Испытания свободнопоршневых генераторов газа - Колюко В.М.

Автор: Колюко В.М.
Теги: физика математическая физика судостроение инертные газы
Год: 1961
Похожие
Техника-молодежи. На вихрях воздушных струй
Газотурбовозы и турбопоезда Москва
Устройство судна
Текст
                    в. м. колюко
ИСПЫТАНИЯ
СВОБОДНОПОРШНЕВЫХ
ГЕНЕРАТОРОВ ГАЗА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ СОЮЗНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
СУДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Ленинград
1961
В книге рассмотрены методы испытаний свободнопоршневых ге-
нераторов газа (СПГГ) применительно к задачам исследования их
при освоении, сдаче или эксплуатации.
Изложены особенности и правила испытаний, даны описания
экспериментальных стендов, приведены методы измерения рабочих
параметров и необходимые расчетные уравнения. На основе имею-
щегося опыта даны рекомендации по проведению испытаний, прило-
жены программы, перечень оборудования и приборов.
Книга предназначена для инженерно-технических и научных ра-
ботников, работающих в области судового и транспортного машино-
строения, и может быть также использована студентами втузов и
аспирантами соответствующих специальностей.
ВВЕДЕНИЕ
Современным тенденциям развития энергетических устано-
вок отвечает создание новых типов двигателей, обладающих не-
большими габаритами и весами, высокой экономичностью, про-
должительным сроком службы, хорошими эксплуатационными
качествами и способностью удовлетворить различным требова-
ниям применения.
Новым типом силовых установок, сочетающих в себе эконо-
мические преимущества двигателей внутреннего сгорания с по-
ложительными свойствами газовых турбин, являются силовые
установки со свободнопоршневыми генераторами газа (СПГГ},
Помимо достаточно высокого к. п. д., применение СПГГ в каче-
стве главных механизмов силовых установок позволяет прове-
сти широкую их унификацию, исключить нежелательные вибра-
ции, имеющие место при использовании обычных двигателей
внутреннего сгорания, и снизить стоимость установки. СПГГ от-
личаются простой конструкцией, удобно размещаются в машин-
ном отделении и позволяют уменьшить вес установки.
Установка с СПГГ, в зависимости от требуемой мощности,
комплектуется из одного или нескольких генераторов газа, обес-
печивающих при давлении 3—4 ати и температуре 400—500° С
подачу вырабатываемого ими газа к турбине, с вала которой
снимается полезная мощность.
Свободнопоршневой генератор газа представляет собой объ-
единенные в одном корпусе двухтактный двигатель внутреннего
сгорания с противоположно движущимися поршнями и поршне-
вой компрессор.
С термодинамической и конструктивной точек зрения уста-
новки с СПГГ весьма совершенны и могут быть использованы
в различных отраслях народного хозяйства: судостроении, же-
лезнодорожном транспорте, нефтяной, газовой и строительной
промышленности. Поскольку, однако, установки подобного типа
появились сравнительно недавно, освоение и внедрение их свя-
1*	3
зано с необходимостью проведения комплекса исследований,
обеспечивающих изучение особенностей работы, отработку от-
дельных агрегатов установки, проверку технических качеств
установки на стенде или в эксплуатационных условиях и т. д.
Вместе с тем проведение испытаний СПГГ сопряжено с рядом
трудностей, обусловленных принципиальными особенностями
осуществления рабочего процесса и их отличием от обычных
двигателей и компрессоров с коленчатыми валами.
Работа СПГГ построена на исключительно тесном взаимо-
действии процессов изменения состояния воздуха или газов
в рабочих цилиндрах и сопровождается изменением хода порш-
ней и положений мертвых точек. Отсутствие механического огра-
ничения хода поршней, тесная связь кинематических парамет-
ров с процессами в рабочих цилиндрах, отсутствие равномерно
вращающихся деталей машины ставят перед исследователем
такие совершенно новые задачи, как измерение переменной ве-
личины хода поршня, определение положений мертвых точек,
определение числа циклов, а также регистрацию закона движе-
ния поршневых групп с одновременной записью давлений в ра-
бочих цилиндрах. И, наконец, результирующий показатель ра-
боты СПГГ — мощность — также не может быть найден спосо-
бами, проверенными практикой испытаний обычных двигателей
или компрессоров с коленчатыми валами.
Решение перечисленных выше задач требует разработки спе-
циальных типов измерительных приборов и методики испыта-
ний, в значительной мере отличающихся от применяемых для
исследования обычных двигателей.
Ряд проблем возникает и при совместных испытаниях СПГГ
и газовой турбины в составе комплексной силовой установки.
Так, помимо определения мощности и к. п. д. турбозубчатого
агрегата, в установках с реверсивными турбинами необходимо
определить мощность, затрачиваемую на вращение турбины
заднего хода. Независимо от степени отработки конструкции
СПГГ и турбины, для каждой новой установки требуется испы-
тать систему регулирования, проверить системы газо- и воздухо-
проводов установки, измерить шумность и провести ряд других
испытаний.
Вместе с тем вопросы методики, организации и постановки
основных экспериментальных исследований силовых установок
с СПГГ как в зарубежной, так и в отечественной литературе
еще не получили освещения. Настоящая книга, восполняющая
в некоторой мере недостаток сведений в этой области, рассма-
тривает комплекс вопросов, связанных с исследованиями СПГГ
в ходе их освоения, сдачи или эксплуатации. На основе изуче-
ния особенностей работы СПГГ и задач их испытаний (глава 1)
разработаны методы измерения основных параметров (главы 2
и 3), рассмотрено оборудование экспериментальных установок
4
(глава 4), даны правила и программы испытаний (глава 5) и
методика обработки опытных данных (глава 6).
В книге использованы материалы испытаний отечественных
и зарубежных конструкций свободнопоршневых генераторов
газа и свсбоднопоршневых дизель-компрессоров (СПДК), а так-
же некоторые материалы испытаний обычных двигателей внут-
реннего сгорания и поршневых компрессоров, которые могут
принести пользу при рассмотрении вопросов, связанных с ис-
следованиями силовых установок с СПГГ.
Автор считает своим долгом выразить признательность ин-
женерам С. А. Бершадскому и Н. Н. Князеву за тщательный
просмотр рукописи и сделанные ими ценные замечания.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Ро> То — давление и температура окружающей среды
Рг> Т’г— давление и температура газа на выходе из СПГГ
Va,pa,Ta—объем, давление и температура в начале сжатия
Ve, рс, Тс—объем, давление и температура в конце сжатия
V, — мгновенный объем цилиндра и объем хода поршня
D, F, S—диаметр цилиндра, площадь и ход одного поршня
п—число циклов СПГГ
Л/г, Ne— мощности СПГГ по газу и эффективная
Sk< gr> g-т— расходы воздуха, газа и топлива за один рабочий цикл
GK,Or,OT—расходы воздуха, газа и топлива за единицу времени
Ga, тп— вес и масса одной поршневой группы
Р, L — сила давления газов на поршень и работа этой силы
Срк, СРг—удельные теплоемкости воздуха и газа при постоянном давлении
7 — удельный вес
Др — средний перепад давлений
k — показатель адиабаты
е—степень сжатия в двигателе
т — степень повышения давления
а, <р— коэффициенты избытка воздуха для горения и продувки
1И> ’1m, "Ле—индикаторный к. п. д. двигателя, механический к. п. д. СПГГ
и эффективный к. п. д. установки
Иг—к. п. д. турбины
i]K, ’io—к. п. д. и объемный коэффициент наполнения компрессора
д, к, б—индексы, обозначающие цилиндр двигателя, компрессора и буфера
п.х.,о.х.—индексы, обозначающие прямой и обратный ход
ГЛАВА 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСПЫТАНИЯХ
СВОБОДНОПОРШНЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ГАЗА
§ 1. УСТРОЙСТВО и особенности РАБОТЫ СПГГ
1
Рис. 1. Схема силовой установки с СПГГ.
Свободнопоршневой генератор газа предназначается для ра-
боты в составе силовой установки, схематически изображенной
на рис. 1, основными элементами которой являются:
свободнопоршневой гене-
ратор (генераторы) газа 1,
обеспечивающий подачу к
турбине рабочего газа опре-
деленной температуры и дав-
ления в количестве, необхо-
димом для развития турби-
ной заданной мощности;
газовая турбина 2, с вала
которой снимается полезная
мощность;
редуктор 3, служащий
для изменения (понижения)
числа оборотов турбины в
соответствии с требования-
ми потребителя;
приемник мощности 4 —
гребной винт, электрогене-
ратор, ведущие оси локомо-
тива и т. д.;
газопроводы установки
к турбине, отвод газа от турбины, перепуск газа в атмосферу
для регулирования мощности при малых нагрузках или при
пуске СПГГ в установках, состоящих из нескольких генераторов.
Кроме элементов, изображенных на рисунке, в установку
5, обеспечивающие подвод газа
входят:
7
воздухопроводы, служащие для подвода воздуха к СПГГ;
обслуживающие установку агрегаты — водяные и масляные
насосы систем охлаждения и смазки СПГГ и турбозубчатого
агрегата (ТЗА), холодильники воды и масла, фильтры, запор-
Рис. 2. Конструктивные схемы свободнопорш-
невых генераторов газа:
а — СПГГ с наружным расположением компрессоров
без буферных цилиндров; б — СПГГ с наружным рас-
положением компрессоров с буферными цилиндра-
ми; в — СПГГ с компрессорами двойного действия;
г— СПГГ с внутренним расположением компрессоров.
ная арматура, трубопро-
воды;
система регулирова-
ния, управления и защиты
установки с пультом
управления, маневровыми
клапанами, трубопровода-
ми, арматурой, штатными
контрольно-измерительны-
ми приборами и сигналь-
ными устройствами;
реверсивное устройство
(в реверсивных установ-
ках).
Свободнопоршневой ге-
нератор газа состоит из
двухтактного двигателя с
высоким наддувом, служа-
щего для привода комп-
рессора, и поршневого
компрессора, предназна-
ченного для сжатия воз-
духа, идущего на продув-
ку и наддув двигателя.
Кроме того, СПГГ обыч-
но содержит еще воздуш-
ный буфер, выполняющий
функции аккумулятора
энергии, необходимой для
осуществления рабочего
цикла.
Конструкция этих трех
элементов и их взаимная
компоновка могут быть
различными. В числе воз-
в литературе обычно рас-
можных конструктивных схем СПГГ
сматриваются симметричные генераторы газа с одним цилиндром
двигателя с наружным (рис. 2, а и 2, б) или с внутренним
(рис. 2, г) расположением компрессоров, с буферными цилинд-
рами (рис. 2, б, 2, в и 2, г) или без буферных цилиндров
(рис. 2, а), а также генераторы с компрессорами двойного дей-
ствия (рис. 2, в). Можно также упомянуть конструктивные схемы
с несколькими цилиндрами двигателя или несимметричные СПГГ.
8
По схеме рис. 2, б с наружным расположением (компрессо-
ров с буферными цилиндрами выполнены генераторы газа:1
СПГГ 35,6/94 модели R фирмы Купер-Бессемер, СПГГ 17,8/53,5
и СПГГ 21/58,5 моделей А и В фирмы Болдуин-Лима-Гамиль-
тон, СПГГ фирмы Зульцер и экспериментальный образец СПГГ
15/49, исследования которого проведены инж. Е. Н. Асеевым.
По схеме рис. 2, г с внутренним расположением компрессо-
ров выполнены генераторы газа: СПГГ 9,5/25,7 фирмы Форд,
СПГГ 10,2/27,9 фирмы Дженерал-Моторс. СПГГ 19,1/52,7 марок
US-75 и CS-75 фирмы Ален-Мунц, СПГГ 20,3/55,9 модель DL
фирмы Болдуин-Лима-Гамильтон, СПГГ 26/75 и СПГГ 28/75
Луганского тепловозостроительного завода, СПГГ фирмы Фиат
марки FP-36 и СПГГ 34/90 марки GS-34, серийно выпускаемый
фирмой СИГМА и ее лицензиатами.
Устройство СПГГ рассмотрим на примере наиболее распро-
страненного типа генератора газа с внутренним расположением
компрессорных цилиндров. Упомянутые выше конструкции та-
ких СПГГ в одном агрегате обеспечивают мощность от 10 до
2000 л. с. и могут применяться в судовых и стационарных сило-
вых установках, а также в установках локомотивов и автомо-
билей [14].
На рис. 3 и 4 приведены разрезы опытного образца СПГГ
28/75 Луганского тепловозостроительного завода им. Октябрь-
ской революции. Свободнопоршневой генератор газа включает
в себя одноцилиндровый двухтактный двигатель 1 простого дей-
ствия с противоположно движущимися поршнями и прямоточной
щелевой продувкой, два симметрично расположенных компрес-
сора 5 простого действия и два буфера 7, рабочие объемы ко-
торых образуются обратными сторонами поршней и цилиндрами
компрессоров.
Поршни двигателя 2 жестко соединены с поршнями ком-
прессоров 6 и не имеют механического ограничения хода. Сим-
метричное перемещение обеих поршневых групп СПГГ обеспе-
чивается синхронизатором 9. От валиков синхронизатора, со-
вершающих возвратно-вращательное движение, приводятся в
действие топливный насос 10 и насос смазки цилиндров (луб-
рикатор).
Рабочий цикл СПГГ совершается за два хода поршней: при
прямом ходе поршни расходятся от внутренней (в. м. т.) к на-
ружной (н. м. т.) мертвой точке, а при обратном ходе поршни
сходятся, перемещаясь от н. м. т. к в. м. т.
Во время прямого хода поршней газы, образовавшиеся в ци-
линдре двигателя в результате горения топлива, расширяются,
1 При обозначении СПГГ здесь и в дальнейшем цифрой в числителе
обозначен в сантиметрах диаметр цилиндра двигателя, а цифрой в знамена-
теле — диаметр цилиндра ,компрессора.	.
9
совершая работу, которая расходуется на сжатие воздуха в бу-
ферных цилиндрах. Одновременно через клапаны 4 воздух из
атмосферы всасывается в цилиндры компрессора. В конце пря-
мого хода, по мере открытия выхлопных и продувочных окон,
происходят выхлоп и продувка цилиндра двигателя.
Обратный ход поршней осуществляется за счет энергии рас-
ширения воздуха в буферных цилиндрах. В течение этого хода
воздух в цилиндрах компрессора сжимается и через нагнета-
тельные клапаны 3 нагнетается в продувочный ресивер 8, от-
куда расходуется на продувку и наполнение цилиндра двига-
теля. Обратный ход сопровождается также сжатием воздуха,
поступившего в цилиндр двигателя, с повышением его темпе-
ратуры до величины, обеспечивающей самовоспламенение топ-
лива. Вблизи в. м. т. в цилиндр двигателя с помощью форсу-
нок 11 и топливного насоса впрыскивается топливо, и цикл
повторяется.
В течение каждого из ходов поршни перемещаются в ре-
зультате действия на них усилий от давления газов или воз-
духа в цилиндрах СПГГ; алгебраическая сумма этих усилий
в каждый момент времени представляет собой так называемое
«движущее усилие», величина которого пропорциональна уско-
рению поршней
О)
где YR — алгебраическая сумма усилий от давлений газов
или воздуха на поршни СПГГ и сил трения (дви-
жущее усилие);
/пп — масса поступательно движущихся деталей;
— — ускорение поршней в рассматриваемый момент вре-
мени.
В течение первой части прямого хода усилие от давления
газов на поршень двигателя превышает усилие от давления
воздуха на поршень компрессора со стороны буфера и сил со-
противления, благодаря чему происходит ускоренное движение
поршней. При этом избыточная энергия расширяющихся газов
превращается в кинетическую энергию поршней, скорость ко-
торых возрастает от нуля (в в. м. т.) до некоторого максимума.
Повышение скорости происходит до тех пор, пока усилия, дей-
ствующие по обе стороны поршней, не уравняются. После этого
поршни движутся по инерции с убывающей скоростью вслед-
ствие возрастающего давления воздуха в буферных цилиндрах
и сил трения. Как только кинетическая энергия поршней, при-
обретенная за первую часть прямого хода, израсходуется,
поршни останавливаются в наружном мертвом положении. По-
10
скольку величина этой энергии может принимать различные
значения в зависимости от параметров двигателя, компрессора
или буфера, положение н. м. т. не является постоянным и изме-
няется при изменении режима работы СПГГ.
В н. м. т. усилия от давления воздуха в буферных цилин-
драх оказываются больше усилий со стороны цилиндров двига-
теля и компрессора, поэтому поршни начинают двигаться в об-
ратном направлении. Движение поршней при обратном ходе
происходит аналогично движению при прямом ходе и сопрово-
ждается превращением избыточной потенциальной энергии рас-
ширяющегося в буферах воздуха в кинетическую энергию
поршней с последующим преобразованием ее в потенциальную
энергию воздуха, сжатого в цилиндрах двигателя и компрес-
сора. Чем больше при прочих равных условиях энергия буфера,
тем ближе к центру машины происходит остановка поршней
в в. м. т.
Таким образом, характер изменения скорости движения
поршневых групп и положения мертвых точек, определяющие
рабочие параметры генератора, зависят от действующих на
поршни усилий, т. е. в конечном итоге определяются процес-
сами, происходящими в этих цилиндрах.
В отличие от обычных двигателей с коленчатым валом, сво-
боднопоршневой генератор газа не совершает внешней механи-
ческой работы, преобразуя химическую энергию сжигаемого
в нем топлива в потенциальную энергию вырабатываемого
СПГГ газа. За счет расширения этого газа в турбоагрегате
с вала последнего снимается полезная мощность Ne, равная
произведению мощности СПГГ по газу Nr на к. п. д. турбо-
агрегата Т]т
2Ve=2Vr7!T.	(2)
В свою очередь, мощность СПГГ по газу зависит от рабо-
чих параметров генератора
Nr=-~-ОгНа=5,69ОгТгСрг
I о
fe-1 п
г. л. с.,
(3)
где СРг и Тт — изобарная теплоемкость и температура газа;
Рг и р0 — давление газа на выходе из СПГГ и атмосфер-
ное давление;
k — показатель адиабаты расширения газа;
Gr — количество газа, вырабатываемого СПГГ в се-
кунду (расход газа).
Если (за исключением подачи топлива) воздействие извне
на регулирующие органы СПГГ не производится и генератор
работает на турбину или дроссельную диафрагму с неизмен-
ным проходным сечением, то расходом газа однозначно опре-
11
деляются давление, а в зоне эксплуатационных нагрузок —
и температура газа, если параметры воздуха на входе в ком-
прессор и противодавление за турбиной сохраняются постоян-
ными. При выбранных геометрических размерах СПГГ расход
газа определяется ходом поршней, коэффициентом наполнения
компрессора и числом циклов.
Давление газа на выходе из СПГГ зависит от расхода газа
и сопротивления системы, на которую работает генератор. Как
независимый параметр давление газа может рассматриваться
в случае, если СПГГ работает на дроссельную диафрагму
(сопло) или турбину с регулируемым проходным сечением. При
полной мощности давление газа 1 обычно выбирается в пределах
3,5—6,0 кг! см2.
Температура газа в общем случае является функцией пара-
метров компрессора, двигателя, механического к. п. д. СПГГ,
потерь тепла с охлаждением и температуры окружающей среды.
С увеличением давления газа температура его возрастает и при
полной мощности СПГГ достигает значений 400—600° С.
Мощность СПГГ регулируется в основном за счет измене-
ния подачи топлива в двигатель, что вызывает соответствую-
щее изменение расхода газа, его давления и температуры. По-
скольку изменение режима работы сопровождается изменением
положений мертвых точек и других параметров генератора,
в конструкции СПГГ кроме регулятора подачи топлива обычно
предусматриваются также следующие (дополнительные) регу-
лирующие и защитные устройства:
регулятор степени сжатия в двигателе, устанавливающий
положение в. м. т. в соответствии с требованиями нагрузки;
ограничитель максимального хода поршней, предупреждаю-
щий удары поршней в крышки и ограничивающий предельное
положение н. м. т.;
ограничитель максимальной и минимальной подачи топлива,
устанавливающий для каждого давления газа такие пределы
изменения расхода топлива, при которых, с одной стороны,
исключается возможность чрезмерного увеличения хода или
перегрузки двигателя по топливу, а с другой стороны, преду-
преждается опасность самопроизвольной остановки генератора
из-за уменьшения хода поршней вследствие недостаточной по-
дачи топлива.
Кроме упомянутых регуляторов в систему регулирования и
защиты СПГГ могут входить также и другие устройства, в част-
ности: предельный регулятор давления газа, устройство для
изменения регулировки топливной аппаратуры в зависимости
от применяемого сорта топлива, устройство для снижения рас-
хода топлива при малых нагрузках (например, рециркулятор),
1 Здесь и в дальнейшем давление газа (воздуха) абсолютное.
12
регуляторы температур или давлений в масляной и водяной си-
стемах, регулятор фаз.
Обслуживающие генератор системы — топливная, смазки,
охлаждения, а также система пуска — обеспечивают: подачу
топлива к топливным насосам СПГГ, смазку трущихся деталей,
охлаждение поршней двигателя маслом, охлаждение цилиндров
двигателя и компрессора водой и пуск СПГГ (обычно сжатьем
воздухом).
Рассмотрим характерные особенности работы СПГГ, влияю-
щие на величину его параметров и конструкцию основных узлов.
Особенности кинематики и динамики СПГГ иллюстрируются
диаграммами пути, скорости движения и ускорений поршневых
групп, представленными на рис. 5. Из диаграмм видно, что
скорости поршня на прямом ходе больше, чем на обратном
ходе. Соответственно в СПГГ время прямого хода меньше, чем
время обратного хода. Максимумы скоростей смещены в сто-
рону в. м. т., в связи с чем на процессы, происходящие на пер-
вой части прямого хода (или на второй части обратного хода),
отводится меньшее время, чем на процессы, происходящие на
такой же части хода, но вблизи н. м. т.
Увеличение времени обратного хода по сравнению с време-
нем прямого хода происходит потому, что для обратного дви-
жения поршней используется меньшая часть энергии сгораю-
щего в двигателе топлива. Соответственно уменьшаются вели-
чины движущих усилий и увеличивается время этого хода. От-
меченные особенности сохранятся и в том случае, если изме-
нять число циклов СПГГ, воздействуя на величину давлений
в цилиндрах и изменяя тем самым движущие поршни усилия.
Если число циклов связано с величинами давлений в ра-
бочих цилиндрах, то положения мертвых точек определяются
работами, произведенными этими давлениями. Так, положение
н. м. т. зависит от соотношения работ в цилиндрах двигателя,
компрессора и буфера во время прямого хода, положение в. м. т.
определяется работами обратного хода, а разность расстояний
мертвых точек от центра машины (ход поршня) — индикатор-
ными работами.
Изменяя положения мертвых точек 'и число циклов, можно
изменить количество воздуха, подаваемого компрессорами,
а следовательно, и расход газа, которым определяется мощ-
ность турбины.
Особенности процессов в двигателе. При рассмотрении ин-
дикаторной диаграммы двигателя, представленной на рис. 6,
обращает на себя внимание большая доля хода, отводимая на
открытие выхлопных окон, достигающая при полной нагрузке
40—50%. Это связано с требованием обеспечить устойчивую
работу СПГГ в достаточно широком диапазоне изменения на-
грузки. При уменьшении хода поршней до некоторого предела
13
Рис. 5. Путь, скорость и ускорения поршневой группы
СПГГ 26/75.
/ — путь: 1 — скорость; 3— ускорение.
сечение окон может оказаться недостаточным для пропуска
всего количества воздуха, поданного компрессорами в ресивер;
в результате растут потери давления в окнах, повышаются дав-
ления в ресивере и в компрессорах. Если это повышение сопро-
вождается увеличением работы, потребляемой компрессорами,
то ход поршней в последующих циклах уменьшается, что при-
водит в конечном итоге к остановке СПГГ. При определенных
условиях рост давления в ресивере может вызвать уменьшение
работы, потребляемой компрессорами, тогда ход поршней в по-
следующих циклах будет увеличиваться, что вызовет удары
в крышки и может привести к поломке машины.
Во избежание неустойчивой работы СПГГ соотношения раз-
меров двигателя и компрессора выбираются с учетом требова-
ний к регулированию хода поршней и расхода газа. При этом
длина выхлопных и продувочных окон выбирается заведомо
больше той, которая необходима для обеспечения только пол-
ной (номинальной) мощности. Увеличение длины окон произво-
дится за счет смещения к центру их внутренних кромок, по-
этому доля хода поршня, отводимая на открытие окон, увели-
чивается, а полезный объем цилиндра двигателя (полезная
часть хода) уменьшается.
15
В соответствии с рис. 6 доля хода, занятая, например, вы-
хлопными окнами, равна
(4)
о е
где S(> — линейная величина, соответствующая отношению
объема цилиндра в момент начала сжатия к площади
поршня (постоянный геометрический размер);
S — ход .поршня;
е—'действительная степень сжатия в двигателе
е= ,	(5)
Sc ’	v ’
где Sc — линейная величина, соответствующая отношению
объема цилиндра при положении поршней в в. м. т.
к площади поршня.
Так как выхлопные окна всегда открываются раньше, а за-
крываются позже продувочных, то часть поступившего в ци-
линдр продувочного воздуха теряется через выхлопные окна.
В результате избыток продувочного воздуха в СПГГ относи-
тельно высок (<р = 2,Он-2,5). Поскольку длина продувочных
окон меньше, чем выхлопных, большая часть потерь давления
в газораспределительных органах приходится на продувочные
окна; по этой же причине давление в цилиндре в начале сжа-
тия близко к давлению в выхлопном патрубке.
Как видно из диаграмм рис. 5 и 6, процесс выхлопа и про-
дувки, обеспечивающий очистку цилиндра и наполнение его
свежим зарядом воздуха, происходит в конце прямого и в на-
чале обратного ходов, т. е. при наименьших скоростях движе-
ния поршневых групп, что в принципе позволяет обеспечить вы-
сокое качество этого процесса.
Сжатие поступившего в цилиндр воздуха (линия а — с' на
диаграмме рис. 6) начинается после перекрытия поршнем дви-
гателя внутренней кромки выхлопных окон и характеризуется
повышенными температурами в начале процесса и относительно
небольшой степенью сжатия (е = 8 -э- 11).
Впрыск, смесеобразование и сгорание топлива начинаются
в СПГГ в конце обратного хода (точка с' на диаграмме рис. 6).
И^-за отсутствия в СПГГ равномерно вращающихся дета-
лей, от которых можно осуществить привод кулачковой шайбы,
для СПГГ, как правило, применяются аккумулирующие си-
стемы топливоподачи, обеспечивающие необходимые параметры
впрыска при резко убывающей вблизи в. м. т. скорости дви-
жения отмеривающего плунжера топливного насоса. Отсутствие
фиксированного по ходу поршня положения в. м. т. обусловли-
16

вает возможность изменения действительного момента начала
подачи топлива (опережения впрыска) при изменении режима
работы генератора. Относительное увеличение по сравнению
с двигателями без наддува количества топлива, подаваемого
----в цилиндр, сокращение длины полезного хода и увеличение
скорости движения поршневых групп в начале прямого хода
требуют принятия мер по сокращению периода подачи топлива
и по увеличению скорости сгорания.
Процесс горения топлива характеризуется наиболее интен-
сивным выделением тепла вблизи в. м. т. К моменту прихода
поршней в в. м. т. сгорает около 'половины поданного в цилиндр
топлива, а давление достигает наибольшего значения. В связи
с небольшой степенью сжатия в двигателе невелика и степень
расширения продуктов горения, что при высокой скорости и ма-
лом времени движения поршней вызывает догорание топлива
практически на всей полезной части хода расширения. Этими
особенностями объясняются сравнительно низкие величины ин-
дикаторного к. п. д., которые на режимах нагрузок, близких
к полным, не превышают 0,36—0,40, несмотря на относи-
тельно высокие значения рабочих давлений и температур.
Цилиндр н поршни двигателя являются самыми напряжен-
ными деталями СПГГ как с точки зрения действующих на них
давлений, так и с точки зрения температур этих деталей. Бла-
годаря высокой скорости поршней в период наиболее сильного
тепловыделения, в принципе можно уменьшить относительную
величину теплоотдачи в воду, охлаждающую цилиндр, и в масло,
охлаждающее поршни двигателя. Однако, в связи со значи-
тельным увеличением при наддуве количества сжигаемого топ-
лива и соответствующим ростом абсолютного количества тепла,
передаваемого стенкам, втулку и поршни охлаждают возможно
более интенсивно во всех доступных для этого местах.
Особенности процессов в компрессоре. В отличие от цилиндра
двигателя, компрессор СПГГ конструктивно проще и работает
при более низких температурах и давлениях. Основным назна-
чением компрессора является подача в продувочный ресивер
сжатого воздуха требуемого давления при наименьшей затра-
чиваемой на это работе.
Процессы, происходящие в цилиндрах компрессора, иллю-
стрируются диаграммой рис. 7. При внутреннем расположении
компрессоров сжатие воздуха в цилиндре (линия а—с диа-
граммы) и нагнетание его в ресивер (линия с—k) происходят
при обратном ходе поршней. Объем вредного пространства
в этом случае непосредственно связан с положением в. м. т.
Относительная величина этого объема равна
Ск + Sc
ак= 7' ' ’	(6)
О
Г-----------——-5
2 В. M. Колюко	,	17
где Ск — постоянная компрессора, представляющая собой от-
ношение объема цилиндра к площади поршня ком-
прессора при сведенных внутрь до упора поршнях
двигателя.
Поскольку объем вредного пространства связан с положе-
нием в. м. т., регулирование производительности компрессора,
а следовательно, и мощности генератора за счет изменения
Рис. 7. Индикаторная диаграмма компрессора СПГГ 34/90
н процесс изменения давлений в продувочном ресивере.
1 — давление в компрессоре; 2 — давление в продувочном ресивере.
объема вредного пространства в этом типе СПГГ ограничено
довольно узкими пределами. При уменьшении мощности сте-
пень сжатия в двигателе желательно было бы увеличивать,
смещая в. м. т. к центру, чтобы обеспечить надежное самовос-
пламенение топлива и экономичную работу двигателя при
низких давлениях наддува. С другой стороны, для большего
уменьшения производительности компрессоров следовало бы
увеличивать объем вредного пространства, перемещая в. м. т.
18
в противоположном направлении. Для расширения диапазона
регулирования мощности при уменьшении давления газа уве-
личивают объем вредного пространства, одновременно снижая
степень сжатия в двигателе (рис. 8). Как только дальнейшее
снижение степени сжатия по условиям самовоспламенения топ-
лива становится невозможным, ее увеличивают, а излишнее ко-
личество воздуха, подаваемого компрессорами, перепускают
в атмосферу либо вводят в действие дополнительные регули-
Рис. 8. Зависимость хода поршня и степени сжатия в двигателе
СПГГ 34/90 от давления газа.
1 — ход поршня; 2 — степень сжатия.
рующие органы (рециркулятор, устройство для дросселирования
всасывания и т. п.).
В рассматриваемом типе СПГГ нагнетание воздуха происхо-
дит при закрытых продувочных окнах, в замкнутый объем ре-
сивера, в связи с чем давление в ресивере и на линии нагнета-
ния повышается. Расширение воздуха, оставшегося в объеме
вредного пространства, и всасывание новой порции воздуха
в цилиндр происходят во врбмя прямого хода (см. рис. 7).
При наружном расположении компрессоров (см. рис. 2, а)
процессы сжатия—нагнетания происходят на прямом ходе
поршней, а процессы расширения — всасывания на обратном.
Нагнетание может происходить при частично или полностью от-
крытых продувочных окнах. Наружное расположение компрес-
соров позволяет регулировать мощность СПГГ в широких пре-
делах при сравнительно небольшом изменении величины хода
2*
19
поршней. С уменьшением подачи топлива и сокращением длины
хода поршней н. м. т. сдвигается к центру машины. При этом
возрастает объем вредного пространства, из-за чего производи-
тельность компрессора снижается в большей степени, чем это
могло бы быть получено только за счет уменьшения хода
поршней.
Параметры компрессора и характер изменения давлений
в процессах всасывания и нагнетания в значительной мере за-
висят от конструкции клапанов компрессора. Чем больше про-
ходное сечение клапанов, тем меньше потери давления в ком-
прессоре, ниже температура нагнетаемого воздуха и больше
производительность. При малых сопротивлениях выравнивание
давлений в цилиндре и в ресивере или во всасывающем па-
трубке может происходить с большей скоростью, чем скорость
движения поршней; в этом случае на линиях всасывания или
нагнетания имеют место колебания давления, обусловленные
периодическим открытием и закрытием клапанов.
Введение охлаждения компрессорного цилиндра приводит
к понижению показателя политропы сжатия и к увеличению по-
казателя политропы расширения (линии а — с и k — & на рис. 7),
благодаря чему работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха,
уменьшается, температура в ресивере понижается, а наполне-
ние двигателя и мощность СПГГ увеличиваются при. сохране-
нии или небольшом понижении общего к. п. д. агрегата.
Процесс в буфере. В буферах СПГГ аккумулируется энер-
гия, используемая для обратного хода поршней. Величиной
этой энергии при прочих равных условиях определяется поло-
жение в. м. т.: она тем ближе к центру, чем выше давление
сжимаемого в буферах воздуха и больше объемы этих ци-
линдров.
В СПГГ с наружным расположением компрессоров в буфе-
рах аккумулируется только часть энергии, необходимой для
совершения обратного хода; другая часть всегда аккумули-
руется во вредных пространствах компрессорных цилиндров.
В СПГГ с внутренним расположением компрессоров в бу-
ферах аккумулируется вся энергия, необходимая для соверше-
ния обратного хода. Поскольку в этом случае работа обратного
хода складывается из работы сжатия в двигателе и в компрес-
сорах, то энергия, - аккумулируемая буферами, будет больше,
чем в СПГГ с наружным расположением компрессоров. Отме-
ченное не требует, однако, повышения параметров буфера в ге-
нераторах первого типа, поскольку в таких СПГГ можно иметь
и наибольшие объемы буферов.
В СПГГ с компрессорами двойного действия наличие ком-
прессора, расположенного с наружной стороны, уменьшает пло-
щадь поршня буфера, а осуществление сжатия воздуха во внут-
ренних компрессорах требует увеличения запаса аккумулируе-
20
мой в буферах энергии. Оба эти обстоятельства приводят к не-
обходимости иметь в буфере СПГГ с компрессорами двойного
действия более высокие параметры, чем в генераторах других
типов.
При работе в цилиндре буфера происходят два основных
процесса: сжатие воздуха при прямом ходе поршней с аккуму-
лированием энергии, необходимой для совершения обратного
хода, й расширение с отдачей этой энергии. Периодическое ак-
кумулирование энергии и отдача ее обратно сопровождаются
потерями. Как видно из диаграммы на рис. 9, процессы сжатия
и расширения не являются адиабатными, показатели поли-
троп сжатия и расширения переменны по ходу поршня и обра-
зуют площадь amiCtn2a, эквивалентную потере энергии буфера
в результате теплообмена воздуха со стенками и утечек воз-
духа из цилиндра.
Для поддержания в буфере требуемого давления необходимо
в течение каждого цикла добавлять в него некоторую пор-
цию воздуха. В простейшем виде пополнение утечек может про-
изводиться через окна или всасывающие клапаны. Для измене-
ния давления воздуха в буфере можно использовать специаль-
ное устройство — стабилизатор, связывающий . это давление
с давлением в одном из рабочих цилиндров СПГГ или в проду-
вочном ресивере. В этих случаях давление в буфере зависит от
режима работы и степень сжатия в двигателе будет изменяться
в соответствии с характеристикой стабилизатора, который бу-
дет выполнять роль регулятора степени сжатия. В конструкциях
21
СПГГ, подобных представленной на рис. 3 и 4, нашли примене-
ние стабилизаторы, осуществляющие пополнение утечек и регу-
лирование давления в буфере за счет перепуска части воздуха
из продувочного ресивера СПГГ в определенный момент хода
поршня.
Процессы в ресивере, всасывающем и выхлопном патрубках.
В рассматриваемых процессах не совершается механическая
работа, связанная с изменением объема. Тем не менее измене-
ние состояния воздуха или газа в этих процессах оказывает су-
щественное влияние на работу СПГГ в целом. Так, колебатель-
ными явлениями, обусловленными периодичностью всасывания
и резкими изменениями скорости воздуха во всасывающем па-
трубке, в значительной степени определяется характер напол-
нения компрессора и количество поступающего в него воздуха.
Возникающие при всасывании пульсации давления могут пере-
даваться на стенки машинного отделения, вызывая нежелатель-
ные вибрации стенок, и являются одним из источников шума.
Аналогичные явления в выхлопном патрубке СПГГ могут
вызвать излишнюю потерю продувочного воздуха через выхлоп-
ные окна и уменьшить наполнение двигателя в случае если
после закрытия продувочных окон вследствие колебаний давле-
ние в выхлопном патрубке резко понизится. Кроме того, резкие
изменения скорости газа могут вызывать вибрации газопровода.
Для уменьшения влияния на работу СПГГ всасывающих и
выхлопных систем последние, как правило, оборудуются урав-
нительными коллекторами. В установках, состоящих из не-
скольких СПГГ, последние можно оборудовать регуляторами
фаз, обеспечивающими постоянную величину смещения момен-
тов всасывания и выхлопа в соседних СПГГ.
Процессы в ресивере зависят в первую очередь от располо-
жения цилиндров компрессоров.
При внутреннем расположении компрессоров давление в ре-
сивере изменяется при подходе поршней к в. м. т., когда через
нагнетательные клапаны компрессор подает воздух в замкну-
тый объем ресивера, в результате чего давление в ресивере по-
вышается (см. рис. 7). Вблизи н. м. т., после открытия проду-
вочных окон, происходит истечение воздуха из ресивера через
окна; в начальной фазе этого процесса может иметь место крат-
ковременное повышение давления, обусловленное забросом
газа из цилиндра. Последующее понижение давления в резуль-
тате истечения воздуха происходит до момента закрытия про-
дувочных окон .(при малой величине их полного открытия) либо
заканчивается несколько раньше.
В СПГГ с наружным расположением компрессоров оба рас-
смотренных процесса (пополнение ресивера воздухом и истече-
ние через окна) происходят вблизи н. м. т. и отличаются более
сложной взаимосвязью.
22
$ 2. ВЗАИМОСВЯЗЬ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Основные взаимосвязи между параметрами СПГГ могут
быть установлены при рассмотрении энергетического, весового
* и теплового балансов, соотношений постоянных и переменных
----геометрических размеров и уравнения динамики движения
поршневых групп.
Энергетическим балансом связываются величины энергий,
работ или средних давлений во всех цилиндрах СПГГ на опре-
деленном участке хода поршней. Для выяснения влияния пара-
метров отдельных процессов на положения мертвых точек или
ход поршней рассматривают обычно уравнения балансов за об-
ратный ход и за цикл.
Для свободнопоршневых генераторов газа с внутренним рас-
положением компрессоров уравнение баланса работ за обрат-
ный ход можно записать в виде
Л, =^сж + ^сж +	(7)
"б сжд сжк m
Для свободнопоршневых генераторов газа с наружным рас-
положением компрессоров
L +L —L +L01-,	'	(8)
рб 1’к сжд т	4 ’
где £СЖд— работа сжатия двигателя;
£СЖк— работа сжатия — нагнетания компрессоров;
£Рк — работа расширения — всасывания компрессоров;
£Рб — работа расширения буферов;
^°т —работа механических потерь обратного хода.
Уравнение баланса работ за цикл, одинаковое для всех прин-
ципиальных схем СПГГ, имеет вид
£/д=£Гк+£/б + £т,	(9)
где£гд, LlK, Li6—индикаторные работы двигателя, компрессоров
и буферов соответственно;
Lm — работа механических потерь за цикл.
Аналогичным образом можно составить и уравнение баланса
за прямой ход.
Входящие в уравнения величины работ можно заменить соот-
ветствующими значениями средних давлений, поскольку ход
поршней во всех цилиндрах одинаков, или выразить работы в те-
пловых единицах (ккал). В частности, баланс работ за цикл
для симметричного СПГГ с компрессорами простого действия,
записанный в тепловых единицах, выражается уравнением
(Тк— ТЙ ,	(Ю)
\ ЬРк /
23
где Гк и Го — температура нагнетаемого компрессорами воз-
духа и окружающей среды;
СРоиСРк—изобарные теплоемкости воздуха на входе
в компрессоры и при нагнетании;
gr и gK — цикловая подача топлива в двигатель и подача
воздуха одним компрессором;
Ни — низшая теплотворность топлива.
Входящий в уравнение механический к. п. д. СПГГ помимо
механических потерь включает также и потери на индикаторную
работу буфера
Весовым балансом связываются количества воздуха или газа
на определенных участках газовоздушного тракта
Яг= (2gK + gT) К= [2gBc (1 ~<0 К + £т1 *г,	(12)
где gr и ё'вс — количество газа, вырабатываемого СПГГ, и коли-
чество воздуха, всасываемого одним компрессо-
ром, за цикл;
Хг и Хк — коэффициенты герметичности, учитывающие утеч-
ки газа в газопроводах и маневровых клапанах
и утечки воздуха в компрессорах.
Коэффициент отбора о, входящий в рассматриваемое уравне-
ние, представляет собой отношение количества воздуха, отбирае-
мого из компрессоров или ресивера и не проходящего через ци-
линдр двигателя, ко всему количеству воздуха, поступившему
в компрессоры.
