AKADEMIA TECHNICZNO - ROLNICZA
w BYDGOSZCZY
LABORATORIUM TERMODYNAMIKI
ĆWICZENIE NR 5
TEMAT: POMIAR MOCY INDYKOWANEJ.
skład grupy:
Mariusz Gapiński
Robert Turkowski
grupa : C
sem: 6
rok akad.1998/99
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 rejstracji 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
INDYKATOR MECHANICZNY:
Uruchamiany jest za pośrednictwem przekładni 2, która powiększa drogę tłoczka, a układ dźwigni zapewnia prostoliniowy ruch rysika. Bęben 3 mechanizmu piszącego jest połączony z tłokiem za pomocą sznura 4. Siłę napinającą ten sznur wywiera sprężyna. Dzięki przekładni reduktora duża stosunkowo wielkość skoku zostaje zredukowana do długości kilku cm.
Zależnie od obszaru mierzonych ciśnień wymienne sprężyny 5 stosuje się o różnych stałych, tj. o różnej wartości stosunku ugięcia do przyrostu ciśnienia.
Planimetr biegunowy jest to przyrząd służący do pomiaru pola nieregularnych figur płaskich. Znalazł on m.in. zastosowanie do planimetrowania wykresów indykatorowych. Planimetr biegunowy Amslera składa się z następujących zasadniczych części : dwóch ramion 1 i 2 , tarczki z podziałką 3 , bębenka z podziałką 4 oraz noniusza 5.
Ramię 2 jest przesuwne, dzięki czemu można zmieniać skalę planimetru. Najczęciej korzysta się z ustawienia 1:100 , przy którym 10000 mm2 powierzchni planimetrowanej odpowiada obrót tarczki 3 o jedną działkę.100 m2 odpowiada obrót bębenka o jedną działkę, 10 mm2 odpowiada jedna działka odczytana na noniuszu.
Przed użyciem planimetru należy sprawdzić jego stałą c =,czyli stosunek powierzchni znanej (określony za pomocą linijki wzorcowej lub znanego pola) do powierzchni wskazanej przez planimetr. W przypadku gdy stała c1, należy planimetr wyregulować lub mierzone wielkości mnożyć przez tę stałą.
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 1 służący do otrzymania wykresu p. = f(v) ; pneumatyczny silnik tłokowy 2, który jest przedmiotem badań mających na celu określenie jego mocy; akumulator 3, z którego przewodami, poprzez zawór trójdrożny 4, doprowadzone jest ciśnienie do komory 5. Przeciwciężar 6 poprzez linkę stalową 7 powoduje ruch powrotny tłoka 8 po połączeniu z atmosferą (poprzez zawór 4) komory 5. Zasada pracy tego układu jest następująca. Po sprawdzeniu drożności przewodów doprowadzających sprężone powietrze z akumulatora 3, zawór 4 ustawiamy w położenie I. Dostarczone do komory 5 sprężone powietrze przemieszcza tłok 8 w prawo. Sprężone z kolei w komorze 9 powietrze powoduje przemieszczenie się tłoczka 10 indykatora do góry. Przemieszczenie to poprzez prostowodowy układ dźwigniowy Crosby’ego 11 przenoszone jest na bęben12. Rysik 13 na arkuszu papieru rysuje linie w kierunku pionowym, proporcjonalnie do ciśnienia w komorze 9. Jednocześnie sznurek 14 (połączony sztywno z tłoczyskiem 15) powoduje ruch obrotowy bębna 12 proporcjonalny do przemieszczenia tłoka. Z chwilą, gdy tłok 8 zajmie skrajne lewe położenie, zawór 4 należy przestawić w położenie II. (Komora 5 zostaje połączona z atmosferą). Zajęcie przez tłok 8 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.Protokół pomiarów
5.Wnioski i spostrzeżenia
Po przeprowadzeniu badań przy pomocy indykator a następnie opracowaniu wyników przy użyciu planimetru Amslera otrzymaliśmy wartość rzeczywistą wykonanej pracy oraz mocy 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.
Analizując wyniki dostrzegamy dość znaczne odchylenie wartości drugiego pomiaru w stosunku do pozostałych pomiarów .
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.
mechanikk