LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH
Imię i nazwisko:			Specjalność: Silniki Spalinowe	Semestr: V	Grupa: 2
Nr ćw.: 3.1+3.2	Temat ćwiczenia: Pomiar mocy i momentu obrotowego. Pomiar prędkości obrotowej, temperatury i zużycia paliwa.	Nazwisko prowadzącego: mgr inż.Robert Lewicki		Data wyk. ćw.: 07.11.2005	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami pomiarów i aparaturą pomiarową służącą do pomiarów takich wskaźników pracy silnika jak: moc, moment obrotowy, prędkość obrotowa, godzinowe i jednostkowe zużycie paliwa, a także temperatury i ciśnienia w różnych punktach pomiarowych w silniku.

2. Opis teoretyczny

Do pomiaru parametrów silnika takich jak moment obrotowy, czy zużycie paliwa służą odpowiednie urządzenia, które pozwalają na stosunkowo łatwy, czasem całkowicie zautomatyzowany pomiar.

- Pomiar prędkości obrotowej:

Do pomiaru chwilowej prędkości obrotowej służą mierniki prędkości obrotowej. Możemy wyróżnić następujące typy mierników prędkości obrotowej

- mechaniczne

Wśród obrotomierzy mechanicznych najbardziej rozpowszechnione są obroto­mierze bezwładnościowe. Działają one na zasadzie wychylenia się pod działaniem siły odśrodkowej wirujących mas przytwierdzonych do elementów sprężystych. Ru­chome jarzmo zmienia swoje położenie, wprowadzając w ruch dźwignię zakończoną segmentem zębatym. Ruchy tego segmentu są przenoszone przez kółko zębate osa­dzone na wspólnej osi ze wskazówką. Przez odpowiednie wzorcowanie uzyskuje się skalę w żądanych jednostkach prędkości obrotowej (np. obr/min).

- elektryczne

• indukcyjne

• tachometryczne

• impulsowe

- stroboskopowe

Stroboskop błyskowy działa na zasadzie wytwarzania impulsów świetlnych oświetlających badany obiekt wirujący. Istota pomiaru prędkości obrotowej polega na porównywaniu liczby błysków występujących w jednostce czasu z liczbą obro­tów elementu oświetlanego (na przedmiocie, którego prędkość chcemy zmierzyć należy nanieść dowolny znak dobrze odbijający światło). Jeżeli liczba błysków w jednostce czasu stanowi podwielokrotność liczby obrotów lub jest jej równa, uzy­skuje się wrażenie bezruchu zaznaczonego punktu.

- Pomiar mocy i momentu obrotowego

Do pomiaru mocy i momentu obrotowego wykorzystuje się hamulce. Można je podzielić na kilka podstawowych typów w zależności od budowy:

- hamulce cierne

Ze względu na liczne wady hamulce te nie są już stosowane i mają dziś jedynie historyczne znaczenie. W tej grupie budowano hamulce klockowe, zwane hamulca­mi Prony'ego, hamulce taśmowe i linowe.

- hamulce powietrzne

Hamulce powietrzne mają ograniczony zakres zastosowania obejmujący hamo­wanie silników lotniczych oraz są stosowane w badaniach silników niewielkie] mo­cy. Podstawową wadą tych hamulców jest głośna praca oraz dość skomplikowany sposób pomiaru i regulacji momentu hamującego. Zaletą jest to, że nie wymagają zasilania wodą. Ich użycie jest wygodne do docierania silników lotniczych oraz w badaniach uproszczonych.

- hamulce wodne

Hamulce wodne, do niedawna bardzo rozpowszechnione, są obecnie wypierane przez hamulce elektryczne. Zaletą hamulców wodnych jest ich duża niezawodność związana z prostotą konstrukcji. Moment hamujący powstaje w wyniku tarcia wi­rującego elementu hamulca o wodę. Woda oddziałuje na odpowiednio ukształtowaną i wahliwie ułożyskowaną część stałą, wywołując jej wychylanie.

Możemy wyróżnić trzy typy tych hamulców: hamulce napełnione niecałkowicie, hamulce napełnione całkowicie i hamulce przepływowe.