Тепловым балансом связываются количество тепла, подведен-
ного с топливом, теплосодержание газа и тепловые потери
gT(i-WH„=/r-/0,	(13)
где £п — коэффициент потерь тепла или доля, которую состав-
ляют тепловые потери от тепла, введенного в цилиндр
двигателя с топливом;
/г — /о — разность теплосодержаний газа, вырабатываемого
СПГГ, и воздуха на входе в компрессоры.
Уравнения энергетического, весового и теплового балансов
можно составить для любой конструктивной схемы СПГГ или
для всей силовой установки. Совместное решение этих уравне-
ний и уравнения динамики движения поршней позволяет найти
взаимосвязи между рабочими параметрами, постоянными и пере-
менными геометрическими размерами СПГГ и выяснить фак-
торы, влияющие на его мощность и экономичность.
24
Расход газа. Как было отмечено при рассмотрении уравне-
ния (3), основным параметром, определяющим величину разви-
ваемой генератором мощности, является секундный расход
газа GT.
Используя уравнение (12) и располагая значениями хода
поршня и коэффициента наполнения компрессора, найдем связь
расхода газа с основными параметрами СПГГ
<Л= ГлЛв То (1 -о)h + v-1 кг/сек, (14)
OU	к	* J
где п — число циклов СПГГ в минуту;
FK — площадь поршня компрессора;
S — ход одной поршневой группы;
т1г/к—коэффициент наполнения компрессора.
и давлении газа.
—"
Рассмотрим величину и характер изменения параметров,
влияющих на расход газа.
Число циклов является функцией массы поршневых групп,
движущих усилий и хода поршня. Интегрирование основного
уравнения динамики движения поршней (1) в предположении
линейного закона изменения движущего усилия во времени [14]
дает следующую зависимость для числа циклов
п—----------------—---------------цикл/мин, (15)
\ У ^в. м. т	^н. м. т /
ГДе ^в.м.т. И ^н.м.т. — величины движущих усилий в мертвых
точках;
тп — масса поступательно движущихся деталей
одной поршневой группы.
При заданной массе поршневых групп наибольшее влияние
на число циклов оказывает давление в буфере (рис. 10). С од-
25
ной стороны, изменение (например, увеличение) давления в бу-
фере приводит к росту движущего усилия в н. м. т., а с другой
стороны, благодаря увеличению при этом давления сжатия
в двигателе, повышается и движущее усилие в в. м. т. При ре-
гулировании мощности СПГГ давление в буфере повышается
с ростом давления газа, поэтому зависимость числа циклов
от давления газа (см. рис. 14) аналогична зависимости числа
циклов от давления в буфере.
При изменении режима работы число циклов меняется
в сравнительно узких пределах; чтобы заметно повлиять на чи-
сло циклов СПГГ, необходимо значительно изменить массу, ход
поршней или движущие усилия, так как в уравнение (15) они
входят под знак радикала.
Ход поршня может быть найден из уравнения баланса работ
и соотношений между постоянными и переменными геометриче-
• скими размерами СПГГ
(16)
2FKplK ’	V
где piK— среднее индикаторное давление в компрессоре.
Для СПГГ ход поршня определяется соотношением индика-
торных работ двигателя и компрессора. Увеличение подачи то-
плива на цикл, приводя к увеличению индикаторной работы дви-
гателя, вызывает увеличение хода поршня (рис. 11). Как видно
из рис. 12, с ростом степени повышения давления тк индикатор-
ное давление в компрессоре вначале увеличивается, а затем
уменьшается. Расположение максимума р,к зависит от сте-
пени повышения давления, от величин показателей политроп и
от относительного объема вредного пространства компрес-
сора. В соответствии с таким характером изменения индикатор-
ного давления в компрессоре зависимость хода поршня от дав-
ления газа может иметь минимум, определяемый максималь-
ным значением р,к (см. рис. 8).
Коэффициент наполнения компрессора является функцией
объемного коэффициента наполнения и параметров воздуха на
входе в компрессор
•ПРк=—Чо»	(17)
То
где так,То — удельный вес воздуха в цилиндре крмпрессора
в начале сжатия и во всасывающем патрубке СПГГ
соответственно;
т]0 — объемный коэффициент наполнения, зависящий
от степени повышения давления, относительного
объема вредного пространства и показателя поли-
тропы расширения
(1 \
(18)
Рис. 11. Зависимость хода поршня от подачи
топлива иа цикл при постоянных давлении в бу-
фере и давлении газа.
1 — СПГГ 26/75 с внутренним расположением компрессо-
ров; 2 — СПГГ 15/49 с наружным расположением компрес-
соров.
Рис. 12. Влияние степени повышения
давления и относительного объема
вредного пространства на среднее инди-
каторное давление в компрессоре.
27
Входящая в последнее уравнение степень повышения давле-
ния тк представляет собой отношение давления нагнетания
к давлению всасывания и непосредственно связана с давлением
газа и потерями давления в газовоздушном тракте СПГГ
тк= -?*- = Рг + £Дрг.,	(19)
Рак Ро &Ро
где 2Дрг — сумма потерь давления в газовоздушном тракте
(исключая потери на всасывании);
Дро — потеря давления во всасывающих клапанах.
9т/дтток ,Р1Р/тя^о
Рис. 13. Относительное изменение расхода газа в
СПГГ 15/49 в зависимости от подачи топлива на цикл,
давления в буфере и давления газа.
Как видно из рассмотренных уравнений, весовая производи-
тельность компрессора и секундный расход газа тесно связаны
с конструкцией и рабочим процессом СПГГ в целом. Влияние
отдельных факторов на расход газа показано на рис. 13. Из него
следует, что при заданном давлении газа его расход увеличи-
вается с ростом подачи топлива на цикл, так как при этом уве-
личивается ход поршня и коэффициент наполнения компрес-
сора. Повышение давления газа при неизменных подаче топ-
лива и давлении в буфере сопровождается снижением расхода
из-за ухудшения наполнения компрессорного цилиндра. Повы-
шение давления в буфере, вызывая рост степени сжатия, улуч-
шает индикаторный процесс в двигателе, увеличивает число
циклов и приводит к увеличению расхода газа. Однако по мере
28
повышения давления в буфере расход газа возрастает все мед-
леннее вследствие увеличения механических потерь и меньшей
эффективности влияния повышения степени сжатия на улучше-
ние индикаторного процесса двигателя.
Рис. 14. Нагрузочная и ограничительные характеристики
СПГГ 34/90.
1 — расход газа на сопло постоянного сечення; 2 — расход газа при
увеличенном сеченни сопла; 3 — максимальный расход газа; 4 — мини-
мальный расход газа; 5—мощность по газу; 6 — число циклов; 7 —тем-
пература газа; 8 — коэффициент избытка воздуха для горения; 9 —
удельный расход топлива по газу.
Изменение расхода газа при работе СПГГ на сопло постоян-
ного сечения (нагрузочная характеристика СПГГ) показано
на рис. 14. Там же нанесены верхняя и нижняя ограничитель-
ные характеристики СПГГ (кривые максимального и минималь-
ного расхода). Изменение расхода газа по верхней ограничи-
29
тельной характеристике соответствует предельно допустимым ре-
жимам работы генератора с точки зрения форсировки двига-
теля по ходу поршня, температурам или давлениям; величины
расхода по нижней ограничительной характеристике опреде-
ляются минимальными значениями хода поршня, допустимыми
по условиям устойчивой работы СПГГ.
Из рассмотрения приведенных рисунков следует, что расход
газа в СПГГ изменяется в сравнительно узких пределах (от 100
до 40—60%). Из-за ограниченной возможности уменьшать ход
поршня малые мощности в установках с СПГГ получают, пере-
пуская излишнее количество газа в атмосферу. Поскольку пере-
пускаемая часть газа не совершает полезной работы, а на при-
готовление ее затрачивается топливо, такой способ регулирова-
ния является наименее экономичным, хотя и обеспечивает любое
требуемое снижение расхода газа. Более эффективными спосо-
бами регулирования расхода газа являются: изменение объема
вредных пространств компрессоров, рециркуляция, дросселиро-
вание всасывания, перепуск части воздуха из ресивера в газо-
провод, минуя цилиндр двигателя. Наличие этих способов
не исключает, однако, необходимости иметь перепуск газа в ат-
мосферу при самых малых мощностях турбины, поскольку ми-
нимальный расход газа и в этих случаях имеет вполне опреде-
ленное значение.
Давление газа непосредственно связано с его расходом из-
вестным уравнением	_____
п - GrVW
Г
где pFc — эффективное сечение соплового аппарата турбины,
дроссельной диафрагмы или сопла, на которое рабо-
тает генератор;
ф— функция расхода газа, зависящая от отношения дав-
лений — на выходе и входе в рассматриваемое
Рг
сечение, показателя адиабаты k и ускорения силы
тяжести g-
При отношении давлений — выше критического функция
Ро
расхода постоянна и достигает максимального значения
fe+i
(9	\ —1
4т) •	(22)
30
Из уравнения (20) следует, что давление газа возрастает
при увеличении расхода и уменьшается при увеличении эффек-
тивного сечения, на которое работает генератор.
Температура газа может быть найдена из уравнения тепло-
вого баланса (13) и баланса работ (10). Выражения для тем-
пературы газа можно представить в различной форме, связы-
вающей те или другие параметры СПГГ.
В простейшем случае, при отсутствии утечек и отбора газа,
а также при отсутствии промежуточного охлаждения сжимае-
мого компрессором воздуха
] (1-Сп)Яи
(23)
где Lo — теоретически необходимое количество воздуха для сго-
рания 1 кг топлива;
ас — суммарный коэффициент избытка воздуха в СПГГ

(24)
Зависимость температуры газа от температуры нагнетаемого
компрессором воздуха можно представить уравнением
у у I (1 £п 'Чд'Чт'Чк) Нц
acL<iCp0
Ъ-
(25)
Связь температуры газа с температурой окружающей среды
и температурой нагнетаемого компрессором воздуха опреде-
ляется из выражения
Тг= То 4
СРо т '
С~ °
’ll’Im’Ik
(26)
Входящая в уравнение температура нагнетаемого компрес-
сором воздуха в свою очередь зависит от степени повышения
давления
т,—1
Тк=Тотк т‘ .	(27)
Коэффициентами v и Vi учитывается увеличение веса газа
по сравнению с весом поступившего в компрессоры воздуха
(за счет сгорания поданного в двигатель топлива) и разница
в теплоемкостях газа и воздуха
сро .
СРг
(28)
31
Поскольку подача тбплййа gT мала по сравнению с весовой
производительностью компрессора gK, а теплоемкости газа и
воздуха отличаются друг от друга на небольшую величину,
значения коэффициентов v и vi в приведенных выражениях для
температуры газа близки к единице (*^^^0,92-^0,98), и их
влиянием на характер изменения температуры газа при измене-
нии режима работы СПГГ можно практически пренебречь.
Уравнение (23) показывает, что температура газа в СПГГ
тем выше, чем меньше суммарный коэффициент избытка воз-
Рис. 15. Влияние суммарного коэффициента избытка
воздуха на температуру газа.
1 — СПГГ 34/90; 2 —СПГГ 26/75; 3—СПГГ 15/49.
духа, т. е. чем относительно больше топлива подается в цилиндр
двигателя. Характер зависимости Тт от суммарного коэффи-
циента избытка воздуха показан на рис. 15.
Из уравнения (25) видно, что температура газа зависит от тем-
пературы нагнетаемого компрессором воздуха Тк, т. е. непосред-
ственно связана с давлением нагнетания, а следовательно, и с
давлением газа. Из рис. 14 следует, что с увеличением давления
газа температура газа также повышается. Поскольку, однако,
степень повышения давления тк, определяющая величину Тк,
согласно уравнению (19) является не только функцией давления
газа, но также и потерь давления ХДрг, такой характер измене-
ния температуры газа наблюдается в случае, когда рг и тк изме-
няются в одном и том же направлении, что имеет место при до-
статочно больших нагрузках СПГГ. При значительном умень-
шении хода поршня потери давления в газораспределительных
органах двигателя возрастают, что может вызвать увеличение
32
степени повышения давления и соответствующий рост темпе-
ратуры при неизменном или даже снижающемся давлении
газа.
На температуру газа большое влияние оказывает произве-
дение т]сшт = тиЛтОн (общий к. п. д. СПГГ). Связь т]Спгг с этой
температурой можно проанализировать по уравнению (26), ив
которого следует, что уменьшение общего к. .п. д. генератора при-
водит к росту Тт- Последнее объясняется тем, что уменьшение
т]спгг вызывает пропорциональное снижение суммарного коэф-
фициента избытка воздуха, связь которого с рассмотренным
к. п. д. можно установить из формулы (10).
Как показывают расчеты, каждые <5% понижения общего
к. п. д. вызывают рост температуры газа на 15—30° С. При этом
большие цифры относятся .к более высоким давлениям.
Следует отметить, что температура газа зависит и от тем-
пературы окружающего воздуха, повышаясь примерно на 25° С
при увеличении температуры окружающего воздуха на каж-
дые 10° С.
К увеличению температуры приводит также уменьшение от-
носительных потерь тепла с охлаждением, оцениваемых коэффи-
циентом 5п.
Экономичность СПГГ оценивается по величине удельного
расхода топлива, отнесенного к газовой (адиабатной) мощности
генератора
««=>•	(29)
где GT — часовой расход топлива.
По известной величине удельного расхода топлива или по
параметрам газа и подаче топлива можно подсчитать адиабат-
ный к. п. д. СПГГ
632,3 _ gTHa
Д==	g.Hu ’
(30)
где На — располагаемый адиабатный теплоперепад
^а=СргТг
k-1
м *
Рг /
ккал/кг.
(31)
Полагая, что в простейшем случае воздух в компрессор
СПГГ всасывается из атмосферы, а промежуточное охлаждение
и перепуск части воздуха, сжимаемого в компрессоре, отсут-
ствуют, найдем связь адиабатного к. п. д. с рабочими парамет-
рами СПГГ. Для этого в правую часть уравнения (30) подста-
вим выражение (31) (для На и выразим произведение gtHu из
3
В. М, Колюко
33
уравнения теплового баланса (13), заменив в нем величины
/г и /о через соответствующие температуры и теплоемкости
*-1~]
।__/ Ро \ *
\Рг
_ _ 1-Сп
^ад— т
1--,-^°
Тт
Взаимосвязь адиабатного к. п. д. с основными параметрами
СПГГ можно также представить зависимостью [14]
(32)
/ Я1‘~1 \
(1 — Сп) Ьк т‘ 4* Ticnrr
----------------------------------
Ч mi - 1
—1
/ Ро\ ft
\Рг) J
(33)
Анализ обоих уравнений позволяет установить, что экономич-
ность СПГГ в значительной мере зависит от отношения давле-
ний — , повышаясь с увеличением давления газа (см. рис. 14).
Ро
Существенное влияние на адиабатный к. п. д. оказывает тем-
пература газа, понижение которой при неизменном отношении
давлений — вызывает улучшение экономичности. Как видно
Ро
из приведенных формул, с этой точки зрения следует стремиться
к повышению общего к. п. д. СПГГ и к уменьшению степени по-
вышения давления в компрессоре, обеспечивая одновременно
наибольшее давление газа.
При наличии экспериментальных значений параметров, По-
казателей и коэффициентов, входящих в рассмотренные уравне-
ния, можно проанализировать основные факторы, влияющие на
мощность и экономичность СПГГ, и разработать на основе та-
кого анализа практические мероприятия по улучшению рабочего
процесса генератора.
Динамическая и тепловая напряженность СПГГ. Кроме па-
раметров, влияющих на мощность и экономичность, при испыта-
ниях необходимо также найти величины параметров, которыми
определяется прочность, динамическая и тепловая напряжен-
ность отдельных элементов конструкции свободнопоршневого ге-
нератора газа. К числу таких параметров относятся в первую
очередь параметры двигателя: максимальное давление, коэффи-
циент избытка воздуха для горения и среднее индикаторное
давление.
Максимальное давление сгорания зависит от давления
в конце сжатия рс и степени повышения давления Л в двигателе
Рг=УРс-	(34)
Давление сжатия, определяемое из известного выражения
Pc^Paf"'.	(35)
34
и соответствующее положению поршней в в. м. т., в свободно-
поршневых двигателях носит несколько условный характер, так
как горение топлива начинается ранее в. м. т. (см. рис. 6).
Практически давление сжатия определяется регулировкой ста-
билизатора, устанавливающего давление в буфере и, соответ-
ственно, требуемое положение в. м. т. в зависимости от давле-
ния газа (рис. 16).1
Рис. 16. Влияние регулировки стабилиза-
тора и давления газа на давление сжа-
тия в двигателе СПГГ 34/90.
1 — стабилизатор с большим затягом пружины,
регулирующий перепуск воздуха в буфер; 2 —
стабилизатор с нормальным затягом; 3 — ста*
билизатор с малым затягом.
Рис. 17. Изменение максимального
давления сгорания при изменении
давления газа.
/ — СПГГ 21/58,5 (работа на турбину);
2 — СПГГ 19/52,7 (работа на сопло);
3— СПГГ 15/49 (работа при постоянных
давлении в буфере и подаче топлива
на цикл).
В свободнопоршневых генераторах газа положение в. м. т.,
определяющее собой величину степени сжатия, не является по-
стоянным. Поэтому характер зависимости максимального давле-
ния сгорания, например, от давления газа может быть различ-
ным и определяется тем, как регулируется степень сжатия и па-
раметры топливоподачи (рис. 17). В связи с необходимостью
снижения расхода газа на режимах малой мощности макси-
мальное давление сгорания на этих режимах также понижают,
что позволяет уменьшить число циклов и расширить пределы
регулирования производительности.
С ростом максимального давления сгорания увеличиваются
напряжения в поршне и в центральной части втулки цилиндра
двигателя, повышается дополнительная нагрузка на поршневые
кольца, что сопровождается увеличением потерь на трение. Так
же как и в обычных двигателях внутреннего сгорания, увеличе-
3*	35
ние степени сжатия и повышение максимального давления сго-
рания позволяют увеличить индикаторный к. п. д. При повыше-
нии pz увеличиваются движущие поршни усилия, число щиклов,
скорость поршня и мощность СПГГ.
В качестве показателя, характеризующего динамическую на-
пряженность СПГГ, т. е. величину инерционных нагрузок дви-
жущихся деталей, можно принять произведение средней скоро-
сти поршня ст на число циклов
cmn—kSn2.	(36)
Подставив в это уравнение число циклов из формулы (15),
можно заметить, что произведение стп является функцией
только движущих усилий и массы поршневой группы. Так как
наибольшее из движущих усилий (в в. м. т.) определяется в ос-
новном значением максимального давления сгорания, то и дина-
мическая напряженность СПГГ в первую очередь связана с ве-
личиной этого давления.
Коэффициент избытка воздуха для горения оказывает су-
щественное влияние на процесс горения и на индикаторный
к. п. д. двигателя СПГГ. В противоположность обычным двига-
телям внутреннего сгорания, величина этого коэффициента
в СПГГ не определяет собой мощности и может как увеличи-
ваться, так и уменьшаться при снижении нагрузки (см. рис. 14).
Изменение коэффициента избытка воздуха для горения вызы-
вает в первую очередь изменение максимальной температуры
рабочего цикла Tz. Характер зависимости Tz=f(a) можно уста-
новить, рассматривая известные уравнения сгорания, например,
для теоретического цикла со сгоранием по изохоре (6]. В этом
случае приближенное уравнение для максимальной температуры
цикла (без учета изменения числа молей газа, а также разницы
в теплоемкостях воздуха и продуктов горения) имеет вид
Т _ТА'^и
(37)
aL0(l +7r)Cp ’
где Tc — температура в двигателе в конце сжатия;
уг — коэффициент остаточных газов;
t — коэффициент использования тепла;
cv — мольная теплоемкость при постоянном объеме.
Входящий в уравнение коэффициент избытка воздуха для
горения а определяется величиной подачи топлива на цикл, по-
лезным объемом цилиндра и параметрами наддувочного воз-
духа
а= --------а_ ;
g-r^o (1 + 1г)
где 2FnSb = Va — полезный объем цилиндра;
уа — удельный вес заряда воздуха в начале сжатия.
(38)
36
Из уравнения (37) видно, что максимальная температура
цикла увеличивается при уменьшении коэффициента избытка
воздуха для горения и при повышении температуры в конце
сжатия. Повышение максимальной температуры цикла сопрово-
ждается увеличением тепловой напряженности СПГГ, так как
при этом одновременно увеличиваются температуры газа в про-
цессе расширения и, соответственно, температуры деталей рабо-
чего цилиндра и поршней двигателя.
Среднее индикаторное давление, отнесенное к полному ходу
поршня, может быть найдено из выражения
п —
2ГД5
(39)
или, используя уравнения 1(4) и (38),
Pi
427Яи7дд
^-о (1 + 1г)
(40)
д
8
8 — 1

В отличие от обычных двигателей внутреннего сгорания, ве-
личина среднего индикаторного давления в двигателе СПГГ из-
меняется в сравнительно узких пределах, поскольку, например,
при уменьшении подачи топлива одновременно уменьшается
и ход поршня.
Среднее индикаторное давление и средняя скорость поршня
непосредственно связаны с тепловой напряженностью рабочего
цилиндра двигателя, т. е. с количеством тепла, переходящего
через единицу поверхности стенки (поршня или втулки) в еди-
ницу времени
9=33000»—--PiSm ккал!м2час,	(41)
тцГохл д
где £— доля тепла от всего введенного в цилиндр с топли-
вом, передаваемая через рассматриваемую поверх-
ность;
•^охл — поверхность охлаждения.
Параметры, характеризующие тепловую и динамическую на-
пряженность, можно связать с износами и сроком службы
СПГГ, подобно тому, как это предложено для двигателей внут-
реннего сгорания [21]. Выделяя из комплекса факторов, опреде-
ляющих то или иное значение срока службы двигателя СПГГ,
факторы, непосредственно связанные с параметрами рабочего
процесса, можно составить выражение для показателя, завися-
щего от параметров рабочего процесса, с увеличением которого,
при прочих равных условиях, уменьшаются износы деталей дви-
жения (например, износы поршневых колец), а срок службы
пропорционально увеличивается. Полагая, например, что дей-
ствие сил трения вызывает тем больший износ, чем -выше темпе-
37
ратура трущихся поверхностей, и что линейная величина износа
является функцией произведения давления трения на тепловую
напряженность, запишем выражение для рассматриваемого по-
казателя в виде
ш=-----,	(42)
3/---
где У Од характеризует зависимость допустимой величины ли-
нейного износа от диаметра цилиндра.
Из приведенного выражения видно, что при повышении сред-
него индикаторного давления, скорости поршня, числа циклов
и при уменьшении механического к. п. д. следует ожидать отно-
сительного увеличения износов и уменьшения срока службы
поршневых колец. Если аналогичный показатель составить для
случая, когда работоспособность двигателя определяется более
длительным по времени износом втулки рабочего цилиндра, то
в рассматриваемый показатель вместо механического к. п. д.
войдут давления рс и pz, поскольку наибольший износ, от кото-
рого зависит срок службы втулки, будет иметь место в районе
в. м. т., где силы трения зависят от величин давления сжатия
и максимального давления сгорания.
Экспериментальное определение величин параметров, оказы-
вающих наибольшее влияние на изучаемые технико-экономиче-
ские показатели СПГГ, и последующий анализ полученных ре-
зультатов составляют главную задачу испытаний. Условия про-
ведения эксперимента, объем, программа и методика испытаний
устанавливаются в каж1дом случае отдельно, в соответствии
с той целью, которую преследует постановка данного экспери-
мента.
§3. ЗАДАЧИ И ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИИ
Виды испытаний. Создание нового образца СПГГ с последую-
щим доведением его до серийного производства и создание на
базе этого образца силовых установок различных мощностей
представляют довольно сложную задачу. В общих чертах прово-
димые при этом работы имеют сходство с процессами создания
современных двигателей внутреннего сгорания с наддувом и
быстроходных поршневых компрессоров. При освоении новых
конструкций СПГГ и при создании силовых установок с серий-
ными образцами генераторов газа необходимо выполнение ком-
плекса исследований, обеспечивающих:
отработку конструкции и рабочего процесса СПГГ, обслу-
живающих его систем, устройств и механизмов;
отработку конструктивных элементов комплектной силовой
установки с СПГГ и проверку совместного действия главных
агрегатов установки;
38
определение основных технических характеристик изготов-
ленных образцов и проверку соответствия их утвержденной тех-
нической документации;
ввод в действие созданной силовой установки и последую-
щую нормальную ее эксплуатацию;
выявление возможных путей повышения мощности, экономич-
ности или улучшения других технико-экономических показате-
лей СПГГ или установки в целом с целью их дальнейшего со-
вершенствования;
получение опытных данных и материалов, необходимых для
создания новых образцов СПГГ и силовых установок с ними.
В зависимости от основной цели исследования можно рас-
смотреть следующие виды испытаний.
Доводочные испытания. Как бы хорошо ни были отработаны
рабочие чертежи и расчеты, без тщательной и всесторонней
экспериментальной проверки изготовленного опытного образца
СПГГ невозможно создать новую машину, отвечающую совре-
менным высоким требованиям. Доводочные испытания обеспе-
чивают проверку выбранных в проекте технических решений,
дают опытный материал, на основании которого корректируется
конструкция, размеры и отрабатывается технология изготовле-
ния генератора. Будучи связанными с исследованиями целого
ряда вариантов различных узлов и деталей СПГГ, доводочные
испытания носят поисковый характер и отличаются большой
трудоемкостью выполняемых при этом экспериментально-кон-
структорских работ и расчетно-теоретических исследований.
Приемочные испытания являются официальным моментом
проверки и передачи готовой продукции заказчику. Этими испы-
таниями подтверждается соответствие изготовленных образцов
СПГГ или силовых установок с ними утвержденной технической
документации и возможность их промышленного использования.
Для первых (головных) образцов приемочные испытания могут
служить основанием для решения о последующем серийном вы-
пуске их.
Испытания СПГГ в условиях эксплуатации проводятся сов-
местно с газовой турбиной, в составе комплектной силовой уста-
новки, и позволяют выяснить те особенности их работы, ко-
торые трудно или нельзя изучить при испытаниях на стенде.
К таким особенностям в судовых условиях, в частности, отно-
сятся особенности, связанные с работой установки при маневри-
ровании, при ходе судна во льдах или в штормовую погоду, при
повышенных температурах наружного воздуха и забортной во-
ды. Наиболее полно в условиях эксплуатации проверяются та-
кие качества, как надежность, удобство обслуживания и ремонта
СПГГ.
Исследовательские испытания. Для выявления путей повыше-
ния мощности, экономичности или улучшения других технико-
39
экономических показателей СПГГ, а также при создании новых,
более совершенных, конструкций СПГГ. необходимо иметь доста-
точно подробные и точные данные по параметрам, по динамиче-
ской и тепловой напряженности и по износам основных деталей
СПГГ. Такие данные можно получить, проведя исследователь-
ские испытания генератора. Так как методика постановки экспе-
риментов или анализа полученных данных в этих испытаниях
бывает достаточно сложной, то задачи исследовательских испы-
таний часто ограничивают решением отдельных узких вопросов.
Режимы испытаний. В общем случае режим при испытаниях
устанавливается по величине подачи топлива на цикл, давлению
газа и давлению в буфере. При работе СПГГ на сопло (или тур-
бину) с постоянным сечением и при наличии стабилизатора, авто-
матически устанавливающего давление в буфере в соответствии
с требованиями нагрузки, режим работы определяется подачей
топлива на цикл. Из числа режимов работы, изучение ко-
торых при испытаниях представляет наибольший интерес, необ-
ходимо отметить режимы номинальной, 'максимальной и эксплу-
атационной мощности, холостого хода, пуска, приема и сброса
нагрузки.
Номинальная мощность СПГГ представляет собой наиболь-
шую не ограниченную по времени мощность по газу при расчет-
ных атмосферных условиях и температуре охлаждающей воды.
Максимальная мощность СПГГ характеризует кратковремен-
ную перегрузочную способность генератора. Максимальная мощ-
ность должна превышать номинальную не менее чем на 10%.
Длительность непрерывной работы при максимальной мощно-
сти — не менее одного часа при расчетных атмосферных усло-
виях и расчетной температуре охлаждающей воды.
Эксплуатационная мощность. Если учесть, что в эксплуата-
ции всегда необходимо иметь некоторый запас по мощности, что
обеспечивает полное использование проектных показателей си-
ловой установки в любых, даже самых тяжелых условиях приме-
нения, то кроме номинальной следует ввести понятие несколько
меньшей эксплуатационной мощности, величина которой должна
назначаться в соответствии с предполагаемыми условиями экс-
плуатации Снижение эксплуатационной мощности СПГГ по
сравнению с номинальной желательно также и потому, что* при
проектировании газовой турбины трудно обеспечить точное сов-
падение ее расчетных параметров с параметрами номинального
режима СПГГ, работающих на турбину. В этом случае при не-
большом отклонении параметров турбины от расчетных можно
обеспечить заданную мощность установки, не внося изменений
в конструкцию турбины, а изменяя в допустимых пределах пара-
- метры СПГГ.
Режим холостого хода определяется наименьшим часовым
расходом топлива, допустимым по условиям устойчивой работы
40
генератора на заданное сечение выхлопного трубопровода (газо-
провода или трубопровода, перепускающего газ помимо тур-
бины при пуске СПГГ). Режим холостого хода характеризуется
малой подачей топлива на цикл, низким давлением газа (1,2—
1,5 кг/см2), пониженными значениями хода поршня и числа
циклов.
Пуск, прием и сброс нагрузки. Особенностью этих режимов
.является изменение составляющих баланса работ, весового и
теплового балансов в каждом рабочем цикле, что вызывает из-
менения и всех других параметров генератора, в первую оче-
редь— хода поршней и положений мертвых точек. Характер
изменения параметров СПГГ на этих режимах определяется,
с одной стороны, конструктивными особенностями и соотношени-
ями размеров данного СПГГ. и, с другой стороны, положением
и работой регулирующих органов. Недопустимые изменения пара-
метров СПГГ на этих режимах будут вызывать срабатывание
защитных устройств.
Характеристики СПГГ. Почти во всех видах испытаний СПГГ
необходимо исследовать те или иные характеристики генератора
газа, т. е. произвести анализ экспериментально найденных вза-
имосвязей между основными параметрами рабочего процесса
или показателями работы на переменных режимах.
В отличие от характеристик двигателей внутреннего сгора-
ния, снимаемых при различном задаваемом тормозом числе обо-
ротов (скоростные характеристики) или при постоянном числе
оборотов (нагрузочные характеристики), характеристики СПГГ
снимаются в зависимости от таких параметров, как подача топ-
лива на цикл, давление газа, давление в буфере, т. е. в зависи-
мости от параметров, которыми непосредственно определяется
режим работы СПГГ и развиваемая им мощность.
Характеристика по подаче топлива на цикл при постоянном
давлении газа позволяет исследовать основные закономерности
изменения таких параметров рабочего процесса СПГГ, как ход
поршней, расход газа, потери давления в газораспределитель1ных
органах, индикаторный к. п. д. и тепловая напряженность двига-
теля. При снятии этой характеристики степень сжатия в цилин-
дре двигателя целесообразно поддерживать постоянной, что при
неизменном давлении газа соответствует примерно постоянному
давлению в буфере.
Характеристика по давлению газа при постоянной подаче то-
плива на цикл дает представление о влиянии этого параметра
на адиабатный к. п. д. генератора, на наполнение цилиндра ком-
прессора, на температуру газа, на процесс горения в двигателе.
Если при снятии этой характеристики степень сжатия в цилин-
дре двигателя поддерживать постоянной, то такая характери-
стика позволит одновременно исследовать влияние скоростного
режима (числа циклов) на основные параметры СПГГ и опреде-
41
лить динамическую напряженность его отдельных узлов. Давле-
ние в буфере при этом будет переменным и будет изменяться
в соответствии сдавлением газа.
Характеристика по давлению в буфере (по степени сжатия
в цилиндре двигателя) при постоянных давлении газа и подаче
топлива представляет интерес при изучении кинематики и дина-
мики СПГГ, индикаторного процесса в двигателе и наполнения
компрессора (при внутреннем его расположении).
Примеры изменения параметров СПГГ по рассмотренным
характеристикам представлены на рис. 10, 11 и 13. В частности,
на рис. 13 показано относительное изменение расхода газа для
всех трех упомянутых 'случаев: >в зависимости от подачи топ-
лива (характеристика по подаче топлива), от давления газа (ха-
рактеристика по давлению газа) и от давления в буфере (харак-
теристика по давлению в буфере).
Характеристика по опережению впрыска топлива, снимаемая
при постоянных подаче топлива, давлении газа и степени сжатия
в цилиндре двигателя, позволяет экспериментально установить
влияние опережения впрыска топлива на индикаторный процесс
двигателя и показатели работы СПГГ.
Верхняя ограничительная характеристика (характеристика
максимального расхода газа) определяется предельно допусти-
мыми с точки зрения надежной работы СПГГ значениями хода
поршней, температуры газа, максимального давления сгорания
и коэффициента избытка воздуха для горения, обеспечивающими
наибольший расход газа при каждом выбранном его давлении.
Сечение сопла, величина подачи топлива и давление в буфере
на каждом давлении газа при работе СПГГ по верхней ограни-
чительной характеристике различны.
Нижняя ограничительная характеристика (характеристика
минимального расхода газа) определяется минимальными значе-
ниями хода поршней, допустимыми по условиям устойчивой ра-
боты СПГГ, и, соответственно, наименьшими расходами газа при
каждом выбранном его давлении. Так же как и в предыдущем
случае, значения параметров, определяющих режим работы
СПГГ, различны.
Исследование перечисленных характеристик дает достаточно
полное представление о взаимосвязях основных параметров ге-
нератора и позволяет для заданного давления газа выбрать оп-
тимальные режимы работы и регулировку органов управления.
Нагрузочная характеристика СПГГ (характеристика при по-
стоянном сечении сопла) является основной рабочей характери-
стикой, позволяющей определить величину и проследить харак-
тер изменения параметров СПГГ в условиях, близких к услови-
ям совместной работы с турбиной, имеющей нерегулируемый со-
пловой аппарат. Исходной точкой нагрузочной характеристики
является номинальный режим работы.
42
С изменением режима работы СПГГ по нагрузочной харак-
теристике увеличение подачи топлива на цикл вызывает увели-
чение расхода газа, повышение его давления и температуры,
рост мощности и давления в буфере. При этом давление в бу-
фере, степень сжатия в цилиндре двигателя, а также опереже-
ние впрыска топлива меняются автоматически в соответствии
с регулировкой органов управления СПГГ, положение которых
зависит от величины подачи топлива.
Изменение параметров СПГГ по нагрузочной характеристике
показано на рис. 14. На этом же рисунке нанесены кривые мак-
симального 3 и минимального 4 расхода газа (верхняя и нижняя
ограничительные характеристики). Изменение остальных пара-
метров соответствует изменению расхода газа по кривой 1
(работа СПГГ на сопло постоянного сечения).
Точки характеристики СПГГ при совместной работе с турби-
ной, если ее сопловой аппарат нерегулируемый, примерно соот-
ветствуют рассмотренной выше нагрузочной характеристике.
При парциальном впуске газа в турбину или при отключении
части СПГГ, работающих на одну турбину с полным впуском
газа, параметры генератора будут изменяться соответственно
относительному изменению сечения, на которое работает гене-
ратор. В случае отключения, например, части СПГГ, работаю-
щих на одну турбину с полным впуском, расход газа будет ме-
няться по новой нагрузочной характеристике, расположенной
левее характеристики, проведенной из точки, соответствующей
номинальной мощности (см. рис. 14).
Для того чтобы оценить параметры СПГГ при изменении
сечения оопла по сравнению с расчетным значением, снимают
частичные нагрузочные характеристики, например, при сече-
ниях сопла 90 и 110% от номинального.
В отличие от нагрузочных характеристик СПГГ, которые
обычно приводятся в зависимости от давления газа, характери-
стики при совместной работе с турбиной удобнее представить
в функции мощности.
Особенности испытаний. Во всех видах испытаний необходи-
мо измерить величины, характеризующие режим работы СПГГ
и развиваемую им мощность, а также вести наблюдение за
параметрами, от которых зависит нормальная работа генера-
тора и обслуживающих его систем, или исследовать эти пара-
метры.
При испытаниях параметры СПГГ находят в результате не-
посредственных измерений, подсчетом, а также обработкой диа-
грамм изменения давлений в цилиндрах двигателя, компрессора
и буфера. Поскольку.процессы изменения давлений в цилиндрах
и смежных с ними системах (всасывающий трубопровод, ресивер,
газопровод) тесно связаны с характером движения поршневых
43
групп, необходимо также располагать экспериментальными за-
висимостями хода поршня во времени.
Наиболее доступными для измерений являются такие физи-
ческие величины, как усредненные по времени давления, перепады
давления и температуры в рабочих цилиндрах и полостях гене-
ратора, а также -в трубопроводах обслуживающих СПГГ систем.
По сравнению с многоцилиндровыми двигателями внутреннего
сгорания процессы изменения состояния воздуха или газа в
смежных с рабочими цилиндрами полостях и системах характе-
ризуются ярко выраженным нестационарным режимом, пульса-
циями давления, скорости и температуры, что в ряде случаев
затрудняет измерение этих величин с помощью обычных спосо-
бов и требует специального приспособления приборов к таким
условиям работы.
Кроме измерений усредненных значений давлений и темпера-
тур при испытаниях определяются расходы топлива, газа и
охлаждающих жидкостей. По данным измерения расхода, давле-
ния и температуры таза определяется мощность СПГГ, что при
наличии данных по расходу топлива позволяет оценить эконо-
мичность СПГГ. Расходы охлаждающих жидкостей необходимо
знать для составления баланса тепла и определения тепловых
потерь.
Важным моментом испытаний СПГГ является измерение
хода поршня и положений мертвых точек, что обеспечивает не
только возможность достаточно полного анализа рабочего про-
цесса СПГГ, но и позволяет правильно эксплуатировать машину
без опасения повреждения ее вследствие чрезмерного увеличе-
ния хода поршня или максимального давления в двигателе. Ход ,
поршней СПГГ и положения мертвых точек даже на установив-!
шемся в тепловом отношении режиме работы отличаются в со-|
седних циклах. Для исключения ошибок анализа, обусловленных
отсутствием строго фиксированных положений мертвых точек и
постоянными 'колебаниями хода поршней около некоторой сред-
ней величины, при испытаниях СПГГ необходимо либо одновре-
менно измерять и записывать ход и параметры процессов в ис-
следуемых цилиндрах (за один и тот же рабочий цикл), либо из-
мерять и записывать значения этих параметров за достаточно
большое количество циклов для возможности определения усред-
ненных величин.
При испытаниях требуется знать также мгновенные вели-
чины и характер изменения давлений или температур в иссле-
дуемых цилиндрах, полостях или системах генератора, опреде-
лить температуры, деформации, перемещения или скорость дви-
жения отдельных деталей. Эти параметры в функции времени
можно измерять и записывать -посредством электрических спо-
собов измерения и осциллогрэфирования тех или иных процес-
сов. Применение этих методов для исследования СПГГ требует,
44
однако, разработки дополнительных устройств, позволяющих
фиксировать на снимаемых осциллограммах положение поршня
и начало отсчета измеряемого параметра. Получение свернутых
по ходу поршня диаграмм давления (индициррвание) также
связано с определенными трудностями, обусловленными отсут-
ствием в СПГГ фиксированных положений мертвых точек и от-
личиями в законе движения поршней на каждом новом режиме
работы.
Число циклов необходимо измерять при подробных исследо-
ваниях СПГГ и для установки режима работы по подаче топлива
на цикл. При эксплуатации и для контроля работы СПГГ изме-
рения числа циклов не требуется.
При исследовании процессов газообмена желательно иметь
данные по составу газа в газопроводе, ресивере и цилиндрах
СПГГ. Отбор проб газа в отдельные моменты цикла, который
нужен для такого исследования применительно к СПГГ, тре-
бует специальной подготовки эксперимента.
Так же, как и при испытаниях других машин и механизмов,
при изучении надежности и срока службы СПГГ должны быть
замерены износы деталей движения и оценены напряжения в от-
дельных элементах конструкции.
Наличие многих переменных взаимосвязанных параметров
определяет увеличение по сравнению с обычными двигателями
количества измеряемых параметров и исследуемых зависимос-
тей. По этой причине требуется весьма тщательно продумывать
программу и методику испытаний, чтобы по возможности сокра-
тить число измерений и уменьшить трудоемкость анализа полу-
ченных опытных данных.
Отмеченными особенностями в значительной мере опреде-
ляются рассматриваемые в следующих разделах книги способы
измерений основных рабочих параметров свободнопоршневых ге-
нераторов газа, требования к измерительной аппаратуре и к ис-
пытательным стендам, а также сама методика проведения испы-
таний и обработки полученных опытных данных.
ГЛАВА 2
ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ
§ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ
Определение мощности является одним из наиболее важных
моментов испытаний генераторов газа и должно производиться
достаточно точно.
При испытаниях СПГГ без тазовой турбины определяется
значение мощности генератора по газу Nv в соответствии с урав-
нением (3). Мощность по газу является расчетной величиной и
непосредственно при эксперименте измерена быть не может.
