=230 мин, Рс=3,43 МПа (согласно инструкции по эксплуатации двигателя этот параметр контролируется только на режиме 75% от номинальной мощности), Рвах=5,85 МПа, птср=11850 35 мин 1, 1 вср=377,5 С, 1 в 1 ср=452,5 С.Сравнение этих значений теплотехнических параметров со средними величинами диапазонов допустимых значений (см чертеж) показывает, что двигатель 6 ЧРН 40 52,5/72 загружен на 100 й 4,5; номинальной мощности.Использование заявляемого способа Озволяет повысить точность определения 45 загрузки двигателя в эксплуатации при помощи имеющихся в его конструкции штатных средств измерений основных теплотехнических параметров. Способ обладает универсальностью, так как приме 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 изобретенияСпособ 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 эталоНнцм комплексом показателей, со- ставленным по результатам стендовых ис-, пытаний двигателя, и по результатам сравнения оценивают величину загрузки двигателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в процессе экс- плуатации измеряют одновременно не ме- нее трех теплотехнических параметров, а эталонный комплекс показателей составляют по 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 данных стендовых испытаний однотипных двигателей по вероятностным математическим зависимостям, а относительную ошибку определения мощности вычисляют по формулеащах, 1 ОО о Ч- У / -а где ту - коэффициент распределений Стьюдента;а - количество измеряемых основных теплотехнических параметров.Чаеах - максимальный коэффициент вариации основной группы теплотехнических параметров., КПа 28785335,27 452,27 441,82 4 Й 77 516 25 50 пт, мин 33 16,20 15,83 16,42 18 80 20,73 18,35 22,65 :25,08 27 94 4.1 37 оЬ 1 56 йца Рс МПа Ром, МПа 100 110 25 7500.10 25 50 75 100 75 100 110 3,5958,9,915619,613335,3530 4877,7 6841,6 9008,3 11195,8 11952,7 210,50 281,14 313,73 356,26 376 11 221,94 314,03 386,11 455,44 480 14 1809350 0,3 0,2 69 908848632 32 32 32 32 0,9609 0,1945 0,0893 0,1039 0,0977 0,0529 0,0490 0,0502 0,0395 0,0360 0,0835 0,0576 0,0505 0,0460 0,0500 0,0934 0,0584 0,0587 0,0551 0,0582/ р Составитель В,ЗолотовТехред М.Моргентал Корректор О,Кравцо акто роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 1282Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5