Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ КАНАЛОВ

Блинов П.Н. Блинов А.П.

Известно, что эффективное проходное сечение (гидравлическое сопротивление) μf деталей топливной аппаратуры (ТА) высокого давления дизелей оказывает существенное влияние на показатели топливоподачи [1]. С целью снижения неравномерности подачи топлива по цилиндрам дизеля необходим подбор комплектов ТА с учетом μf элементов. Для этого ремонтные предприятия должны быть обеспечены соответствующими средствами контроля, отвечающими следующим требованиям: достаточная точность (не хуже 0,5-1,0 %); воспроизводство условий контроля, близких к реальным условиям работы ТА; минимальная трудоемкость испытаний; универсальность по отношению к различным элементам ТА; простота обслуживания и надежность в работе.

Для определения эффективного проходного сечения μf деталей линии высокого давления могут использоваться пневматические и гидравлические устройства [2, 3].

Их принцип действия основан на использовании уравнения неразрывности потока:

Q = μf (1)

где Q - расход жидкости (газа) через контролируемый элемент, м3/с;

μ - коэффициент расхода жидкости (газа) через элемент;

f - площадь поперечного сечения канала элемента, м2;

μf - эффективное проходное сечение элемента, м2;

Р1, Р2 - давление на входе и выходе элемента, Па;

ρ - плотность жидкости (газа), кг/м3.

Из пневматических устройств наибольшее распространение получили приборы с водяным манометром «солекс» и длиномеры-ротаметры.

Пневматические приборы "солекс" работают по принципу замера давления воздуха Р2 в воздушной камере прибора при обеспечении постоянного давления Р1 в его баллоне.

Из уравнения (1) имеем:

. (2)

Рассмотрим влияние отдельных параметров процесса измерения μf на величину Р2, используя метод малых отклонений [4]. Для этого прологарифмируем уравнение (2):

ln Р2 =ln [(μf)2 × 2/ρ × Р1 -Q] - ln (μf)2 -ln 2/ρ.  (3)

Продифференцировав это выражение, получим:

 .(4)

Умножив и поделив первый член уравнения (4) на Р1 , второй - на ρ, третий - на μf и считая малое приращение функции равным дифференциалу функции в окрестности заданной исходной точки, то есть , получим:

 (5)

или

,(6)

где δР2 - относительное измерение давления Р2 при изменении параметров правой части уравнения (6) в некоторой окрестности исходного состояния; k1 - численные коэффициенты, равные значениям соответствующих частных производных в исходной точке, то есть при заданных начальных значениях.

(7)

Приняв за исходное состояние параметров их среднее значение, получим уравнение, представляющее собой метрологическую модель процесса измерения μf элементов ТА с помощью прибора "солекс":

. (8)

Из выражения (8) следует, что при увеличении Р1 на 1%, при прочих неизменных параметрах, Р2 увеличится на 2,51%. При увеличении μf или уменьшении Q на 1% Р2 увеличится на 3,02%. Увеличение ρ на 1% приводит к уменьшению Р2 на 1,51%.

Стабилизатор и регистратор давления Р1 в приборе "солекс" обеспечивает поддержание Р1 с точностью до 1%. Таким образом, при заложенной в приборе погрешности Р1 в 1% величина Р2 изменится на 2,5%, т.е. уже по этому параметру прибор "солекс" не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к подобным устройствам по классу точности. Кроме того, измеритель Р2, выполненный в виде водяного манометра с визуальным отсчетом значения Р2 по мениску воды в манометрической трубке, обеспечивает точность измерения не выше 3 класса.

Пневматические длиномеры-ротаметры работают по принципу замера мгновенного расхода воздуха при автоматическом обеспечении постоянного перепада давления на чувствительном элементе - поплавке.

Выполнив аналогичные преобразования уравнения (1), используя метод малых отклонений, получим метрологическую модель процесса измерения μf элементов ТА с помощью ротаметра:

.(9)

Из уравнения (9) видно, что нестабильность параметров процесса измерения μf с помощью ротаметра оказывает менее заметное влияние на точность измерения по сравнению с прибором «солекс». Однако сам способ замера расхода воздуха Q с помощью поплавка в конусообразной трубке вносит погрешность до 2%.