Для определения этой мощности по уравнению (3) необходимо
измерить давление, температуру и расход газа, а также опреде-
лить расчетом или по таблицам показатель адиабаты расшире-
ния k п теплоемкость газа при постоянном давлении Сг .
Расчетное определение величин k и Ср может быть произве-
дено следующим образом.
По величине расходов газа и топлива определяют суммарный
коэффициент избытка воздуха в СПГГ
3600 Gr — GT
ас=-----------,
с 28,95GT£0
где Gr — измеренный расход газа, кг[сек;
G?—измеренный расход топлива, кг/час;
28,95 — молекулярный вес воздуха;
Lo — теоретически необходимое количество воздуха для
сгорания 1 кг топлива.
Для топлива, имеющего состав С=0,86, Н=0,13 и 0=0,01,
Lo = 0,49 моль]кг.
Для найденного значения суммарного коэффициента избытка
воздуха (состава газа) ищется зависимость средней мольной
(43)
46
теплоемкости газа от температуры, например, в виде линейной
функции
С — 4’89^> 4~ (7с — 1) 4.6	86% 4- (°с	1) 60 1Q—з у,	у
° ₽о + “с — 1	₽о + “с — 1	Г	Г’
где Ро — расчетный коэффициент молекулярного изменения;
для топлива указанного выше состава р0= 1,064.
Показатель адиабаты расширения находится способам после-
довательных приближений из выражения
£-1 =
(45)
1,986
где bur — коэффициенты в формуле для теплоемкости.
По найденному значению показателя адиабаты определяется
весовая (удельная) теплоемкость газа при постоянном давлении
с»,=л«гЬ-	<«>
При R = 29,3 кгм1кг °C и А = ккал[кгм
С =0,06857—.	(47)
₽г	k — \
Для облегчения подсчетов мощности на графике рис. 18 на-
Г ip \*Д1
несены кривые изменения величины Ср 1 — 1^) * для несколь-
ких значений показателя адиабаты k в зависимости от отношения
о Рг
давлении —.
Ро
Для определения адиабатного теплоперепада На, входящего
в уравнение (3), можно воспользоваться также Т — S и / — Т-
диаграммами, приводимыми в курсах термодинамики и газовых
турбин. В качестве примера на рис. 19 приведены диаграммы, со-
ставленные Б. М. Гончаром для продуктов сгорания дизельного
топлива.
Подсчет 'мощности СПГГ по газу по Т—S и /—7-диаграммам
сводится к следующему.
Для заданного суммарного коэффициента избытка воздуха
определяют относительное количество продуктов сгорания в газе 48 * * * *
(48)
По известному отношению давлений — и номограмме, при-
Ро
веденной на рисунке, находят приращение энтропии AS, соответ-
ствующее этому отношению давлений.
47
48
По Т—S-диаграмме находят значение энтропии Sb соответ-
ствующее измеренной температуре газа Тг.
Подсчитывая далее значение энтропии S2 после расширения
газа до давления р0, S2 = Si —AS, по той же диаграмме опреде-
ляют температуру Т/ в конце этого процесса.
Располагая значениями температур Тт и Тг', по /—Г-диа-
грамме находят теплосодержания /г и // и, как их разность, ис-
комый адиабатный теплоперепад
Н„ = — (7 —	ккал/кг,
а р.г \ г г/	’
(49)
где цг — молекулярный вес газа (приближенно рг = 28,95).
При использовании приведенных расчетных уравнений и гра-
фиков разница в подсчете мощности обоими рассмотренными ме-
тодами составляет около 0,5% при условии одинаковой погреш-
ности измерения параметров газа.
Поскольку при измерении параметров газа, в особенности
расхода Gr, возможны ошибки значительно большие, чем по-
грешности, обусловленные разницей или неточностью данных по
теплоемкостям, заслуживает внимания способ определения мощ-
ности по величине давления, при котором измерение расхода
газа не требуется. Используя зависимость между расходом и
давлением газа (20), можно составить следующее уравнение для
мощности СПГГ
*-1Л
Nr=5,592	Yr Tr	I 1 -	“
г. л. с.,	(50)
где цГс— эффективное сечение (сопла или диафрагмы), на ко-
торое работает генератор;
ф — функция расхода газа, определяемая для заданного
отношения давлений — по уравнению (21) или по
графику рис. 85.
При испытаниях СПГГ на одно и то же сопло или эквива-
лентную диафрагму с постоянным сечением использование этого
метода позволяет почти полностью заменить подсчеты отыска-
нием мощности по графику или номограмме, которые построены
для данного сопла или диафрагмы.
В испытаниях СПГГ вместе с газовой турбиной определяется
значение эффективной мощности силовой установки Ne. Эта
мощность может быть измерена непосредственно с помощью
гидравлических, электрических или воздушных тормозов, тор-
сиометров, а также балансирных станков или других устройств,
описание которых дается в литературе [10], [13], [49].
4 В. М. Колюко	49
Рис. 20. Указатель хода и положений
мертвых точек.
Измерение хода и положений мертвых точек затрудняется
отсутствием в машине выступающих наружу движущихся дета-
лей, в точности копирующих перемещения поршней. Торцы ва-
ликов синхронизатора, совершающие возвратно-вращательное
движение, связаны с поршневыми группами синхронизатором и
в принципе могут быть использованы для записи движения порш-
ней. Однако наличие зазоров в деталях синхронизатора снижает
точность измерения хода поршня отсчетом угла поворота валика
синхронизатора. Нарушается
также и координация движе-
ния поршней и валика во вре-
мени, в связи с чем указанный
способ нельзя применить для
точной фиксации времени и
положений мертвых точек, как
это, например, необходимо при
снятии индикаторных диа-
грамм или при осциллографи-
ровании рабочего процесса.
Тем не менее соединение
прибора, фиксирующего ход
поршня и положения мертвых
точек, с валиком синхрониза-
тора практически удобно, в
связи с чем такой прибор мож-
но использовать для контроля
за работой СПГГ и прибли-
женной оценки упомянутых
параметров.
Сам прибор для измерения
величины хода, основанный на
таком принципе (указатель хода и положений мертвых точек),
прост и состоит (рис. 20) из стрелки 1, неподвижно закреплен-
ной на валике 3 синхронизатора, и шкалы 2, градуированной
в миллиметрах хода поршня. При работе машины наблюдают
крайние положения стрелки указателя и соответствующие им
деления шкалы. Точность измерения таким указателем неве-
лика, так как при работе машины положения мертвых точек
колеблются около некоторого среднего положения и при визу-
альном наблюдении их всегда допускается ошибка. Наибольшие
колебания хода (до 2—5% от полного) происходят в сторону
н. м. т.; положение в. м. т. является более стабильным. Однако
даже значительно меньшие отклонения и возникающие из-за
них неточности визуальной оценки положения в. м. т. могут по-
влечь за собой недопустимые погрешности в определении таких
существенно важных параметров СПГГ, как степень сжатия и
относительный объем, вредного пространства компрессора.
4*
51
Несмотря на отмеченные выше недостатки, отсчет хода и по-
ложений мертвых точек по стрелке указателя, соединенного с ва-
ликом синхронизатора, в силу его простоты можно использовать
для повседневного наблюдения за работой машины.
Для более точного отсчета хода поршня и положений мертвых
точек необходимы устройства, связанные непосредственно с од-
ной из поршневых групп. Одним из подобных устройств является
так называемый кимограф (рис. 21)—прибор, записывающий
ход поршня СПГГ в натуральную величину.
Кимограф состоит из штока 1 с ползунком 2 (рис. 22), жестко
связанных с поршнем компрессора СПГГ и копирующих движе-
Рис. 21. Прибор для записи хода поршня (кимограф).
ние этого поршня, а также станины 3. Шток выведен наружу
машины через крышку буфера и уплотняется сальником. На
ползунке закреплен латунный карандаш, движущийся вдоль ба-
рабана, конструкция которого представлена на рис. 23. Для
записи хода поршня на барабане кимографа закрепляется мело-
вая бумага, барабан медленно вращается и придвигается к ка-
рандашу, который и вычерчивает на бумаге линии хода. Кимо-
граф должен проектироваться с учетом возможных значений
хода поршня в испытываемом СПГГ. Если установка на поршне
компрессора штока кимографа приводит к значительной раз-
нице в весах правой и левой поршневых групп, последние необ-
ходимо уравновесить.
При надлежащем изготовлении и правильной эксплуатации
прибор безотказен в работе и дает точное воспроизведение хода
поршня.
Для возможности записи хода во времени с помощью кимо-
графа последний снабжается отметчиком времени, состоящим
из камертонного устройства (вибратора), дающего равномерные
импульсы времени, индукционной катушки, производящей искро-
вые разряды, и аккумулятора, являющегося источником тока.
52
При включении отметчика на корпус кимографа между бараба-
ном и разрядником через равные промежутки времени проскаки-
вает искра, оставляющая след на бумаге, натянутой на барабан.
Вращая барабан кимографа, производят на бумаге запись хода
поршня и, через равные интер-
валы времени, отметки време-
ни разрядником. Расстояния
между этими отметками на
диаграмме определяются ско-
ростью вращения барабана.
От штока кимографа мож-
но также осуществить запись
хода поршня на осциллограм-
ме. При небольшом числе цик-
лов (до 600—700 цикл/мин)
для этого можно использовать
обычное проволочное сопро-
тивление (реохорд), величина
которого изменяется при пере-
мещении по струне контакта,
соединенного с ползунком ки-
мографа. Каждому положе-
нию ползунка на струне рео-
хорда соответствует опреде-
ленное сопротивление, регист-
рируемое на осциллограмме и
характеризующее в некотором
масштабе ход поршня. С уве-
личением числа циклов струна
и контакт реохорда подвер-
гаются сильному изнашива-
нию; инерционные усилия при-
водят к изгибу контакта и уве-
личению погрешности записи
хода. Попадание же брызг мас-
ла из сальника уплотнения мо- Рис" 22’ Станина" ш™к и ползунок
жет вызвать недопустимые ис-
кажения записи хода. (рис. 24).
Простейшая схема включения реохорда в электрическую цепь
осциллографа показана на рис. 25, а. При использовании схемы
рис. 25, б величину тока, подаваемого к шлейфу осциллографа,
можно регулировать подбором сопротивлений Ri и Rs. Это по-
зволяет получить желаемый масштаб записи хода, применяя
шлейф любого типа.
Для быстроходных СПГГс небольшим ходом поршня можно
применить индуктивные датчики хода [46]. Основными элемен-
тами такого прибора являются конический стальной стержень
53
(сердечник), соединенный штоком, выпущенным наружу ма-
шины, с одной из поршневых групп, и индуктивная катушка,
внутри которой перемещается этот стержень. Изменение пло-
щади поперечного сечения железа, вводимого в катушку при ра-
Рис. 23. Барабан кимографа.
боте машины, изменяет индуктивность катушки и напряжение на
выходе мостовой схемы, в которую эта катушка включена. Не-
достатками прибора являются большая трудоемкость подгонки
профиля образующей конуса стержня (с целью получения на ос-
Рис. 24. Запись хода поршня на осциллограмме.
/ — запись хода с помощью реохорда; 2 — запись хода с помощью емкостного датчика;
3 — отметки времени.
циллограмме линейного масштаба хода поршня) и искажения,
вносимые вибрацией стержня во время работы.
- Отметки положений поршня на осциллограммах могут быть
получены с помощью устройства, не требующего механического
контакта движущихся деталей. Для этого на ползунке кимо-
графа укрепляется пластина (зубец), являющаяся одной из об-
54
кладок электрического конденсатора. Другие пластины конден-
сатора, изолированные от корпуса машины, неподвижно закреп-
ляются со стороны, противоположной барабану кимографа
(рис. 26). По форме эти пластины напоминают зубцы пилы
а)
я шлейфу
осциллографа
Рис. 25. Схемы включения реохорда для измерения н записи хода
поршня.
Р — реохорд; Б — источник тока; Rs — регулируемые сопротивления.
с точно фиксированными расстояниями между ними. Когда зу-
бец, укрепленный на ползунке кимографа, проходит над соот-
Рис. 26. Емкостный датчик хода поршня.
ветствующим неподвижным зубцом такой пилы, происходит рез-
кое изменение емкости конденсатора, фиксируемое на осцилло-
грамме в виде пики (см. рис. 24).
Благодаря отсутствию трения подобное устройство надежно
в работе, однако расшифровка полученной на осциллограмме
записи является достаточно трудоемкой.. Кроме того, ввиду за-
55
медления скорости движения поршня при подходе к мертвым
точкам, отметки хода на осциллограмме получаются неравномер-
к шлейфу
ными, в связи с чем величина хода, характер его изменения
вблизи мертвых точек, а также сами положения мертвых точек
на осциллограмме можно оценить только приблизительно.
Для преобразования изменений емкости в изменения электри-
ческого тока, регистрируемого осциллографом, применяются
электроизмерительные схемы, подобные описанным в § 9.
Применение индуктивных или емкостных датчиков хода осо-
бенно удобно в случае, когда на осциллограммах достаточно
иметь одну-две отмет-
ки определенных поло-
жений поршня.
У индуктивного дат-
чика (рис. 27) непо-
движная часть выпол-
няется при этом в виде
катушки 1 с выступаю-
щим из нее сердечни-
ком 2, конец которого
заострен. Индуктив-
ность изменяется в мо-
мент, когда мимо ост-
рия сердечника с не-
большим зазором про-
ходит выступ 3, поме-
щенный на какой-либо из движущихся деталей СПГГ (шток ки-
мографа, стрелка указателя положений мертвых точек и т. д.).
Емкостный датчик выполняется аналогично показанному на
рис. 26, но с меньшим количеством неподвижных зубцов, по
числу фиксируемых на осциллограмме положений поршня.
В связи с малой скоростью изменения емкости или индуктив-
ности вблизи мертвых точек использование обоих типов датчиков
дает хорошие результаты в том случае, если фиксируемые на
осциллограммах положения поршней находятся на некотором
расстоянии от мертвых точек.
Число циклов СПГГ может измеряться стробоскопом, элект-
рическими или механическими счетчиками (циклоскопами и цик-
ломерами), а также с помощью осциллографа.
При использовании стробоскопа последним освещается лю-
бая из движущихся деталей СПГГ, после чего стробоскоп на-
страивается на соответствующую частоту колебаний до дости-
жения стробоскопического эффекта. По известной частоте свето-
вых вспышек стробоскопа легко определяется и число циклов
в минуту.
Для испытаний можно использовать стандартный стробоскоп
любого типа или стробоскопический тахометр. Можно также
56
применить упрощенную конструкцию прибора, состоящего из
сериесного электродвигателя с регулятором числа оборотов
(рис. 28). На валу электродвигателя 1 укреплен прерыватель 2
коллекторного типа, который один раз за один оборот замыкает
сеть неоновой лампы 3. Эта лампа питается постоянным током
от селенового выпрямителя 4. Центробежный .регулятор числа
оборотов 7, с помощью которого достигается одинаковая с чис-
лом циклов СПГГ частота вспышек неоновой лампы, имеет два
изолированных контакта 6 и \8. Положение одного из контак-
Рис. 28. Схема стробоскопического циклоскопа.
тов 6, соединенного с указательной стрелкой прибора 5, за-
дается при настройке регулировочным винтом 9. Второй кон-
такт 8 тягой связан с регулятором 7.
При увеличении числа оборотов якоря электродвигателя
грузы регулятора расходятся и, перемещая подвижной контакт
прерывателя, замыкают контакты. Число оборотов снижается,
грузы регулятора сходятся, контакты размыкаются, и электро-
двигатель снова начинает увеличивать обороты. В результате
заданное число оборотов электродвигателя поддерживается до-
статочно устойчиво.
Действие электрического циклоскопа основано на принципе
регистрации числа подъемов давления в одном из цилиндров
СПГГ, например буферном. На рис. 29 показана схема электри-
ческого циклоскопа, разработанная Луганским тепловозострои-
тельным заводом и применяемая при испытаниях СПГГ. Под
действием давления в буфере происходят периодические пере-
мещения мембраны датчика 1 и замыкания ее с контактным
57
устройством, которые фиксируются импульсным счетчиком 2.
Число циклов определяется отсчетом количества импульсов, пе-
реданных циклоскопу за определенный промежуток времени, по
электросекундомеру 3.
Механический циклоскоп по устройству напоминает счетчик
оборотов, применяемый при испытаниях обычных двигателей.
Валик циклоскопа острием упирается в центровое углубление
торца вала синхронизатора. С помощью храповичка возвратно-
вращательное движение вала синхронизатора преобразуется во
вращательное движение стрелки прибора, отсчитывающей на
шкале число качаний валика циклоскопа (число циклов) с мо-
' Рис. 29. Схема электрического циклоскопа с контактным
датчиком.
/ — датчик; 2 — импульсный счетчик СБ-1М завода «Красная заря»;
3 — электросекундомер ПВ-53 завода «Энергоприбор».
мента начала его включения. Движение стрелки по шкале оста-
навливается встроенным в прибор часовым механизмом, выклю-
чающим циклоскоп через определенный промежуток времени.
Отсчет производится по шкале прибора.
Как стробоскоп, так и циклоскоп непригодны для непрерыв-
ной фиксации числа циклов. Стробоскоп требует при изменении
числа циклов изменения настройки. Циклоскоп должен периоди-
чески выключаться, и при каждом новом замере стрелка прибора
должна устанавливаться в нулевое положение.
Осциллографирование позволяет регистрировать число цик-
лов непрерывно, но подсчет числа циклов можно сделать только
по истечении времени, необходимого для обработки полученной
осциллограммы. Число циклов регистрируется двумя шлейфами,
из которых один записывает определенную (50, 100 или 500 гц)
частоту, по которой определяется масштаб времени, а другой —
периодическое изменение давлений в каком-либо цилиндре или
полости (рабочие циклы).1 Определяя по осциллограмме время
одного или нескольких циклов, находят их число
п= — цикл/мин,	(54)
1 Соблюдения масштаба давлений при этом не требуется.
58
где /ц — время одного цикла (на осциллограмме — промежуток
между двумя пиками давления), сек.
Непрерывно наблюдать за числом циклов можно с помощью
цикломеров, изготовленных, например, на базе стандартных ча-
стотомеров. В качестве датчиков для приборов такого типа
можно использовать упомянутый выше контактный либо фото-
электрический датчик.
Для примера на рис. 30 приведена схема измерения числа
циклов, предложенная Н. В. Пульмановым [46]. Число циклов
Рис. 30. Схема измерения числа циклов с помощью фотоэлек-
трического датчика.
измеряется цикломером 1, изготовленным на базе частотомера
ИЧ-6, и циклоскопом 2, изготовленным по схеме с пересчетным
устройством. Оба прибора работают от одного датчика <?, пред-
ставляющего собой фотосопротивление типа ФС-КД. Обтюратор
4, закрепленный на штоке 5, жестко связанном с поршнем комп-
рессора и выпущенном наружу через крышку машины, один раз
за цикл перекрывает световой луч, посылаемый осветителем 6.
Фотосопротивление включено на входы цикломера и циклоскопа.
Питается фотосопротивление от выпрямителя циклоскопа. Им-
пульсное напряжение, снимаемое с фотосопротивления, посту-
пает на входы обоих приборов.
Определение числа циклов стробоскопом или циклоскопом
целесообразно при контроле параметров машины при длитель-
ных испытаниях на заданной мощности; определение числа цик-
лов при исследовании неустановившихся режимов работы СПГГ
(пуск, остановка, изменение режима работы и т. д.) наиболее
просто производится с помощью осциллографирования.
59
§ 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ДАВЛЕНИЙ
В ходе испытаний измеряются средние по времени давления
воздуха и газа, характеризующие режим работы генератора и
развиваемую им мощность. Измерению подлежат также пере-
пады давлений в мерных устройствах, на отдельных участках га-
зовоздушного тракта и в обслуживающих генератор системах.
Для измерения средних давлений можно использовать те же
приборы, которые применяются при исследованиях обычных
двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, если эти при-
боры рассчитаны на необходимые в данных испытаниях пределы
изменения измеряемого давления, соответствуют характеру ис-
пытаний и обеспечивают получение надлежащей точности.
Для этой цели могут применяться жидкостные и пружинные
манометры, а также манометры с дистанционной передачей по-
казаний [23], [35], [43] и др.
У жидкостных манометров измеряемое давление уравнове-
шивается весом столба жидкости. Простейшим прибором такого
типа является U-образный манометр, заполняемый до половины
высоты ртутью или водой.
В пружинных манометрах для определения давлений исполь-
зуют изменение величины деформации различного рода упругих
элементов — трубки, мембраны, сильфона и т. п.
При дистанционном измерении давления перемещение чув-
ствительного элемента манометра преобразуют в изменение
электрического тока, которое регистрируется электрическим ука-
зателем прибора. Давление отсчитывают в килограммах на
квадратный сантиметр, в миллиметрах ртутного или водяного
столба и при необходимости приводят измеренное значение
избыточного давления (или разрежения) к абсолютным вели-
чинам.
Наибольшей точностью обладают жидкостные манометры;
образцовые пружинные манометры дают погрешность +0,2% от
верхнего предела измеряемого давления, а контрольные и лабо-
раторные манометры +0,5%.
Поскольку в рабочих цилиндрах, полостях и системах гене-
ратора (за исключением водяной системы) имеют место более
или менее значительные колебания давления, между измери-
тельным прибором и исследуемой полостью необходимо уста-
новить буферную емкость (уравнительный баллон), чтобы умень-
шить амплитуду колебаний указательной стрелки прибора до
величины меньшей, чем цена деления измерительной шкалы, и
тем самым обеспечить измерение среднего давления. Конструк-
ция уравнительного баллона схематически показана на рис. 31.
Осредняемое давление проходит через одно или несколько дрос-
селирующих отверстий в баллон и далее к манометру. При до-
статочно малом сечении этих отверстий за время цикла (в тече-
60
ние которого давление в исследуемой полости по крайней мере
дважды становится равным усредненному давлению в уравни-
тельном баллоне) воздух или газ не успевают стравиться из
баллона или добавиться в него в таком количестве, чтобы вы-
звать заметные колебания стрелки манометра.
Упрощенно площадь дросселирующих отверстий и емкость
уравнительного баллона можно связать между собой следующей
приближенной зависимостью
^ = (16ч-18). 10^,	(55)
где Др — допустимая амплитуда колебаний указательной стрел-
ки (не превышающая цены деления прибора);
р — абсолютная величина измеряемого давления;
f — суммарная площадь дросселирующих отверстий, см2;
V — объем уравнительного баллона, см3;
п — число циклов СПГГ в минуту.
Для получения допустимой погрешности измерения среднего
давления во всем диапазоне рабочих давлений объем уравни-
тельного баллона и диаметр дросселирующего отверстия следует
подбирать для режима, на котором измеряемое давление и число
циклов достигают наименьших значений. Во избежание засоре-
ния диаметр дросселирующего отверстия не следует делать
меньше 2,0—2,5 мм.
Для успокоения стрелки манометра можно также внутрен-
нюю часть прибора заполнить маслом.
Измерительные приборы не рекомендуется устанавливать не-
посредственно на СПГГ. Расположение манометров на отдель-
ных щитах или вынос их на пульт управления не только способ-
ствуют увеличению срока службы этих приборов, но также в зна-
чительной мере облегчают наблюдения и сокращают время из-
мерений.
Относительно способов, точности измерения основных рабо-
чих давлений, а также йест отбора их можно отметить следую-
щие положения.
Среднее давление газа рг измеряется с возможно большей
тщательностью. Достаточно точно измерить это давление можно
61
посредством U-образного ртутного манометра, при использова-
нии которого обеспечивается точность до +9>1°/о- Однако, из-за
больших размеров такого манометра, а также по соображениям
техники безопасности, ограничивающей применение ртутных при-
боров в тех случаях, когда можно допустить несколько мень-
шую точность, давление газа следует измерять посредством
контрольного или образцового манометра обычного типа [32],
[38] и др.
Измеряемое давление представляет собой усредненное по
времени избыточное давление газа на выходе из СПГГ. Абсо-
лютное давление газа рт, определяющее расчетную мощность ге-
нератора, находится как сумма измеренного манометрического
давления рГи и давления окружающей среды р0
Рг=Рги + Ро «г/сл42.	(56)
При измерении избыточного давления газа U-образным ма-
нометром величина этого давления находится по формуле
Pra=h-[ кг/см2,	(57)
где h — перепад давлений, см;
у — удельный вес ртути с учетом ее температуры в мано-
метре, кг/см3.
Давление окружающей среды определяется по показаниям
стандартного барометра-анероида
= РЬ_сь kzIcm*.	(58)
^бар 735,6
Наличие на газопроводе СПГГ маневровых клапанов, трение
газа о стенки газопровода, изменение скорости и направления
движения газа приводят к тому, что давление газа перед турби-
ной р"г будет несколько ниже, чем давление в газосборнике.
Статическое давление перед турбиной или соплом, на которое
работает генератор, измеряется так же, как и в предыдущем слу-
чае. Если скорость газа в газопроводе имеет существенную вели-
чину (больше 40—50 м/сек), то к измеренной величине статиче-
ского давления газа р"т добавляют скоростной напор, который
можно выразить через параметры газа и сечение газопровода fT
р с2Т
Др=------—— кг/см\	(59)
* Р'Л
где расход газа Gr должен иметь размерность в кг/сек, давление
р"т — в кг/см2, температура Тг — в граусах абсолютной шкалы,
площадь сечения газопровода /г—в квадратных сантимет-
рах, а газовая постоянная R и ускорение силы тяжести g—
в кгм/кг °C и м/сек2 соответственно.
62
Потеря давления в газопроводе (например, между СПГГ и
турбиной) определяется по формуле (57) измерением перепада
давлений в U-образном дифференциальном манометре.
Среднее давление в ресивере ps при испытаниях, имеющих
целью исследование рабочего процесса, желательно измерять
так же, как и давление газа, с возможно большей тщатель-
ностью, U-образным манометром. В остальных случаях можно
применять контрольный манометр с ценой деления 0,1—
0,2 кг!см2, который присоединяется к ресиверу через промежу-
точный уравнительный баллон. Место отбора давления из реси-
вера не должно располагаться в непосредственной близости от
продувочных окон двигателя или клапанов компрессора.
Суммарный перепад давлений в продувочных и выхлопных
окнах определяется с помощью U-образного манометра, присо-
единяемого к газосборнику и ресиверу СПГГ через уравнитель-
ные баллоны.
В тех случаях, когда мертвые точки с достаточной степенью
точности контролируются измерением крайних положений порш-
ней, среднее давление в буфере рб можно определять с по-
мощью манометра, имеющего цену деления 0,2—0,25 ати. При
испытаниях, имеющих целью исследование рабочего процесса,
желательно применение контрольного или образцового мано-
метра. Манометр к буферу также присоединяется через уравни-
тельный баллон.
Разрежение на всасывании Ар0 и перепады давлений в дрос-
сельных приборах для измерения расходов находятся по пока-
заниям U-образных манометров.
Абсолютное давление на всасывании
Ро=Рбар—h кг/см2.	(60)
Аналогичным образом находится и абсолютное давление
газа перед дроссельной диафрагмой или соплом
Р0=РбаР + кг/см2-	(61)
Отбор давления для измерения разрежения на всасывании
производится у фланца присоединения всасывающего патрубка
компрессора СПГГ; манометр к месту отбора присоединяется
через уравнительный баллон.
U-образные манометры для измерения перепадов давлений
в дроссельных приборах необходимо присоединять в строгом
соответствии с правилами установки таких приборов [42], [43].
Давления воздуха в пусковой системе и подаваемого к акку-
мулятору топливного насоса могут измеряться с помощью кон-
трольных или обычных технических манометров (что менее же-
лательно). Штуцер подвода воздуха к аккумулятору должен
быть снабжен невозвратным клапаном для предупреждения пе-
63
редачи колебаний давления из аккумулятора в систему сжатого
воздуха и на стрелку манометра.
Давления в системах топлива, воды и масла измеряются
с помощью обычных технических манометров. Для исключения
передачи колебаний давления на стрелку манометра, показыва-
ющего давление в топливоподкачивающей магистрали, на топ-
ливном трубопроводе (перед топливным насосом СПГГ) уста-
навливается небольшая буферная емкость, если такая емкость
не предусмотрена в самой конструкции топливного насоса.
Кроме измерений средних по времени давлений при испыта-
ниях часто требуется определить максимальные давления в дви-
гателе, компрессоре, ресивере и буфере. Эти давления можно
измерять с помощью приборов, употребляемых при испытаниях
обычных двигателей внутреннего сгорания и поршневых ком-
прессоров [10], [23], [49]. Для этой цели могут быть применены
максимальные манометры, механические индикаторы и пневмо-
электрические максиметры. Из-за большой инерционности меха-
нические индикаторы непригодны для измерения максимальных
давлений в СПГГ, работающих с высоким числом циклов (выше
600—1000 цикл/мин). Максимальные манометры, в конструкции
которых имеется невозвратный клапан, всегда показывают дав-
ление меньше действительного. В связи с тем, что упомянутые
приборы не приспособлены к длительной непрерывной работе,
измерять ими давления можно только периодически. В силу этих
причин измерение максимальных давлений обычно совмещается
с индицированием цилиндров и производится с помощью специ-
альных индикаторов (датчиков), описание которых приведено
в главе 3.
Основными условиями, обеспечивающими необходимую точ-
ность измерения рабочих давлений, являются правильный выбор
и установка измерительного прибора (манометра) и периодиче-
ская проверка его показаний (тарировка). При выборе шкалы
манометра следует иметь в виду, что наибольшее давление, из-
меряемое прибором, не должно быть свыше двух третей шкалы.
§ 7. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР
Для измерения и контроля температур при испытаниях СПГГ
могут применяться пирометрические установки, ртутные, мано-
метрические или полупроводниковые термометры.
Для того чтобы расхождение между измеренной и действи-
тельной величинами температур было возможно меньшим, при
установке прибора и измерениях следует строго придерживаться
правил, изложенных в соответствующих руководствах [10], [43],
[49], и при подсчете температуры вносить необходимые поправки.
В ходе испытаний измеряются средние температуры газа,
всасываемого и продувочного воздуха, а также температуры
64
воды и масла в системах охлаждения СПГГ и ТЗА. При нали-
чии системы подготовки тяжелого топлива измеряются темпе-
V f
гПЛЛЛГ
А
а । ►n_nj"|JTJl.
ffp
1 П
Рис. 32. Схема потенциометра
с постоянной силой тока в ком-
пенсационной цепи.
ратуры подогрева этого топлива.
Средняя температура газа измеряется приборами, установ-
ленными в газосборнике СПГГ, перед регулируемым соплом или
эквивалентной диафрагмой, а при испытаниях совместно с газо-
вой турбиной — также и во впускном и выпускном патрубках
турбины.
Наилучшим способом измерения температуры газа в стаци-
онарных условиях (на стенде) следует считать специальную
термоэлектрическую пирометри-
ческую установку с хромель-копе-
левой или хромель-алюмелевой
термопарой и потенциометром с
автоматической или ручной ком-
пенсацией температуры холодных
спаев. Обычно схема потенцио-
метра выполняется так, как это
показано на рис. 32 [43]. Она рас-
считана на постоянную силу тока
в цепи аккумулятора А (в ком-
пенсационной цепи). В эту цепь
включены: реостат г, постоянное
сопротивление 7?н и измеритель-
ное сопротивление /?р, вдоль кото-
рого перемещается скользящий
контакт с. К главной цепи с по-
мощью переключателя П можно
присоединить цепь нормального
элемента (alFIba.) или цепь тер-
мопары (ЬП2ЕчсЬ). При замыка-
нии переключателя П на точку 1
нормальный элемент оказывается
тельно с нуль-прибором Н к точкам а и Ь, т. е. к концам постоян-
ного сопротивления Rs. Ток в цепи аккумулятора регулируется
присоединенным последова-
реостатом г до тех пор, пока падение напряжения на сопротив-
лении Rs не будет равно электродвижущей силе нормального
элемента Es. Затем переключатель П ставят на точку 2 и пере-
мещают движок с вдоль реохорда 7?р так, чтобы падение напря-
жения на участке Ьс было равно электродвижущей силе термо-
пары	р
=	(62)
где /?'р — сопротивление отрезка Ьс реохорда.
Поскольку Еп и Rs— постоянные величины, то измерение
электродвижущей силы термопары Ет сводится к отсчету R'p,
который может быть выполнен весьма точно.
5 В. М. Колюко
65
Кроме описанной схемы для целей измерения температуры
газа можно использовать и другие схемы лабораторных и пере-
носных потенциометров.
Зеркальная шкала прибора, градуированная в милливоль-
тах, должна иметь цену деления, позволяющую производить от-
счет с точностью до 1—2° С при измерении температуры газа
в пределах 50—600° С. При наличии устройства для записи пока-
заний этого прибора можно легко определить достижение маши-
ной установившегося режима, что позволяет сократить время
испытаний и исключить ошибки, которые могут возникнуть в слу-
чае, если регистрация параметров при испытаниях производится
раньше, чем будет достигнут установившийся тепловой режим
работы СПГГ.
При правильной установке приборов температура газа, изме-
ренная в различных точках газопровода, отличается на несуще-
ственную величину, несколько уменьшаясь по мере удаления от
СПГГ вследствие теплоотдачи в окружающую среду:
В случае отсутствия на СПГГ газосборника достаточной ем-
кости и при короткой длине газопровода действительное значе-
ние температуры газа, по которому следует определять его
теплосодержание и мощность генератора, будет отличаться от
величины, полученной непосредственным измерением. При этом
средняя по всему потоку температура газа будет выше получен-
ной прямым измерением, что объясняется недостаточным пере-
мешиванием продуктов сгорания и продувочного воздуха, рез-
кими колебаниями скорости и температуры газа в газопроводе,
происходящими в течение каждого рабочего цикла.
В таких условиях величину средней температуры газа можно
определить, применив калориметрический способ, при котором
газ искусственно охлаждают в специальном холодильнике. Изме-
рение сравнительно низкой температуры воды, движущейся
в холодильнике с небольшой постоянной скоростью, позволяет
Обеспечить высокую . точность определения количества тепла,
отданного охлаждающей воде, по которому и находят искомую
температуру газа
z	(63)
г г GrCPr
где GB и Gr— расход воды в газоохладителе и расход газа;
t'r — температура охлажденного газа;
AiB — перепад температур воды в газоохладителе.
Следует, однако, учитывать, что описанный способ требует
высокой точности определения расхода газа, что не всегда пред-
ставляется возможным.
Для повседневного наблюдения и контроля за температурой
газа в условиях эксплуатации можно использовать стандартные
66
пирометрические установки, например тйпа ТКГГ, которые при-
способлены к длительной работе, или технические ртутные тер-
мометры.
Правильность измерения температуры газа необходимо пери-
одически контролировать, дублируя замер другим прибором и
производя тарировку применяемого измерительного устройства.
Температуру воздуха и газа у дроссельных диафрагм, воз-
духа на всасывании СПГГ и окружающей среды можно изме-
рять с помощью обыкновенных ртутных термометров, рассчи-
танных на соответствующие пределы измерений. Температуру
продувочного воздуха желательно измерять дистанционным при-
бором, с выносом показаний на пульт управления. Для этого
можно применить пирометрическую установку, аналогичную ис-
пользуемой для измерения температуры газа, с пределами изме-
рений 50—300° С и позволяющую произвести отсчет с точностью
1—2° С.
Температуры масла и воды в системах охлаждения должны
измеряться при испытаниях с помощью ртутных или полупро-
водниковых термометров с ценой деления ГС и шкалой 0—
125° С. Следует отметить, что методы измерений температур
полупроводниковыми термосопротивлениями (термисторами),
имея в перспективе ряд преимуществ в отношении точности,
а также удобства применения и простоты конструкции, посте-
пенно завоевывают все большую область применения в измери-
тельной технике и быстро совершенствуются [41], [23]. Что ка-
сается стандартных манометрических термометров, то измере-
ния температур воды и масла, охлаждающих СПГГ, с помощью
таких термометров можно допустить только для неответствен-
ных испытаний, для ориентировочного наблюдения за тепловым
режимом СПГГ с поста управления.
При теплобалансовых испытаниях температуры охлаждаю-
щих жидкостей, по которым определяется количество отведен-
ного тепла, измеряются с точностью до 0,1° С образцовыми ртут-
ными термометрами лабораторного типа.
Если система охлаждения СПГГ двойная (пресной и заборт-
ной водой), то температуры с указанной выше точностью изме-
ряются только в системе забортной воды.1 При этом измеряются
температуры забортной воды до и после водоводяного холодиль-
ника СПГГ, до и после маслоохладителя СПГГ.,
При испытаниях СПГГ совместно с газовой турбиной и ре-
дуктором дополнительно измеряются температуры масла и за-
бортной воды до и после маслоохладителей ТЗА.
Верхний предел шкалы термометров, применяемых для изме-
рения температур охлаждающих жидкостей, 80—100° С.
1 Так как при ограниченном количестве пресной воды, циркулирующей
в замкнутом контуре и имеющей более высокую температуру, затрудняется
точное измерение ее расхода (по весу) и температур.
67
5*
Для измерений температур в системе подготовки тяжелого
топлива можно использовать любые подходящие термометры,
позволяющие производить отсчеты с точностью 1,0—2,5° С
в'диапазоне 0—100° С.
§ 8. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДОВ
' При испытаниях СПГГ на установившихся режимах работы
измеряются расходы топлива, газа, количества воды и масла,
циркулирующих в системах охлаждения. При испытаниях пуска
измеряется расход пускового воздуха.
Рис. 33. Устройство для измерения расхода топлива по весу.
Часовой расход топлива От определяется по весу израсходо-
ванного топлива
60Р„
От = —-— кг] час,	(64)
где Ра—вес израсходованного топлива, кг\
t — время расходования топлива, мин.
Методика замера расхода топлива сводится к следующему.
Через трехходовой кран 1 (рис. 33) заполняют бак 4, установ-
ленный на весах 5, и кладут на весы груз, равный весу измеряе-
мого топлива. Затем кран ставят в положение, при котором топ-
ливо расходуется из бака. Включают секундомер при проходе
68
стрелки весов через определенное положение и снимают проти-
вовес. При повторном прохождении стрелки весов через перво-
начальное положение останавливают секундомер.
Во избежание неправильных измерений расхода топлива не-
обходимо'тщательно проверить плотность трехходового крана.
При избыточной производи-
цистернь’
Рис. 34. Бачок для измерения расхода
топлива.
тельности топливного на-
соса, установленного на
СПГГ, а также в случае,
если имеют место протечки
топлива из насоса и форсу-
нок, избыточное топливо,
прошедшее через насос и не
поступившее в цилиндр дви-
гателя СПГГ, сливается по
трубопроводу 2 обратно
в бак в продолжение всего
времени измерения расхода.
Для погашения напора струи
топлива служит гаситель 3.
При соблюдении этих усло-
вий расход топлива по весу
может быть измерен с высо-
кой точностью (до 0,2%).
При испытаниях в усло-
виях эксплуатации можно
применить объемный способ
измерения расхода топлива.
Для этого используют мер-
ный бачок (рис. 34), состоя-
щий из одной или несколь-
ких мерных секций, со-
единенных между собой
прозрачными трубками с
рисками отметок уровня.
В простейшем случае бачок
состоит из трех секций, из
которых центральная слу-
жит для измерения, а верх-
няя и нижняя—вспомога-
тельные. Содержащийся в этих секциях объем топлива позволяет
наблюдателю подготовиться к выполнению измерения и преду-
преждает возможность случайного опорожнения идущих к СПГГ
топливопроводов при недостаточно быстром переключении пита-
ния из бачка на расход из топливной цистерны. Для замера рас-
хода вязкого топлива, уровень которого в прозрачной трубке при
наблюдении установить трудно, можно использовать мерный ба-
С9
чок с поплавковым указателем уровня. Поплавок помещают
в мерную секцию бачка и снабжают штоком, выведенным на-
ружу через верхнюю крышку.
Перед монтажем бачка объем мерной секции (до контроль-
ных рисок) тщательно проверяется. Бачок на заполнение топ-
ливом с одновременным питанием СПГГ, на расход из мерного
бачка и на расход из топливной цистерцы подключается так же,
как и в первом случае, с помощью трехходового крана. Фикси-
руя при испытаниях время расходования выбранного объема
топлива в мерном бачке, находят вес топлива и часовой его
расход
кг/час,	, (65)
где VT — объем израсходованного топлива, л;
t — время расхода этого объема, мин.;
Ут — удельный вес топлива, кг!л.
Погрешность измерения расхода топлива объемным способом
составляет больше чем 0,5% и определяется точностью измере-
ния объема бачка, удельного веса топлива и времени замера.
Для уменьшения этой погрешности объем бачка выбирают так,
чтобы время измерения расхода топлива составляло не менее
2—3 минут, а при значительном отличии температуры топлива
от температуры, при которой определялся объем мерной секции,
вводят поправку на изменение объема [11].
Секундный расход газа Gr определяется измерением пере-
пада давлений в дроссельной диафрагме (шайбе), установлен-
ной на газовыхлопном тракте. СПГГ за регулируемым соплом
или за турбиной (см. рис. 69). Для обеспечения надлежащей
точности измерения размеры прямых участков газопровода до
и после диафрагмы, ее конструкция и монтаж должны строго
соответствовать «Правилам 27—54 по применению и поверке
расходомеров с нормальными диафрагмами, соплами и трубами
Вентури» [42].
