СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАСХОДА ВОЗДУХА СУДОВОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДНА Российский патент 2015 года по МПК G01M15/09 

Изобретение относится к системе судового энергетического оборудования и может быть использовано при ее комплектовании основными и вспомогательными блоками для обеспечения оптимальных эксплуатационных технико-экономических и экологических показателей.

Величины расхода воздуха судовой дизельной установки учитываются

- для того чтобы лучше согласовать характеристики агрегата наддува (турбокомпрессора) дизеля для повышения технико-экономических параметров дизеля;

- при выборе систем по снижению выбросов вредных веществ в отработавших газах дизеля.

Условия определения расхода воздуха работающего дизеля на стенде при заводских испытаниях и при эксплуатации судна существенно отличаются, поэтому параметры по расходу воздуха, приведенные в паспорте дизеля, существенно отличаются от реальных величин. Исходя из того, что расход воздуха на дизель является одним из основных параметров, влияющих на эффективность работы судовой дизельной установки, максимально точное определение расхода воздуха на дизель приобретает особое значение.

Известно изобретение по патенту РФ №2380553, опубл. 27.01.2010 г., относящееся к диагностике судовых дизелей, включающей, в том числе, параметры по расходу воздуха: "Устройство для определения запаса по помпажу судового четырехтактного дизеля с турбонаддувом при измерениях на борту судна". Данное устройство позволяет определить расход воздуха на дизель, но только при условии предварительной тарировки на стенде.

Известен способ измерения расхода воздуха судового дизеля с помощью специального расходомера, подключенного к работающему дизелю. См. Осташенков В.Ф. "Теплотехнические испытания судовых энергетических установок" М. - Транспорт, 1975 г. Стр. 62, рис. 46. Расходомер содержит трубку, по типу трубки Вентури, с прямолинейными участками и участком сужения, и диафрагму. Этот способ основан на измерении давления потока газа перед сужением воздушной трубы и после него. Этот способ сложный, требует особых условий для организации подвода воздушного потока, практически неосуществимых в реальных судовых условиях. Способ требует разборки воздухопровода и подготовки места для монтажа диафрагмы и устройства установки дополнительных прямых участков трубы длиной 10d до сужения и 5d после сужения, где d - диаметр трубы. Если диаметр составляет 1,5 м, то длина прямых участков составляет соответственно 15 и 7,5 метров. Установка диафрагмы дает дополнительное сопротивление на входе в компрессор, что усложняет режим работы турбокомпрессора (уменьшает запас по помпажу).

За прототип принят способ определения расхода воздуха, описанный как и предыдущий в книге: Осташенков В.Ф. "Теплотехнические испытания судовых энергетических установок" М. - Транспорт, 1975 г. Стр. 61, рис. 45. Расход воздуха измеряют через трубку или отверстие заданного размера путем определения скорости потока по разности полного и статического давлений потока. Измерение скорости сводится к измерению динамического давления, которое равно разности полного и статического давлений потока газа в рассматриваемом сечении. Полное давление измеряется открытой трубкой, установленной против потока, а статическое - через отверстие в стенке трубки. Трубка присоединена к дифференциальному манометру, по которому определяют разность давлений. При этом способе измерения допускаются серьезные погрешности, так как невозможно точно измерить полное и статическое давления. Практически невозможно совместить в одной точке приемные отверстия трубок, что и является причиной неточности измерений. Этот способ практически неосуществим в реальных условиях эксплуатации судна.

Целью предлагаемого изобретения является определение расхода воздуха дизельной установки в условиях эксплуатации судна для обеспечения улучшения технико-экономических и экологических показателей.

Для достижения указанной цели в способе контроля расхода воздуха судовой дизельной установки при эксплуатации судна, заключающимся в определении скорости воздушного потока, регистрацией и математической обработкой данных, согласно изобретению в отверстие в корпусе входного патрубка вводят перпендикулярно направлению воздушного потока соединенный с приборами для измерения давления комбинированный зонд с отверстиями, перемещают зонд вдоль диаметра патрубка до противоположной стенки с определенным шагом, при этом пошагово измеряют разность полного и статического давлений воздушного потока в точках, соответствующих положению отверстий в комбинированном зонде, вычисляют скорость воздушного потока в конкретных точках поперечного сечения патрубка, затем усредняют полученные таким образом скорости, математически обрабатывают данные и определяют расход воздуха. При этом комбинированный зонд вводят с шагом 5-15 мм, комбинированный зонд ориентируют так, что ось одного отверстия располагается вдоль воздушного потока, а расстояние между парными точками по оси патрубка соответствует расстоянию между отверстиями комбинированного зонда и составляет 3-5 мм.

Технический результат заключается в том, что предлагаемый способ контроля расхода воздуха учитывает неравномерность воздушного потока, устраняет погрешности измерения скорости воздушного потока, обусловленные неравномерностью потока, за счет точечного измерения, поэтому достигается возможность относительно просто и точно контролировать расход воздуха в эксплуатации судна.