Разработаны гидравлические устройства перепада давления [3] для определения пропускной способности распылителей форсунок путем создания в объеме начального давления топлива, сообщения этого объема с распылителем в течение заданного промежутка времени, измерения остаточного давления и сравнения результата с эталоном.

Метрологическая модель процесса измерения μf с помощью такого устройства:

(10)

Точность измерения этим устройством в большой степени зависит от плотности топлива в системе устройства. Стенды же, которые оборудуются приставками-измерителями μf, не имеют устройств стабилизации температуры, а значит и плотности рабочей жидкости. Кроме того, гидравлическое устройство перепада давления не может быть использовано для проверки μf других элементов ТА, имеющих эффективное проходное сечение, значительно большее, чем у много дырчатых распылителей.

Поэтому очевидна необходимость в другом способе определения μf элементов ТА, свободном от перечисленных выше недостатков, позволяющем повысить точность измерений и применимым для различных деталей линии высокого давления.

Если стабилизировать значения Р1, Р2, ρ во времени независимо от состояния контролируемого элемента, то выражение (1) примет вид:

(11)

где С1 - постоянная, зависящая от конструкции прибора.

Гидравлические стенды постоянного напора, основанные на использовании условия (11) могут применяться без переделок для измерения μf различных деталей и узлов ТА. Принцип их действия основан на измерении объема жидкости, протекающей через контролируемый элемент при стабилизированных Р1, Р2, ρ и t.

Метрологическая модель процесса измерения μf с помощью стенда постоянного напора:

 (12)

Анализируя модель (12), убеждаемся, что точность измерения при ее использовании высока. Нестабильность параметров оказывает незначительное влияние на точность.

Однако стенды постоянного напора имеют визуальный отсчет накопленной жидкости и не позволяют автоматизировать процесс испытаний.

На основании изложенного следует, что ни одно из существующих устройств не отвечает в полной мере предъявляемым к ним требованиям по точности измерений, универсальности по отношению к различным элементам ТА, условиям автоматизации и трудоемкости испытаний.

С целью устранения указанных недостатков разработан автоматизированный стенд для контроля μf составляющих элементов комплекта ТА [5].

В основу определения μf элементов положено измерение времени заполнения заданного объема жидкостью через контролируемый элемент при постоянном перепаде давления жидкости на входе и выходе элемента.

Перепишем условие (2) в виде:

 (13)

где - постоянный объем измерительной емкости, м3;

C2 - постоянная устройства;

t - время заполнения объема V, с.

Стенд, работающий на основе условия (13), позволяет автоматизировать процесс испытаний и документирования их результатов, универсален по отношению к различным элементам ТА, дает возможность максимально приблизить условия испытаний к реальным условиям работы ТА на дизеле.

Процесс измерения μf элементов ТА с помощью автоматизированного стенда описывается метрологической моделью следующего вида:

 (14)

Таким образом, точность определения μf элементов на данном стенде соответствует предъявляемым требованиям и, учитывая автоматизацию процесса испытаний, получение высокой достоверности результатов и возможность применения современной цифровой измерительной аппаратуры, предпочтение следует отдать этому стенду.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов: Монография / Под ред. А.И. Володина. - М.: ООО «Желдориздат», 2007. - 264 с.
  2. Денисов А.А., Нагорный В.С. Пневматические и гидравлические устройства автоматики. - М.: Высшая школа, 1978. - 213 с.
  3. А.С. 1011891 (СССР). Способ определения пропускной способности распылителя форсунки / Белорус. ин-т инж. ж.-д. трансп.: Авт. изобрет.: Р.К. Гизатуллин, Б.А. Чмыхов, Г.Б. Федотов, Г.В.Никонов, П.В. Кулаев. - Заявл. 11.03.81 № 3259363/25-06; Опубл. в Б.И., 1983. - №4. - МКИ F02М65/00.
  4. Черкез А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. - М.: Машиностроение, 1975. - 380 с.
  5. Стенд для измерения гидравлического сопротивления узлов и деталей топливной аппаратуры / П.Н. Блинов, А.И. Володин, В.П. Шаповал, А.М. Сапелин // Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава. - Омск, 1981. - с.27-29.

Библиографическая ссылка

Блинов П.Н., Блинов А.П. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ КАНАЛОВ // Успехи современного естествознания. – 2009. – № 11. – С. 66-69;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=13178 (дата обращения: 21.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074