Для контроля можно проверить расход воздуха, измерив
перепад давлений в другой дроссельной диафрагме, установ-
ленной на всасывании. Производительность СПГГ, найденная
обоими способами, с учетом веса сгоревшего топлива, не должна
отличаться более чем на 3%. При допустимой в обоих случаях
погрешности измерения производительности дальнейшее опреде-
ление ее можно вести по данным замеров перепада в любой из
диафрагм.
Подсчет секундного расхода газа (или воздуха) произво-
дится по уравнению	__
кг/сек,	(66)
70
где С — численный коэффициент, корректируемый в зависимо-
сти от температуры воды в U-образном манометре
для измерения перепада;
а — коэффициент расхода, определяемый в зависимости
„	d.
от выбранного отношения —,
d — внутренний диаметр диафрагмы, м;
D — внутренний диаметр газо- или воздухопровода, м;
kt — поправочный коэффициент на расширение материала
дроссельного прибора;
е — поправочный множитель на расширение измеряемой
среды;
h — перепад давлений в диафрагме, м вод. ст.;
у — удельный вес газа на входе в диафрагму, кг/м3, опре-
деляемый по величине абсолютного давления и темпе-
ратуры перед диафрагмой.
Значения коэффициентов, входящих в приведенное уравне-
ние, должны быть взяты из упомянутых «Правил» или из дру-
гих аналогичных руководств, которыми и следует пользоваться
при подсчете расхода газа.
Следует заметить, что одна из значительных погрешностей
измерения расхода связана в СПГГ с наличием пульсаций дав-
ления в трубопроводах и в измерительном устройстве, которые
возникают из-за периодичности процессов всасывания и вы-
хлопа. Для уменьшения пульсаций диаметр трубопровода до и
после дроссельной диафрагмы выбирается с расчетом обеспече-
ния в нем небольшой скорости воздуха или газа; между этой
диафрагмой и СПГГ устанавливается уравнительный ресивер
достаточной емкости, желательно с упругой стенкой. Размеры
ресивера, установленного на газопроводе СПГГ, будут относи-
тельно меньше, чем размеры ресивера на всасывании, вслед-
ствие наличия сйбъема газосборника, установленного непосред-
ственно на СПГГ, и местного сужения газопровода у регули-
руемого сопла. Если расход газа измеряется за турбиной, после
которой давление практически постоянно, уравнительный реси-
вер перед диафрагмой может не ставиться.
При выполнении измерительных устройств в строгом соот-
ветствии с упомянутыми «Правилами» наименьшая относитель-
ная погрешность определения расхода газа может быть дове-
дена до 1,5%.
Если величина пульсации является значительной, точное
определение расхода газа затруднительно; действительный рас-
ход газа будет всегда меньше измеренного. При пользовании
правилами, р которых приводятся поправки на пульсации, сле-
дует учитывать, что эти поправки не имеют универсального зна-
чения, так как не проверены на достаточном числе опытов в раз-
личных условиях [10].
71
В условиях эксплуатации целесообразно использовать кон-
структивно более простые способы измерения расхода газа,
например, с помощью пневмометрических трубок [11], [43]. Сле-
дует, однако, обратить внимание на необходимость весьма тща-
тельного изготовления и монтажа этих трубок, а также на из-
вестную сложность подсчета расхода газа в случае если отсут-
ствует предварительная тарировка трубок.
Кроме рассмотренных способов заслуживает внимания спо-
соб измерения расхода воздуха с помощью электрического тер-
. Рис. 35. Схема электрического термоанемометра.
1 — выключатель; 2 — реостат; 3 — микроамперметр тока вхо-
да; 4 — микроамперметр тока нити; 5 — микроамперметр тока
выхода; 6 — вольфрамовая нить; 7—10 — сопротивления моста.
моанёмометра [46], [50]. Схема прибора показана на рис. 35.
Вольфрамовая (или платиновая) нить помещается во всасы-
вающий трубопровод СПГГ и включается в схему равноплечего
моста. Реостатом в диагонали питания моста в нити устанавли-
вается такая сила тока, чтобы температура нити была на
100—200° С выше температуры всасываемого воздуха. Чем
больше будет расход воздуха, тем большее количество тепла
в единицу времени отнимет поток от нити, изменится темпера-
тура нити, а следовательно, и ее сопротивление. С изменением
сопротивления нити нарушится равновесие моста и в измери-
тельной диагонали через стрелочный прибор или шлейф осцил-
лографа потечет ток, являющийся функцией расхода воздуха.
Расход охлаждающей воды Оолл измеряется любым удоб-
ным способом с точностью до 0,5—1,0%. Расход воды можно
измерить весовым или объемным способом,' расходомером или
с помощью дроссельной диафрагмы.
72
Наибольшая точность определения расхода охлаждающей
воды может быть получена при измерении расхода по весу; од-
нако этот способ применим только при испытаниях небольших
СПГГ, имеющих малую мощность. Для таких СПГГ удобен
объемный способ измерения расхода охлаждающей воды — по
времени заполнения мерной емкости (бака). Дроссельные диа-
фрагмы, изготовленные в соответствии с «Правилами 27—54»,
можно использовать при испытаниях СПГГ мощностью более
200—300 г. л. с.
Применение стандартных водомерных устройств (счетчиков),
вмонтированных в соответствующие участки трубопроводов,
обеспечивает постоянный контроль за расходом охлаждающей
воды. Для этой цели можно использовать, например, счетчики
типа ВВ Или ВК [9], [35]. В таких счетчиках жидкость, проте-
кающая по трубопроводу, приводит во вращение вертушку,
установленную в корпусе .счетчика. Угловая скорость вертушки
пропорциональна скорости течения жидкости; число оборотов ее
суммируется счетным механизмом, который дает показания
в объемных единицах. Для равномерного распределения потока
воды, поступающего на вертушку, установлен струевыпря-
митель.
Счетчики характеризуются величиной диаметра условного
прохода входного патрубка (калибром) в миллиметрах, харак-
терным расходом — условной величиной, соответствующей коли-
честву жидкости в кубических метрах в час при потере давле-
ния в счетчике 10 м водяного столба, максимальным расходом
в течение одного часа, минимальным расходом, при котором
погрешность показаний счетчика не превышает допустимой,
и емкостью — наибольшим значением количества жидкости, ко-
торое может быть отсчитано счетчиком. При выборе счетчика
калибр его может быть меньше диаметра трубопровода; в этом
случае в трубопроводе до и после счетчика устанавливаются
конические переходы. Показания счетчиков необходимо перио-
дически проверять.
Для измерения расхода воды могут применяться и другие
типы расходомеров, освоенные промышленностью [17], [50].
Количество масла циркулирующего в системе охлаж-
дения поршней СПГГ, можно измерить весовым или объемным
способами, а также с помощью счетчиков, предназначенных
для измерения вязких жидкостей.
Измерение расхода масла по весу является наиболее точ-
ным. Этот метод требует наличия достаточной емкости для на-
ливания взвешиваемого масла, весов соответствующей грузо-
подъемности и при больших расходах масла малоудобен,
73
В счетчике для измерения расхода вязких жидкостей изме-
ряемая жидкость, протекая через измерительную камеру при-
бора, приводит во вращение две овальные шестерни. В зависи-
мости от угла поворота, каждая из них через четверть оборота
переходит от состояния ведущей к состоянию ведомой. Измере-
ние объема жидкости происходит периодически путем отсчета
Рис. 36. Схема устройства для измерения количества масла, цирку-
лирующего в системе охлаждения СПГГ.
1— СПГГ;- 2 — маслоперекачивающий насос; 3 — сточная цистерна; 4 и 5 —
сливная труба; 6 — запорный кран; 7—мерный бак; 8—,масломериоё стекло;
9 — масляный трубопровод; 10 — кран для перепуска масла помимо мерного
бака.
определенных порций ее, содержащихся между цилиндриче-
скими поверхностями измерительной камеры и овальными ше-
стернями. За один оборот шестерен отсчитываются четыре
объема жидкости. Вращение шестерен передается при помощи
муфты и передаточного механизма роликовому счетному меха-
низму прибора.
Тарировка счетчиков производится для определенных жид-
костей, разделенных на группы в зависимости от их вязкости.
Основная допустимая погрешность не превышает ±0,5%.
Для предохранения механизма прибора от засорения в тру-
бопроводе перед входом в прибор устанавливается фильтр.
Выпускаемые промышленностью счетчики типа СВШ и СШМ
74
[35], рассчитаны на давление до "16 кг)см2 и температуру
до 40° С; вязкость измеряемой жидкости может составлять
6—60 сст, а потеря напора, зависящая от вязкости, 0,2—
0,3 кг/см2.
Измерение количества масла, циркулирующего в системе,
объемным способом затрудняется сильным пенообразованием
масла в мерной емкости. Для определения расхода отсчеты
уровня масла в мерной емкости можно заменить наблюдением
момента начала стока масла через сливиую трубу, как это по-
казано на рис. 36. Над сточной цистерной 3 циркуляционного
масла размещают мерный бак 7, объем которого между верх-
ним уровнем сливной трубы 5 и запорным краном 6 известен.
При измерении перекрывают кран. 6 и одновременно включают
секундомер. При повышении уровня масла до среза сливной
трубы масло через нее сплошным потоком начинает поступать
в цистерну. В момент начала слива останавливают секундомер,
фиксируя время расходования масла. Если пенообразование
происходит не слишком интенсивно, уровень можно отсчитывать
непосредственно по масломерному стеклу 8. Для того чтобы
во время измерения не произошло опорожнение сточной ци-
стерны, объем мерного бака должен быть меньше объема
цистерны.
Замер расхода масла дроссельными устройствами дает зна-
чительные погрешности вследствие большой вязкости масла.
Расчету показывают, что из-за очень малых значений числа
Рейнольдса применить этот способ затруднительно, поскольку
погрешности определения расхода на каждом режиме будут
резко отличаться друг от друга.
Расход воздуха на пуск СПГГ находится по разности дав-
лений в пусковом баллоне, навешенном на генератор,
Q = Ю (Pi — =о 3413 (Р1 —
" RT0	’	/О+273
кг,
(67)
где pi — давление пуска (в баллоне), ага;
Р2 — установившееся значение давления в баллоне после
запуска СПГГ, ати;
V — объем пускового баллона, л;
t0 — температура воздуха в баллоне, °C.
Кроме расхода воздуха на осуществление пускового хода
при испытаниях следует также определить суммарный расход
воздуха на запуск СПГГ, включающий в себя расход воздуха
на вспомогательные операции пуска: разведение поршней, от-
крытие декомпрессионных клапанов, утечки воздуха из системы.
Суммарный расход пускового воздуха определяется по формуле
(67), с заменой в ней давлений pi и р2 соответствующими дав-
лениями в баллонах основного запаса пускового воздуха и
объема V — емкостью этих баллонов.
ГЛАВА 3
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ИЗМЕРЕНИИ
§ 9. ИНДИЦИРОВАНИЕ СПГГ
Индицирование свободнопоршневого генератора газа произ-
водится с целью исследования отдельных элементов рабочего
процесса по диаграммам изменения давлений в цилиндрах и
полостях. На основании свернутых по ходу поршня индикатор-
ных диаграмм (см. рис. 6 и 7) или снятых по времени осцил-
лограмм (рис. 37) можно установить основные особенности
рассйатриваемых процессов и найти величины параметров, не-
обходимые для анализа работы СПГГ или его доводки. ‘
Индицированию могут быть подвергнуты цилиндры двига-
теля, компрессора, буфера, продувочный ресивер, всасывающий
и выхлопной патрубки, газосборник, топливопровод, пусковое
устройство.
Индицирование процессов изменения давлений производится
с помощью датчиков, чувствительным элементом которых яв-
ляется металлическая мембрана или кварцевые пластины. Для
этой же цели можно приспособить тензодатчики, аналогичные
применяемым для измерения деформаций, или другие типы ин-
дикаторов, описание которых дается в литературе [7], [49].
При записи изучаемого процесса с помощью осциллографа
небольшие электрические импульсы, создаваемые датчиками
при воздействии давления на их чувствительные элементы, или
изменения параметров электрической цепи, в которую включен
датчик, передаются соответствующему электронному усилителю
и затем регистрируются осциллографом.
При емкостном методе измерения изменение емкости между
элементами датчика, происходящее при воздействии давления
в исследуемой полости на мембрану, преобразуется й изменение
силы тока, напряжения или частоты в электроизмерительной
усилительной схеме.
76
Одна из простейших конструкций емкостного датчика пока-
зана на рис. 38. Датчик состоит из стального корпуса 1 со шту-
церами для подвода охлаждающей воды. Клапан 2 служит
для сообщения полости мембраны с исследуемым цилиндром.
Клапан можно установить в положение «открыто» или «за-
Рис. 37. Осциллограммы давлений в рабочих цилиндрах
и топливопроводе СПГГ.
1 — давление в двигателе; 2 — давление в топливопроводе; 3 — давление в компрес-
соре; 4 — давление в буфере; 5 — отметки времени; 6 — масштаб давлений; 7 —
атмосферное давление.
крыто» ограничителем 3. Мембрана 4 уплотняется в корпусе
штуцером 5. Изолированный электрод 8 собирается со втулкой 7,
с помощью которой регулируется зазор между мембраной и
электродом.
Под действием давления в исследуемой полости мембрана
прогибается, изменяя зазор и электрическую емкость датчика.
Толщина мембраны и начальный зазор между мембраной и изо-
лированным электродом подбираются в зависимости от вели-
чины и диапазона измеряемых давлений. После установки за-
зора втулку стопорят винтом 6. С помощью клапана и ограничи-
77
теля датчик можно разобщить с исследуемой полостью и запи-
сать на осциллограмме атмосферную линию. В тех случаях,
когда температуры газа в цилиндре высокие, полость 9 датчика
охлаждают проточной водой, а клапаном и ограничителем от-
ключают датчик на время перерыва между двумя измерениями.
На рис. 39 показано устройство емкостного датчика, в кото-
ром постоянная составляющая измеряемого давления уравнове-
шивается подачей сжатого воздуха к одной из поверхностей
Рис. 38. Емкостный датчик для
измерения давлений до 4—5 кг/см1.
мембраны 1, что позволяет повысить чувствительность датчика
за счет уменьшения толщины мебраны.
Мембрана закреплена в корпусе 2 кольцом 3 и винтами 11.
Она равномерно натягивается фасонной втулкой 10 и накидной
гайкой 5. Неподвижный электрод датчика, выточенный заодно
с выводом 7, изолируется от корпуса втулкой 9, фиксируемой
гайкой 8 после регулировки зазора. При работе нижняя поверх-
ность мембраны подвергается действию исследуемого давления,
а к верхней стороне через штуцер 6 и отверстия 4 подводится
сжатый воздух, уравновешивающий постоянную составляющую
измеряемого давления.
В следующем типе датчика (рис. 40) постоянная составляю-
щая уравновешивается автоматически за счет усреднения вели-
чины измеряемого давления в интеграторе. Интегратор давления
представляет собой набор металлических дисков 5, образующих
между собой расширительные объемы. Кроме того, в этих дис-
ках имеются отверстия малого диаметра для дросселирования
78
давления газа, поступающего к ним из кольцевой выточки 7.
Каналами 9 выточка соединена с полостью под мембраной 1
датчика. При проходе газ^ через расширительные объемы и
дросселирующие отверстия его давление выравнивается, в ре-
зультате чего мембрана с верхней стороны воспринимает почти
постоянное давление. Измеряемое же давление с переменной со-
ставляющей подводится к
нижней стороне мембраны че-
рез отверстие в штуцере дат-
чика, соединенного с исследуе-
мой полостью.
Для преобразования изме-
нений емкости датчика в изме-
нения силы, напряжения или
частоты электрического тока
и регистрации этих изменений
на шлейфовом осциллографе
применяются различные элек-
троизмерительные схемы: ре-
зонансные, мостовые, электро-
статические и электроимпульс-
ные [7], [50].
Резонансная схема с ампли-
тудной модуляцией несущей
частоты показана на рис. 41.
Принцип действия схемы за-
ключается в следующем: гене-
ратор создает на резонансном
контуре L2C5 напряжение высо-
кой частоты. При настройке
контура в резонанс с измери-
тельным контуром L$Ce паде-
ние напряжения на сопроти-
влении R2 будет максималь-
ным. Сетка выходной лампы
6V6 связана с сопротивлением
Рис. 40. Емкостный датчик с интегра-
тором давления.
/ — мембрана; 2 — корпус; 3— зажимный
фланец, 4 — неподвижный электрод; 5 —
диск интегратора; 6 — стопорная гайка; 7—
кольцевая выточка; 8—10 — соединительные
каналы (отверстия).
Т?2 и имеет в момент резонанса определенный отрицательный
потенциал, при котором ток этой лампы минимальный.
При изменении емкости Се (датчика) контур Ь5Св расстра-
ивается и расстраивает связанный с ним индуктивно контур
генератора. Падение напряжения на сопротивлении уменьшает-
ся пропорционально изменению емкости датчика. Уменьшение
падения напряжения на сопротивлении R2 снижает отрицатель-
ное смещение на сетке ладопы 6V6, и анодный ток ее увеличи-
вается,.
Регистрация анодного тока, а следовательно, и измеряемого
давления производится осциллографом, шлейф которого вклю-
79
Рис. 41. Резонансная электроизмерительная схема с амплитудной модуляцией несущей частоты.
чается в анодную цепь лампы. Для компенсации начального
тока используется одна ступень стабиловольта.
Электроизмерительная схема с частотной модуляцией и
фазовым детектированием показана на рис. 42. Генератор соб-
ран на лампе Лх с емкостной обратной связью и колебатель-
ным контуром в цели сетки. Емкостный датчик включен в кон-
тур генератора и управляет частотой генерируемых колебаний.
Буферный каскад, собранный на лампе Л2, введен в схему для
уменьшения влияния фазового детектора на частоту генериру-
емых колебаний и выполняет одновременно роль ступени усиле-
ния. Изменение частоты генерируемых колебаний вызывает
сдвиг по фазе напряжений, подаваемых на сетки лампы Л3 фа-
зового детектора, вследствие чего изменяется величина ее анод-
ного тока.
Лампа Л4 включена по схеме катодного повторителя и с со-
противлениями 7?ю, Rt и Rn образует мост, балансировка кото-
рого осуществляется сопротивлением Rib- Выходная ступень
на лампе Л5 также является катодным повторителем, собран-
ным по мостовой схеме, позволяющей включить в ее диагональ
вибратор шлейфового осциллографа.
Для регистрации постоянной составляющей измеряемого
давления в приборе имеется микроамперметр, отклонение
стрелки которого пропорционально изменению емкости.
Применение емкостных индикаторов целесообразно при ис-
следовании процессов в компрессоре, ресивере, буфере, выхлоп-
ном и всасывающем патрубках СПГГ. При этом для индициро-
вания первых трех процессов можно применить датчики типа,
показанного на рис. 38; для исследования переменных составля-
ющих давления во всасывающем и выхлопном патрубках пред-
почтительно использовать конструкции, изображенные на рис.
39 и 40.
Для осциллографирования процессов, давления в которых
достигают значительных величин, применяются пьезокварцевые
датчики с соответствующими усилительными схемами.
Устройство пьезокварцевого датчика, предназначенного для
измерения давлений в двигателе, показано на рис. 43. Стальной
корпус датчика 1 имеет штуцеры 2 для подвода охлаждающей
воды. В корпус датчика ввернут нажимной штуцер 9, с помощью
которого в корпусе крепятся кварцевые пластины 10 с контак-
том 6. Давление газа передается мембране 4 и далее через пес-
тик 3 опорной мембране ’//, опоре 5 и на кварцевые пластины.
При действии усилий на гранях кристалла, перпендикулярных
электрической оси кварца, появляются электрические заряды,
пропорциональные давлению. Для снятия этих зарядов слу-
жат внутренний 6 и наружный 7 (в изолирующей втулке 8)
контакты.
6
В. М. Колюко
81
+ 3006
Рис. 42. Электроизмерительная, схема с частотной модуляцией и фазовым детектированием.
На рис. 44 показана конструкция пьезокварцевого датчика
для измерения давлений в топливопроводе, включающего анало-
гичные принципиальные элементы.
Для усиления весьма небольших электрических зарядов,
образующихся на кварцевых пластинах, применяют электромет-
рические усилительные схемы (типа электронного вольтметра),
имеющие в своем составе лампу
с малой входной емкостью и большим
входным сопротивлением [7].
При осциллографировании ис-
следуемый процесс рассматривается
в функции времени. Для записи ин-
дикаторных диаграмм, свернутых по
ходу поршня, можно использовать
пневмоэлектрические индикаторы ти-
па применяемых при испытаниях
обычных двигателей внутреннего
сгорания [10], [49]. При этом в основ-
ном используется только конструкция
самих датчиков; механизмы приво-
да и записи существенно видоизме-
няются.
Так, например, на рис. 45 и 46 по-
казаны конструкция и схема работы
кимографа-индикатора, предложен-
ная В. Р. Комовским и А. П. Але-
хиным, которая нашла применение
при испытаниях СПДК и СПГГ.
Устройство кимографа было
описано в главе 2. Пневмоэлектри-
ческий индикатор состоит из записы-
вающего прибора, искрового реле,
мембранных датчиков и воздушного
баллона с системой подачи сжатого
Рис. 43. Пьезокварцевый дат-
чик для измерения давлений
в двигателе.
воздуха.
Оба устройства (кимограф и индикатор) монтируются на
общей раме и имеют общую базу регистрирующих записей — за-
пись действительного хода поршня.
Для записи с помощью индикатора диаграммы давлений
в цилиндрах сжатый воздух из баллона 6 (рис. 45) подается
к датчику 2, установленному в исследуемую полость, и к цилин-
дру 1 записывающего устройства индикатора. Давлением этого
воздуха мембрана датчика прижимается к одному из ограни-
чителей, и цепь искрового реле 4 оказывается разомкнутой.
В момент, когда давление в исследуемой полости станет рав-
ным или несколько превысит давление воздуха над мембраной,
последняя прижмется к другому ограничителю, замыкая за со-
б*
S3
бой цепь подвижного контакта. В момент замыкания сработает
реле, и между бегункам и барабаном записывающего устрой-
ства индикатора проскочит искри. Так как бегунок связан
с поршнем, а барабан поворачивается на угол, пропорциональ-
ный давлению, то, фиксируя проскакивание искры на электро-
термической бумаге, можно получить точку, ордината которой
будет представлять собой в определенном масштабе давление,
а абсцисса будет соответствовать положению поршня в этот
момент времени.
Рис. 44. Пьезокварцевый
датчик для измерения дав-
лений в s топливопроводе.
1 — корпус; 2 — кварцевая пла-
стина; 3 — изолятор; 4 — сто-
пор; 5 — стержень; 6 — кон-
такт средний; 7— опора.
Записывающее устройство индикатора показано на рис. 46.
Сжатый воздух, поступающий из баллонов к мембране датчика,
одновременно поступает во внутреннюю полость втулки 11 плун-
жера индикатора. Плунжер 9, перемещаясь вправо, одновре-
менно заставляет двигаться связанный с ним стакан 5, на кото-
ром укреплены два ролика 2. При движении стакана между роли-
ками проходит спираль 6, закрепленная на внутренней полости
барабана 3. Под действием роликов барабан начинает вра-
щаться. На барабане закрепляется электротермическая бума-
га, на которой и записывается индикаторная диаграмму.
При снижении давления воздуха ч^о стороны плунжера пру-
жина 4 возвращает стакан в первоначальное положение.
В индикаторе предусмотрено специальное устройство для
увеличения чувствительности записывающего устройства путем
замены трения покоя плунжерной пары трением вращения. Это
устройство состоит из червячного колеса 10, закрепленного на
втулке плунжера, и червяка 8, связанного с электромотором.
При работе, электромотора начинает вращаться червячное ко-
лесо, а с ним и плунжерная втулка, благодаря чему трение
между втулкой и плунжером уменьшается.
84
В конструкции, примененной Луганским тепловозостроитель-
ным заводом, механизм перемещения барабана индикатора на
угол, пропорциональный измеряемому давлению, выполнен
проще. Для этого на барабан индикатора или на специальный
шкив, соединенный с барабаном, наматывается гибкий тросик
с грузом, сила веса которого уравновешивается пружиной опи-
Рис. 45. Схема пневмоэлектрического индикатора СПГГ.
/ — цилиндр записывающего устройства; 2 —датчик; 3—барабан; 4— искровое реле;
5— водомаслоотделитель; 6 — баллон сжатого воздуха; 7—дифманометр (для тари- '
ровки); 8 — вакуум-насос.
санного выше устройства, размещаемого снаружи барабана.
При изменении натяжения пружины за счет изменения давле-
ния воздуха, поступающего к датчику и во втулку плунжера,
перемещающего стакан с пружиной, груз поворачивает барабан
на угол, пропорциональный изменению давления. Все устрой-
ство в этом случае более удобно для обслуживания, однако
прибор получается менее компактным.
Используемое в приборе двухискровое электронное реле
85
Развез по ИВ
Рис. 46. Записывающее устройство пневмоэлектрическрго индикатора.
/ — корпус; 2— ролик; 5 —барабан; 4 — пружина; 5 — стакан; б — спираль; 7 —кронштейн; 8 — червяк; £ —плунжер; 10— чер-
вячное колесо; 11 — втулка плунжера; 12 — электромотор.
обеспечивает одновременную запись линии сжатия и линии рас-
ширения индикаторной диаграммы.
Реле (рис. 47) состоит из управляющей лампы Ль блока из
двух тиратронов Л2 и Л3 и разрядных конденсаторов С3 и С4,
индукционной катушки (бобины) Б и блока питания с лампой
Л4 и газовым стабилизатором Л5, служащим здесь в качестве
делителя напряжения.
Реле работает следующим образом. Левый триод лампы Лi при
разомкнутом контакте датчика заперт отрицательным напряже-
нием, снимаемым с сопротивления Л13; при замыкании контактов
триод отпирается, и анодный ток достигает максимума. Правый
триод лампы управляется левым так, что оба они всегда нахо-
дятся в противоположных фазах: работает один, когда запер г
Рис. 47. Схема двухискрового электронного реле.
другой, и наоборот. Правый триод лампы Ль в свою очередь,
управляет работой тиратронов, воздействуя через емкости Ci и
С2 на их сетки.
При максимальном токе (в момент замыкания контактов)
этот триод вызывает срабатывание одного тиратрона и запи-
рает другой; при минимальном токе режимы тиратронов меня-
ются на противоположные. При срабатывании тиратронов раз-
ряжаются конденсаторы С3 и С4, которые затем снова заря-
жаются от выпрямителя через сопротивления Лб и Лб-
Ток разряда, протекая по первичной обмотке бобины, индук-
тирует во вторичной ее обмотке высокое напряжение.
При выборе типа датчика и электроизмерительной схемы осо-
бое внимание следует обратить на цель и условия проведения
испытаний. Емкостные датчики могут быть рекомендованы для
измерения сравнительно небольших давлений, меняющихся в от-
87
носительно узких пределах (как, например, давлений в буфере
и компрессоре)-
Пьезокварцевые датчики и соответствующие усилители к ним
можно применить для исследования процессов в тех цилиндрах,
где давления достигают высоких значений.
Пневмоэлектрический кимограф-индикатор описанного выше
типа равным образом можно использовать для измерения как
высоких, так и низких давлений.
Для исключения дросселирования в канале штуцера датчика
и уменьшения ошибки в величине измеряемого давления диа-
метр канала к датчику должен быть достаточно большим (не
менее 3—6 мм).
Во избежание искажения характера процесса и наложения
на него дополнительных колебаний канал датчика не должен
иметь поворотов. Длина канала до датчика должна быть мини-
мальной, иначе может иметь место запаздывание фиксируемых
на диаграмме давлений на величину, соответствующую скоро-
сти распространения звука в измеряемой среде.
Тарировку датчиков следует производить только по образцо-
вым и контрольным манометрам, желательно внезапным при-
ложением нагрузки (давления). Тарировочные кривые датчиков
не должны иметь резко выраженных криволинейных участков-
- При использовании для регистрации давления шлейфового
осциллографа шлейфы должны выбираться с расчетом примерно
75% загрузки при максимальном давлении в цилиндре. Частота
свободных колебаний шлейфа должна быть достаточно высокой,
а толщина луча — минимальной.
При настройке и регулировке электроизмерительных схем
следует строго придерживаться рекомендуемых правил обраще-
ния с ними. При индицировании только одного цикла желатель-
но одновременно фиксировать давления во всех исследуемых
рабочих цилиндрах (в двигателе, компрессоре и буфере). При
осреднении давлений за несколько циклов (как это имеет место
при съемке диаграмм пневмоэлектрическим индикатором) про-
цессы в двигателе, компрессоре и буфере можно фиксировать
поочередно, соблюдая, однако, при этом условие точного сохоа-
неиия выбранного для исследования режима работы СПГГ.
Промежутки между индицированием отдельных цилиндров
должны быть минимальными и не сопровождаться остановками
либо изменениями регулировки СПГГ.
Во избежание грубых ошибок в оценке работ, обусловлен-
ных неточной ориентацией мертвых положений поршней по от-
ношению ко времени их движения и фиксируемым на диаграмме
давлениям, при испытаниях, имеющих целью анализ баланса
работ СПГГ, привод устройства, записывающего положения
поршней на индикаторной диаграмме, должен быть жестко со-
единен с движущимся поршнем без всякой промежуточной пере-
88
дачи (синхронизатор, шестерни, рейки и т. п.), в деталях кото-
рой возможны люфты.
Для^определения по снятым диаграммам величин работ на
диаграммах должна быть нанесена так называемая «нулевая
линия», т. е. атмосферное или иное постоянное давление, прини-
маемое за начало отсчета (см. рис. 37). Правильность уста-
новки нулевой линии, имеющей особое значение при анализе
баланса работ за обратный ход, должна контролироваться при
съемке каждой очередной осциллограммы.
Перед осциллографированием проводятся следующие под-
готовительные работы:
1) определение объема и условий испытаний, а также уточ-
нение требований к точности измерений, на основании чего вы-
бирается тип датчиков и соответствующей электроизмеритель-
ной аппаратуры;
’ 2) разработка схемы размещения датчиков на СПГГ и изго-
товление штуцеров для установки датчиков;
3) составление программы осциллографирования;
4) предварительная проверка аппаратуры, включающая
в себя: проверку электрической цепи осциллографа (состояния
контактов, реостатов, выключателей шлейфов); настройку опти-
ческой части осциллографа; проверку электрической цепи, свя-
зывающей осциллограф с усилительной аппаратурой; проверку
исправности изоляции; проверку электроизмерительной усили-
тельной аппаратуры; сборку, регулировку и тарировку датчиков-
Работы по осциллографированию начинаются со снятия конт-
рольных осциллограмм, по которым проверяется достаточность
проведенных подготовительных работ. При ооциллогр эфирова-
нии контрольные осциллограммы снимаются периодически.
На каждой полученной осциллограмме фиксируется ее по-
рядковый номер, дата испытаний и режим работы. Все осцилло-
граммы, снятые в течение дня испытаний, но не позднее, чем
на следующие сутки, должны подвергнуться первичной обра-
ботке с целью определения их пригодности для последующего
анализа.
Поскольку одновременное осциллографирование процессов
во всех цилиндрах р полостях СПГГ затруднительно, целесооб-
разно на одной осциллограмме совмещать записи тех процессов,
совместное рассмотрение которых представляет наибольший
интерес. Так, например, запись давлений в двигателе целесооб-
разно совместить с записью давлений в топливопроводе, проду-
вочном ресивере или в выхлопном коллекторе, а запись давле-
ний в компрессоре — с осциллограммой давления во всасываю-
щем трубопроводе и т. д. Для возможности определения по ос-
циллограмме основных величин, характеризующих рабочий про-
цесс, на каждую осциллограмму необходимо нанести масштаб
времени и отметки положений поршня.
89
В целом изготовление и наладка приборов для индицирова-
ния рабочего процесса СПГГ, а также проведение самих экспе-
риментов достаточно трудоемки, требуют большого внимания и
тщательной подготовки каждого опыта. Выбор типа и конструк-
тивное выполнение приборов, применяемых для индицирования,
часто зависят от специфики работы той лаборатории, в которой
проводится исследование, от наличия соответствующего обору-
дования и навыка работы самих экспериментаторов с определен-
ными типами индикаторов и электронных устройств. Постоянное
совершенствование и быстрое развитие радиоэлектроники обес-
печивают возможность создания для целей индицирования СПГГ
различных типов индикаторов, позволяющих с достаточной сте-
пенью точности производить необходимые исследования. .
§ 10.	ИЗМЕРЕНИЕ МГНОВЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР ГАЗА
И ТЕМПЕРАТУР ДЕТАЛЕЙ СПГГ
Измерение мгновенных температур газа или воздуха в ра-
бочих полостях и системах СПГГ представляет собой одну из
важных задач экспериментального исследования. Наличие опыт-
ных данных по значениям мгновенных температур газа в вы-
хлопном патрубке и в продувочном ресивере СПГГ позволяет
более полно исследовать факторы, влияющие на газообмен и
наполнение цилиндра свободнопоршневого двигателя. Знание
мгновенных температур воздуха в компрессоре дает возмож-
ность с достаточной полнотой исследовать факторы, влияющие
на наполнение этого цилиндра.
Создание надежно действующих и достаточно простых при-
боров Для измерения мгновенных температур представляет из-
вестные трудности, а сам процесс измерения представляет экс-
перимент, выполнение которого под силу лишь хорошо оснащен-
ной лаборатории.
При исследованиях СПГГ можно использовать способы изме-
рения мгновенных температур газа, разработанные Центральным
научно-исследовательским дизельным институтом (ЦНИДИ)
применительно к испытаниям двигателей внутреннего сгорания
[8], [51]. Измерение производится с помощью наиболее пригод-
ного Для этой цели термометра сопротивления. Чувствительный
элемент датчика такого термометра должен обладать весьма
малой тепловой инерцией, что обеспечивается выбором соответ-
ствующей его конструкции.
Устройство датчика термометра сопротивления показано на
рис. 48. Чувствительным элементом является вольфрамовая
нить 1 с присадкой тория толщиной 0,01—0,03 мм. При выборе
типа нити учитывается, что в измеряемом интервале температур
нить должна обеспечивать однозначный характер электриче-
ского сопротивления от температуры, возможно более постоян-
90
Рис. 48. Датчик термо-
метра сопротивления.
ный и достаточно высокий температурный коэффициент элек-
трического сопротивления, а также термическую и механи-
ческую прочность при наименьшей толщине. .Один .конец нити
закрепляется ® Т-образной головке токоподводящего проводника
5; второй конец крепится в Г-образной стойке, представляющей
собой единую с латунной трубкой детали 4. Трубку 4 вместе
с нитью можно ввести в газопровод, а после измерения темпе-
ратуры снова убрать в корпус датчика 2, защитив тем самым
нить от длительного воздействия газа. В
любом из этих положений трубка удержи-
вается с помощью фиксатора 3. Подво-
дящие провода 7 привариваются к стерж-
ню 5 и к корпусу (латунной трубке).
Места приварки защищены эбонитовой
колодкой 6, при помощи которой датчик
устанавливается в рабочее или нерабочее
положение. Установка датчика в исследу-
емую полость производится на резьбе.
Основная трудность при изготовлении
датчика связана с обеспечением надежно-
го крепления нити. Необходимо избегать
возможного ослабления нити в местах
креплений, обеспечить отсутствие пере-
ходных контактных сопротивлений и со-
здать условия для быстрой перезарядки
нити в случае обрыва ее при экспери-
менте.
В конструкции датчика, приведенной
на. рис. 49, измерительная нить 3 натя-
нута вдоль оси державки 1. Нить крепится
к державке и к изолированному электро-
ду 4 при помощи конических штифтов 2.
Так же как и в первом случае, на период эксперимента нить вы-
двигается вместе с державкой из штуцера 5 в исследуемую по-
лость. При высокой температуре измеряемой среды датчик ох-
лаждают.
Изменение сопротивления нити при изменении температуры
можно регистрировать с помощью электроизмерительной схемы,
работающей на постоянном или переменном токе, и шлейфового
осциллографа.
Схема включения термометра сопротивления с питанием от
источника постоянного тока показана на рис. 50. Измерительная
нить включается в одно из плеч моста, питаемого от аккумуля-
торной батареи Б. Вторым плечом является регулируемое со-
противление /?2- В диагональ моста включается шлейф осцилло-
графа. Сопротивления второй пары плеч выбираются равными
друг другу.
91
В зависимости от нагрузки двигателя температуры газа
пульсируют около различных средних температур. Регулируя
сопротивление ^.балансируют мост с таким расчетом, чтобы
на данном режиме работы установить величину приблизи-
тельно равной среднему сопротивлению Pi. Тогда шлейф осцил-
лографа будет записывать лишь ток дис-
баланса, позволяя тем самым осуще-
ствить запись процесса на полный кадр.
Шлейф осциллографа предохраняется
от чрезмерного тока в случае возможного
обрыва нити с помощью поляризацион-
ного реле. Обмотка реле 1 включена по-
Рис. 49. Датчик тер-
мометра сопротивле-
ния с охлаждением.
Рис. 50. Схема включения тер-
мометра сопротивления с пита-
нием от источника постоянного
тока.
следовательно с источником питания и создает магнитное
поле, устанавливающее якорь в рабочее положение. Об-
мотка 2 включена через регулируемое сопротивление Р парал-
лельно источнику тока так, что действие магнитного поля проти-
воположно первому. Подбором сопротивления Р устанавливают
такое взаимодействие двух магнитных полей, в результате кото-
рого якорь замыкает цепь. При обрыве нити сопротивление моста
возрастает, ток в цепи источника питания падает, и магнитное
92

поле обмотки 2 становится достаточным для Изменения положения
якоря и, следовательно, для размыкания цепи. Обмотка 3 служит
для возвращения якоря в прежнее положение после замены чув-
ствительного элемента.
Схема включения термометра сопротивления с питанием от
сети переменного тока показана на рис. 51. Измерительная нить
7?д включается в одно из плеч моста переменного тока с сопро-
Рис. 51. Схема включенйя термометра сопротивления с питанием от сети
* переменного тока.
тивлениями Т?2 и 7?з- В диагональ моста включено переменное
сопротивление Ri, с помощью которого изменяется чувствитель-
ность прибора. В схеме имеются высокочастотный ламповый ге-
нератор с лампой усилитель с двумя ступенями усиления по
несущей частоте с лампами Лг и Л3, детектор Л* и усилитель
низкой частоты Л5. Стабилизация напряжения блока питания
производится стабиловольтом Л6.
Применение измерительного моста переменного тока упро-
щает задачу последующего усиления напряжения, снимаемого
с диагонали моста R4, и позволяет ограничить ток питания мо-
ста малыми величинами, что исключает возможность нагрева
измерительной нити электрическим током.
При известном виде зависимости сопротивления измеритель-
ной нити от температуры можно произвести тарировку прибора,
93
для чего определяют отклонения шлейфа осциллографа в зави-
симости от сопротивления (температуры) нити в применяемой
при испытаниях электроизмерительной схеме.
Рассмотренные способы измерения мгновенных температур
с помощью термометров сопротивления можно применить для
определения температур и в других местах газовоздушного трак-
та СПГГ. Поскольку температуры в продувочном ресивере, ком-
прессоре и всасывающем трубопроводе ниже, чем температура
газа, это позволяет повысить долговечность измерительной иити
датчика.
Что касается цилиндра двигателя, то непосредственное из-
мерение мгновенных температур в камере сгорания с помощью
рассмотренного способа оказывается малопригодным вследствие
высоких значений измеряемых температур и сильного химиче-
ского воздействия среды на измерительную нить, а поэтому за-
меняется расчетным определением температур по снятым инди-
каторным диаграммам.
При отработке конструкции СПГГ и при исследовании воз-
можностей его форсировки важно знать, в каких температур-
ных условиях работают детали цилиндра и поршня двигателя.
Наибольшее распространение в практике испытаний обычных
двигателей внутреннего сгорания получили методы измерения
температур деталей с помощью термопар и эвтектических, спла-
вов, проверенные также и на свободнопоршневых машинах.
Для измерения температуры втулки цилиндра двигателя
можно воспользоваться пирометрической установкой, состоящей
из термопары и потенциометра. Температура регистрируется
либо непосредственно по шкале прибора, либо записью иа ос-
циллографе.
При установке термопары для измерения температуры вну-
тренней (нагретой) поверхности втулки выведенный на поверх-
ность горячий спай должен иметь надежный контакт с метал-
лом втулки, так как иначе 'на показания термопары - будут
влиять температуры газа в цилиндре. Конструкция горячего
спая в этом случае должна обеспечивать газоплотность поверх-
ности в месте установки термопары. Горячий спай 1 термопары
можно выполнить в капсюле 2 (рис. 52), изготовленном из ма-
териала, одинакового с материалом втулки 3. В капсюль встав-
ляется на бакелитовом лаке отрезок двухканальной керамиче-
ской трубки 4 и вводятся термопровода 5. После этого капсюль
запрессовывается во втулку. Металл' вокруг капсюля осажи-
вается, концы термопроводов обрезаются, заводятся в паз кап-
сюля, и место их соединения приваривается. Выступающая
часть капсюля спиливается заподлицо с металлом втулки. Та-
ким образом, горячий спай термопары оказывается расположен-
ным в поверхностном слое металла толщиной 0,7—0,8 мм. Для
возможности измерения колебаний температур поверхности тер-
94
мопара должна обладать малой тепловой инерцией, поэтому
толщину термопроводов выбирают небольшой (0,2—0,3 мм),
а спай делают возможно меньших размеров. Регистрацию коле-
баний температуры производят осциллографом.
