Laboratorium techniki cieplnej.
Pomiar mocy indukowanej.
im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich
w Bydgoszczy
Wydział Mechaniczny
Laboratorium Techniki Cieplnej.
Temat: Pomiar mocy indykowanej.
Rafał Sygit
Mariusz Stojak
Studium: mgr
Rok 1999/2000
1. CEL ĆWICZENIA:
1.1 Zapoznanie się z budową i zasadą działania najczęściej stosowanych indykatorów.
1.2 Zapoznanie się z budową, zasadą działania i sposobem pomiaru (powierzchni figur o dowolnym kształcie) za pomocą planimetru biegunowego.
1.3 Opanowanie techniki pomiaru za pomocą indykatora.
1.4 Obliczenie rzeczywistej mocy rozwijanej wewnątrz badanego cylindra (tzw. mocy indykowanej, wewnętrznej).
2.WPROWADZENIE:
Indykatory przeznaczone są do rejestracji zmian ciśnienia w funkcji czasu, kąta obrotu wału lub położenia tłoka, przyrządy te służą głównie do określenia mocy , ale także do oceny przebiegów wielkości charakterystycznych , rzeczywistych w urządzeniach cieplnych. Teoretyczne obiegi termodynamiczne nie zawsze odzwierciedlają rzeczywisty przebieg przemian w urządzeniach technologicznych takich jak sprężarki ,silniki tłokowe ,pompy cieplne. Realizacja przemian adiabatycznych w praktyce jest niemożliwa z powodu konieczności chłodzenia cylindrów, głowic silników i sprężarek. Z powodu oporów przepływu gazów, zjawisk dławienia i wymiany ciepła z otoczeniem. Indykatory mocy wykorzystywane są do odtwarzania rzeczywistych zmian ciśnienia we wnętrzu cylindrów badanych maszyn.
Indykatory służą do mierzenia mocy indykowanej silników tłokowych i maszyn roboczych tłokowych. Najczęściej spotykamy indykatory:
-mechaniczny
-optyczne
-elektro-pneumatyczne (stroboskopowych)
-elektroniczne
-przetworniki ciśnienia (czujniki ciśnienia)
-piezokwarcowe
-opornościowe (rezystancyjne)
-indukcyjne
-pojemnościowe
PRACA INDYKOWANA - jest to praca rzeczywista otrzymana w wyniku przesunięcia tłoka w cylindrze silnika tłokowego.
MOC INDYKOWANA - jest to praca wewnętrzna wykonana w czasie 1s.
Praca ta dla jednego cyklu pracy maszyny jednocylindrowej, jednostronnego działania, może być wyrażona zależnością :
gdzie: pi - średnie ciśnienie indykowane,
ATŁ - powierzchnia czynna tłoka,
s - skok tłoka.
ŚREDNIE CIŚNIENIE INDYKOWANE pi - jest to takie stałe ciśnienie zastępcze, które działając na tłok w czasie innej pracy dałoby w efekcie taką samą pracę przypadającą na jeden obieg ,jak zmieniające się ciśnienie rzeczywiste.
Można je obliczyć w oparciu o wykres indykatorowy z następującej zależności :
[ kW ]
3.OPIS STANOWISKA POMIAROWEGO
Głównymi elementami są : indykator mechaniczny służący do otrzymania wykresu p. = f(v) ; pneumatyczny silnik tłokowy , który jest przedmiotem badań mających na celu określenie jego mocy; akumulator , z którego przewodami, poprzez zawór trójdrożny , doprowadzone jest ciśnienie do komory . Przeciwciężar poprzez linkę stalową powoduje ruch powrotny tłoka po połączeniu z atmosferą (poprzez zawór ) komory . Zasada pracy tego układu jest następująca. Po sprawdzeniu drożności przewodów doprowadzających sprężone powietrze z akumulatora , zawór ustawiamy w położenie I. Dostarczone do komory sprężone powietrze przemieszcza tłok w prawo. Sprężone z kolei w komorze powietrze powoduje przemieszczenie się tłoczka indykatora do góry. Przemieszczenie to poprzez prostowodowy układ dźwigniowy Crosby’ego przenoszone jest na bęben. Rysik na arkuszu papieru rysuje linie w kierunku pionowym, proporcjonalnie do ciśnienia w komorze. Jednocześnie sznurek (połączony sztywno z tłoczyskiem ) powoduje ruch obrotowy bębna proporcjonalny do przemieszczenia tłoka. Z chwilą, gdy tłok zajmie skrajne lewe położenie, zawór należy przestawić w położenie II. (Komora zostaje połączona z atmosferą). Zajęcie przez tłok skrajnego prawego położenia kończy cykl pracy badanego silnika pneumatycznego.
Układ służący do określenia pola powierzchni otrzymanego wykresu indykatorowego składa się z planimetru biegunowego Amslera oraz stołu kreślarskiego umożliwiającego łatwe przypięcie arkusza z wykreślanym wykresem oraz zamocowanie samego planimetru. Planimetr biegunowy składa się z ramienia biegunowego i wodzącego z kółkiem całkującym i wodzikiem. Ramiona połączone są czopem kulistym.
4. Obliczanie wartości mocy indykowanej.
N1 = 45,6 W
N2 = 45,8 W
N3 = 50,33 W
· wartość średnia mocy indykowanej; Nśr. = 47,24 W,
5. Wnioski i spostrzeżenia
Po przeprowadzeniu badań przy pomocy indykatora a następnie opracowaniu wyników przy użyciu planimetru Amslera otrzymaliśmy wartość mocy indykowanej, oraz wartości jej błędu badanego siłownika.
Chęć uzyskania podobnych danych na drodze rozważań teoretycznych jest bardzo złożona i trudna do określenia z uwagi na ogrom czynników wpływających na przedmiotowy układ zmieniających się w bardzo krótkim czasie. Jedynie przy zastosowaniu skomplikowanych i kosztownych numerycznych układów pomiarowych moglibyśmy symulować pracę badanego układu i na tej podstawie określać rzeczywistą moc i pracę wykonaną .
Indykator pozwala w znacznie tańszy i szybszy a jednocześnie porównywalny sposób określić rzeczywiste parametry pracy układu.
Kolejną z zalet jest możliwość testowania elementów praktycznie w miejscu i środowisku ich rzeczywistej pracy. Także analiza otrzymanych wyników w postaci wykresów nie nastręcza zbytnich trudności.
Jest to szybka, tania metoda choć obecnie coraz rzadziej stosowana z uwagi na stosunkowo niską dokładność i pracochłonność pomiaru w porównaniu innymi indykatorami np.; elektroniczne o obróbce danych metodą numeryczną.
Błąd względny wynosi 18%,wynikać to może z następujących przyczyn:
-niezbyt dokładne mocowanie papieru na bębnie i niewłaściwa siła docisku rysika
-zbyt powolne otwieranie zaworu 4 (brak powtarzalności napełnienia cylindra)
-drobne błędy przy odczycie spowodowane małymi rozmiarami wykresu
Wszystkie te elementy w jakimś stopniu wpływają na wyniki przeprowadzonego ćwiczenia.
Aby uwiarygodnić otrzymane wyniki należałoby przeprowadzić serie badań powyżej 10 pomiarów.
4
mechanikk