- hamulce elektryczne

Dzięki swoim zaletom hamulce elektryczne znalazły szerokie zastosowanie za­równo w hamowniach produkcyjnych, jak i badawczych. Tymi podstawowymi za­letami są: łatwe zdalne sterowanie oraz automatyzacja i możliwość programowania obciążenia silnika (w najnowszych konstrukcjach). Wyróżniamy hamulce prądnicowe i elektrowirowe.

- Pomiar zużycia paliwa

Do pomiaru zużycia paliwa najczęściej wykorzystuje się metody objętościową i wagową.

- metoda objętościowa

Pomiar średniego objętościowego zużycia paliwa wykonuje się za pomocą szklanego naczynia pomiarowego. Składa się ono z kilku połą­czonych zbiorników (szklanych kul) o znanej objętości, ograniczonych przewęże­niami z zaznaczonymi znakami określającymi ich pojemność. Naczynie pomiarowe połączone jest z układem zasilania silnika za pomocą trójdrożnego zaworu, który pozwala na pracę w trzech położeniach: zasilanie z naczynia pomiarowego, zasilanie ze zbiornika głównego oraz zasilanie połączone z napełnianiem naczynia pomiaro­wego. Czas zużycia określonej objętości paliwa wyznacza się, mierząc czas obniża­nia się zwierciadła paliwa od górnej do dolnej kreski zaznaczonej na naczyniu pomiaro­wym. Masę paliwa określa iloczyn objętości i gęstości paliwa w czasie pomiaru.

Pomiar zużycia paliwa metodą objętościową obarczony jest błędem tym więk­szym, im mniejsza jest dokładność wyznaczania objętości zużytego paliwa i czasu pomiaru. Wadą metody objętościowej jest również konieczność uwzględnienia zmian gęstości paliwa w czasie pomiarów.

- metoda wagowa

Metoda wagowa pomiaru zużycia paliwa przez silnik polega na określeniu czasu zużycia określonej masy paliwa pobieranego z naczynia pomiarowego. Wagowy pomiar zużycia paliwa jest niezależny od zmian gęstości paliwa i zarazem od temperatury, a więc metoda ta pozwala wyeli­minować jedno ze źródeł błędów.

Pomiar chwilowego zużycia paliwa można wykonać także za pomocą fluometrów i rotametrów. Wskazują one bezpośrednią wartość natężenia przepływu pali­wa, lecz ze względu na swą małą dokładność są w badaniach silnikowych znacznie rzadziej stosowane.

- Pomiar temperatury

W badaniach silników spalinowych stosowane są prawie wszystkie spotykane w technice pomiarowej metody i urządzenia do pomiaru temperatury. Najczęściej sto­sowanymi przyrządami są:

- termometry rozszerzalnościowe (dylatacyjne) których działanie jest oparte na zjawisku rozszerzalności ciał pod wpływem temperatury.

- termometry manometryczne, w których wykorzystuje się zależność ciśnienia pary nasyconej lub gazu od temperatury.

- pirometry optyczne, w których określenie temperatur} sprowadza się do
pomiaru natężenia energii emitowanej przez badane ciało.

- wskaźniki temperatury (farby i ołówki termometryczne, topiki).

Dobór rodzaju termometru zależy od ośrodka, którego temperaturę chcemy zmie­rzyć, od charakteru zmian temperatury, jak również od jej wielkości.

3. Schemat stanowiska pomiarowego

1 - hamulec elektrowirowy, 2 - panel sterujący, 3 - moduł wykonawczy paliwomierza, 4 - silnik wykonawczy z przekładnią, 5 - serwomechanizm sterowania przepustnicą lub pompą wtryskową, 6 - sterownik prądu hamulca wraz z układami zabezpieczeń przed przeciążeniem termicznym hamulca, 7 - złącze szeregowe: a - moduł pomiarowy momentu ob­rotowego, prędkości obrotowej, mocy, mocy odniesionej do warunków normalnych, b - moduł paliwomierza, c - zasilacz, kontrolki alarmów, stacyjka rozrusznika, d - podwójny regulator sterujący prądem hamulca i położeniem przepustnicy lub dźwigni sterującej pompy wtryskowej, e - ciekłokrystaliczny wyświetlacz graficzny, f - moduł pomiarowy temperatur} i ciśnienia w silniku spalinowym