Сущность изобретения заключается в том, что приемные отверстия комбинированного зонда находятся во взаимосвязи, технологически максимально приближающей точки, в которых измеряется разность полного и статического давлений, что обеспечивает достаточную точность измерений.

Заявляемое изобретение отличается от прототипа простотой решения, допускающего его применение в условиях эксплуатации судна.

Введение комбинированного зонда перпендикулярно направлению воздушного потока обеспечивает расположение одного из отверстий для приема прямо набегающего потока; перемещение комбинированного зонда вдоль наиболее длинной линии сечения патрубка - вдоль диаметра - обеспечивает получение наиболее полных результатов измерений; пошаговое введение комбинированного зонда дает возможность варьировать количеством замеров; величина шага 5-15 мм, расстояние между отверстиями зонда 3-5 мм также технологически обеспечивает целесообразность количества замеров и точность.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где показаны:

на фиг. 1 - продольное сечение патрубка с комбинированным зондом,

на фиг. 2 - поперечное сечение.

На чертежах представлены корпус патрубка 2, зонд 1, направление потока, точки замера.

Определение расхода воздуха или отработавших газов осуществляется путем введения комбинированного зонда 1 через штатное отверстие (нормально закрытое пробкой), расположенное в патрубке 2 круглого сечения вблизи выходного фланца улитки компрессора и перемещением зонда 1 вдоль диаметра патрубка 2 до противоположной стенки. Комбинированный зонд 1 ориентируют так, что ось приемного отверстия зонда 1 для регистрации полного давления располагается вдоль воздушного потока. Другое отверстие зонда 1 совмещено с отверстием в патрубке 2. Измерения производятся в зависимости от диаметра патрубка 2 в 14-30 точках с интервалом 5-15 мм. Перепад полного и статического давлений в точках регистрируется манометром, затем сигнал подается в расчетный блок, в котором производится расчет скорости потока. Так как распределение скорости по сечению патрубка всегда неравномерно, то производят осреднение параметров, а затем окончательный расчет искомой величины расхода воздуха.

Расход воздуха определяется по формуле:

где G - расход воздуха в кг/с;

ρ_ср - средняя плотность воздуха, кг/м³;

С_ср. - средняя скорость воздуха по площади, м/с.

Достоверность предлагаемого способа подтверждается следующими данными. Эксперимент при эксплуатации судна проводился на двигателе 6S60MC фирмы "MAN D&T". Для сравнения были взяты данные по расходу воздуха двигателя 6S60MC, приведенные фирмой, и данные замеров по предлагаемому способу, полученные при эксплуатации.

Как видно из таблицы, данные по расходу воздуха практически совпадают.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что оно, в отличие от других известных аналогичных решений, может быть использовано при эксплуатации судна. Использование предлагаемого изобретения повышает технико-экономические и экологические показатели судовой дизельной установки.

Изобретение может быть использовано при диагностике технического состояния дизеля в условиях эксплуатации судна. В предлагаемом способе определяют скорости воздушного потока в сечениях патрубка путем пошагового введения комбинированного зонда (КЗ) и измерения разности полного и статического давлений воздушного потока (ВП). КЗ вводят перпендикулярно направлению ВП с шагом 5-15 мм. Пошагово измеряют разность полного и статического давлений воздушного потока в точках, соответствующих положениям отверстий в КЗ. Вычисляют скорость ВП в конкретных точках поперечного сечения патрубка, затем их усредняют и математически обрабатывают для определения расхода воздуха. КЗ ориентируют так, что ось одного отверстия располагается вдоль воздушного потока, а расстояние между точками по оси патрубка соответствует расстоянию между отверстиями КЗ и составляет 3-5 мм. Технический результат заключается в упрощении контроля расхода воздуха. 2 з.п. ф-лы. 2 ил.

1. Способ контроля расхода воздуха судовой дизельной установки при эксплуатации судна, заключающийся в определении скорости воздушного потока, регистрацией и математической обработкой данных, отличающийся тем, что в отверстие в корпусе входного патрубка вводят перпендикулярно направлению воздушного потока соединенный с приборами для измерения давления комбинированный зонд с отверстиями, перемещают зонд вдоль диаметра патрубка до противоположной стенки с определенным шагом, при этом пошагово измеряют разность полного и статического давлений воздушного потока в точках, соответствующих положениям отверстий в комбинированном зонде, вычисляют скорость воздушного потока в конкретных точках поперечного сечения патрубка, затем усредняют полученные таким образом скорости, математически обрабатывают данные и определяют расход воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что комбинированный зонд вводят с шагом 5-15 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, комбинированный зонд ориентируют так, что ось одного отверстия располагается вдоль воздушного потока, а расстояние между точками по оси патрубка соответствует расстоянию между отверстиями комбинированного зонда и составляет 3-5 мм.