СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ МАШИН И УСТРОЙСТВ Российский патент 1998 года по МПК G01L3/26 

Изобретение относится к способам определения тепловых потерь (КПД) машин и устройств, работающих с заданной нагрузкой, а также уровней их перегрева, нагрев которых протекает по законам однородного теплового тела. Изобретение может быть использовано при стендовых испытаниях двигателей, редукторов и т. п. машин и механизмов и в процессе их эксплуатации.

Известны способы определения КПД зубчатых передач, основанные на измерении мощности, теряемой на нагрев циркулирующей смазки, мощности, теряемой вследствие теплообмена с окружающим воздухом, и мощности, подводимой к зубчатой передаче [1]
При использовании этого способа измеряют значения указанных выше мощностей и, пользуясь известным выражением, получают показатель (K_тS), характеризующий теплоотводящую способность данной передачи.

Однако известный способ имеет ряд недостатков:
1) способ является косвенным, так как он основан на измерениях при режиме холостого хода, а распространяется на режимы реальных нагрузок;
2) способ применим при работе передачи в установившемся тепловом режиме, для чего требуется, по меньшей мере, несколько часов длительной работы и поддержание стабильных параметров эксперимента: мощности, температуры окружающей среды и т.п.

Целью изобретения является создание способа измерения потерь машин и устройств любого типа, основанного на прямом определении потерь по фактическим данным хода нагрева (охлаждения) этих машин и устройств для тех случаев, когда процесс нагрева (охлаждения) протекает по законам, близким к законам нагревания (охлаждения) однородного тела.

Указанная цель достигается тем, что тепловые потери (КПД) при работе с заданной нагрузкой в установившемся тепловом режиме с установившейся величиной перегрева (τ_y) относительно окружающей среды определяют как произведение τ_y на отношение значений теплоемкости C машин и устройств, определяемой конструктивными параметрами, к постоянной времени нагрева T, для определения которой, во-первых, через последовательные равные интервалы времени определяют текущие значения перегрева, далее определяют приращения этих значений для каждого последующего интервала времени по сравнению с предыдущим, а постоянную времени нагрева определяют из выражения:

где t последовательные равные интервалы времени нагрева, через которые производят измерения;
τ_n-2 значение перегрева в начальный момент измерения;
τ_n-1 значение перегрева по истечении времени t;
τ_n значение перегрева по истечении времени 2t, а величину τ_y определяют из выражения:

где τ_y установившаяся величина перегрева;
l основание натурального логарифма.

Определение значений перегрева и приращений этих значений производится в процессе нагрева (охлаждения) машин и устройств, а потому способ дает возможность получить значение потерь по фактическим данным хода нагрева в результате их эксплуатации.

Сущность способа заключается в том, что процесс теплового нагрева машин и устройств, протекающий по законам однородного теплового тела, характеризуется постоянством отношений приращений Δτ_n[τ_n-τ_n-1] к Δτ_n-1[τ_n-1-τ_n-2] для двух соседних равных временных интервалов.

Для определения постоянной T в процессе нагрева производят, например, с помощью термопар замеры значений уровней перегрева через последовательные равные интервалы времени t.

На каждом участке (интервале) времени определяют приращение перегрева (конечные разности) двух соседних последовательных во времени интервалов Δτ_n-1= τ_n-1-τ_n-2 Δτ_n= τ_n-τ_n-1, и т.д. где 0, 1, 2, 3 соответственно первый, второй, третий и т.д. моменты измерений.

Отношение является на протяжении процесса нагрева величиной постоянной.

Из выражения определяем постоянную T времени нагрева, а из выражения величину перегрева.

Теплоемкость машин и устройств C определяют как сумму теплоемкостей составляющих его частей.

Тогда тепловые потери (КПД) при работе с заданной нагрузкой машин и устройств определяются из известного выражения:
и

Использование: для машин и устройств, работающих с заданной нагрузкой, нагрев которых протекает по законам однородного теплового тела. Сущность изобретения: способ основан на прямом определении потерь по фактическим данным хода нагрева или охлаждения машин и устройств. Тепловые потери определяют из выражения, приведенного в описании.

Способ определения тепловых потерь машин и устройства, работающих с заданной нагрузкой в установившемся тепловом режиме с установившейся величиной перегрева относительно окружающейся среды, заключающийся в измерении параметров, по которым рассчитывают тепловые потери, отличающийся тем, что в процесс нагрева через последовательные равные интервалы времени измеряют текущие значения перегрева и приращения этих значений для каждого последующего интервала времени относительно предыдущего, а тепловые потери Р_м определяют из выражения

где С теплоемкость машин и устройств;
Т постоянная времени нагрева, определяемая из выражения

где t последовательные равные интервалы времени нагрева, через которые производят измерение;
τ_n-2 - значение перегрева в начальной момент измерения;
τ_n-1 - значение перегрева по истечении времени t;
τ_n - значение перегрева по истечении времени 2t;
τ_y - установившаяся величина перегрева, определяемая из зависимости

где e основание натурального логарифма.