Учитывая, что вследствие большой теплопроводности мате-
риала втулки колебания температуры ее поверхности невелики,
рассмотренный выше способ можно упростить, если тепловое
состояние втулки оценивать по величине средней температуры,
измеряемой вблизи поверхности. В этом случае для установки
термопары не требуется сквозного сверления  исследуемой де-
тали; конструкция датчика с вмонтированной в него термопарой
может быть сделана разборной и доступ-
ной для осмотра.
Корпус датчика 5 (рис. 53) вверты-
вается на резьбе в тело втулки снаружи и
стопорится гайкой 4. В отверстие корпуса
вставляется отрезок двухканальной кера-
мической трубки 6 с термопроводами. С
помощью нажимного штуцера 1, втулкн.2
и пружины 3 керамическая трубка прижи-
мает горячий спай 7 к металлу втулки ци-
линдра двигателя СПГГ.
• Датчик с термопарой для измерения
температуры охлаждаемой поверхности
Рис. 52. Установка по-
верхностной термопары в
поршне (втулке).
втулки, показанный на рис. 54, состоит
из корпуса 2 и керамической трубки 3 с
термопроводами. Горячий спай 5, нахо-
дящийся внутри резиновой пробки 4, изо-
лирующей термопровода от соприкосновения с охлаждающей
втулку водой, плотно прижимается штуцером 1 к наружной по-
верхности втулки цилиндра двигателя.
Величины электродвижущей силы обеих термопар измеряют-
ся обычными методами.
Для измерения температур деталей поршня в принципе
можно использовать методы измерения этих температур с по-
мощью специальных термопар [37].
Схема устройства для измерения температуры поршня дви-
гателя свободнопоршневых машин представлена на рис. 55.1 Го-
рячий спай термопары 1 устанавливается в тело поршня. Тер-
мопровода 2 подсоединяются к контактам 3, выведенным с по-
мощью штока, закрепленного на поршне компрессора, через
крышку буфера наружу машины. При прохождении поршнями
в. м. т. контакты 3 на некоторое время замыкаются с пружин-
ными или скользящими наружными контактами 4, которые со-
1 Разработка схемы н проверка ее на свободнопоршневом дизель-ком-
прессоре ДК-2 выполнены С. А. Бершадсквм.
95
единены с термостатом 5. Температура холодного спая регистри-
руется термометром. Далее термостат соединяется кабелем
с компенсационным прибором 6. В качестве нуль-индикатора
можно использовать катодный осциллограф 7.
Применение периодического включения термопар с помощью
пружинных контактов затрудняется тем, что положение в. м. т.
в СПГГ зависит от режима ра-
боты. Поэтому колодка, на ко-
торой крепятся наружные кон-
такты, должна быть выполнена
подвижной в соответствии с
ожидаемыми пределами изме-
Рис. 54. Датчик для из-
мерения температуры
охлаждаемой поверхно-
сти втулки цилиндра дви-
гателя.
Рис. 53. Датчик для измерения
средней температуры втулки ци-
линдра двигателя.
нения хода в сторону в. м. т. В процессе измерения необхо-
димо внимательно следить за положением контактов во из-
бежание их ударов и повреждения при изменении положений
в. м. т.
Для устранения отмеченного недостатка контакты можно
выполнить скользящими, однако в быстроходных СПГГ и этот
метод неприемлем из-за сильного изнашивания и загрязнения
контактов.
96
Постоянное соединение термопроводов с компенсационным
прибором гибким кабелем в условиях высокой скорости движе-
ния поршневых групп СПГГ малонадежно из-за недостаточной
прочности этого кабеля и проводки к термопарам.
Следует заметить, что по сравнению со свободнопоршневыми
дизелыкомпрессорами измерение температуры поршня СПГГ
с помощью термопар представляет еще более сложную задачу
из-за наличия масляного охлаждения поршня, в связи с чем за-
Рис. 55. Схема измерения температуры поршня с помощью
термопары.
трудняется крепление термопроводов и проводка их к днищу
поршня через полости, охлаждаемые маслом.
Замер температур поршня с помощью эвтектических сплавов
основан на применении эвтектических сплавов и чистых метал-
лов, имеющих строго определенные температуры плавления и
быстро переходящих из твердой фазы в жидкую [49]. Этот спо-
соб замера состоит в том, что мерительные сплавы устанав-
ливают в специально выполненные для этой цели сверления на
поверхности детали. При испытании расплавившийся сплав
выливается из оболочки и сгорает. Температура детали будет
находиться между температурами выплавившегося и не выпла-
вившегося сплавов и определяется тем точнее, чем меньше
интервал между температурами плавления сплавов, употребля-
емых для эксперимента.
Прутки, из которых изготовляются капсюли, плавятся в гра-
фитовом тигле, после чего расплавленный металл заливается
в нагретую форму. После остывания форма разбирается, прутки
7 В, М, Колюко
• 97
вынимаются, маркируются и выборочно направляются для кон-
трольного определения температуры плавления.
Для измерения температуры в выбранном участке поршня
сверлят глухие отверстия и устанавливают в них группу капсю-
лей из сплавов, имеющих температуру плавления выше и ниже
ожидаемых. После испытания на выбранном режиме работы
осматривают поршень, определяя по оставшимся и выплавив-
шимся капсюлям интервал, в котором лежит действительная
температура поршня.
Достоинством рассмотренного способа является достаточно
простая подготовка и проведение эксперимента, для которого
не требуется применения дополнительной аппаратуры. Способ
обладает тем недостатком, что определение температуры про-
изводится однократно и притом только на одном, заранее вы-
бранном режиме работы, на котором по сравнению со всеми
предшествующими ему режимами температура поршня должна
быть максимальной. Для повторного измерения требуется раз-
борка машины и новая подготовка эксперимента (установка
капсюлей).
§ 11.	ЗАПИСЬ ДВИЖЕНИЯ ПЛАСТИНЫ КЛАПАНА КОМПРЕССОРА
И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РЕГУЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ СПГГ
Исследование компрессорной части СПГГ связано в первую
очередь с изучением характера работы самодействующих кла-
панов. По характеру движения пластины или тарелки клапана
можно установить причины неудовлетворительной работы СПГГ
и принять меры по устранению их; исследуя поведение пластины
клапана в момент посадки ее на седло или при ударе об ограни-
читель, можно подсчитать ударную нагрузку на пластину и оце-
нить надежность выбранной конструкции. Последнее особенно
важно при создании СПГГ с большим числом циклов, в кото-
рых обеспечение удовлетворительного к. п. д. и надежной ра-
боты компрессора требует весьма тщательного подбора конст-
рукции клапана.
Для записи движения пластины клапана СПГГ можно при-
менить устройство, аналогичное применяемому при исследова-
ниях свободнопоршневых дизель-компрессоров. Принципиаль-
ная схема прибора представлена на рис 56. Прибор состоит из
следующих основных частей: каретки, в которой монтируются
вращающийся барабан 1 и передаточный шкив 2, датчика 3 и
двухискрового электронного реле 4. В ползунке штока кимо-
графа 5, соединенного с поршнем компрессора, установлен
ислровой разрядник.
Чувствительным элементом прибора является датчик, дей-
ствие которого основано на принципе нащупывания контакта.
Датчик (рис. 57) состоит из корпуса 6, внутри которого имеется
98
стержневой контактор 1 с наконечником 7. В наконечнике поме-
щена слабая пружина 8 с выпрямленным концом, выступающим
за срез наконечника и служащим для нащупывания контакта
с пластиной клапана. Благодаря небольшим размерам введение
воспринимающего элемента контактора, в полость исследуемых
клапанов не приводит к заметному искажению динамики потока
Рис. 56. Схема прибора
для записи движения пластины клапана
компрессора.
газа. Контактор жестко закреплен в регулировочной втулке 2
и изолирован от корпуса и втулки текстолитовыми прокладками
3. Регулировочная втулка может двигаться поступательно за
счет резьбы с шагом 1,5 мм во втулке 4, имеющей рукоятки 5
для вращения. Эта втулка соединяется с корпусом мелкой резь-
бой с шагом 1 мм. На наружной поверхности регулировочной
втулки нанесены деления в миллиметрах, а на верхнем конусе
втулки 4 — круговой нониус. Таким образом, перемещение кон-
тактора можно контролировать с большой точностью. Для пре-
дупреждения пропуска воздуха через датчик из полости, в ко-
торую он установлен, внутри корпуса предусматривается саль-
никовое уплотнение.
у*
99
Маховичок датчика соединяется гибким шнуром с бараба-
ном записывающей части прибора через передаточный шкив 2
(см. рис. 56). При вращении маховичка барабан поворачивается
пропорционально осевому перемещению стержня контактора, но
с большим увеличением. Величина масштаба увеличения опре-
деляется соотношением
для
кла-
Рис. 57. Датчик к
записи движения 1
пана.
прибору
пластины
диаметров маховичка датчика, переда-
точных шкивов, барабана, а так-
же шагов резьб регулировочной
втулки и корпуса датчика.
Место для установки датчика
выбирается таким образом, чтобы
его проволочный щуп можно
было подвести к пластине или к
тарелке клапана, как это, напри-
мер, показано на рис. 56. Контак-
тор датчика включается в элек-
троцепь: датчик — искровое ре-
ле— корпус компрессора (земля).
Работа с прибором произво-
дится в следующем порядке. На
барабане прибора закрепляется
электротермическая бумага. Ба-
рабан шнуром соединяется с ма-
ховичком датчика. Во время ра-
боты компрессора контактор по-
степенно опускают, нащупывая
иглой движущуюся пластину кла-
пана. Замыкания и размыкания
иглы и пластины вызывают про-
скакивание искр между бараба-
ном и движущимся вместе с порш-
нем искровым разрядником; в ре-
зультате этого в соответствующих
местах по ходу поршня электро-
термическая бумага пробивается
искрами. Совокупность точек, пробитых на этой бумаге, образует
диаграмму движения пластины клапана, записанную в функции
хода поршня.
При необходимости можно записать движение клапана
в функции времени. Для этого искровой разрядник соединяется
с маховичком датчика и колирует в определенном масштабе
перемещение контактора, а барабан прибора вращается с по-
стоянной скоростью, в функции которой записывается движение
пластины клапана. Шток кимографа или другая связь прибора
с движением поршней СПГГ в этом случае не нужны.
Для записи диаграммы так же, как и в первом случае, можно
либо использовать искровое реле и разрядник, либо, как это
100
предложено М. И. Френкелем [53], осуществить запись с по-
мощью светового луча, упростив электрическую схему прибора.
В тех случаях, когда при исследовании компрессорной части
СПГГ необходимо зафиксировать только моменты подъема и
посадки пластины клапана, клапан можно снабдить контактным
датчиком. Для этого в седле клапана устанавливают неподвиж-
ный контакт, изолированный от корпуса. В качестве второго кон-
такта используется пластина клапана, при подъеме которой
происходит размыкание, а при посадке — замыкание электриче-
ской цепи осциллографа, фиксируемые на осциллограмме.
При испытаниях СПГГ необходимо наблюдать за положе-
нием регулирующих органов, измерять и записывать их переме-
щения.
Визуальное наблюдение за положениями регулирующих ор-
ганов (регулятора подачи топлива, маневрового клапана, зо-
лотника стабилизатора) ведется на всех режимах работы. Для
отсчета этих положений используются обычные указатели со
шкалой.
При пуске, приеме и сбросе нагрузки и других изменениях
режима работы положение регулирующих органов меняется; их
перемещения в таких случаях определяют по диаграммам или
осциллограммам, на которых последовательно фиксируются по-
ложения, занимаемые регулирующими органами.
Для измерения и записи перемещений регулирующих орга-
нов в принципе можно использовать те же способы, которые
применяются для измерения и записи хода поршня СПГГ. Кро-
ме того, можно использовать и другие способы, описание кото-
рых дается в литературе [49], [50].
При непосредственной записи перемещения путем контакта
с движущейся деталью на ней крепится карандаш, записываю-
щий перемещение на бумажную ленту или барабан, на котором
натянута эта лента. Движение ленты или вращение барабана
осуществляются либо от руки, либо — равномерно — с помощью
привода, применяемого, например, в приборах для записи виб-
раций или числа оборотов.
Для записи перемещений на осциллограммах применяют про-
волочные сопротивления, индуктивные, емкостные или иные типы
датчиков с соответствующими электрическими схемами, обеспе-
чивающими передачу и, при необходимости, усиление первич-
ного импульса, полученного от датчика.
При выборе способа измерения и записи принимают во вни-
мание величину и скорость измеряемого перемещения. Так,
перемещения регулирующих органов, движение которых про-
исходит со сравнительно небольшой скоростью (шток маневро-
вого клапана, регулятор подачи топлива), целесообразно запи-
сывать непосредственно либо с помощью осциллографа, приме-
няя при этом в качестве датчика проволочное сопротивление.
101
Для записи перемещений, происходящих с большой скоростью,
желательно использовать датчики, не требующие механического
контакта с движущейся деталью (например, емкостные или ин-
дуктивные).
Для исследования работы регулирующих органов, соверша-
ющих периодическое движение по определенному закону (зо-
лотник, трансформатора фаз, игла форсунки), можно исполь-
зовать рассмотренный выше метод записи движения клапана
компрессора.
§ 12.	ОТБОР ГАЗА ДЛЯ АНАЛИЗА
И ОЦЕНКА ДЫМНОСТИ ВЫХЛОПА
Зная состав газа и давления на отдельных участках газовоз-
душного тракта СПГГ (продувочный ресивер — цилиндр двига-
теля— газопровод) в определенные моменты рабочего цикла,
можно определить такие важные параметры рабочего процесса
СПГГ, как коэффициент остаточных газов и избыток воздуха
для горения, достоверная оценка которых с помощью других
способов затруднительна. Данные по величине этих, а также
других параметров процесса газообмена могут быть получены
экспериментальным путем с помощью отбора проб газа и после-
дующего анализа взятых проб.
С точки зрения анализа рабочего процесса СПГГ жела-
тельно знать состав газа:
в цилиндре двигателя в момент открытия выхлопных окон и
в процессе сжатия —для оценки коэффициента избытка воздуха
для горения и коэффициента остаточных газов;
в газопроводе — для определения состава продуктов горения,
оценки полноты сгорания топлива и уточнения величины сум-
марного коэффициента избытка воздуха в СПГГ.
Кроме того, может представить интерес анализ состава воз-
духа в продувочном ресивере для оценки степени его загрязне-
ния продуктами горения .и масляными парами, а также анализ
состава воздуха во вредном пространстве компрессора (для про-
верки отсутствия пропусков газов из цилиндра двигателя при
внутреннем расположении компрессоров).
Отбор газа в требуемые моменты времени можно произво-
дить с помощью газоотборного клапана стробоскопического
типа. Такой клапан обеспечивает отбор газа в требуемые мо-
менты времени усредненного состава (за большое число циклов).
Открывать клапан и регулировать моменты его 'работы можно
гидравлическим, механическим или электромагнитным приводом.
В качестве примера на рис. 58 изображен газоотборный кла-
пан с гидравлическим приводом, примененный Б. П. Марковым
при испытаниях СПДК типа ДК-2.
Клапан состоит из цилиндрической втулки (корпуса) 7, в ко-
торой перемещается шток 8 с лысками 10, образующими во
102
втулке каналы для прохода газа. Конусообразная головка 11 на
конце штока опирается на седло во втулке. На верхнем конце
штока имеется пружина 5, прижимающая клапан к седлу. В сред-
ней части во втулку ввернут штуцер 9 с отверстием для от-
бора газа.
Для гидравлического привода, смонтированного в верхней
части, используются детали закрытой форсунки, игла которой 1
Рис. 58. Газоотборный клапан стробоскопического типа с гидравлическим
приводом.
через штангу 2 и толкатель 3 может перемещать шток клапана.
К форсунке по трубопроводу 15 под давлением подается топ-
ливо. Насос для подачи топлива 13 приводится кулачной шай-
бой 12, получающей движение от одного из валиков синхрони-
затора СПГГ.
Действие клапана происходит следующим образом. При ра-
боте СПГГ кулачная шайба поднимает плунжер топливного на-
соса, и топливо под давлением подается к тройнику редукцион-
ного клапана 14 и к форсунке. Давление-топлива преодолевает
усилие затяжки пружины форсунки, игла форсунки опускается,
и клапан открывается. Газ из цилиндра поступает по каналам
втулки к штуцеру отбора газа и далее к холодильнику б и в ас-
пиратор.
ЮЗ
Моменты открытия и закрытия клапана зависят от начала и
конца подачи топлива насосом и от зазора между толкателем 3 .
и регулировочным колпачком 4. Кроме того, фазы отбора можно
регулировать изменением затяга пружин — форсунки, штока га-
зоотборного клапана и редукционного клапана. Чем больше раз-
ница в затягах пружин, тем более длительное время будет от-
крыт клапан. После того как давление в топливопроводе и
форсунке превысит усилие затяжки пружины редукционного кла-
пана, происходит отсечка топлива — слив его через редукцион-
ный клапан. При этом игла форсунки под действием пружины’
поднимается. Одновременно под действием своей пружины под-
нимается и шток газоотборного клапана, головка клапана са-
дится на седло, и отбор газа прекращается.	“
Для регулирования и контроля фаз газоотбора клапан снаб-
жен контактным датчиком, позволяющим наблюдать и фиксиро-
вать на осциллограмме начало и конец открытия клапана.
Устройство датчика показано на том же рисунке. Подвижная
контактная пластина датчика 16 жестко связана со штоком кла-
пана и при закрытом клапане замыкает через пружинный кон-
тактный винт 17 электрическую цепь. При движении штока
газоотборного клапана вниз электрическая цепь размыкается, и
на осциллограмме фиксируется момент открытия клапана. При
посадке головки клапана на седло электрическая цепь замы-
кается через пластину 16 и контактный винт 17, и на осцилло-
грамме фиксируется момент закрытия клапана.
Клапан должен быть установлен таким образом, чтобы
возможность отбора нехарактерных проб газа совершенно ис-
ключалась или во всяком случае была маловероятной. При вы-
соких температурах в месте установки клапана его корпус сле-
дует охлаждать.
Для отбора газа из цилиндра двигателя в момент открытия
выхлопных окон газоотборный клапан устанавливают непо-
средственно против одного из выхлопных окон. Момент откры-
тия клапана регулируется так, чтобы клапан открывался с не-
большим запаздыванием по отношению к открытию выхлопных
окон, благодаря чему газы, заполняющие газопровод в другие
моменты рабочего цикла, не попадают в клапан. Закрытие же
клапана может совпадать с моментом открытия продувочных
окон.
Для отбора газа из цилиндра в процессе сжатия газоотбор-
ный клапан устанавливают в камере сжатия и включают в ра-
боту после того, как закроются выхлопные окна. Клапан должен
закрываться до момента начала впрыска топлива.
Для отбора газа в период свободного выхлопа целесообразно
использовать упрощенную конструкцию газоотборного клапана,
разработанного ЦНИДИ (рис. 59).
104
Рис. 59. Газоотборный клапан ЦНИДИ.
Принцип действия клапана состоит в следующем. Наконечник
газоотводной трубки с автоматическим невозвратным клапаном 1
вводится в одно из выхлопных окон цилиндра двигателя к внут-
ренней его кромке и ориентируется примерно против потока га-
зов. В таком положении газоотборник фиксируется, а газоотвод-
ная трубка уплотняется по наружному диаметру во избежание
утечек газа из выхлопного коллектора в продувочный ресивер и
воздуха из ресивера в атмосферу.
При работе генератора газ через периодически открываю-
щийся клапан попадает в баллон 3 газосборника, вытесняет из
баллона воздух и начинает выходить через газоотводную трубку 6
в атмосферу.
Если частично перекрыть газоотводную трубку краном 5 с та-
ким расчетом, чтобы давление в баллоне газосборника, контро-
лируемое по манометру, присоединяемому к патрубку 4, подня-
лось выше давления продувочного воздуха на данном режиме,
то продувочный воздух не сможет попасть в баллон, так как
давление в нем будет выше. В баллон газосборника при каждом
цикле будут попадать только продукты сгорания из цилиндра
в начале свободного выхлопа, имеющие давление более высокое,
чем ps. Из газоотводной трубки будут вытекать продукты сго-
рания среднего за много циклов состава, которые и отбираются
для анализа и определения коэффициента избытка воздуха при
сгорании.
Охлаждающая вода выходит из патрубка 2.
Отбор газа на линии сжатия можно производить и более про-
стым способом. Для этого СПГГ, работающий на исследуемом
режиме, останавливают, не открывая декомпрессионных клапа-
нов буферных цилиндров, чтобы после выключения подачи
топлива поршневые группы остановились ближе к центру, сжи-
мая при последнем ходе заряд воздуха, находящийся в двига-
теле. Порция этого воздуха, имеющаяся в цилиндре в смеси
с некоторым количеством остаточных газов под давлением, мо-
жет быть взята для анализа с помощью простого клапана с руч-
ным приводом. При использовании этого метода СПГГ следует
снабдить механизмом быстрого выключения топливного насоса,
так как чем быстрее прекращается подача топлива, тем менее
вероятно, что из цилиндра будет взята нехарактерная проба
газа, соответствующая режиму пониженной мощности.
Для отбора газа индикаторный кран двигателя 1 (рис. 60) со-
единяется трубкой, имеющей запорный клапан, со сборником 2,
куда отбирается проба газа. Сборник представляет собой герме-
тичный баллон с вентилем и трубку с краном, опущенную почти
до дна баллона. Перед экспериментом сборник заполняется во-
дой, которая вытесняет из него весь воздух. Для отбора газа
СПГГ останавливают с помощью механизма быстрого выклю-
чения подачи топлива 3, открывают индикаторный и запорный
106
клапаны и заполняют сборник газом, химический состав кото-
рого определяется любым из известных способов.
Состав рабочего газа, подаваемого к турбине, в первом при-
ближении можно определить расчетным путем по известному
составу и количеству сожженного топлива и по количеству воз-
духа, поданного компрессорами. Если требуется уточнить состав
Рис. 60. Схема отбора газа из цилиндра двигателя СПГГ
во время хода сжатия.
этого газа и оценить полноту сгорания топлива в СПГГ, можно
произвести анализ, взяв пробу газа из газопровода любым удоб-
ным способом. Для этого можно использовать небольшую трубку,
вставленную в штуцер на газопроводе СПГГ.
Так, например, на рис. 61 показана схема отбора газа для
определения полноты сгорания топлива по содержанию в газе
твердых (несгоревших) частиц, примененная Всесоюзным тепло-
техническим институтом. Несгоревшие частицы улавливаются
двумя последовательно включенными поглотительными сосу-
дами типа склянок Дрекслера, один из которых заполнен дистил-
лированной водой, а другой — чистым керосином. Прогоняя
через сосуды в течение некоторого промежутка времени газ,
107
определяют вес частиц, задержанных в этих сосудах, и непол-
ноту сгорания топлива по саже
—•	(68)
Gt gr
где kgc и От — вес задержанных несгоревших частиц и вес из-
расходованного топлива за один и тот же про-
межуток времени;
Ог и gr — расходы газа через газопровод и через трубку
для отбора.
Рис. 61. Схема отбора газа для определения полноты сгорания топлива.
/ — газопровод; 2 — заборная трубка с клапаном: 3 и 4 — поглотительные сосуды; 5 — цик-
лон; 6—реометр; 7—и-образные водяные манометры приспособления для уравнивания
скоростей газа в заборной трубке и газопроводе.
Если скорости газа в трубке и газопроводе равны, отношение
Gp	,,
расходов — можно заменить отношением поперечных сечении
gr
газопровода и трубки отбора газа.
Анализ газа производится объемным методом на содержание
СОг, Ог, СО и непредельные углеводороды с помощью газоана-
лизаторов обычного типа [3], [15], [39]. Для этого исследуемым
газом заполняют поглотительные сосуды (бюретки), в которых
имеются химические поглотители каждого из упомянутых выше
компонентов. Так, для поглощения кислорода обычно применяют
раствор пирогаллола в едком калии, раствор гидросульфита на-
трия или хлористого хроми. Для поглощения окиси углерода
применяется аммиачный раствор хлорида одновалентной меди.
Для удаления паров аммиака, выделяющихся при использовании
этого реактива, газ перед измерением объема пропускается через
бюретку с серной кислотой или с раствором едкого калия. Для
поглощения окиси углерода можно также применить суспензию
108
сульфата закиси меди с р-нафтолом в химически чистой серной
кислоте. Этот раствор дает весьма точные результаты, но обла-
дает тем недостатком, что сульфат закиси меди выпадает в оса-
док. Для поглощения тяжелых углеводородов можно применить
насыщенный на холоде раствор двухромо кислого калия в креп-
кой серной кислоте либо 3% раствор марганцевокислого калия.
Для поглощения двуокиси углерода применяется 30% раствор
химически чистого едкого калия.
Для приближенного определения состава газа на содержание
СОз и СОа + Нг можно применить автоматические газоанализа-
торы, например, типа ГЭД-49. Принцип действия такого при-
бора основан на сравнении теплопроводности исследуемой газо-
вой смеси с теплопроводностью воздуха. Сравнение теплопровод-
ности производится электрической мостовой схемой, плечевые
элементы которой выполнены из платиновой проволоки. Два
из этих элементов расположены в камерах, через которые про-
пускается анализируемый газ, а,два других — в камерах, запол-
ненных воздухом. Камеры с элементами измерительного моста
расположены в приемнике СОг. Все четыре элемента измеритель-
ного моста, имеющие одинаковые электрические сопротивления,
находятся под током определенной и постоянной величины, ко-
торый подводится от источника питания. При наличии во всех
четырех камерах воздуха условия теплоотдачи от плечевых эле-
ментов моста к стенкам камеры, а также электрические сопро-
тивления каждого из них будут одинаковы, т. е. измерительный
мост будет находиться в равновесии. Известно, что СОг обладает
по сравнению с воздухом меньшей теплопроводностью. Если че-
рез соответствующие камеры пропускать газ, содержащий СОг,
то температура плечевых элементов в этих камерах, а следова-
тельно, и их электрические сопротивления возрастут. Равновесие
моста нарушится, что можно зафиксировать милливольтметром,
градуированным в процентах содержания СОг.
Примерно такое же устройство имеет и приемник для опре-
деления содержания СО + Нг. Суммарное содержание этих ком-
понентов определяется по величине температурного эффекта,
который получается при каталитическом дожигании их в специ-
альной камере. Нарушение равновесия соответствующего измери-
тельного моста фиксируется милливольтметром, через который
проходит ток, пропорциональный величине температурного эф-
фекта реакции горения или содержанию СО + Н2 в исследуемом
газе.
Методика проведения собственно газового анализа доста-
точно полно описана в специальной литературе [10], [29], [49].
Следует, однако, заметить, что метод объемного анализа для
получения достоверных результатов количественного определе-
ния состава многокомпонентного газа требует специальных
109
навыкав экспериментатора, весьма тщательной подготовки аппа-
ратуры и приготовления реактивов.
Основными источниками ошибок при газовом анализе яв-
ляются погрешности, связанные с отбором и анализом проб газа.
Так, при отборе газа стробоскопическим методом (в одном ме-
сте, малыми порциями, за большое число циклов) возможны
ошибки, обусловленные местным составом газа, отличающимся
от основного состава, заполняющего исследуемый объем. При
отборе большой порции газа, но за один рабочий цикл, прак-
тически затруднительно быстро охладить газ и тем самым пре-
дупредить нежелательные реакции во взятой пробе с последую-
щим изменением состава. Проба газа, взятая в течение одного
цикла, может отличаться по составу от проб, взятых в соседних
циклах, так как в силу особенностей рабочего процесса СПГГ
отдельные циклы отличаются между собой больше, чем, напри-
мер, в двигателях внутреннего сгорания.
Ошибки, связанные с газовым анализом, могут определяться
неудовлетворительным качеством реактивов или запорной жид-
кости, недостаточно тщательной продувкой перед опытом газо-
вых коммуникаций газоанализатора, наличием вредных про-
странств поглотительных бюреток и недостаточной их чистотой,
диффузией газов через соединительные трубки и, наконец, коле-
баниями окружающей температуры.
Неточности газового анализа могут быть обусловлены на-
личием в цилиндре двигателя СПГГ некоторого количества ма-
сла, продукты разложения или горения которого трудно учесть
при составлении расчетных уравнений, а также приближен-
ностью самих уравнений и подсчета численных значений содер-
жаний соответствующих компонентов газовой смеси.
Кроме отбора газа с целью его количественного анализа,
так же как и при испытаниях обычных двигателей внутреннего
сгорания, можно оценивать процессы газообмена и сгорания
топлива определением дымности выхлопа. Поскольку суммар-
ный избыток воздуха в СПГГ больше, чем в двигателях внут-
реннего сгорания, то в выхлопных газах СПГГ содержится от-
носительно меньшее число окрашенных частиц сажи, золы и
других продуктов неполного сгорания топлива. Благодаря этому
в нормальных условиях работы цвет выхлопа СПГГ получается
достаточно прозрачным. Изменение цвета выхлопа свидетель-
ствует о неисправной работе или повреждении отдельных узлов
свободнопоршневого генератора газа.
Так, например, причиной темного выхлопа может явиться
неисправная работа форсунок, попадание воды в цилиндр дви-
гателя, понижение давления впрыска, чрезмерное повышение
температуры в ресивере. При быстром изменении нагрузки крат-
ковременное потемнение выхлопа является нормальным.
НО
Голубоватый или беловатый цвет выхлопа свидетельствует
о горении масла. Если голубой или белый выхлоп наблюдается
при работе СПГГ под нагрузкой и расход охлаждающего
поршни масла не превышает нормального, эго свидетельствует
о неисправности регулировки лубрикатора. Причинами повы-
шенной дымности могут также служить протечки охлаждаю-
щего масла в буфер или ресивер. При запуске или после дли-
тельной работы вхолостую беловатый цвет выхлопа является
обычным.
Оценка цвета и прозрачности выхлопа, (на глаз) весьма от-
носительна и в значительной мере зависит от субъективного
восприятия наблюдающего, от атмосферных условий и осве-
щения.
Для объективного измерения дымносги выхлопа приме-
няются специальные индикаторы-дымномеры, измеряющие с .по-
мощью фотоэлемента степень поглощения света слоем выхлоп-
ных газов [7].
Схема действия дымномера сводится к тому, что с помощью
источника света и фотоэлемента сравнивают оптическую плот-
ность столба газа и чистого воздуха, которыми поочередно за-
полняют полости дымномера. В зависимости от величины фото-
тока строят абсолютную шкалу дымности и градуируют по ней
прибор.
Относительная оценка дымности по степени загрязнения
выхлопных газов может быть произведена сравнением отпечат-
ков выхлопных газов на меловой бумаге с эталонной шкалой
дымности (рис. 62). Для этой цели на газоотводе СПГГ уста-
навливается отросток с отверстием 20 мм и гладким срезом.
При снятии отпечатка отверстие открывается, к срезу прижи-
мается меловая бумага и одновременно включается секундомер.
В зависимости от времени выдержки отпечатки получаются бо-
лее или менее темными, что используется для получения эта-
лонной шкалы, содержащей несколько (5—10) отпечатков с раз-
личной степенью потемнения. При испытаниях фиксируется одно
и то же время выдержки (например, 20 сек.); сравнение отпе-
чатка с эталонной шкалой дает условную оценку степени
111
загрязнения (дымности) выхлопа в виде номера отпечатка эта-
лонной шкалы, степень почернения которого близка или совпа-
дает с полученным.
При повышенных требованиях к чистоте воздуха в помеще-
нии, где расположен генератор газа, можно проверить его газо-
плотность. Для таких испытаний СПГГ необходимо установить
в изолированном помещении, а воздух подводить к нему извне
этого помещения. Для оценки газоплотности во всасывающий
газопровод работающего СПГГ подают воздух, содержащий
радиоактивные частицы. Измерение счетчиками числа этих ча-
стиц, попавших в изолированное помещение, позволяет судить
о газоплотности конструкции генератора.
ГЛАВА 4
ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК
§ 13.	СТЕНДЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СПГГ
Отдельные узлы или системы СПГГ, такие, как, например,
топливная аппаратура, клапаны, различное вспомогательное
оборудование (насосы, холодильники и пр.), можно подвергнуть
самостоятельной проверке, не связывая подобную проверку с ра-
ботой всей силовой установки. Это сокращает трудоемкость про-
ведения основных испытаний и позволяет более подробно иссле-
довать работу отдельного узла или механизма. Ниже рассмат-
риваются стенды, обеспечивающие возможность проведения по-
добных исследований, и характер выполняемых при этом работ.
Стенды для испытаний топливной аппаратуры. Основным
назначением этих стендов является предварительная проверка
устанавливаемых на СПГГ форсунок и топливных насосов и оп-
ределение соответствия их характеристик запроектированным
данным.
У форсунок до их испытаний вместе с топливными насосами
должно быть определено эффективное сечение сопел p,fc- Схема
стенда для определения эффективного сечения сопел форсунки,
разработанная А. И. Борисоглебским, представлена на рис. 63.
Топливо в баллоне 9 находится под давлением сжатого воздуха,
поступающего через редукционный клапан 1. При открытом
клапане 2 топливо вытесняется сжатым воздухом и через тру-
бопровод 11 поступает к головке крепления форсунки 6, на ко-
торой установлен манометр 5 для контроля давления топлива
перед форсункой. Давление топлива регулируется редукцион-
ным клапаном 1 и при испытаниях поддерживается постоянным
посредством перепускного клапана 4. При открытом клапане 2
осуществляется непрерывное истечение топлива через форсун-
ку 8 при постоянном перепаде давлений. Баллон заполняется
топливом через вентиль 3; уровень топлива контролируется по
мерному стеклу 10. Для спуска воздуха из баллона служит
клапан 7.
8 В. М.'Колюко	113
Эффективное сечение форсунки р/с определяется из урав-
нения
1*А =----мм*,	(69)
840 V РЪ
где GT — расход топлива через форсунку, г/мин;
р — давление топлива перед форсункой, ати;
Ут — удельный вес топлива перед форсункой, г!см3.
Рис. 63. Схема стенда
для определения эффек-
тивного сечения сопел
форсунки.
Давление перед форсункой -поддерживается постоянным и
равным 50—100 кг! см1.
Стенд для испытаний топливных насосов (рис. 64) состоит
из электромотора 6 и привода с кулачной шайбой для подъема
плунжера топливного насоса 4. Топливо к насосу подается топ-
ливоподкачивающей помпой 8 через фильтр 7 либо самотеком
из расходного бака 9. Привод кулачной шайбы топливного на-
соса может осуществляться от вала электромотора и иметь не-
прерывное равномерное вращение; в этом случае законы дви-
жения кулачной шайбы и плунжера насоса будут отличаться
от действительных законов движения этих деталей при работе
на СПГГ. Можно имитировать действительные условия работы
топливного насоса, если в конструкцию привода ввести кулис-
ный или иной механизм для преобразования равномерно-враща-
тельного движения вала электромотора в возвратно-поступа-
тельное или возвратно-вращательное движение.
Основой кинематической схемы стенда, в которой детали,
приводящие в действие механизм привода топливного насоса,
114
так же как и в СПГГ, совершают возвратно-поступательное
движение, может явиться пара цилиндрических шестерен — одна
с внутренним зацеплением н вторая с наружным. Если диаметр
начальной окружности первой шестерни выбрать вдвое больше
диаметра начальной окружности второй шестерни, то при обка-----------
тывании малой шестерни любая точка ее, лежащая на началь-
ной окружности, будет совершать возвратно-поступательное
движение. Поместив на начальной окружности малой шестерни
палец, соединенный со штангой синхронизатора, можно осуще-
Рис. 64. Схема стенда для испытаний топливного насоса и форсунок при
впрыске топлива в атмосферу.
ствить закон движения штанги, близкий к тому, который имеют
поршни в СПГГ. Величина хода при этом будет равна диаметру
начальной окружности большой шестерни. В отличие от СПГГ,
время прямого и обратного ходов, а также характер изменения
хода во времени вблизи обеих мертвых точек будут одинаковыми.
Подобное усложнение конструкции стенда является оправ-
данным, например, при доводочных испытаниях, когда тре-
буется проверка большого количества различных вариантов то-
пливной аппаратуры при ограниченном количестве предостав-
ляемых для испытаний натурных образцов генераторов газа.
При впрыске топлива в атмосферу испытания топливного
насоса можно объединить с испытаниями форсунок, для чего
в составе стенда, показанного на рис. 64, предусмотрена стробо-
скопическая камера 5 с застекленными окнами на трех стенках.
Через два боковых окна дается освещение камеры газосветными
трубками 3, через переднее окно ведется наблюдение за распы-
8*	'	115
ливанием топлива. Исследуемая форсунка 2 устанавливается
в верхней части камеры и работает от топливного насоса. Если
топливо для СПГГ подается от одного насоса к нескольким фор-
сункам, то насос, установленный на стенде, также должен обес-
печивать распределение топлива к соответствующему количе-
ству форсунок, одна из которых производит впрыск в рассмат-
риваемую камеру и подвергается исследованию.
Стробоскоп 1, обеспечивающий синхронное с числом оборо-
тов вала электромотора число световых вспышек, снабжен пре-
рывателем, соединенным с приводным валом топливного на-
соса. Поворот диска, на котором укреплен прерыватель, обеспе-
чивает изменение момента размыкания и тем самым дает воз-
можность наблюдать любую фазу подачи топлива форсункой.
Наблюдать за распиливанием топлива необходимо в двух вза-
имно-перпендикулярных- плоскостях. Наблюдению подлежат по
крайней мере три фазы распиливания топлива: начальная (мо-
мент образования факела), конечная (прекращение подачи то-
плива форсункой) и промежуточная, соответствующая наиболь-
шей интенсивности впрыска.
Для вентиляции стробоскопической камеры предусматри-
вается вентилятор. Внизу камера заполняется металлической
стружкой для улавливания распыленного топлива.
Ряд параметров, характеризующих работу топливной аппа-
ратуры (дальнобойность и угол конуса струи распыленного то-
плива, давление впрыска, тонкость распыливания), зависит
от плотности среды, в которую впрыскивается топливо. Для
исследования влияния этого фактора на характеристики впры-
ска камера, в которую впрыскивается топливо, должна быть
герметичной и достаточно прочной, чтобы выдерживать давле-
ние подаваемого в нее воздуха до 60—80 кг! см2. Схема стенда,
дающего возможность проводить такие испытания, показана
на рис. 65.
На рассмотренных стендах можно проверить правильность
сборки и произвести обкатку топливной аппаратуры и механизма
привода топливного насоса, исследовать влияние регулировки
насоса и форсунок на параметры топливоподачи, определить
эти параметры при изменении нагрузочного и скоростного ре-
жима работы насоса. На этих же стендах можно испытать от-
дельные узлы системы регулирования, действие которых свя-
зано с работой топливного насоса, а также выполнить другие
исследования.
При стендовых испытаниях топливной аппаратуры произво-
дят следующие основные измерения. •
Измерения величин, определяющих режим работы топливной
аппаратуры. К ним относятся число оборотов вала привода
топливного насоса, подача топлива за один рабочий ход плун-
жера, давление в аккумуляторе. При испытаниях топливного
116
насоса с дружинным приводом вместо давления в аккумуляторе
фиксируют затяг рабочей пружины.
Давление и продолжительность впрыска измеряются по сня-
тым осциллограммам давлений в топливопроводе перед форсун-
кой и по записи движения иглы форсунки.
Форма и размеры струи распыленного топлива измеряются
при наблюдении за работой форсунок в стробоскопической ка-
мере и по фотографиям отдельных фаз подачи топлива.
Рис. 65. Схема стенда для испытаний топливного насоса и фор-
сунок при впрыске топлива в среду с противодавлением.
1 — топливный насос; 2 — форсунки; 3 — камера для создания противо-
давления; 4— баллон для питания аккумулятора топливного насоса;
5 — баллон со сжатым воздухом для создания противодавления в камере;
6—мерные бачки; 7 — сливной бак; 8 — подкачивающие насосы; 9— рас-
ходная цистерна; 10— фильтр; 11—электромотор.
Мощность, затрачиваемая на привод топливного насоса, из-
меряется по показаниям ваттметра или других электрических
приборов, фиксирующих режим работы электродвигателя, при-
водящего в действие стендовую установку.
Стенды для испытаний клапанов. Клапаны до установки их
на СПГГ проверяются на стенде для определения соответствия
их характеристик запроектированным данным.
Стенд для проверки клапанов на герметичность (рис. 66)
состоит из установочного стакана 7 с фланцами, в который по-
мещается испытываемый клапан 4, трубопроводов подвода 3
и отвода 5 воздуха к клапану, резервуара 2 для хранения сжа-
того воздуха и газового счетчика (счетчиков) 6 для измерения
утечек. По мере утечек резервуар наполняется воздухом через
117
вентиль I. Определение утечек производится измерением по
счетчику количества воздуха, прошедшего через закрытый кла-
пан за определенный промежуток времени.
Стенд для статической продувки клапана (рис. 67) позво-
ляет определить такие его характеристики, как коэффициент
истечения (расхода) и сопротивление в условиях установивше-
гося потока воздуха через клапан. Стенд представляет собой
трубопровод, в который подается воздух требуемого давления
и температуры. Расход воздуха измеряется дроссельной диаф-
Рис. 66. Схема стенда для проверки клапанов компрессора на герметичность.