Silnik: Hamulec:

Andoria 4CT90 AMX-210/100

4 cylindry, 8 zaworów, zapłon samoczynny Moc max.: 100 kW

Pojemność skokowa: 2,4 dm³ masa: 200 kg

Moc max.: 66 kW przy 4100 obr/min kierunek obrotów: dowolny

M_o max: 195 Nm przy 2500 obr/min

Skok tłoka: 95 mm

Stopień sprężania: 20,6

4. Tabela wyników

Lp	Mo	n	Tc	To	Ge	t		Ne	Ge ^obj	ge
		[Nm]	[obr/min]	[°C]	[°C]	[g/s]	[s]		[kW]	[g/s]	[g/kWh]
1.	2,5	1002	49	45	0,25	211		0,25	0,1991 ± 0,0052	3600±300
2.	50	2527	60	56	1,45	31		13,28	1,355 ± 0,073	398,07±3,05

5. Obliczenia

- Obliczenie mocy:

[kW]

Dla pierwszego pomiaru:

[kW]

Dla drugiego pomiaru:

[kW]

Rachunek błędów:

obliczenie błędu metodą różniczki logarytmicznej:

[kW]

Dla pierwszego pomiaru:

[kW]

Dla drugiego pomiaru:

[kW]

Tak więc ostatecznie, po zaokrągleniu moc wynosi

Dla pierwszego pomiaru:

N_e = 0,262 ± 0,011 [kW]

Dla drugiego pomiaru:

N_e = 13,22 ± 0,27 [kW]

- Obliczenie g_e

[g/kWh]

Dla pierwszego pomiaru:

[g/kWh]

Dla pierwszego pomiaru:

[g/kWh]

Rachunek błędów

[g/kWh]

Dla pierwszego pomiaru:

[g/kWh]

Dla drugiego pomiaru:

[g/kWh]

Ostatecznie:

Dla pierwszego pomiaru:

g_e = 3600 ± 300 [g/kWh]

Dla drugiego pomiaru:

g_e = 398,07 ± 3,05 [g/kWh]

6. Porównanie wartości G_e i G_e^obj

- obliczenie G_e^obj

[g/s]

Pomiar	Wyniki
		Czas [s]	Zużycie paliwa [ml]
	1	97	25
		211	50
	2	14	25
		31	50

Przyjmuję

ρp = 0,840 [g/ml]

Dla pierwszego pomiaru:

[g/s]

Dla drugiego pomiaru:

[g/s]

Rachunek błędów:

Dla pierwszego pomiaru:

[g/s]

Dla drugiego pomiaru:

[g/s]

Ostatecznie:

Dla pierwszego pomiaru

G_e^obj = 0,1991 ± 0,0052 [g/s]

Dla drugiego pomiaru:

G_e^obj = 1,355 ± 0,073 [g/s]

Porównanie wyników otrzymanych metodą wagową i objętościową:

Pomiar	Ge	Ge^obj
1.	0,25	0,1991 ± 0,0052
2.	1,45	1,355 ± 0,073

7. Wnioski

Silniki spalinowe podlegają ciągłemu rozwojowi w wyniku wprowadzania nowych materiałów i konstrukcji oraz wymagań odnośnie ochrony środowiska i wymagają ustawicznych badań. Nowoczesne urządzenia pomiarowe służące do pomiaru takich parametrów jak moment obrotowy, prędkość obrotowa, czy zużycie paliwa pozwalają łatwo określić wartości tych parametrów i wykonywać różnorodne charakterystyki pracy silnika. Stanowisko pomiarowe jest zautomatyzowane i pozwala na zdalny odczyt badanych wielkości.

Wyniki otrzymane podczas obliczeń wydają się być dość są w przypadku mocy bardzo zbliżone do wartości pomiarowej, natomiast w wypadku godzinowego zużycia paliwa różnią się od nich. W przypadku drugiego pomiaru jest to różnica nieznaczna, spowodowana zapewne tym, że do obliczeń przyjęliśmy wartość gęstości z tablic, natomiast w przypadku pierwszego pomiaru sięga 20%. Przyczyną może być błąd gruby, np. błąd odczytu czasu pomiaru.

---