рагмой или другим прибором, а перепад давлений в клапане
U-образным манометром. Для измерения параметров воздуха,
проходящего через клапан, установлены манометры и тер-
мометр.	z
Для всестороннего исследования работы клапанов полезно
иметь динамический стенд. Основными элементами такого
стенда являются одно- или двухцилиндровый одноступенчатый
компрессор со сменной головкой, приспособленной для уста-
новки клапанов различной конструкции, и электродвигатель
для привода компрессора, число оборотов которого можно из-
менять в широких пределах. Для того чтобы при испытаниях
на стенде можно было сравнивать работу клапанов в одинако-
вых условиях, желательно, чтобы конструкция головки допу-
скала также возможность изменения объема вредного про-
странства.
Помимо устройств для измерения производительности, дав-
ления и температуры сжимаемого компрессором воздуха, такой
стенд должен быть оборудован аппаратурой для индицирования
цилиндра и для записи закона движения замыкающего органа
(пластины или тарелки) клапана.
118
Стенд для статической продувки цилиндра двигателя позво-
ляет в условиях установившегося потока воздуха через окна
определить сопротивления продувоч-
ных и выхлопных окон, определить
характер и направление потоков воз-
духа в цилиндре при различных сече-
ниях и форме окон для фиксирован-
ных положений поршня. Стенд со-
стоит из составной модели цилиндра
двигателя, выполненной в натураль-
ную величину целиком или частично
из прозрачного материала. Имею-
щиеся внутри модели подвижные
поршни можно «ручную установить
в любое положение по отношению
к окнам. Для наблюдения за движе-
нием потоков к поступающему в ци-
линдр воздуху подмешивается цвет-
ной дым или искры от бенгальских
свечей. Для этого можно также ис-
пользовать цветные нити, прикреп-
ленные к проволоке, опилки, хлопья
метальдегида и т. д. Картину по-
токов зарисовывают или фотографи-
руют. На модели имеется угломер
(транспортир) и легкий флюгерок,
позволяющие измерять углы за-
крутки продувочного воздуха по по-
перечному сечению цилиндра. U-об-
разные манометры, дроссельная диа-
фрагма « секундомер обеспечивают
измерение величин, необходимых для
определения расхода воздуха и коэф-
фициентов истечения окон.
При создании нового типа СПГГ
результаты модельных испытаний
следует рассматривать только как
предварительный материал, который
в некоторой мере облегчает проекти-
рование опытного двигателя. Наибо-
лее полноценными являются экспери-
ментальные исследования, проводи-
мые на опытных цилиндрах рёаль-
ных СПГГ.
Рис. 67. Схема стенда для статической продувки клапана компрессора.
Стендовая проверка систем охлаждения, В ходе отработки
систем охлаждения СПГГ приходится заботиться о том, чтобы
119
сопротивления этих систем были наименьшими. Сопротивления
водяной системы можно измерять при неработающем СПГГ по
показаниям контрольных манометров, установленных на напор-
ной магистрали водяного насоса перед и после СПГГ, а также
измерением перепадов давлений в U-образных манометрах на
отдельных участках водяной системы (например, до и после
холодильников, фильтров, в клинкетах и т. п.).
Сопротивления системы масляного охлаждения поршней из-
меряются аналогичным образом. Кроме того, при испытаниях
этой системы определяются утечки масла через уплотнения те-
лескопов. Для этого трубки телескопов и объемы под днищами
поршней заполняют маслом, предварительно прогретым до тем-
пературы 60—70° С. Поршни устанавливают в в. м. т. и прока-
чивают систему, поддерживая давление масла на входе в трубки
телескопов таким, которое обеспечивает заданный расход масла.
Через фиксированный промежуток времени (час—два) опреде-
ляют количество масла, просочившегося через уплотнения в бу-
ферные цилиндры СПГГ.
В случае необходимости предварительные исследования ра-
боты телескопического устройства для охлаждения поршней
можно провести также и на модели.
Стенд для испытаний лубрикатора смазочного масла позво-.
ляет определить количество масла, подаваемого к отдельным
пунктам смазки, и регулировать подачу смазки каждым плун-
жером лубрикатора. Испытательный стенд состоит из лубрика-
тора с приводом, измерительных сосудов (пробирок или мен-
зурок) и, в случае необходимости, включает устройство для соз-
дания в маслопроводах требуемой величины противодавления.
Передаточный механизм привода лубрикатора должен обес-
печивать возможность изменения скорости вращения ведущего
вала. В качестве устройства, обеспечивающего желаемую ве-
личину противодавления в маслопроводах, можно применить
закрытую форсунку двигателя, регулируя величину противодав-
ления затягом пружины форсунки.
Измерение количества масла от каждого пункта смазки про-
изводится по объему масла, заливаемого в мерные сосуды, и
измерением числа подъемов плунжеров насоса в единицу
времени
qMl= см?/мин,	(70)
где f — площадь сечения мерного сосуда, см2',
h. — уровень масла в сосуде, см;
t — время заполнения трубки маслом до уровня h, мин.
Общая производительность лубрикатора QM определяется
как сумма расходов масла через каждый пункт смазки. Произ-
водительность находится при трех-четырех значениях числа
120
подъемов п плунжеров в единицу времени. По найденным вели-
чинам и п строятся зависимости 7Mf = ф1(п) и <2м=ф2(п).
Стенд для проверки качества смазочного масла. По сравне-
нию с маслом для обычных двигателей внутреннего сгорания
смазочное масло для СПГГ должно удовлетворять более жест-
ким требованиям, особенно в отношении коксуемости и лакооб-
разования. Рассматриваемые ниже испытания коксуемости ма-
сла на плите являются важной частью работ по подбору сорта
масла для смазки свободнопоршневых генераторов газа [57].
Сущность испытаний заключается в том, что в течение некото-
рого времени на металлическую плиту, нагретую до темпера-
туры, близкой к рабочей температуре деталей СПГГ, разбрыз-
гивается исследуемое масло. По количеству образовавшихся
отложений определяют пригодность масла для работы.
Основными элементами испытательного стенда (рис. 68)
являются испытательная плита 1, разбрызгиватель 4, масляный
резервуар 2, система питания маслом 6, нагревательное устрой-
ство 8 и опорные стойки 3.
Испытательная плита вместе с нагревательным устройством
образует крышку резервуара и прижимается к нему зажимом.7.
В центре плиты, на равных расстояниях от нагревательного уст-
ройства и от поверхности плиты, установлена термопара-^ пока-
зывающая температуру плиты.
Разбрызгиватель, вращающийся с постоянной скоростью
1000 об/мин, разбрызгивает масло на испытательную плиту, по-
мещающуюся наверху резервуара. Избыток масла, не сгорев-
ший и не испарившийся после соприкосновения с горячей пли-
той, отражается отражателем 5 и стекает обратно в резервуар.
Разбрызгиватель представляет собой валик, на котором имеются
восемь рядов проволок толщиной около 0,02 лл, по три в каж-
дом ряду. Длина проволок выбрана с расчетом обеспечения
одной и той же глубины погружения их в масло. Чтобы избы-
ток масла мог стекать1 с испытательной плиты, плита и резер-
вуар устанавливаются по отношению к горизонтальной плоско-
сти под углом 25°.	1
Для поддержания постоянного уровня масла в резервуаре
используется поплавковое устройство; заданный нагрев плиты
контролируется терморегулятором. Поскольку при испытаниях
образуется большое количество масляных паров, вся установка
помещается в вытяжном шкафу.
Продолжительность разбрызгивания и чередование разбрыз-
гивания с остановками регулируются электрическим хрономет-
ром, включенным последовательно с двигателем разбрызги-
вателя.
Перед испытаниями поверхность плиты тщательно очищают
наждачным полотном и промывают трихлорэтиленом. Взвешен-
ную плиту монтируют на установке и наливают в систему питания
121
резервуара 500 см3 масла. По окончании испытания плиту
снимают, погружают в пентан, просушивают и взвешивают по-
вторно. Разница обоих взвешиваний дает вес углеродистых
отложений.
Сопоставление данных испытаний коксуемости масла на
плите может дать противоречивые результаты, -если условия
Рис. 68. Нагревательная плита н резервуар с разбрызгивателем для
испытания коксуемости масла.
испытаний неодинаковы. Особенно сильное влияние на резуль-
таты испытаний оказывают температура нагрева плиты, про-
должительность и периодичность разбрызгивания масла, кон-
струкция элементов устройства и условия охлаждения его воз-
духом снаружи. Для СПГГ 34/90 типа GS-34 испытания коксуе-
мости масла на плите производятся при температуре плиты
315° С; продолжительность и периодичность разбрызгивания со-
ставляют 15 секунд в минуту, а общая длительность испыта-
122
ний — 24 часа. Масло считается выдержавшим испытание, если
количество отложений на плите не превышает 50 мг.
Испытания коксуемости масла на плите позволяют оценить
возможность применения его для смазки цилиндров в условиях
кратковременного нагрева при попадании капель масла на горя-
чие стенки цилиндров. Поскольку смазочное масло может под-
вергаться также и продолжительному нагреву в трубопроводах
(например, после остановки СПГГ), целесообразно имитировать
проверку качества масла и для таких условий работы. Для
этого отрезок маслопровода заполняют исследуемым маслом и
подвергают выдержке при температуре 200—260° С в течение
30 мйн. и при температуре 300—400° С в течение 5 мин. После
испытаний сопоставляют основные характеристики масла до и
после нагревания: вязкость, количество растворимых и нераст-
воримых осадков, зольность и т. п.
Окончательно сорт масла выбирается по результатам испы-
таний его на работающем СПГГ.
§ 14.	СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СПГГ НА РЕГУЛИРУЕМОЕ СОПЛО
И ЭКВИВАЛЕНТНУЮ ДИАФРАГМУ
Испытания СПГГ на сопло (диафрагму) дают возможность
исследовать всю область возможных режимов работы генера-
тора, выбрать оптимальные параметры СПГГ и получить дан-
ные, необходимые для проектирования турбины, предназначен-
ной для совместной работы с СПГГ. Испытания на сопло или
диафрагму, не требуя наличия на стенде турбины, позволяют
в то же время достаточно полно имитировать совместную ра-
боту СПГГ с турбиной подбором соответствующей величины
проходного сечения этих приборов.
Приводим схему экспериментальной установки для испыта-
ний СПГГ '(рис. 69) и характеристики основного оборудования
стенда.
СПГГ 1 установлен на легком фундаменте и оборудован
газопроводом, системой подвода воздуха, обслуживающими си-
стемами— топливной, масляной, водяной и системой пуска.
Фундамент стенда универсальный. Крановое оборудование
должно обеспечивать такелажные операции с испытуемыми ме-
ханизмами в пределах помещения стенда.
Сжатый воздух для пуска СПГГ подается от автономного
компрессора 2 в баллоны 3, откуда через редукционный кла-
пан 4 поступает к пусковому воздухораспределителю 5. При
пуске машины с помощью- пускового воздухораспределителя
последовательно открываются декомпрессионные клапаны бу-
ферных цилиндров, поршни разводятся в пусковое положение,
пусковой баллон СПГГ 23 заполняется сжатым воздухом и про-
исходит быстрая разгрузка пускового клапана, в результате
123

чего пусковой воздух поступает в буферные цилиндры и произ-
водит запуск СПГГ. Емкость баллонов сжатого воздуха и про-
изводительность автономного компрессора выбираются с учетом
повторения запусков СПГГ при норме расхода воздуха на один
пуск СПГГ в пределах 1,5—2,0 л свободного воздуха на 1 л. с.
Воздух в компрессоры СПГГ всасывается либо непосред-
ственно из машинного помещения, либо по специальной системе
подвода воздуха с дроссельной диафрагмой 10, позволяющей
контролировать производительность генератора по всасыванию
замером расхода воздуха. Система состоит из всасывающего
трубопровода 11, уравнительного ресивера 9, воздухопровода 7
и всасывающих патрубков 6, по которым воздух подводится
к кожухам, охватывающим цилиндры компрессора. Так как
в воздухопроводе 7 и всасывающих патрубках СПГГ имеют ме-
сто пульсации давления, увеличивающие потери энергии при
всасывании, то размеры воздухопровода и всасывающих патруб-
ков следует выбирать из расчета обеспечения в них умеренной
скорости воздуха (10—20 м/сек).
Система выхлОпа оборудуется газоеборником 22, уменьшаю-
щим пульсации давления газа и исключающим влияние колеба-
ний давления в остальных элементах газопровода на работу
СПГГ. За газоеборником установлено сопло 13 или диафрагма,
имитирующая работу генератора на сопловой аппарат турбины.
Расход газа измеряется с помощью дроссельной диафрагмы 12,
установленной после сопла за уравнительным ресивером 8. При
неиспользовании кинетической энергии выхлопа в импульсной
турбине скорость газа в газопроводе выбирается в пределах
40—60 м!сек.
Одна из возможных конструкций регулируемого сопла для
изменения давления газа в газопроводе СПГГ показана на
рис. 70. Корпус сопла 1 крепится имеющимися на нем фланцами
к патрубкам газопровода. Пустотелый зажимной конус 3, рас-
положенный концентрично внутри корпуса, закреплен на штоке 2,
который уплотняется в месте выхода штока, из корпуса. Резьба
на конце штока служит для перемещения конуса. Сопло должно
допускать возможность примерно десятикратного изменения
проходного сечения от наибольшего, равного площади сечения
газопровода. Механизм передвижения зажимного конуса дол-
жен иметь указатель, желательно со шкалой, градуированной
в квадратных сантиметрах проходного сечения сопла.
В том^случае, когда испытаниями на регулируемое сопло
определены номинальные параметры СПГГ и изучена область
возможных режимов работы генератора, сопло заменяют диаф-
рагмой, площадь сечения которой эквивалентна проходному се-
чению соплового аппарата турбины. Такая диафрагма позво-
ляет имитировать совместную работу двигателя с турбиной
не только на одном . (например, номинальном) режиме, но и
125
на ряде долевых режимов, поскольку сопротивления, создавае-
мые турбиной и эквивалентной диафрагмой при различных рас-
ходах, в первом приближении можно принять одинаковыми.
Учитывая, что для режимов работы, близких к номинальному,
отношение давлений до и после турбины больше критического,
эффективную площадь эквивалентной диафрагмы, обеспечиваю-
щей заданный расход газа
и такие же, как в турбине,
перепады давлений и тем-
ператур, можно опреде-
лить из выражения (20)
„ Gr V~RTr ,
ргс= L CM2.
Рис. 70. Устройство регулируемого сопла
для изменения давления газа в газопроводе
СПГГ.
'РтахРг
Входящая в уравнение
функция расхода газафтах
определяется по формуле
(22). Для k = 1,4 и g =
= 9,81 м/сек2 = фтах 2,145.
При подстановке в это
уравнение численных зна-
чений-входящих в уравне-
ние величин расход газа
должен иметь размерность
в килограммах в секунду,
давление — в килограм-
мах на 1 см2, а темпера-
тура— в градусах абсо-
лютной шкалы.
Если скорость газа в
газопроводе перед диаф-
рагмой имеет существен-
ную величину (более 40—
50 м/сек), в формулу подставляют полное давление газа р* с уче-
том скоростного напора в соответствии с выражением (59).
Как видно из рис. 69, система подачи топлива стенда вклю-
чает в себя расходный бак 16, сдвоенный фильтр для очистки
топлива 20 и подкачивающий насос 19 с перепускным клапаном.
Производительность топливоподкачивающего насоса выбирается
с избытком в 1,5—2,0 раза по отношению к расходу® топлива
СПГГ; напор должен составлять 2—3 ати. Расходная цистерна
(бак) рассчитывается на 6—8 часов работы генератора при пол-
ной мощности; кроме нее предусматривается цистерна основ-
ного запаса топлива с перекачивающими средствами необходи-
мой производительности.
126
В случае использования для СПГГ тяжелого топлива рас-
сматриваемая система должна быть дополнена устройствами
для сепарации, предварительного подогрева и более тщательной
очистки этого топлива.1 Для замера расхода топлива в системе
имеется трехходовой кран 17 и мерный бачок 18, установлен-
ный на весах. По трубопроводу 21 топливо поступает к топлив-
ному насосу СПГГ и далее к форсункам.
Система водяного охлаждения генератора состоит из водя-
ного насоса 14 и трубопроводов, обеспечивающих подвод воды
к генератору и отвод .ее. На подводящем (или отводящем) тру-
бопроводе предусматривается место для установки расходо-
мера 15 или дроссельной диафрагмы для измерения рас-
хода воды. Система водоснабжения стенда должна обеспе-
чивать подачу воды на охлаждение генератора в количестве
25—30 л!л. с.-час при напоре 2—3 ати. Желательно устройство
замкнутой системы охлаждения для возможности изменения
температуры входящей в СПГГ воды и добавления в нее анти-
коррозийных присадок.
В систему масляного охлаждения поршней двигателя входят:
маслоперекачивающий насос 26, холодильник 25, трубопроводы
подвода и отвода масла к трубкам телескопов правой и левой
стороны машины. Количество масла, подаваемого на охлажде-
ние поршней, регулируется изменением давления за счет пере-
пуска части масла во всасывающую магистраль насоса клапа-
ном 24. Расход масла измеряется расходомером 27. Производи-
тельность маслоперекачивающего насоса 15—20 л!л. с.-час при
напоре 4—5 ати.
Система энергоснабжения стенда должна обеспечивать пита-
ние электроприводов обслуживающих механизмов и устройств
переменным током напряжением 220 и Г27 V и постоянным
током 220 и ПО V.
Стенд должен иметь принудительную вентиляцию, а в зим-
нее время — отопление.
Размещение основного оборудования стенда должно обеспе-
чивать удобство обслуживания и ремонта испытываемых меха-
низмов. Сторона обслуживания СПГГ должна быть хорошо осве-
щена; с этой же стороны должен иметься проход вдоль генера-
тора. Со стороны крышек буфера оставляется свободное про-
странство для разборки СПГГ шириной не менее половины
длины генератора. Газопроводы желательно монтировать
сверху, а трубопроводы подвода воздуха — снизу. Трубопро-
воды масляной и водяной системы охлаждения укладываются
в траншеях под настилом.
1 При этом автономная система легкого топлива для запуска СПГГ
сохраняется.
127
Кроме машинного зала с испытываемым СПГГ, обслуживаю-
щими механизмами и системами в помещении стенда также рас-
полагаются; пульт управления приборами; компрессорная; кла-
довая приборов и специнструмента; осциллографная с фотола-
бораторией; мастерская с необходимыми станками, инструмен-
тами и приспособлениями, слесарными верстаками и тисками;
выгородки для расходных топливных и масляных цистерн.
Цистерны основных запасов топлива и масла, уравнитель-
ные ресиверы и дроссельные устройства для замера расходов
воздуха и газа могут быть расположены вне помещения
стенда.
В соответствии с рассмотренной схемой в оборудовании
стенда должны иметься следующие основные измерительные
приборы, аппаратура и устройства, необходимые для испыта-
ний СПГГ:
устройство для  измерения расхода газа с уравнительным
ресивером достаточной емкости, выполненное в соответствии
с «Правилами 27—54»;
устройство для изменения давления газа (сопло регулируе-
мого сечения) с приводом и указателем сечения или набор эк-
вивалентных диафрагм;
кимограф для записи хода поршня и положений мертвых
точек с приводом непосредственно от поршня компрессора;
циклоскоп или цикломер;
стандартные весы с разновесом для измерения расхода то-
плива и секундомер;
расходомеры стандартного типа или другие устройства для
измерения расходов охлаждающих жидкостей;
манометры для измерения давления газа и давлений воз-
духа в ресивере и в буфере, выбранные в соответствии с реко-
мендациями главы 2;
манометры контрольные (технические) со шкалой до
50 кг/см2 для измерения давлений воздуха в пусковом баллоне
и в аккумуляторе топливного насоса;
манометры технические со шкалой до 6 и 10 кг/ои2 на топ-
ливную, масляную и водяную системы генератора;
редукционные клапаны (манодетандеры) пускового воздуха
на давление 50 кг 1см2, стандартного типа;
барометр-анероид;
U-образные манометры для измерения перепадов давлений
в мерных устройствах (диафрагмах);
U-образные водяные манометры с уравнительными балло-
нами для измерения разрежения на входе в компрессорные'
цилиндры;
дифференциальный манометр ртутный, высокого давления,
с уравнительным баллоном для измерения перепада давления
в продувочных и выхлопных окнах;
128	*
специальная пирометрическая установка для измерения тем-
пературы газа, с ценой деления шкалы прибора 1—2° С в интер-
вале температур 150—650° С и с автоматической записью по-
казаний;
специальная пирометрическая установка для измерения тем-
пературы продувочного воздуха, с ценой деления шкалы при-
бора 1—2° С в интервале температур 0—250° С, или ртутный
термометр лабораторного типа со шкалой 0—300° С;
термометры ртутные лабораторные со шкалой 50—100° С и
0—80°С, с ценой деления 0,1—0,5°С, для измерения температур
входа и выхода охлаждающих СПГГ жидкостей при теплоба-
лансовых испытаниях генератора газа;
термометры дистанционные, стандартного типа, со шкалой
0—100° С, для постоянного наблюдения и контроля за режимом
охлаждения СПГГ;
термометры ртутные, технические, для измерения температур
окружающей среды, всасываемого воздуха и перед мерными
шайбами для измерения расходов.
Наблюдение за показаниями приборов должно по возможно-
сти производиться с пульта управления генератором, за исклю-
чением случаев, когда для обеспечения необходимой точности
перенос показания того или иного прибора на пульт управления
является нежелательным.
Должны быть также обеспечены средства для проверки
(тарировки) приборов, периодическое дублирование их показа-
ний и возможность быстрой замены.
Аппаратура для индицирования СПГГ, выбираемая в соот-
ветствии с рекомендациями главы 3, может включать следую-
щие основные приборы:
осциллограф стационарный двенадцатишлейфный, типа
Н-105 .или К-105 завода «Вибратор», с набором шлейфов и
кассет;	-л,
осциллограф переносный пленочный, типа ПОБ-14М или
МПО-2;
стабилизаторы напряжения стандартные;
*	индикаторы (датчики), рассчитанные на измерение пере-
менного давления от 0,7 кг 1см2 (разрежение) до 5—7 кг!см2
(избыточное давление), емкостного типа, с набором мембран;
*	усилители к емкостным датчикам;
*	индикаторы для измерения высоких давлений до 200 и
500 кг!см2, пьезокварцевые, с набором мембран;
*	усилители к пьезокварцевым датчикам;
*	прибор для записи на осциллограмме движения или от-
дельных положений поршня, соединенный со штоком кимо-
графа;	V
9
В. М. Колюко
129
манометры образцовые для тарировки датчиков со шкалой
до 10, 200 и 500 KzjcM2, образцовый вакуумметр для измерения
вакуума до 0,5 кг!см?-,	»
пресс для тарировки датчиков давлением масла или воздуш-
ный баллон с вентилем для тарировки воздухом;
вакуум-насос для создания разрежения.
Приборы, отмеченные звездочками, могут быть заменены
пне&моэлектрическим кимографом-индикатором с соответствую-
щими датчиками и усилителями.
§ 15.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИИ
СИЛОВОИ УСТАНОВКИ С СПГГ
Оборудование для испытаний комплектной силовой уста-
новки с СПГГ помимо приборов для измерения основных рабо-
чих параметров свободнопоршневых генераторов газа допол-
няется устройствами и приборами, позволяющими устанавли-
вать режим работы и наблюдать за исправностью действия
турбины, редуктора, а также всех других механизмов и систем,
входящих в состав силовой установки. Помимо штатных при-
боров, которые требуются для нормального обслуживания этих
агрегатов, последние при испытаниях оборудуются измеритель-
ной аппаратурой, позволяющей с требуемой точностью выпол-
нить измерения, необходимые для достаточно полного исследо-
вания их работы. Такие испытания целесообразно проводить,
используя доведенные и проверенные предварительными испы-
таниями на сопло или эквивалентную диафрагму образцы ге-
нераторов газа. В этом случае при испытаниях можно уделить
необходимое внимание измерению величин и параметров, ха-
рактеризующих работу газовой турбины, редуктора и ’обслу-
живающих их вспомогательных механизмов, устройств и систем.
При испытаниях комплектной силовой установки режим ра-
боты задается мощностью и числом оборотов ТЗА.
Загрузка ТЗА в стендовых условиях осуществляется тормоз-
ными устройствами, с помощью которых одновременно опреде-
ляется и величина развиваемой установкой эффективной мощ-
ности.
Наиболее часто для этой цели применяют гидравлические
тормозы. Тормоз соединяется с фланцем отбора мощности по-
средством проставочного вала и муфты.
Оборудование стендовой установки должно обеспечивать
подачу к тормозу воды с постоянным напором 3—4 м в коли-
честве 10—20 л/час на 1 л. с., развиваемую турбиной и погло-
щаемую тормозом. Расход воды на тормоз можно также под-
считать по уравнению
(/в = ^32,3# е	(71)
торм <ВЫХ-<ВХ ’	'
130
Рис. 71. Силовая установка с одним СПГГ 34/90 на испытательном стенде, оборудованном гидравлическим тормозом.
.1 —СПГГ; 2 —турбина; 3 —редуктор; 4 — гидравлический тормоз; 5 — газопровод.
где — температура воды, входящей в тормоз;
/вых— температура нагретой воды, выходящей из тормоза
«75° С).
Пример компоновки стендовой установки с одним СПГГ
34/90, оборудованной для испытаний гидравлическим тормозом,
показан на рис. 71. Взаимное расположение СПГГ и турбины
имитирует расположение этих агрегатов на судне, для которого
предназначена установка. Это позволяет приблизить условия
работы установки на стенде к условиям эксплуатации на судне
и устранить в ходе испытаний неполадки, которые могут быть
Рис. 72. Схема включения нагрузочного устройства при испы-
таниях установки, работающей на электрогенератор постоин-
ного тока.
вызваны неудачным выбором размеров или конструкции газо-
провода и всасывающей системы СПГГ.
Если испытывается электроустановка с СПГГ, то для за-
грузки турбийы целесообразно использовать электрогенератор,
определяя эффективную мощность ТЗА по измеренным пара-
метрам этого электрогенератора. Для поглощения мощности
электрогенератора в стендовых условиях используют нагрузоч-
ное устройство (реостат), которое включает в себя соответ-
ствующее этой мощности количество ящиков сопротивления 1,
соединенных в несколько групп (рис. 72). Все группы через
сборные шины соединяются между собой параллельно. Элек-
трогенератор 4 подключается к сборным шинам реостатной
через контакторы 3, служащие для включения и выключения
главного тока при сбросах и приеме нагрузки, и трехполюсный
автомат 2, установленный на одном из полюсов для защиты
электрогенератора от короткого замыкания.
В эксплуатации загрузка агрегатов силовой установки опре-
деляется гребным винтом, электрической сетью или другим при-
емником мощности, на который работает установка.
Эффективная мощность при работе установки на гребной
винт измеряется торсиометрами. В частности, отечественная
промышленность выпускает торсиометры типа ИТС с контакт-
132
ным токосъемом для диаметров гребных валов от 200 до 500 л.и
при скоростях вращения до 700 об/мин.
Основными элементами торсиометра являются датчик с ко-
жухом и щеточным аппаратом и приемник.
ДатчикДрис. 73) состоит из двух разъемных муфт 4, уста-
навливаемых на специальных гребнях вала 5. На одной из
муфт расположены две пары катушек 2. На другой муфте, свя-
занной с другим гребнем вала, установлены якоря 1. Концы
якорей выходят в зазоры между катушками. Для включения
в электрическую цепь измерительного моста токоведущей часта
торсиометра, вращающейся вместе с испытуемым валом, слу-
жат контактные кольца 3 и щеточный аппарат 6.
Катушки включены в измерительный мост электрической
схемы приемника, показанной на рис. 74. Когда крутящий мо-
мент валом не передается, зазоры между якорями и катушками
равны и сопротивления всех плеч моста одинаковы. Мост нахо-
дится в равновесии, а стрелка показывающего прибора — на
нуле. При деформации вала под действием крутящего момента
торцы муфт взаимно перемещаются, вследствие чего изме-
няются зазоры между катушками и якорями. Увеличение зазо-
ров в двух катушках увеличивает индуктивные и полные их
сопротивления, в то время как уменьшение зазоров в двух дру-
гих катушках приводит к уменьшению сопротивлений этих ка-
тушек. Измерительный мост выходит из равновесия, и стрелка
показывающего прибора отклоняется на величину, пропорцио-
нальную величине крутящего момента на валу.
Число оборотов фланца отбора мощности ТЗА измеряется
суммирующим счетчиком, тахоскопом, механическим или элек-
трическим тахометром, а при небольшой скорости (до 100—
150 об/мин) —наблюдением и непосредственным отсчетом чи-
сла оборотов по риске, нанесенной на фланце ТЗА или на греб-
ном валу.
Для измерения давления газа перед турбиной или маневро-
выми клапанами используются приборы, аналогичные приме-
няемым для измерения давления газа в тазосборнике СПГГ
(см. главу 2). Перепады давлений по ступеням турбины, сопро-
тивления теплообменных аппаратов и газоотвода измеряются
дифференциальными и U-образными манометрами. Уравнитель-
ные баллоны между местом отбора давления и присоединитель-
ной трубкой манометра не устанавливаются, так как колебания
давления газа перед турбиной невелики.
Температура газа на входе в турбину, у маневровых клапа-
нов, в газоотводе, а также температуры газа по ступеням тур-
бины измеряются с помощью термоэлектрических пирометриче-
ских установок, подобных применяемым для измерения темпе-
ратуры газа в газосборнике СПГГ.
133
Рис 73. Конструктивная схема датчика торсиометра типа ИТС.
Температуры подшипников турбины и зубчатой передачи
вблизи поверхностей трения, ротора, корпуса и направляющих
лопаток турбины определяются по показаниям термопар, уста-
новленных в соответствующих местах измерений.
Для измерения усилий, воспринимаемых упорным подшип-
ником, а также напряжений в лопатках турбины можно приме-
нить тензометрические датчики, соответствующую электроизме-
рительную аппаратуру и осциллограф.
Устройства для ’измерения количества масла, циркулирую-
щего в системе охлаждения ТЗА, аналогичны применяемым для
измерения расхода масла в системе охлаждения СПГГ. Выбор
Рис. 74. Принципиальная схема торсиометра типа ИТС.
1 — катушка датчика; 2 — якорь; 3 — переключатель с переднего на задний ход и по-
ложение «контроль»; 4 — дифференциальный трансформатор; 5 — установка нуля; 6 —
измерительный прибор; 7 — диод выпрямительный; 8 — силовой трансформатор.
этих устройств производится исходя из величины расхода
масла через систему порядка 8—10 л/л. с.-час.
При испытаниях силовой установки с СПГГ необходимо
определить коэффициент полезного действия ТЗА, а в установ-
ках с реверсивными турбинами — также и величину потерь на
вращение турбины заднего хода. С этой целью в составе испы-
тываемой установки предусматриваются устройства для изме-
рения расхода газа, чтобы определить мощность СПГГ по газу
и сопоставить ее с мощностью ТЗА. Полный расход газа изме-
ряется как сумма расходов газа в газоотводе за турбиной и
утечек газа через ее лабиринтные уплотнения, а на режимах
холостого хода и малых нагрузок — также и расхода газа
через байпасный трубопровод, соединяющий СПГГ с атмосфе-
рой помимо турбины.
135
Потери на вращение турбины заднего хода можно опреде-
лить в стендовых условиях, испытав ТЗА со снятой турбиной
заднего хода.
Усилия на штурвалах управления сопловыми и маневро-
выми клапанами измеряются динамометром, а деформации кор-
пуса турбины — индикатором.
Для измерения уровня шума и вибраций и спектрального
состава шума и вибраций применяется обычная виброакустиче-
ская аппаратура [16].
Типы измерительных приборов и оборудования для испыта-
ний установки с СПГГ выбираются с учетом обеспечения необ-
ходимой точности измерения. В частности, при стендовых испы-
таниях установки допустимые 'погрешности приборов для изме-
рения основных параметров не должны превышать иеличин, ука-
занных в табл. 1.
Таблица 1
Допустимые погрешности приборов для измерения основных параметров
при стендовых испытаниях установки с СПГГ
Наименование параметров	Допустимая по- грешность, ±	
	на пол- ной на- грузке	на на- грузке 20% от пол- ной
Погрешность в %: Мощность ТЗА	 Число оборотов	 Расход топлива		 *	> охлаждающей воды	 >	охлаждающего масла	 >	газа 	 Давление газа 	 Барометрическое давление	 Погрешность в °C: Температура газа 	 >	охлаждающей воды	  .	. >	охлаждающего масла		0,25 0,1 0,25 1,0 1,0 1,0 0,7 0,2 2 0,1 0,1	0,5 0,2 0,25 1,0 1,0 1,5 1,0 0,2 2 0,1 0,1
При подборе оборудования и измерительной аппаратуры
для испытаний необходимо стремиться к максимальному облег-
чению производства испытаний, применяя по возможности цент-
рализованное управление основными агрегатами, вынос пока-
заний измерительных приборов на дистанционные пульты и
автоматизацию отсчетов. Следует, однако, заметить, что приме-
нение средств автоматизации и контроля работы установки от-
нюдь не снижает требований к точности измерений.
136
На пульте управления установкой размещаются следующие
органы управления и контрольно-измерительные приборы:
органы управления пуском, реверсом и нагрузкой уста-
новки;
приборы контроля режима работы установки, показываю-
щие положение органов управления, число оборотов и направ-
ление вращения ТЗА, давление и температуру газа на входе
в турбину;
приборы, позволяющие контролировать температуры и дав-
ления в системах охлаждения СПГГ и ТЗА;
приборы аварийно-предупредительной сигнализации уста-
новки.
Приборы, за которыми по условиям обслуживания уста-
новки не требуется постоянное наблюдение и которые допу-
скают размещение показывающей части прибора на расстоя-
нии от места измерения, комплектуются в группы и распола-
гаются на приборных щитках в удобном для наблюдения месте.
Для упрощения фиксации замеров пульт управления и при-
борные щитки можно фотографировать, а на неустановившихся
режимах работы — производить съемку их кинокамерой. Запись
показаний приборов можно также автоматизировать, регистри-
руя их самопишущими устройствами или специальной системой
автоматической регистрации измерений.
Точное определение температур охлаждающих жидкостей при
теплобалансовых испытаниях, а также измерение хода поршня
и положений мертвых точек СПГГ производятся по показа-
ниям местных приборов.
ГЛАВА 5
проведение испытании
§ 16.	ПОДГОТОВКА ИСПЫТАНИЙ.
ИЗМЕРЯЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ И УСТАНОВКА РЕЖИМА
Подготовка испытаний. Успешное выполнение работ, свя-
занных с испытаниями СПГГ, возможно лишь при тщательно
продуманной методике постановки основных экспериментов,
четкой организации проведения испытаний и необходимом ма-
териально-техническом обеспечении.
Под методической подготовкой испытаний в широком смысле
слова понимается разработка планов проведения основных
этапов исследовательских работ, отдельных экспериментов или
контрольных проверок, разработка рабочих программ, теорети-
ческие и конструктивные разработки узловых вопросов испы-
таний и подготовка к практическому решению их, продуман-
ный выбор приборов, аппаратуры и методов измерений. Успеш-
ному проведению испытаний в значительной мере способствует
четкое выяснение основной цели выполняемого исследования,
правильный выбор и определение критериев для оценки полу-
ченных результатов. Любое экспериментальное исследование
или этап испытаний СПГГ позволяет или даже требует опре-
делять большое количество закономерностей, коэффициентов,
параметров. При испытаниях СПГГ можно получить разнооб-
разные зависимости, количество которых во много раз больше,
чем это встречается при испытаниях обычных двигателей внут-
реннего сгорания. Для сокращения трудоемкости исследования
следует по возможности ограничивать число зависимостей, ис-
пользуемых для решения основной задачи, и сохранять посто-
янными все второстепенные условия работы или параметры.
Под организацией испытаний понимается рациональное рас-
пределение материально-технических ресурсов, расстановка ин-
женерно-технического и обслуживающего персонала на основ-
138
ных участках испытаний, а также выявление имеющихся резер-
вов для ускорения проведения испытаний и повышения их ка-
чества.
Материально-техническое обеспечение испытаний всем необ-
ходимым дает практическую возможность выполнения намечен-
ной программы исследований. В материально-техническое обес-
печение входит обеспечение испытаний экспериментальными
установками, стендами, приборами, специальной и стандартной
измерительной аппаратурой, инженерно-техническим и обслу-
живающим персоналом.
В плане рассмотренных выше вопросов до испытаний необ-
ходимо:
разработать программу испытаний и определить целевое на-
значение каждого этапа исследования;
разработать методику экспериментальных исследований;
спроектировать, изготовить и подготовить к испытаниям
экспериментальные установки и стенды;
подготовить прочие материально-технические средства, не-
обходимые для проведения испытаний (койтрольно-измеритель-
ную аппаратуру, приборы, варианты деталей или узлов и пр.);
ознакомиться с технической документацией по эксперимен-
тальным установкам и испытываемым образцам;
обучить состав испытательной группы снятию показаний из-
мерительных приборов, а также методике обработки результа-
тов наблюдений;
заготовить индивидуальные бланки записей показаний изме-
рительных приборов и сводные бланки (протоколы) испытаний;
исходя из расположения измерительных приборов на месте
испытаний, распределить замеры для каждого наблюдателя
так, чтобы при записывании показаний приборов было макси-
мально сокращено время на перемещение наблюдателя;
распределить обязанности участников испытаний и порядок
выполнения данного эксперимента.
Измеряемые параметры. Независимо от характера испыта-
ния, измерению и занесению в основной протокол испытаний
при установившемся режиме работы подлежат следующие ве-
личины:
барометрическое давление Рбар. мм рт. ст.;
температура всасываемого воздуха t0, °C;
давление газа в газосборнике СПГГ, среднее, рГм, amw,
температура газа в газосборнике СПГГ tr, °C;
часовой расход топлива GT, кг/ч,ас\
давление в ресивере среднее PSm, amw,
температура в ресивере t g, °C;
давление в буфере среднее Рбм> amw,
положение и. м. т. SM, мм от центра;
положение в. м. т. Sc, мм от центра;
139
температуры входящей и выходящей из СПГГ охлаждающей воды /®х и
/®ых, °С'>
температуры входящего и выходящего из СПГГ охлаждающего масла
<"х и 'выХ. °с-
давления воды и масла иа входе в СПГГ р®хл и р”хл, ати\
давление топлива иа входе в СПГГ и давление в аккумуляторе топлив-
ного насоса (при наличии топливная насоса с воздушным аккумуля-
тором) Ртоп И Ракк> ати, л
дата и время проведения замера.
При стендовых испытаниях СПГГ на сопло или диафрагму
помимо того измеряются и вносятся в протокол:
сечение сопла (диафрагмы) Гс, ел2;
подача топлива на цикл gT, г/чикл;
число циклов и, цикл/мин;
расход газа Ог, кг/сек',
мощность СПГГ по газу NT, г. л. с.;
расходы охлаждающего масла и воды °“хл и Gox.v «г/час‘-
перепады давлений в фильтрах и холодильниках;
температуры рабочих сред до и после холодильников.
Если СПГГ работает на тяжелом топливе, для которого тре-
буется система предварительной очистки и подогрева, то изме-
рению подлежат температуры топлива до и после подогревате-
лей, температура топлива на входе в СПГГ, а также давления
в трубопроводах системы топливоподгоговки.
При испытаниях СПГГ совместно с газовой турбиной обяза-
тельному измерению подлежат величины крутящего момента
или мощности и числа оборотов ТЗА, давления и температуры
газа во входных патрубках турбины, давление и температура
газа за турбиной, температуры подшипников, температуры и
давления -масла в системах охлаждения и смазки ТЗА, давле-
ния масла в системе регулирования.
При испытаниях пуска обязательными являются измерения
параметров, характеризующих этот процесс:' давления воздуха
в пусковой системе (перед пусковым воздухораспределителем),
а также давления воздуха до и после пуска в пусковом баллоне
СПГГ. При выполнении других маневров ведут наблюдение за
величиной и характером изменения положений мертвых точек
поршней, перемещениями регулирующих органов, а при испы-
таниях совместно с газовой турбиной — за изменением крутя-
щего момента и числа оборотов турбины.
В ряде случаев могут потребоваться также и другие изме-
рения с целью, например, углубленного исследования рабочего
процесса, конструкции, механических или эксплуатационных
характеристик испытываемых образцов. Необходимость таких
измерений определяется при разработке рабочей программы
и методики данного эксперимента в соответствии с основной
140
целью выполняемого исследования. Согласно намеченной про-
грамме выбирают измерительные приборы и заготовляют бланки
(протоколы) испытаний, в которые заносятся результаты на-
блюдений.
При выборе приборов и методов измерений учитывают как
требуемую точность определения того или иного параметра, так
и условия, в которых проводятся испытания. Как правило, при-
менение точных приборов лабораторного типа возможно почти
во всех видах стендовых испытаний; в эксплуатации часто при-
ходится ограничиваться штатными приборами установки, ис-
пользование которых не всегда обеспечивает требуемую точ-
ность.	.'4
Все применяемые при испытаниях измерительные приборы,
выбираемые в соответствии с рекомендациями, изложенными
в главах 2—4, должны иметь паспорта или пломбы проверок.
Специальные приборы и измерительная аппаратура перед испы-
таниями тщательно проверяются и в случае необходимости та-
рируются.
Установка режима. Установка и измерение величин, харак-
теризующих выбранный режим работы СПГГ, должны при
испытаниях производиться с возможно большей тщательностью.
С этой целью необходимо регулятор подачи топлива (рейку топ-
ливного насоса) оборудовать шкалой с указателем, позволяю-
щим производить визуальную (грубую) установку подачи топ-
лива на цикл с последующей точной регулировкой микромет-
рическим винтом до требуемого значения. Для устранения
люфтов в механизме передвижения регулятора необходимо пре-
дусмотреть устройство для выбирания зазоров, исключающее
возможность различных отсчетов регулятора при перемещении
его в одну или другую сторону, как это, например, показано на
рис. 75. Желательно снабдить аналогичным указателем также
и стабилизатор. Однако если в задачу испытаний исследова-
ние работы стабилизатора непосредственно не входит, то на-
блюдение за положением органов, регулирующих величину пе-
репуска воздуха в буферные цилиндры, можно заменить изме-
рением положения в. м. т. поршней и среднего давления в
буфере. Точная установка сечения, на которое работает генера-
тор, обеспечивается применением соответствующей эквивалент-
ной диафрагмы.
При испытаниях СПГГ совместно с газовой турбиной режим
устанавливается по числу оборотов и мощности ТЗА. Одновре-
менно контролируются положения реек топливных насосов и
мертвых точек поршней.
Состояние СПГГ или установки в целом на заданном ре-
жиме считается установившимся, если ряд последовательных
замеров основных параметров (температуры и давления газа,
мощности), проведенных, например, в течение 15 минут, не ло-
141
казывает систематического повышения или понижения их при
поддержании заданного расхода топлива, степени сжатия в дви-
гателе СПГГ или числа оборотов ТЗА, а колебания этих пара-
метров от среднего значения составляют: по температуре газа
Рис. 75. Устройство для точной установки подачи топлива.
]— отмеривающий плунжер топливного насоса; 2 — регулировочная рейка; 5 —пружина
для выбирания зазора; 4 — шкала; 5 — стопор; 6 — микрометрический винт.
не. более ± 4° С, по давлению газа и по мощности не более
±0,5%.
При испытаниях в эксплуатации в качестве критерия уста-
новившегося режима принимается значение температуры газа.
§ 17.	ПРОГРАММА ИСПЫТАНИИ
Программа испытаний является основным документом, опре-
деляющим последовательность, режимы и длительность работы
испытываемых образцов, порядок и методику основных изме-
рений. В качестве примеров ниже приведены программа дово-
дочных испытаний СПГГ и программа стендовых испытаний
судовой установки с СПГГ.
142
Программа доводочных испытаний СПГГ
Программой устанавливаются объем и порядок основных
исследований, обеспечивающих доводку рабочего процесса от-
дельных вариантов свободнопоршневого генератора газа. На
каждый этап исследовательских работ, предусмотренных этой
программой, составляется рабочая программа, в которую вклю-
чаются и работы по доводке надежности основных узлов гене-
ратора. Программа может быть также использована при раз-
работке программ приемочных испытаний новых образцов
СПГГ. В этом случае пункты, касающиеся выбора и сравнения
различных вариантов, исключаются, поскольку конструктивные
изменения испытываемых образцов не допускаются.
Перед испытаниями СПГГ проверяется правильность сборки
генератора, испытываются обслуживающие генератор топлив-
ная, масляная и водяная системы, проверяется годность уста-
новленных на стенде измерительных приборов и устройств.’
Исследование процесса пуска СПГГ
1.	Холодные пуски СПГГ (без подачи топлива) произво-
дятся с целью проверки действия пускового клапана и пуско-
вого воздухораспределителя. При различных давлениях воздуха
в пусковом баллоне, пусковом положении н. м. т. и выключен-
ной подаче топлива измеряются следующие величины:.
положение в. м. т. поршней (степень сжатия в двигателе)
после первого пускового хода;
положение н. м. т. после первого отброса поршней в сторону
крышек буфера;
давления в баллоне до и после пуска и расход пускового
воздуха.
По данным испытаний определяют давление пускового воз-
духа, обеспечивающее степень сжатия в двигателе при пуске
в пределах е=13 -ь 18.
Для выбранного режи^ холодного пуска проводят допол-
нительные испытания, в которых помимо замеров, предусмот-
ренных выше, определяют:
характер изменения и величину давлений в буферном ци-
линдре в период холодного пуска;
время первого пускового хода (к в. м. т.) и скорость движе-
ний поршней;
характер изменения и величину давлений до и после пуско-
вого клапана.
2.	Разовые пуски на топливе производятся с целью регули-
ровки параметров топливоподачи, обеспечивающих возмож-
ность вывода СПГГ на установившийся режим работы, и уточ-
нения необходимой величины давления пускового воздуха.
143
При выбранном ранее давлении пускового воздуха, несколь-
ких значениях опережения впрыска топлива и нескольких давле-
ниях в аккумуляторе топливного насоса изменяют подачу топ-
лива в пределах от 30 до 60% от полной и замеряют величины
согласно пункту 1 программы. Анализируя полученные данные,
выбирают опережение, давление в аккумуляторе и подачу топ-
лива, обеспечивающие достаточный отброс поршней в сторону
и. м. т. при первом рабочем ходе.
3.	Кратковременные испытания на топливе осуществляются
со включенными системами масляного и водяного охлаждения
СПГГ при полностью открытом сечении сопла и имеют целью
вывод машины на установившийся режим холостого хода. При
испытаниях постепенно увеличивают число впрысков топлива,
последовательно изучая второй, третий и т. д. рабочие циклы
СПГГ. В случае неудовлетворительного характера запуска про-
водят запись хода поршней, ооциллографирование цилиндров
буфера, двигателя и компрессора с целью доводки процесса
топливодачи, регулировки стабилизатора и анализа энергетиче-
ского баланса при пуске СПГГ.
В результате исследования и доводки процесса пуска
должны быть найдены минимальные значения давления пуско-
вого воздуха и подачи топлива, обеспечивающие устойчивый
запуск СПГГ, и отрегулирован стабилизатор на степень сжатия,
соответствующую установившемуся режиму холостого хода.
Обкатка СПГГ
4.	Обкатка производится с целью выявления основных кон-
структивных недостатков СПГГ, приработки трущихся деталей
и получения устойчивых параметров рабочего процесса.
При доводочных испытаниях можно принять следующие ре-
жимы и длительность работы:
Режимы работы	Продолжительность испытаний, часы
Холостой ход	♦	50
Давление газа 25% от полного	20
»	» 50% »	»	20
»	» 75% »	»	10
Для обкатки СПГГ на режиме холостого хода устанавли-
вают наибольшее сечение регулируемого сопла на выхлопе, ми-
нимально возможную подачу топлива и регулируют стабилиза-
тор на наименьшую степень сжатия. На остальных режимах
обкатки нагрузка двигателя по топливу и степень сжатия вы-
бираются из условия, чтобы температура газа и максимальное
давление сгорания не превышали примерно 2/3 проектного зна-
чения.
144
Рабочий процесс при обкатке исследуется в рамках анализа
показаний штатных приборов, фиксирующих режим работы и
основные параметры в соответствии с протоколом испытаний.
По окончании обкатки СПГГ частично разбирается с выемом
поршней для определения приработки трущихся деталей, ос-
мотра поршневых колец, деталей движения, втулок цилиндров,
привода топливного насоса и лубрикатора. Замеченные недо-
статки устраняются.
Выбор номинального режима
и исследование характеристик СПГГ
5.	Выбор исходного режима. В связи с необходимостью до-
водки конструкции и рабочего процесса достижимые значения
экономичности и мощности СПГГ вначале отличаются от про-
ектных. Поэтому при начале доводки за исходный режим
условно принимается такой режим наибольшей нагрузки, на ко-
торой СПГГ может работать достаточно продолжительное
время. Параметрами, ограничивающими повышение мощности
СПГГ, являются температура газа и максимальное давление
сгорания в двигателе. Исходя из допустимых значений этих па-
раметров, устанавливают подачу топлива в двигатель, регули-
руя сечение сопла с расчетом обеспечения давления газа воз-
можно ближе к проектному значению.
6.	Выбор оптимальной регулировки. При найденных в п. 5
давлении газа и подаче топлива поочередно изменяют регули-
ровку и параметры топливной аппаратуры (давление в акку-
муляторе, затяжку пружины насоса, форсунок, опережение
впрыска и т. п.) и степень сжатия в двигателе (за счет измене-
ния регулировки стабилизатора). При изменении любого из пе-
речисленных параметров все остальные сохраняют постоянными.
Основным критерием, по которому выбирается оптимальная
регулировка упомянутых параметров, является наибольшее зна-
чение расхода газа при наименьшей его температуре и допу-
стимой величине максимального давления сгорания.
7.	Выбор номинального режима. На основании анализа дан-
ных, полученных при испытаниях по пункту 6 программы, опре-
деляется возможность увеличения подачи топлива и давления
до значения, обеспечивающего наибольшую мощность СПГГ.
После этого испытания по п. 6 повторяются с целью уточнения
параметров номинального режима.
Найденная в результате испытаний по пп. 6 и 7 величина
подачи .топлива, обеспечивающая наибольшую мощность при
выбранном давлении газа и допустимых с точки зрения на-
дежной работы СПГГ значениях температуры газа и макси-
мального давления сгорания, условно принимается за номиналь-
ную. В соответствии с номинальными параметрами газа и пода-
чей топлива подбирают сечение диафрагмы, эквивалентной
Ю В.М. Колюко	145
проходному сечению турбины, на которую будет работать
СПГГ. Это (номинальное) сечение фиксируется и в дальней-
шем является основой для построения характеристик данного
СПГГ.
8.	Исследование номинального режима работы. В этих ис-
пытаниях номинальный режим работы СПГГ подвергается де-
тальному исследованию с целью:
а)	определения общих данных, характеризующих работу
СПГГ,как-то: расхода и температуры газа, мощности, удель-
ного и часового расходов топлива, тепловых потерь, числа цик-
лов, закона и скорости движения поршней;
б)	определения параметров и коэффициентов, характери-
зующих процесс в двигателе: показателей политроп сжатия и
расширения, степени повышения и скорости нарастания давле-
ния, периода задержки воспламенения, давлений в топливопро-
воде и общей продолжительности впрыска топлива, давления
сгорания, среднего индикаторного давления и индикаторного
к. п. д., коэффициентов избытка воздуха, коэффициентов рас-
хода продувочно-выхлопной системы, потерь давления в окнах,
давления и температуры продувочного воздуха, теплоотдачи
в охлаждающую воду и масло, температур поршня, колец и
втулки двигателя;
в)	определения параметров, характеризующих рабочий про-
цесс компрессора: показателей политроп и температур воздуха
в процессах сжатия и расширения, абсолютных и относитель-
ных потерь давления во всасывающих и нагнетательных клапа-
нах и соответствующих им коэффициентов сопротивления и ско-
ростей, коэффициента наполнения, объемного к. п. д., величины
теплоотдачи, закона движения клапанов, утечек воздуха;
г)	определения параметров буферного цилиндра — давле-
ний, к. п. д., показателей политроп, относительной величины
утечек;
д)	определения составляющих баланса работ,’ механиче-
ского к. п. д., характера изменения потерь на трение по ходу
поршня, составляющих теплового баланса СПГГ.
По результатам исследования номинального режима сравни-
ваются различные варианты СПГГ и оценивается эффектив-
ность усовершенствования отдельных элементов конструкции.
Номинальный режим является также исходным при построении
характеристик данного варианта СПГГ.
9.	Снятие характеристики при работе СПГГ на эквивалент-
ную диафрагму (сопло постоянного сечения). Через равные ин-
тервалы давления, начиная с номинального, снижают давление
газа за счет уменьшения подачи топлива, фиксируя в прото-
коле испытаний параметры получаемых промежуточных режи-
мов, при сохранении неизменными установленных согласно п. 8
сечения диафрагмы, опережения впрыска топлива и регули-
146
ровки стабилизатора (если последние два фактора автомати-
чески не связаны с давлением газа и подачей топлива). При
тех же условиях определяют допустимые пределы уменьшения
подачи топлива, расхода газа, давления газа, мощности и хода
поршней до момента остановки генератора.
10.	Снятие верхней ограничительной характеристики. Фик-
сируемые по этой характеристике режимы работы СПГГ опре-
деляются максимально допустимым расходом газа при каж-
дом выбранном значении давления. При этом изменению под-
лежат сечение сопла и величина подачи топлива. Так же как
и в испытаниях согласно п. 9 программы, опережение впрыска
топлива и регулировка стабилизатора остаются неизменными
(или меняются автоматически) и соответствуют номинальному
режиму.
Параметрами, ограничивающими величину подачи топлива
на цикл и соответственно расход газа при выбранном его дав-
лении, являются принятая для номинального режима темпера-
тура газа и положение н. м. т. на расстоянии, безопасном
с точки зрения ударов в крышки.
11.	Снятие нижней ограничительной характеристики. Фикси-
руемые по этой характеристике режимы работы СПГГ опреде-
ляются минимально достижимым (с точки зрения устойчивой
работы генератора) расходом газа при каждом выбранном дав-
лении. При этом изменению подлежат сечение сопла и вели-
чина подачи топлива. Опережение вспрыска топлива и регули-
ровка стабилизатора соответствуют номинальному режиму
(см. п. 9).
Параметром, ограничивающим уменьшение подачи топлива
на цикл и соответственно снижение расхода газа при выбран-
ном давлении, является предельное положение н. м. т. поршней,
обеспечивающее устойчивую работу СПГГ при минимальном
открытии окон.
При испытаниях по пп. 9—11 измерению (с помощью штат-
ных приборов) подлежат параметры, фиксируемые в протоколе
испытаний. Для доведенного образца объем измерений может
быть увеличен с целью определения и анализа данных, преду-
смотренных п. 8.
Исследование работы внутренних
регулирующих органов СПГГ
и пределов устойчивости
12.	Определение влияния регулировки стабилизатора на ра-
боту СПГГ при установившихся режимах нагрузки. Исследова-
ние имеет цель установить наивыгоднейшие для данного СПГГ
величины степени сжатия и требования к регулировке стабили-
10*
147
затора при работе генератора на солло (диафрагму) постоян-
ного сечения на режимах нагрузки, отличных от номинальной.
В испытаниях, проводимых при номинальном сечении сопла
и различных подачах топлива на цикл, фиксируются пара-
метры, предусмотренные протоколом испытаний, и положение
органа, регулирующего действие стабилизатора.
13.	Определение влияния регулировки опережения впрыска
топлива на работу СПГГ. Исследование имеет цель установить
наивыгоднейшую для данного СПГГ взаимосвязь опережения
с подачей топлива и требования к регулировке опережения при
работе на сопло (диафрагму) постоянного сечения на перемен-
ных режимах нагрузки.
В испытаниях, проводимых при номинальном сечении сопла
и различных подачах топлива на цикл, кроме измерений пара-
метров, предусмотренных протоколом испытаний, и фиксации
величин опережения впрыска топлива определяются также па-
раметры и коэффициенты в соответствии с п. 8 «б» программы.
14.	Определение зоны устойчивой и безопасной работы. Ис-
следование проводится с целью выяснения предельных с точки
зрения устойчивой или безопасной работы СПГГ режимов, на
которых достигаются: максимум хода поршней в сторону н. м- т.;
максимум степени сжатия в двигателе; минимальное открытие
окон; минимальная степень сжатия в двигателе.
Ограничение максимальных режимов производится в соот-
ветствии с п. 10 программы и по максимальному давлению сго-
рания; ограничение минимальных режимов — в соответствии
сп. 11. Испытания проводятся при максимальных или мини-
мальных (для данного режима) значениях подачи топлива на
цикл, нескольких значениях опережения и регулировок стаби-
лизатора, при различных сечениях сопла, включая номинальное.
Измерению (с помощью штатных приборов) подлежат пара-
метры, фиксируемые в протоколе испытаний.
15.	Испытания СПГГ на прием и сброс нагрузки. Эти испы-
тания имеют цель определить характеристики стабилизатора и
других регулирующих устройств, обеспечивающих устойчивую
и безаварийную работу СПГГ при мгновенных сбросах и при-
емах нагрузки. Испытания проводятся при номинальном сече-
нии сопла путем быстрого уменьшения подачи топлива от мак-
симального значения до наименьшей величины, соответствую-
щей пределу устойчивости, и, наоборот, путем увеличения подачи
до соответствующего максимального значения.
При испытаниях фиксируется изменение хода поршней и по-
ложений мертвых точек, время сброса (или увеличения) подачи
топлива, время выхода генератора на установившийся режим
работы. Кроме того, проводится осциллографирование макси-
мальных давлений в двигателе и буфере, совмещаемое с за-
писью времени и характера движения регулирующих органов
148
СПГГ (золотника стабилизатора, рейки топливного насоса
и т. д.).
16.	Исследование работы СПГГ с перепуском части воздуха.
Рассматриваемые испытания проводятся с целью снижения рас-
хода топлива СПГГ на режимах холостого хода и частичных
нагрузок.
Исследуются режимы, на которых расход газа лежит нЛке
характеристики минимальной производительности (см. п. 11
программы) либо несколько выше нее, при сечениях сопла 90,
100 и 110% от номинального.
Регулировка стабилизатора и опережение впрыска топлива
выбираются в соответствии с п. 9.
Измерению (с помощью штатных приборов) подлежат пара-
метры, фиксируемые в протоколе испытаний, а также положе-
ние органов, регулирующих перепуск, количество, давление и
температуру перепускаемого воздуха.
В зависимости от конкретных особенностей испытываемого
образца отдельные виды испытаний, предусмотренные програм-
мой, могут быть сокращены или расширены. По ходу доводки
могут понадобиться и дополнительные виды испытаний, напри-
мер, с целью отработки защитных устройств, подбора режима
охлаждения, выбора элементов всасывающей и выхлопной си-
стем и ряд других работ.
Программа стендовых испытаний судовой установки с СПГГ
.Испытаниям на стенде по настоящей программе подвергается
комплектная силовая установка со свободнопоршневыми гене-
раторами газа, турбозубчатым агрегатом, совместно со всеми
обслуживающими механизмами, устройствами и системами,
входящими в состав судовой установки. В качестве нагрузочного
устройства используется реверсивный тормоз, обеспечивающий
снятие винтовой характеристики в диапазоне рабочих чисел обо-
ротов, либо электрическое нагрузочное устройство (реостат).
Программой устанавливается объем и порядок основных ис-
следований, обеспечивающих:
проверку соответствия проходного сечения соплового аппа-
рата турбины параметрам газа, производимого СПГГ;
определение параметров и характеристик установки, необхо-
димых для сдачи установки и последующей эксплуатации судов,
оборудуемых установками данного типа;
оценку надежности работы основных агрегатов установки
и выявление особенностей ее обслуживания;
разработку предложений по улучшению отдельных элемен-
тов установки или дополнительных инструкций, обеспечивающих
правильную ее эксплуатацию.
149
Наладочные испытания и регулировка
1. Проверка правильности монтажа трубопроводов, всасы-
вающего и выхлопного трактов СПГГ, испытания вспомогатель-
ных агрегатов воздушной, масляной, водяной и топливной систем
у<жановки при их работе по прямому назначению.
Регулировка пусковой и топливной систем. Проверка и,
в случае необходимости, регулировка этих систем производятся
в соответствии с инструкцией по эксплуатации СПГГ. После ре-
гулировки поочередно запускается каждый из генераторов уста-
новки с кратковременным выходом на режим холостого хода.
3.	Проверка монтажа ТЗА, нагрузочного устройства, исправ-
ности действия обслуживающих их агрегатов и систем. Агрегаты
и системы, обслуживающие ТЗА и нагрузочное устройство, про-
веряются поочередно при неработающем ТЗА. Система регули-
рования, управления и защиты проверяется на срабатывание
отдельных элементов системы при различных положениях ру-
коятки управления. Проверяется достаточность подачи воды
к нагрузочному устройству с замером расхода.
4.	Проверка готовности установки к испытаниям на эксплуа-
тационных нагрузках. Производится пуск всех СПГГ на атмо-
сферу. После прогрева СПГГ на холостом ходу постепенно от-
крывают впуск газа в турбину до момента начала вращения
последней с числом оборотов ~25—30% от номинального. При
этом проверяется действие всех установленных на стенде меха-
низмов, систем, оборудования и приборов с записью в протокол
испытаний основных параметров. В случае необходимости от-
дельные механизмы подвергаются повторной регулировке.
Число часов работы и режимы наладочных испытаний про-
граммой не регламентируются и определяются необходимостью
соответствующих проверок, производимых согласно инструкциям
по эксплуатации.
Определение параметров
й эксплуатационных характеристик
5.	Определение параметров пуска СПГГ. При испытаниях
проверяют возможность запуска СПГГ при оговоренных в ин-
струкции по эксплуатации подаче топлива, давлении пускового
воздуха и регулировке стабилизатора, а также допустимые пре-
делы изменения этих параметров. Если для всех генераторов
газа, входящих в состав установки, параметры пуска при одних
и тех же условиях одинаковы или достаточно близки друг
•к другу, испытаниям подвергается только один СПГГ.
Измерениям, кроме тех, которые предусмотрены штатными
150
приборами системы пуска, подлежат положения мертвых точек
и давление сгорания до выхода на установившийся режим холо-
стого хода. При параметрах пуска, оговоренных в инструкции,
на одном из СПГГ дополнительно проводится осциллографиро-
вание давлений в двигателе, компрессоре, буфере до и после
пускового клапана.
6.	Определение количества пусков СПГГ, начиная с холод-
ного состояния, при установленной емкости баллонов судового
запаса сжатого воздуха. В результате испытаний определяют ко-
личество произведенных пусков СПГГ и установки без пополне-
ния баллонов судового запаса сжатого воздуха, эксплуатацион-
ный расход воздуха на один пуск (включающий и расход на не-
удачные попытки пуска), а также минимальное давление в бал-
лонах, при котором возможен запуск СПГГ.
7.	Определение времени пуска установки. Испытания вклю-
чают в себя:
а)	определение времени, требуемого на подготовку установки
к пуску;
б)	определение времени запуска одного СПГГ;
в)	определение времени запуска всех СПГГ;
г)	определение времени пуска установки.
Время на подготовку к пуску включает в себя время на про-
изводство подготовительных операций (запуск обслуживающих
установку насосов, заполнение воздухом пусковых баллонов,
прокачку систем, осмотры механизмов, включаемых в работу,
ит. д.).
Время, требуемое на пуск СПГГ, определяется по времени
с момента отдачи сигнала о пуске подготовленного к работе
генератора (генераторов) до начала его работы на топливе.
Время на пуск установки определяется как время с момента
отдачи сигнала о пуске подготовленной к работе установки до на-
чала вращения турбины при подаче газа всеми генераторами.
При проведении испытаний установка обслуживается штат-
ным количеством машинной команды, соответствующим вахте
на судне, согласно инструкциям по эксплуатации отдельных
агрегатов.
8.	Проверка работы установки при повышении нагрузки и оп-
ределение основных параметров СПГГ при совместной работе
с турбиной, включая режим номинальной мощности. После за-
пуска и прогрева СПГГ и турбины постепенно повышают мощ-
ность установки и число оборотов ТЗА, устанавливая последние
в соответствии с табл. 2. На каждом из установившихся режимов
проверяется равномерность распределения нагрузки между от-
дельными СПГГ сопоставлением величин расхода топлива, хода
поршней, степени сжатия, давления сгорания, числа циклов,
давления и температуры продувочного воздуха. Измеряется дав-
151
ление, температура и расход газа, а также ведется наблюдение
за показаниями всех штатных .приборов установки. Одновре-
менно ведется наблюдение за исправностью действия ТЗА и ра-
ботой установленных на стенде обслуживающих механизмов,
систем и устройств.
Таблица 2
Мощность н число оборотов при эксплуатационных режимах работы
установки
Режим работы (ход)	Мощ- ность, %	Число оборотов ТЗА, %
Холостой			0		
Малый передний		5	37,5
> » 		25	63,5
Средний »			50	80
» » 		75	90,5
Полный 		100	100
Самый полный передний		110	103
Малый задний		25	63,5
Полный »			35	70
При достижении установкой мощности, близкой к номиналь-
ной, проверяют значения следующих параметров, которые могут
ограничить работу СПГГ или ТЗА в случае несоответствия про-
ходного сечения соплового аппарата турбины расходу газа, про-
изводимого СПГГ: давление, температуру и расход газа, часо-
вой расход топлива, давление сгорания, число оборотов ТЗА.
Если параметры номинального режима СПГГ и турбины со-
ответствуют друг другу, производят испытания на режимах пе-
регрузки и заднего хода. При неудовлетворительных результа-
тах корректируют сечение соплового аппарата турбины или
выбирают новый номинальный режим СПГГ и ТЗА.
9.	Исследование номинального режима работы. В данных
испытаниях режим номинальной мощности установки подвер-
гается детальному исследованию с целью:
а)	определения общих данных, характеризующих работу
установки, как-то: расхода и температуры газа, мощности СПГГ
и турбины, удельного и часового расходов топлива, тепловых по-
терь, числа циклов, закона .и скорости движения поршней СПГГ,
стабильности хода поршня и положений мертвых точек, газо- и
тепловыделения установки;
б)	определения параметров и коэффициентов, характеризую-
щих процессы в двигателе, компрессоре и буфере СПГГ, в со-
152
ответствии с п. 8-«б», «в» и «г» программы доводочных испы-
таний;
в)	определения составляющих баланса работ, механического
к. п. д., составляющих теплового баланса СПГГ и установки
в целому_________
г)	определения потерь давления в газовпускных частях тур-
бины; потерь давления в маневровых клапанах, выхлопном па-
трубке и во входных улитках; распределения давлений и темпе-
ратур по ступеням турбины и ее к. п. д.;
д)	определения утечек газа через лабиринтные уплотне-
ния;
е)	определения температур нагрева корпуса, вала, дисков и
диафрагм турбины, температур подшипников турбины и зубча-
той передачи;
ж)	определения к. п. д. зубчатой передачи;
з)	определения пульсаций давления во всасывающем и вы-
хлопном патрубках СПГГ, в газо- и воздухопроводах установки,
пульсаций воздуха в помещении стенда (если воздух поступает
в СПГГ из помещения);
и)	определения уровня и спектрального состава шума и
вибраций элементов установки.
10.	Снятие винтовой характеристики. Режимы испытаний
устанавливаются в соответствии с табл. 2 (строки 1—7). Приве-
денные в ней значения мощности и чисел оборотов на различных
режимах работы связаны между собой зависимостью Ne = Cn\
отражающей характер изменения мощности, поглощаемой греб-
ным винтом фиксированного шага, от числа оборотов (теорети-
ческая винтовая характеристика).
Объем измерений при испытаниях по винтовой характери-
стике должен обеспечивать получение данных, указанных
в пункте 9 программы, с сокращением измерений по подпунктам
«б», «в», «д», «е», «и», а продолжительность испытаний — про-
. верку надежности основных элементов установки. В дополнение
к указанным выше измерениям фиксируется 'положение манев-
ровых клапанов, а при переходе с режима на режим опреде-
ляется последовательность ‘действия основных регулирующих
органов и идентичность их перемещений, а также проверяется
централизованное и ручное управление и ведется наблюдение
за работой прочего оборудования установки с записью в про-
токоле испытаний показаний штатных (приборов.
11.	Определение параметров установки при работе на зад-
- ний ход и потерь на вентиляцию (табл. 2, две последние
строки). Объем измерений при работе установки на задний ход
должен обеспечивать получение данных в соответствии с пунк-
том 9, «а» и «е» программы и измерение величин, предусмот-
ренных протоколом испытаний.
153
На одном из выбранных режимов (желательно максималь-
ном) дополнительно определяется распределение давлений и
температур по ступеням турбины заднего хода, определяются
утечки газа через лабиринтные уплотнения этой турбины и вы-
ясняется эффективность применения экранирующих устройств.
Определяются потери на вращение турбин заднего и переднего
хода при соответствующих числах оборотов.
12.	Испытания при ~ остановке части работающих СПГГ.
В данных испытаниях проверяется возможность работы уста-
новки при отключении одного или нескольких генераторов газа,
а также получаемые при этом величины мощности и удельного
расхода топлива.
Режимы испытаний устанавливаются в соответствии с табл. 2,
строки 2—5. Поскольку при выключении части СПГГ по усло-
виям подачи топлива не все указанные режимы можно обеспе-
чить, при испытаниях фиксируется наибольшая величина мощ-
ности по теоретической винтовой характеристике, соответствую-
щая работе заданного количества СПГГ.
Длительность испытаний должна быть достаточной для про-
изводства замеров в соответствии с протоколом испытаний,
с исключением измерений параметров неработающих СПГГ.
13.	Испытания на прием и сброс нагрузки. Испытания имеют
целью проверку работы установки в условиях, приближающихся
к условиям эксплуатации судна в штормовую погоду или во
льдах. При возможности в условиях стенда обеспечить прием и
сброс нагрузки без нарушения нормальной работы тормозного
устройства режимы испытаний устанавливаются следующие:
	Характер испытания	Пределы изменения мощности установки, %
Сброс	нагрузки	110—50
»	»	100—25
»	»	100—холостой ход
Прием	нагрузки после прогрева	25-110
»	» » »	холостой ход— 50
»	» » »	холостой ход—100
При испытаниях фиксируется изменение числа оборотов
ТЗА, измеряются перемещения регулирующих органов, опреде-
ляется время сброса (или увеличения) нагрузки, время выхода
на новый режим работы.
14.	Испытания реверса. Режим реверсирования в стендовых
условиях определяется маховыми массами ТЗА и тормозного
устройства и характеристикой тормоза, поэтому намеченные
ниже режимы реверсирования являются ориентировочными.
Испытания проводятся при работе всех СПГГ установки.
Реверсирование осуществляется с переднего хода при мощно-
стях 100, 75, 50 и 25% от номинальной на полный задний и с зад-
него хода при мощностях 35 и 25% на полный передний.
154
Измерению (во времени) подлежат мгновенные значения
числа оборотов, крутящий момент на фланце отбора мощности
ТЗА, давление газа, максимальное давление в двигателе, поло-
жения мертвых точек поршней, число циклов и перемещение
маневровых клапанов.
Проверка надежности
и эксплуатационных качеств установки
Надежность, конструктивные и эксплуатационные качества
установки определяются как по результатам испытаний, указан-
ных в предыдущем разделе программы, так и по результатам
разборок, осмотра и обмеров износов СПГГ и ТЗА. Дополни-
тельные испытания, проводимые с этой целью, включают в себя
следующие проверки и работы.
15.	Проверка защитных устройств и действия аварийно-пре-
дупредительной сигнализации. Для проведения испытаний ими-
тируют следующие аварийные режимы работы установки:
работу при чрезмерном повышении чисел оборотов ТЗА;
работу при чрезмерном понижении давления масла в системе
смазки и охлаждения ТЗА;
работу при чрезмерном повышении температур охлаждаю-
щей воды и масла в СПГГ;
работу при чрезмерном повышении давления газа;
работу при чрезмерном увеличении длины хода поршней
СПГГ.
При испытаниях проверяется надежность срабатывания со-
ответствующих защитных устройств, реле или сигналов и реги-
стрируются значения параметров, при которых эти устройства
вступают в действие.
16.	Проверка надежности работы СПГГ и ТЗА, а также об-
служивающих их механизмов, систем и устройств на всех спе-
цификационных режимах. Если испытываются новые конструк-
ции СПГГ и ТЗА, продолжительность испытаний до обмеров
износов должна быть не менее спецификационного срока службы
между переборками СПГГ. Агрегаты установки во время этих
испытаний обслуживаются в строгом соответствии с инструк-
циями по их эксплуатации.
При разборке обмерам подвергаются следующие основные
узлы СПГГ:
детали движения: поршневые группы с кольцами, подшип-
ники и направляющие втулки синхронизатора, приводы топлив-
ных насосов и лубрикатора, уплотнения телескопического устрой-
ства охлаждения поршней;
рабочие цилиндры и втулки цилиндров;
детали топливных насосов и форсунок;
детали регуляторов, сервомоторов и защитных устройств,
навешенных на генератор;
155
клапаны компрессора;
детали пускового устройства и маневровые клапаны.
Объем разборки ТЗА должен обеспечивать возможность ос-
мотра и обмеров направляющих и рабочих лопаток, аксиаль-
ных и радиальных зазоров проточной части турбины, подшип-
ников турбины и редуктора, элементов зубчатого зацепления,
уплотнений, органов управления агрегатом и деталей маневро-
вых клапанов, валоповоротного и тормозного устройств.
17.	Оценка удобства пользования органами управления СПГГ
и ТЗА, валоповоротным и тормозным устройствами, контрольно-
измерительными приборами, установленными на агрегатах и
пультах управления.
При испытаниях определяются усилия на штурвалах управ-
ления, время перевода их из одного положения в другое, оцени-
вается удобство пользования штатными контрольно-измеритель-
ными приборами.
18.	Оценка удобства осмотра, разборки и ремонта СПГГ и
ТЗА, клапанов маневрового устройства; проверка качества и
удобства пользования специальными инструментами и приспо-
соблениями, необходимыми для нормальной эксплуатации уста-
новки и выполнения работ, связанных с осмотром, разборкой и
заменой деталей; проверка удобства центровки турбины и редук-
тора; проверка взаимозаменяемости запасных частей в соответ-
ствии с требованиями технических условий.
При необходимости объем испытаний может быть увеличен
с целью определения параметров установки при работе по огра-
ничительным или другим характеристикам, отличным от винто-
вой характеристики, исследования эффективности применения
регуляторов фаз и рециркуляции, исследования действительных
напряжений в деталях СПГГ и ТЗА и других работ доводочного
или исследовательского характера.
§ 18. ОСОБЕННОСТИ ДОВОДОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Целью доводочных испытаний является всесторонняя про-
верка технических идей, заложенных в проект, отработка рабо-
чего процесса и конструкции экспериментальных образцов, кор-
ректировка технической документации на основании проведен-
ных испытаний и подготовка к сдаче опытных образцов за-
казчику.
Для доводочных испытаний характерны отступления от на-
меченной программы исследования, поскольку при проектирова-
нии нового образца не представляется возможным заранее
учесть все его особенности и недостатки, для выявления которых
необходима экспериментальная проверка ряда вариантов узлов
и деталей генератора. В значительной мере объем доводочных
работ зависит от качества проектирования; на сроки проведения
156
доводочных испытаний влияет, кроме того, обеспеченность испы-
таний достаточным количеством опытных образцов самих машин
и своевременное изготовление по ходу доводки необходимых
вариантов деталей, узлов или механизмов. Достаточное количе-
ство опытных образцов, как правило, резко сокращает время,
затрачиваемое на доводочные работы, позволяет вести их широ-
ким фронтом, более глубоко и тщательно, что в конечном итоге
повышает качество доводки и сокращает общие расходы на от-
работку новых конструкций.
Доводка СПГГ ведется по двум основным направлениям:
с одной стороны, доводится рабочий процесс, в результате чего
обеспечивается наивысшая экономичность, а с другой стороны —
отрабатывается конструкция основных узлов, чтобы получить
запроектированную мощность генератора и длительный срок
службы.
В ходе доводочных испытаний по обоим этим направлениям
проводится ряд работ, основными из которых являются:
предварительные испытания отдельных узлов и механизмов
генератора на специальных стендах;
исследование и доводка системы пуска;
обкатка СПГГ и устранение наиболее существенных кон-
структивных недостатков;
исследование и доводка топливной аппаратуры и процесса
горения в двигателе;
отработка процессов газообмена и выбор конструкции газо-
распределительных органов двигателя;
исследование и доводка процессов в компрессоре; отработка
конструкции всасывающих и нагнетательных клапанов;
исследование напряженности отдельных деталей СПГГ и ана-
лиз факторов, определяющих их работоспособность;
отработка конструкции рабочих цилиндров СПГГ;
отработка конструкции деталей движения, в первую очередь
поршневых групп и синхронизатора;
исследование и доводка систем охлаждения и смазки;
исследование переходных режимов, доводка регулирующих
и защитных устройств;
анализ результатов доводки отдельных процессов, узлов, де-
талей, систем и устройств и комплексная проверка эффектив-
ности выбранных технических решений на головном образце
(образцах) СПГГ;
испытания головного образца СПГГ и выбор оптимальных
режимов его эксплуатации.
Для сокращения сроков доводки целесообразно вести эти
работы параллельно на нескольких образцах СПГГ и, кроме
того, на отдельных стендах, на которых можно испытывать ва-
рианты узлов, деталей или устройств генератора в соответствии
157
с намеченной программой. В частности, необходимо выполнить
испытания следующих вариантов узлов и деталей СПГГ.
1.	Варианты, обеспечивающие выбор соотношений между
размерами двигателя и компрессора. Испытанные варианты
сравнивают по показателям, полученным в результате исследо-
вания номинального режима, и по характеристике работы на
сопло постоянного сечения. Для сокращения объема работ целе-
сообразно изменять размеры компрессорных цилиндров, остав-
ляя постоянными размеры двигателя.
Для объективной оценки результатов испытаний необходимо,
чтобы во всех вариантах характеристики топливной аппаратуры,
регулирующих устройств и клапанов компрессора, конструкция
основных узлов, давление газа, степень сжатия в двигателе, рас-
ходы охлаждающих жидкостей, применяемые приборы и методы
измерений были по возможности одинаковыми.
2.	Варианты, обеспечивающие выбор конструкции и характе-
ристик топливной аппаратуры. В качестве таких вариантов мо-
гут быть испытаны: топливные насосы различного типа; топлив-
ные насосы одного и того же типа, но с различной конструкцией
основных деталей и привода; форсунки различной конструкции.
Испытания элементов топливной аппаратуры проводятся на
номинальном режиме на одном и том же СПГГ. Для возмож-
ности сравнения различных вариантов необходимо стремиться
сохранить неизмененными наибольшее число конструктивных
элементов генератора, за исключением испытываемых и подвер-
гаемых сравнению узлов.
3.	Варианты, обеспечивающие выбор конструкции газораспре-
делительных органов; Испытаниями этих вариантов предусма-
тривается исследование процессов газообмена при использовании
втулок рабочего цилиндра двигателя, обеспечивающих различ-
ные величины смещения фаз выхлопа и продувки по отношению
друг к другу и по отношению к центру машины, а также различ-
ные углы закрутки потоков продувочного воздуха и выхлопных
газов. Кроме того, могут быть испытаны варианты улитки и га-
зовыхлопного патрубка.
Испытания вариантов с различной величиной смещения фаз
выхлопа и продувки по отношению друг к другу, с различными
углами закрутки потоков воздуха и газов, с различными кон-
струкциями газовыхлопного патрубка и улитки проводят на но-
минальном режиме; испытания с различным смещением фаз
газораспределения по отношению к центру—на номинальном
и частичных режимах. Конструкция СПГГ, характеристики топ-
ливной аппаратуры и регулирующих устройств во всех рассма-
триваемых вариантах сохраняются одинаковыми.
4.	Варианты, обеспечивающие выбор конструкции клапанов
компрессора. Испытаниям подвергается генератор с различными
типами всасывающих и нагнетательных клапанов и конструкцией
158
Их основных элементов (размеры и жесткость замыкающих
органов, форма и величина проходного сечения и т. д.).
Основная часть исследований производится на номинальном
- режиме.
5.	Варианты, обеспечивающие выбор конструкции регулиру-
ющих^а защитных устройств генератора. Испытаниям нодвер—
гается один и тот же СПГГ, с различными типами регуляторов
или различными соотношениями их размеров, на номинальной
и частичных нагрузках, а также на переходных режимах.
Кроме" рассмотренных выше вариантов, испытания которых
необходимы главным образом с точки зрения доводки рабочего
процесса, при освоении СПГГ требуется изготовить и проверить
также и те варианты узлов и деталей, которые могут обеспечить
выбор наиболее прочных, износоустойчивых и удобных в эксплу-
атации элементов конструкции СПГГ.
Доводку надежности и работоспособности основных узлов,
а также отработку обслуживающих генератор систем произво-
дят аналогично тому, как это имеет место при освоении соответ-
ствующих элементов конструкции обычных двигателей внутрен-
него сгорания и поршневых компрессоров. Наиболее трудоемким
при этом является выбор рациональной конструкции и техноло-
гии изготовления поршней и рабочего цилиндра двигателя, де-
тали которых подвержены непосредственному воздействию высо-
ких температур и давлений. В связи с этим при доводке
поршневой группы и цилиндра двигателя необходимо иметь
достаточно полное представление о рабочих параметрах, опре-
деляющих тепловую и динамическую напряженность этих
деталей.
Серьезное внимание уделяется также отработке конструкции
синхронизатора, напряжения в деталях которого возникают
в связи с передачей через синхронизатор части мощности на
привод топливного насоса, из-за возможной разницы действую-
щих на поршни усилий с одной и другой стороны машины,
а также при недостаточно тщательном уравновешивании порш-
невых групп.
Основными показателями, по которым оценивается качество
испытанных элементов конструкции СПГГ, являются величина
мощности, которую длительно может развивать генератор, и
значения износов, определяющих продолжительность работы без
переборок.
При замене узлов или деталей генератора с целью проверки
надежности параметры СПГГ (рабочие давления, температуры,
расход топлива) или характер зависимости их от нагрузки, как
правило, не меняются. Поскольку причины, вызывающие появ-
ление отдельных недостатков, могут быть самого разнообраз-
ного характера (неудачная конструкция, чрезмерные усилия или
температуры, действующие на рассматриваемую деталь, непра-
159
вильно выбранные размеры, материал и др.), весьма важно
точно установить основную причину неудовлетворительной ра-
боты СПГГ.
Некоторые наиболее характерные недостатки, встречающиеся
в работе СПГГ, и возможные причины их возникновения рас-
смотрены ниже, применительно к генератору с внутренним рас-
положением компрессорных цилиндров и воздушной системой
пуска.
Неисправности при пуске
1.	При заполнении или после заполнения пускового баллона
поршни перемещаются до переключения пускового воздухорас-
пределителя в положение «пуск». Неисправность обусловлена
утечками воздуха из пускового устройства.
2.	При установке пускового воздухораспределителя на поло-
жение «пуск» поршни не двигаются внутрь или двигаются с не-
достаточной скоростью. Причины: малое проходное сечение
пускового клапана, чрезмерное трение в деталях пускового
устройства.
3.	Отсутствие вспышки топлива после пускового хода
(к в. м. т.) может объясняться малой скоростью движения порш-
ней при пуске, недостаточной степенью сжатия или декомпрес-
сией в цилиндре двигателя, наличием в цилиндре двигателя
воды, неудовлетворительной работой топливной аппаратуры
(отсутствие впрыска топлива, несвоевременный впрыск, плохое
распыливание топлива и т. д.).
4.	После пуска происходит прогрессирующее уменьшение
хода поршней, и СПГГ через несколько циклов останавливается.
При правильно выбранных соотношениях размеров двигателя
и компрессора эта неисправность может объясняться разрегу-
лировкой или неудовлетворительной работой топливной аппара-
туры (падение давления в аккумуляторе, уменьшение подачи
топлива, попадание воздуха в топливо, зависание игл форсунок),
неправильным действием стабилизатора (чрезмерно быстрое по-
полнение буферных цилиндров) или резким ростом давления
газа. Аналогичный дефект может наблюдаться также в случае
если размеры компрессора больше, а сечения окон меньше тре-
буемых для нормальной работы СПГГ.
5.	После пуска СПГГ происходит прогрессирующее увеличе-
ние хода поршней до опасных пределов, что вызывает удары
поршней в крышки или срабатывание защитных устройств, оста-
навливающих генератор. Эта неисправность может объясняться
чрезмерной подачей топлива на цикл, недостаточной длиной ци-
линдров СПГГ или неудовлетворительной работой стабилизатора
(возможно заедание).
160
Неисправности при работе
6.	СПГГ внезапно останавливается, причем ход перед оста-
новкой не изменяется. Причины: прекращение или разрегули-
ровка подучи топлива, нарушение нормального действия стаби-
лизатора.ерабатывание защитных устройств, попадание воды
в цилиндр двигателя, вспышка паров масла в ресивере.
7.	При приеме или сбросе нагрузки (давления газа) СПГГ
останавливается. Причины: разрегулировка стабилизатора или
подачи топлива.
8.	При увеличении подачи топлива и работе СПГГ на турбину
или на сопло постоянного сечения давление газа не повышается.
Причины: разрегулировка подачи топлива, неисправная работа
форсунок или клапанов компрессора.
9.	Работа СПГГ характеризуется нестабильными положе-
ниями мертвых точек. Возможные причины: чрезмерное трение
или заедание в деталях топливной аппаратуры, стабилизатора,
в деталях движения; повреждения или большие износы поршне-
вых колец.
10.	Перегревы воды и масла в системах охлаждения СПГГ
свидетельствуют о недостаточной циркуляции охлаждающей
жидкости, малых сечениях для протока воды и масла, образова-
нии накипи или отложений на внутренних охлаждаемых поверх-
ностях. Неодинаковые температуры выходящего из поршней
масла могут явиться следствием повреждения или нарушения
нормальной работы поршневых колец двигателя на той стороне,
где температура выходящего масла более высокая.
11.	Местный перегрев всасывающего патрубка указывает на
повреждение всасывающих клапанов, а перегревы деталей при-
вода топливного насоса — на чрезмерное трение или недостаточ-
ную смазку и охлаждение деталей привода.
12.	Большие износы движущихся деталей, подверженных тре-
нию, могут объясняться большими < удельными давлениями,
неудачно выбранными материалами или конструкцией сопря-
женных деталей, неудовлетворительными условиями смазки
 или охлаждения, неправильным монтажем или малыми
зазорами.
13.	Поломки деталей СПГГ могут явиться не только резуль-
татам недоброкачественной конструкции рассматриваемой де-
тали, но и результатом случайного нарушения при испытаниях
нормальных условий работы СПГГ (например, превышение до-
пустимых давлений сжатия и горения, а также подачи топлива
на заданном режиме по давлению газа).
14.	Вибрации генератора могут появиться из-за большой раз-
ницы в весах поршневых групп, неудовлетворительной герметич-
ности всасывающих или нагнетательных клапанов, различных
объемов вредных пространств правого и левого компрессоров.
И
Б. М. Колюко
161
Вибрации трубопроводов могут появиться при недостаточном
объеме газосборника или всасывающего коллектора СПГГ, а так-
же при неудачно выбранной конструкции или размерах воздухо-
или газопроводов.
15.	Чрезмерная дымность выхлопа СПГГ объясняется неудов-
летворительным горением топлива либо наличием избытка масла,
поступающего на смазку цилиндра и с воздухом из продувоч-
ного ресивера. Дымление фланцевых соединений СПГГ свиде-
тельствует о их неисправности. Появление дыма у привода
топливного насоса свидетельствует о перегреве подшипников
этого привода.
16.	Изменение характера шума и появление посторонних сту-
ков может иметь место при повреждениях или неисправной ра-
боте пускового и декомпрессионных клапанов, поршневых групп,
клапанов и деталей движения.
Перечисленные характерные признаки появления отдельных
недостатков устанавливаются наблюдением за работой генера-
тора, за показаниями приборов и внешним осмотром. Для опре-
деления действительной причины их возникновения разбирают
СПГГ и заменяют поврежденную или неудачно спроектирован-
ную деталь с целью выбора и проверки улучшенной конструкции.
Последовательное устранение отдельных недостатков, выявляе-
мых в ходе испытаний, и составляет, по существу, основное со-
держание доводки.
Помимо работ, обеспечивающих возможность достижения
запроектированных значений мощности, экономичности и срока
службы СПГГ, в ходе доводочных испытаний возникает необхо-
димость решить и ряд других задач, связанных с выполнением
тех или иных требований потребителя. В частности, к таким тре-
бованиям могут относиться требования: снижения до возможных
пределов уровня шума, введения дистанционных пуска и управ-
ления СПГГ, работы прщ повышенной загрязненности всасывае-
мого воздуха, повышенной прочности конструкции и другие тре-
бования, связанные с назначением и особенностями эксплуата-
ции той установки, для которой предполагается применить
данный тип СПГГ.
Объем доводочных работ и характер исследований, связан-
ных с решением подобных вопросов, определяются в каждом
случае отдельно, с учетом поставленных требований и практиче-
ских возможностей выполнения их.
Доводка рабочего процесса и конструкции может считаться
законченной, если проведенные испытания подтвердили, что из-
готовленный образец может удовлетворить требованиям потреби-
теля и что дальнейшее усовершенствование образца с точки
зрения затраты времени и средств на связанные с этим работы
экономически невыгодно.
162
§ 19. ПРИЕМОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Целью приемочных испытаний нового образца СПГГ является
всесторонняя проверка качества его изготовления, проверка со-
ответствия технических элементов образца утвержденной тех-
нической документации (техническому заданию, техническим
условиям на поставку), проверка эксплуатационной надежности
и удобства обслуживания образца. Под проверкой эксплуата-
ционной надежности на стенде понимается проведение испыта-
ний, приближающихся по режимам и длительности к имеющим
место при эксплуатации СПГГ в установке.
При наличии серийно выпускаемых СПГГ, опытные или го-
ловные образцы которых уже подвергались проверке на стенде,
и новом составе силовой установки приемочным испытаниям
подвергается установка в целом, комплектно с турбозубчатым
агрегатом, обслуживающими системами и оборудованием. Обо-
рудование, системы и коммуникации стенда должны по возмож-
ности воспроизводить соответствующие элементы натурной
установки (на судне, автомобиле, электростанции и т. п.).
В обоих рассмотренных случаях официальные приемочные
испытания проводятся по расширенной программе. Она должна
предусматривать возможно более полную проверку испытывае-
мого образца СПГГ или установки в целом, в достаточно широ-
ком диапазоне рабочих режимов, с применением точных средств
измерений и совершенной методики постановки экспериментов.
Вместе с тем, по сравнению с доводочными испытаниями
объем производимых измерений в значительной мере сокра-
щается: во-первых, за счет исключения исследований различных
вариантов образцов, узлов или отдельных деталей и, во-вто-
рых, за счет уменьшения числа измерений узко специального ха-
рактера (например, измерений температур деталей, отбора проб
газа в отдельные моменты рабочего цикла и т. п.).
Официальные приемочные испытания проводятся комиссией,
в состав которой входят представители заказчика, завода-изго-
товителя и других заинтересованных организаций. На комиссию
по проведению испытаний возлагаются следующие обязанности:
руководство испытаниями, контроль за подготовкой и прове-
дением испытаний;
объективная оценка качеств испытываемых образцов;
проверка и корректировка технической документации: про-
грамм испытаний, инструкций, описаний, формуляров, альбо-
мов чертежей и технических условий на поставку испытываемых
образцов;
составление приемного акта с заключением комиссии.
СПГГ (или установка в целом) предъявляется к официаль-
ным испытаниям лишь после тщательной подготовки и проверки
заводом-изготовителем материальной части подготовленных
11*
163
к испытаниям образцов и необходимой технической доку-
ментации. Такая подготовка и предварительная проверка могут
быть осуществлены в процессе так называемых «заводских испы-
таний», которые проводятся заводом-изготовителем под наблю-
дением своих ответственных представителей.
В числе документов перед началом испытаний комиссии
предъявляются:
техническая документация, оговоренная в программе испы-
таний (техническое задание, технические условия, описания, ин-
струкции, формуляры, чертежи испытываемых образцов и т.п.);
материалы заводских (доводочных) испытаний;
технические характеристики испытательного стенда и пас-
порта контрольно-измерительных приборов.
После проверки упомянутой документации, проверки состоя-
ния стендового оборудования, контрольно-измерительных при-
боров и рассмотрения рабочего плана испытаний комиссия при-
нимает решение о начале испытаний.	. .
С начала официальных испытаний разборка испытываемых
образцов, устранение замеченных недостатков или замена дета-
лей производятся только по согласованию с комиссией.
По окончании каждого этапа испытаний и обработки полу-
ченных опытных материалов комиссия производит их анализ,
проверяя соответствие полученных параметров, технических и эк-
сплуатационных показателей испытанного СПГГ требованиям
технической документации и действующим нормам. Если прове-
денное испытание по результатам неудовлетворительно, комис-
сия решает вопрос об устранении обнаруженных недостатков и
последующем повторении испытаний.
После окончания испытаний в объеме, предусмотренном
программой, производится ревизия испытанных механизмов.
Объем разборки (см. стр. 155) устанавливается комиссией.
Результаты осмотра заносятся в протокол с приложением ве-
домости обнаруженных недостатков.
Официальные приемочные испытания могут быть прерваны
в следующих случаях:
если в процессе испытаний произошла авария или преждевре-
менный выход из строя одной из основных деталей СПГГ: кор-
пуса, крышки, цилиндра, втулки, поршня или синхронизатора,
а также направляющих или рабочих лопаток турбины, подшип-
ников турбины или редуктора, зубчатого зацепления (в случае
испытаний комплектной установки);
если обнаружено существенное несоответствие данных испы-
тываемых образцов утвержденной технической документации;
если стенд или проверяемые образцы оказались не подготов-
ленными к сдаче.
После выполнения полного объема программы испытаний,
вскрытия образцов, контрольной проверки в действии и устра-
164
нения недостатков, обнаруженных при контрольной проверке,
комиссия составляет приемный акт, в котором отражаются:
цель и задачи испытаний;
объем, продолжительность (в часах) и результаты испы-
таний;-----------
недостатки работы и конструкции испытанных образцов, ре-
комендации по устранению этих недостатков;
результаты контрольного испытания;
соответствие принимаемого образца утвержденной техниче-
ской документации и мнение комиссии по допущенным отступ-
лениям;
заключение комиссии о достаточности проведенных испыта-
ний, о возможности принятия образца и предложение о дальней-
шем использовании его.
В необходимых случаях комиссия дает рекомендации по улуч-
шению конструкции образца.
Испытания на стенде серийных СПГГ и установок с ними
проводятся по сокращенной программе отделом технического
контроля завода под наблюдением представителя заказчика
в объеме, необходимом для проверки мощности и главных пара-
метров на основных режимах работы. Надежность образцов про-
веряется в течение относительно короткого промежутка времени
с целью увеличения межремонтного периода эксплуатации об-
разцов заказчиком после сдачи.
До предъявления к приемочным испытаниям основные узлы
и отдельные детали генератора проверяются и обмеряются отде-
лом технического контроля завода; собранный СПГГ подвер-
гается регулировке и обкатке.
В качестве примера в табл. 3 приведен перечень основных
узлов и деталей СПГГ 34/90, подлежащих гидравлическим испы-
таниям (опрессовке).
Регулировке перед испытаниями СПГГ подлежат:
топливный насос и форсунки (моменты подачи и отсечки топ-
лива, количество подаваемого топлива, давление впрыска или
затяг пружины форсунки);
стабилизатор и устройство отбора давления в буфере (сте-
пень сжатия в двигателе и характер изменения ее при изменении
нагрузки);
ограничитель хода поршней, указатель положений мертвых
точек (или устройство для записи хода поршня) и механизм вы-
ключения подачи топлива;
подача смазки отдельными пунктами лубрикатора;
пусковое устройство.
После сборки и регулировки СПГГ обкатывается, начиная
с минимальных подач топлива и давления газа с последующим
ступенчатым повышением и понижением нагрузки (для сокра-
165
Таблица 3
Перечень основных узлов СПГГ 34/90 типа GS-34, подвергаемых
гидравлическим испытаниям при сдаче серийных образцов
Наименование узла (детали), подлежащего испытанию	Давление, прини- маемое при испы- таниях, кг/см?
Z Корпус (продувочный ресивер)	 Втулка двигателя (до окон)	 Охлаждающая рубашка двигателя 		 Цилиндр компрессора, крышка буфера	 Полость охлаждения клапанной доски 	 > циркуляции масла в поршне двигателя . . . Головка поршня двигателя 		 Поршень компрессора	 Корпус топливного насоса	 Цилиндр аккумулятора топливного насоса	 >	сервомотора	>	>		 >	стабилизатора	 Пусковой баллон 	 Воздухораспределитель пусковой	 Цилиндр поршиеразводящего устройства	 Топливопроводы высокого давления	 Газосборник		8,0 180 8,8 13,2 8,8 5,0 180 13,2 140 150 8,0 . 8,8 64 140 60 800 7,4
щеяия времени обкатки), и предъявляется к сдаче. Перед испы-
таниями ириемщику предъявляются следующие документы:
технические условия на поставку;
формуляр, заполненный построечными данными;
описание, инструкция по обслуживанию и чертежи СПГГ;
акты испытаний отдельных узлов; паспорта и сертификаты
на материалы основных деталей;
анализы проб топлива и масла, на которых будут прово-
диться испытания.
Собственно приемочные испытания должны включать в себя
испытания пускав, режимы работы при номинальной мощности
и перегрузке, два-три режима при частичной нагрузке (напри-
мер, 25, 50 и 75% мощности), режим холостого хода, а также
прием и сброс нагрузки в пределах от холостого хода до номи-
нальной мощности для проверки регуляторов. Длительность ра-
боты при номинальной мощности не должна быть менее четы-
рех часов.
По окончании испытаний производится осмотр, а в случае
выявления при испытаниях или при осмотре каких-либо ненор-
мальностей— обязательная разборка СПГГ. По требованию
представителя заказчика любой узел СПГГ может быть разо-
бран также и при нормальной работе агрегата. После разборки
166
и последующей сборки СПГГ подвергается повторным (конт-
рольным) испытаниям.
Измерению во время испытаний подлежат все параметры, не-
обходимые для внесения в формуляр в соответствии с обяза-
тельным перечнем, приведенным выше, на стр. 139. Результаты
испытаний й дсмбтр а оформляются актом .
Аналогичный характер носят испытания на стенде серийных
установок с СПГГ. Эти испытания проводятся при совместной ра-
боте СПГГ, ТЗА, устройств и приборов, необходимых для обслу-
живания установки.
В случае систематического получения при испытаниях ста-
бильных показателей, характеризующих высокое качество из-
готовления продукции при установившемся процессе серийного
производства, допускается сокращение количества проверок,
уменьшение длительности испытаний, а также исключение раз-
борок перед контрольными испытаниями. При этом завод-изго-
товитель должен периодически проводить выборочные длитель-
ные испытания выпускаемых агрегатов в количестве, установлен-
ном соглашением с заказчиком.
§ 20. ИСПЫТАНИЯ СПГГ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СОВМЕСТНО с газовой турбиной
Целью испытаний СПГГ в условиях эксплуатации совместно
с газовой турбиной может явиться проверка работы этих агрега-
тов при сдаче заказчику, накопление опыта эксплуатации данной
силовой установки, исследование таких особенностей ее работы,
которые не могут быть изучены в стендовых условиях, выявле-
ние мероприятий по улучшению отдельных элементов и силовой
установки в целом.
Сдаточные испытания СПГГ на месте установки (на судне,
локомотиве, электростанции) проводятся совместно со всеми
остальными агрегатами силовой установки (турбина, редуктор,
обслуживающие механизмы и системы).
В судовых условиях сдача производится во время швартов-
ных, а затем ходовых испытаний.
Швартовные испытания имеют целью проверить комплект-
ность силовой установки, соответствие ее техническим условиям
и чертежам, проверить качество монтажа СПГГ и ТЗА, газопро-
водов, обслуживающих механизмов, систем и устройств, а также
установить исправность работы силовой установки в целом.
До официального начала швартовных испытаний разрешается
производить сдачу отдельных механизмов, систем и устройств
в действии, по мере их готовности. В ходе швартовных испыта-
ний представители заказчика ведут наблюдение, проверяют обо-
рудование установки, работу механизмов, систем и устройств.
167
Все оборудование, действие которого не связано с ходом судна
или пребыванием его в море, при швартовных испытаниях при-
нимается окончательно.
Основными видами испытаний на швартовах являются:
испытания пусков СПГГ, при которых определяется количе-
ство пусков от холодного состояния без пополнения баллонов
судового запаса сжатого воздуха и минимальное давление в бал-
лонах, при котором возможен запуск;
холостой ход (при минимальной подаче топлива в СПГГ);
передний ход при давлении и температуре газа, близких к но-
минальным значениям этих параметров;
реверсирование и задний ход.
Эти режимы с достаточной полнотой проверяются при ходо-
вых испытаниях. При испытаниях на швартовах проверяется
только возможность осуществления реверса установки, правиль-
ность сборки и действия соответствующих регулирующих
органов.
Продолжительность .испытаний на швартовах следует уста-
навливать в зависимости от тйпа судна. Время испытаний может
составлять: для холостого хода 15—30 минут, для переднего
хода до 6 часов, для реверса и заднего хода 15—20 минут.
Кроме СПГГ и ТЗА испытаниям на швартовах подвергается
также и все другое оборудование, вспомогательные механизмы
и обслуживающие системы: дизель-генераторы, электро- и ди-
зель-компрессоры, сепараторы, насосы, трубопроводы, арматура
в соответствии с правилами и программой проведения швартов-
ных испытаний судна в целом.
Ходовые испытания проводятся после окончания всех мон-
тажных и построечных работ, полного окончания швартовных
испытаний и устранения обнаруженных недостатков. Целью хо-
довых испытаний является проверка силовой установки в дейст-
вии на эксплуатационных режимах работы и определение соот-
ветствия ее технических показателей утвержденному проекту для
сдачи установки заказчику.
Для ходовых испытаний могут быть приняты следующие ре-
жимы работы:
холостой ход продолжительностью 15 минут;
малый ход, соответствующий примерно 25% мощности уста-
новки от номинальной и числу оборотов выходного фланца ре-
дуктора турбины 50—65%, продолжительностью от 20 минут до
одного часа;
средний ход, соответствующий примерно 50% мощности
установки от номинальной и числу оборотов выходного фланца
редуктора турбины 70—80%, продолжительностью от 20 минут
до одного часа;
средний ход, соответствующий примерно 75% мощности уста-
новки от номинальной и числу оборотов выходного фланца ре-
168
дуктора турбины 80—90%, продолжительностью от получаса
до четырех часов;
полный ход при номинальной мощности и номинальном числе
оборотов продолжительностью от одного до двенадцати часов;
самый полный ход при максимальной мощности и числе обог
ротов выходного фланца редуктора турбины 103% от номиналь-
ного продолжительностью от 30 минут до двух часов;
задний ход при мощности, оговоренной в технических усло-
виях на поставку установки;
реверсирование на ходу судна с переднего на задний ход и
наоборот, в том числе реверсирование с полного переднего хода.
Указанная продолжительность испытаний устанавливается
в зависимости от типа судна, а число оборотов — от характери-
стики гребного винта. При использовании винтов с фиксирован-
ным шагом числа оборотов на различных режимах свободного
хода судна примерно соответствуют приведенным выше значе-
ниям; для судов, оборудованных винтами регулируемого шага
(ВРШ), при уменьшении мощности можно допустить меньшее
снижение числа оборотов. Для буксиров, траулеров и ряда дру-
гих судов характерно увеличение сопротивления движению судна
при переходе от свободного хода к режимам буксировки или тра-
ления, что при винтах с фиксированным шагом требует соответ-
ствующего увеличения крутящего момента. Величина его за-
висит от типа судна и может быть несколько меньше, больше
или равна крутящему моменту при номинальной мощности. При
наличии на таких суднах ВРШ крутящий момент можно снижать.
Если в эксплуатации ожидается изменение сопротивления
судна движению при неизменной скорости хода, а также при
использовании в установке ВРШ, в программе ходовых испыта-
ний должны быть предусмотрены режимы, обеспечивающие про-
верку характеристик установки в этих условиях. Если силовая
установка имеет несколько гребных винтов, в программу ходо-
вых испытаний включаются также и режимы хода судна под
одним винтом. Примеры винтовых характеристик различных ти-
пов судов в 'различных условиях плавания показаны на рис. 76.
Во всех рассмотренных случаях критерием достижения уста-
новкой полной нагрузки являются температура и давление газа,
которые не должны превышать величин, оговоренных техниче-
скими условиями на поставку установки. Скоростной режим ра-
боты установки ограничивается максимальным числом оборотов
турбины, а режим реверсирования — допускаемым увеличением
крутящего момента ТЗА и пределом кратковременного увеличе-
ния форсировки СПГГ.
На ходовых испытаниях одновременно с проверкой СПГГ и
ТЗА, так же как и на швартовных испытаниях, испытывается
все прочее оборудование, агрегаты и системы, обслуживающие
силовую установку.
169
Перечень подлежащих измерению параметров СПГГ и ТЗА
следует
которых
ограничивать минимальным количеством величин, из
основными являются: число оборотов выходного
фланца редуктора турбины,
развиваемая установкой мощ-
ность (или крутящий момент),
часовой расход топлива, давле-
Рис. 76. Винтовые характеристики
танкера и траулера в различных
условиях плавания.
1— теоретическая винтовая характеристика
(кубическая парабола) танкера; 2 — ход на-
встречу движению волн; 3 — ход по на-
правлению движения волн; 4 — ход порож-
нем; 5 — ход танкера с полным грузом; 6 —
теоретическая винтовая характеристика
траулера; 7 — ход без трала; 8 — ход с тра-
лом-	параметры установки на лю-
бом режиме менее стабильны,
чем при стендовых испытаниях. В связи с этим можно применить
менее чувствительные и более надежные приборы, с расчетом
обеспечения точности их показаний, лежащей в пределах возмож-
ных при эксплуатации отклонений рабочих параметров от сред-
ние и температура производи-
мого СПГГ газа.
Измерение этих параметров,
а также других, наблюдение за
которыми необходимо для нор-
мального обслуживания уста-
новки, должно производиться,
как правило, посредством штат-
ных приборов.
Расширенные испытания в
условиях эксплуатации прово-
дятся в рейсе, на перегоне и
т. п. В этих испытаниях режи-
мы работы, установки опреде-
ляются назначением объекта.
В отличие от испытаний на
стенде или при сдаче механиз-
мы обслуживаются штатным
персоналом (судовой командой,
поездной бригадой и т. п.) и не
исключается возможность ра-
боты установки в аварийных
условиях (например, в случае
необходимости осуществить эк-
стренный прием нагрузки без
прогрева, использовать непод-
ходящий сорт масла или за-
грязненное топливо, работать
с перегрузкой и т. п.).
В силу постоянных колеба-
ний потребляемой мощности
(например, из-за оголения греб-
ного винта при движении судна
в штормовую погоду) рабочие
170
них. Для изучения переходных процессов, как и при стендовых
испытаниях, следует по возможности использовать более точные
приборы лабораторного типа.
Помимо измерения параметров, определяющих теплотехни-
ческие качества установки, в эксплуатации требуется оценить
также й показатели, не поддающиеся непосредственному изме-
рению, как, например, надежность работы, удобство обслужи-
вания и осмотра, простота ремонта в условиях эксплуатации.
К эксплуатационным качествам установки относятся также об-
щий уровень шумности и величины вибраций, возникающие при
работе отдельных ее агрегатов., Шум измеряется в тех местах,
где его уровень наиболее высок и где по условиям эксплуата-
ции установки обслуживающий персонал может находиться дли-
тельное время. Вибрации измеряются в тех местах, где они до-
стигают наибольшей величины, и там, где наличие вибраций
опасно с точки зрения прочности фундаментных рам, трубопро-
водов или других элементов силовой установки.
ГЛАВА 6
МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
§ 21. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ БАЛАНСА РАБОТ
И ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
До составления баланса работ и теплового баланса предва-
рительно находят основные данные, характеризующие работу
СПГГ: расход топлива, мощность, ход поршня, число циклов,
температуры и расходы газа и охлаждающих жидкостей, в соот-
ветствии с методами, рассмотренными в главе 2.
Для определения составляющих баланса работ используют
индикаторные диаграммы или осциллограммы, снятые одним из
способов, рассмотренных в главе 3.
Задача анализа баланса работ СПГГ требует весьма тща-
тельной постановки эксперимента и может ставиться лишь после
того, как будут отработаны методы надежного индицирования
процессов в двигателе, компрессоре и буфере СПГГ.
Таким образом, первым — подготовительным — этапом к изу-
чению баланса работ СПГГ следует считать отработку методов
точного индицирования процессов в двигателе, компрессоре и
буфере и раздельное индицирование этих цилиндров с целью
определения допущенных ошибок.
Вторым этапом является выбор режимов, на которых анализ
баланса работ СПГГ представляет наибольший интерес.
К числу таких режимов в первую очередь относятся режимы
эксплуатационных нагрузок при работе СПГГ на эквивалент-
ную диафрагму, режим холостого хода и перегрузки.
Третьим этапом является пробное определение баланса ра-
бот на одном из выбранных режимов и проверка пригодности
полученных данных для анализа.
Четвертый этап — индицирование с замером показаний
штатных приборов, установленных на СПГГ, на всех выбранных
режимах испытаний.
172
Пятый этап — обработка полученных материалов и конт-
рольная тарировка датчиков.
Для исследования отбираются диаграммы без искажений,
годные для последующей обработки. Если масштаб диаграммы
не линейный, то ее перестраивают, используя масштабную ли-
нейку. деления шкалы которой соответствуют фактической та-
рировке данной диаграммы (рис. 77). Осциллограммы, записан-
ные в функции времени, свертывают по ходу поршня, нанося по
Рис. 77. Построение масштабной линейки по данным
тарировки датчика.
1 — зависимость высоты диаграммы в миллиметрах от изме-
ренного давления; 2 — масштабная линейка.
масштабу давления для соответствующих положений поршня,
зафиксированных отметчиком хода или в виде зависимости пути
поршня от времени (см. рис. 24). Для буферного цилиндра,
среднее давление в котором контролируется манометром, по-
лезно проверить правильность снятой осциллограммы, плани-
метрируя площадь под кривой давления и сравнивая среднее
по времени давление по осциллограмме с давлением по мано-
метру.
Определение работ в цилиндрах производится планиметри-
рованием соответствующих площадей индикаторной диаграммы
или осциллограммы, перестроенной в координатах р—S
sa
f = ^pdS.	(72)
173
Искомая величина работы
L-p!^- кгм,	(73)
где F — площадь поршня, см1 2;
f— площадь диаграммы, см2;
trip — кг!см2 в 1 см диаграммы — масштаб диаграммы по
оси ординат (по оси давлений);
tns— количество сантиметров хода в 1 см диаграммы —
масштаб диаграммы по оси абсцисс.
Найденные по диаграммам величины работ двигателя, ком-
прессора и буфера подставляют в уравнения (7), (8), (9) и
(11), определяя из этих уравнений работу механических потерь
Lm или механический к. п. д. т]щ. Правильное суждение о меха-
ническом к. п. д. и особенно об абсолютных значениях механи-
ческих потерь может быть получено лишь при достаточно точ-
ном определении величин работ в отдельных цилиндрах
(см. §25).
При составлении теплового баланса СПГГ основные статьи
теплового баланса выражают в килокалориях на цикл, килока-
лориях в час, килокалориях на 1 л. с.-час или в процентах от
располагаемого тепла, введенного в рабочий цилиндр с топ-
ливом.
Определим величины каждой статьи теплового баланса в от-
дельности, выражая их, например, в килокалориях в час.
Располагаемое тепло, введенное в цилиндр двигателя в виде
химической энергии сгоревшего топлива *,
^=GrHa ккал/час,	(74)
где GT — часовой расход топлива генератором, кг!час;
Ни — низшая теплотворность топлива, ккал!кг.
Стандартная теплотворность топлива, к которой обычно при-
водятся мощность и удельный расход топлива, 10 000 ккал/кг.
Для дизельного топлива Ни = 10 200	10 300 ккал/кг; для тя-
желых сортов топлива Ни=9600-^-9800 ккал/кг.
Тепло, отведенное с газом, определяется по разности тепло-
содержаний газа и окружающего воздуха
/г—h=GrCPtTr—G«PPKTo ккал/час,	(75)
где разность теплосодержаний /г—Л> определяется по графику
рис. 19. Допускается также подсчет разности теплосодержаний
по величинам соответствующих теплоемкостей и температур.
1 Теплосодержание (физическое тепло) топлива, ввиду его малости,
можно не учитывать.
174
Тепло, унесенное маслом, охлаждающим поршни СПГГ,
Q“ = GM (tu	ккал/час,	(76)
где См — теплоемкость масла (—0,45 ккал/кг °C).
По аналогичной формуле находится тёпло, унесенное с ох-
лаждающей водой, QBM-
Тепловой баланс составляется в форме
Q=/—/n + Q“ + QB + Qfi,	(77)
Хт 'г 'О 1 ^ОХЛ ' Хохл 1 хнб’	к >
где QH6 — невязка теплового баланса, равная сумме неучтенных
потерь и ошибок определения отдельных составляю-
щих баланса. При правильном определении осталь-
ных статей баланса QH6 должна быть положительной,
а отношение 100 не должно превышать 3->-6%.
От
Располагая величинами отдельных составляющих теплового
баланса, можно определить их роль в обеспечении тех или иных
значений к. п. д. СПГГ, а также оценить достоверность изме-
ренных параметров.
Относительная сумма потерь тепла с охлаждением и неуч-
тенных
составляет в выполненных СПГГ 0,2-ь 0,3.
При рассмотрении теплового баланса газотурбинной уста-
новки с СПГГ в целом, кроме потерь тепла в самом генераторе
газа, необходимо также учесть потери тепла в турбозубчатом
агрегате и газопроводах.
Полный тепловой баланс установки с СПГГ можно пред-
ставить следующим уравнением:
Q = Q. + Q ’+ QM + QB + Q“ + Q + Q + Q K, (79)
I I ^охл 1 ^охл 1 ^охлт 1 ^газ I ^ут I v<h6’	' '
где QT — располагаемое тепло, введенное в цилиндр двига-
теля СПГГ с топливом;
Qe — тепло, превращенное в полезную эффективную ра-
боту на фланце отбора мощности ТЗА;
Qr — тепло, потерянное с выхлопными газами;
Q0M— тепло, унесенное маслом, охлаждающим поршни
СПГГ;
<20хл — тепло, унесенное водой, охлаждающей генератор;
— тепло, унесенное маслом, охлаждающим ТЗА;
175
Qras — тепло, потерянное в газопроводах установки до
турбины;
QyT — тепло, эквивалентное потере мощности от утечек
газа;
Qh6 — невязка теплового баланса установки.
Тепло, превращенное в полезную работу Qe, можно найти по
величине эффективной мощности
Qe=	632,3^ ккал!час.	(80)
Потеря тепла в газопроводе установки Qraa, обусловленная
падением температуры по длине газопровода, находится по
уменьшению энергии газа
Qraa=ЗбООСРгОгД/г ккал/час,	(81)
где А/г — падение температуры газа на участке от газосборника
СПГГ до входного патрубка турбины.
Тепло, эквивалентное по-
Рис. 78. Тепловой баланс судовой уста-
новки с СПГГ.
тере мощности от утечек
газа (например, в лаби-
ринтных уплотнениях тур-
бины), определяется по
уравнению
QyT=632,3^	ккал/час,
(82)
где AGr—величина утечек
газа, кг]час;
GT — расход газа через
турбину (расход
газа генератором
за вычетом уте-
чек), кг! час.
w Тепло, потерянное с выхлопными газами в газоотводе за тур-
биной, и тепло, унесенное жидкостью, охлаждающей ТЗА,
находят по формулам, аналогичным рассмотренным выше для
соответствующих статей теплового баланса СПГГ.
По данным стендовых испытаний СПГГ 34/90 марки GS-34
[56] в качестве примера приведены данные испытаний судовой
установки при мощности 950 э. л. с. (табл. 4). Результаты под-
счетов основных статей теплового баланса для этого режима
работы иллюстрируются рис. 78, из которого видно, что основ-
ными потерями тепла в установке являются потери с выхлоп-
ными газами после турбины (42%) и потери с охлаждением
в генераторе (22,4%).
176
Таблица 4
Результаты испытаний на стенде судовой установки с СПГГ 34/90
марки GS-34
	Параметры, обозначение и размерность	Значение
Давление окружающей среды р0, кг] см?	 Температура окружающей среды t0, °C	 »	продувочного воздуха ts, °C	 »	газа в газосборнике tr, °C	 Давление	» »	»	рг, кг] см2	 Расход	» измеренный Gr, кг/сек	 Утечкн в лабиринтном уплотнении Д(?г, кг[сек	 Расход газа полный Gr, кг]сек	 Мощность СПГГ по газу Мг, г. л. с	 Число циклов п,, цикл/мин	 Расстояние в. м. т. от центра машины Sc, мм ...... »	н. м. т. »	»	» SM, мм 	 Расход топлива GT, кг]час	 » охлаждающей воды G® , м2]час	 Перепад температур охлаждающей воды <®ых — Z“x, °C . . Расход охлаждающего масла G“XJ1, мЦчас	 Перепад температур охлаждающего масла <“ых— i“x, °C . . Давление газа перед маневровым клапаном рг, кг]см? . . . Температура газа перед маневровым клапаном tr, °C .. . Давление газа перед входным патрубком турбины р”, кг/см?	 Температура газа перед входным патрубком турбины tr, °C . .'	 Давление за турбиной р'о, кг]см2	 Мощность на валу гидротормоза Ne, э. л. с	 К- п. д. ТЗА с учетом всех потерь f]T, %	 Эффективный расход топлива ge, г!э. л. с.-час		1,029 17 211 431 4,101 3,875 0,043 3,9 1240 600 26 483 187,15 22,9 12,7 19,7 16,6 4,07 427,5 4,003 427,5 1,057 948,5 78,57 195
§ 22. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ
ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ ГРУПП
Основные закономерности движения поршневых групп СПГГ
можно установить, если при испытаниях измерить ход поршня,
число циклов и записать зависимость пути (или скорости)
поршня по времени.
По величине хода поршня и числу циклов определяется
средняя скорость поршня
ст = м/сек,	(83)
где S — в метрах, ап — в цикл/мми.
12
В. М. Колюко
177
Время прямого и обратного ходов поршня, мгновенная ско-
рость его движения, ускорение и движущее поршень усилие на-
ходят в результате обработки диаграммы пути поршня по вре-
мени (рис. 79). Для этого последовательно производят двукрат-
ное дифференцирование диаграммы и строят графики скорости
с и ускорения w поршня также в функции времени. При необхо-
димости полученные зависимости c=f(t) и w=fi(t) перестраи-
вают в графики скорости и ускорения как функции пути
поршня.
Дифференцирование кривой пути поршня по времени можно
выполнить графическим способом. Для этого кривую пути
поршня разбивают на произвольное количество участков (обыч
но 15—20) и выбирают на диаграмме начало отсчета. Для повы-
шения точности построения кривую пути вблизи мертвых точек
разбивают на более мелкие участки. В левой части оси времени
на некотором расстоянии Ро наносят точку Р («полюс»). К каж-
дой точке кривой 1—А, В, С..лежащей на границе участка,
178
проводят, карательную, а из полюса Р — прямые Ра, РЪ, Рс..,
параллельно направлениям соответствующих касательных, до
пересечения с осью ординат в точках а, Ь, с... Через точки а,
Ь;с... проводят горизонтальные прямые аа', ЬЬ', сс/.. до пе-
ресечениявточкаха', Ь,,с'... с продолжением ординат то-
чек А, В, С... Соединяя точки а’, Ь', с... плавной кривой, по-
лучают график искомой производной — скорости движения
поршня.
Величины скорости определяют, измеряя ординаты получен-
ной кривой и умножая их на масштаб скорости
тг — м/сек,	(84)
с mtPo	v '
где /пс — м/сек в 1	мм диаграммы —	масштаб	скорости;
mt — секунды» 1	»	»	масштаб	времени;
т3 — метры » 1	»	»	масштаб	хода поршня;
Ро — полюсное расстояние, принятое при построении	диа-
граммы скорости, мм.
Аналогичным образом строится график второй производ-
ной — ускорения поршней. Масштаб диаграммы ускорений на-
ходят по формуле
т= -тс - м/сек*,	(85)
mtPyO
где mw — м/сек2 в 1 мм диаграммы — масштаб ускорения;
Р1О — полюсное расстояние, принятое при построении диа-
граммы ускорений, мм.
Правильность произведенного графического дифференциро-
вания можно проверить, спланиметрировав площади F\ и
кривой ускорений и убедившись, что они равны. Действительно,
ординаты этой кривой в соответствии с уравнением (1) пропор-
циональны движущим поршень усилиям. Поскольку прираще-
ние количества движения за какое-то время равно импульсу дви-
жущей силы за то же время, то, например, для прямого хода
t,
Fi = J Rdt=mci—mco
^0
и
t,
F2=— J R dt—mc2—mci.
t,
Так как co=c2=O, то FX=F2.
При исследовании полученных диаграмм по кривой скоро-
сти определяют максимальные значения скоростей движения
поршня на прямом и обратном ходе и сХм а измерением
отрезков оо' и о'о" — время прямого £п х’ и обратного £ох’ходов.
12*
179
По диаграмме ускорений исследуют величину и характер из-
менения ускорений поршня w in движущих поршень усилий 7?,
определяемых умножением ординат диаграммы на массу
поступательно движущихся деталей та.
На величину и характер изменения ускорения (или движу-
щего поршень усилия) помимо сил давления газов и воздуха
в рабочих цилиндрах существенное влияние оказывают также
силы трения и усилия, необходимые для привода навешенных
Рис. 80. Определение механических сопротивлений свободнопоршневого
дизель-компрессора типа ДК.-2 по диаграмме движущих усилий.
/ — усилие иа поршни двигателя; 2 — усилие на поршень продувочного насоса;
3 — сумма усилий на поршни компрессора; 4 — результирующее (движущее)
усилие; 5 — сила трения.
на СПГГ механизмов. Для определения суммы этих усилий
по осциллограммам или индикаторным диаграммам подсчиты-
вают усилия на поршни генератора и вычитают из их алге-
браической суммы движущее усилие, величина которого на-
ходится по диаграмме ускорений описанным выше способом.
Как видно из рис. 80, рассматриваемые усилия (которыми
в основном определяется работа механических потерь генера-
тора) достигают наибольших значений вблизи мертвых то-
чек [26]. С одной стороны, это объясняется тем, что при под-
ходе к мертвым точкам вследствие роста давлений в цилинд-
рах увеличивается нажатие поршневых колец на стенки ци-
линдров, а следовательно, возрастают и силы трения, осо-
бенно вблизи в. м. т. С другой стороны, при подходе к в. м. т.
через синхронизатор передаются усилия, необходимые, напри-
мер, для привода в действие топливного насоса, что также вы-
зывает торможение поршня.
180
Определение ускорений и, тем более, сил трения вблизи
мертвых точек затрудняется большими погрешностями двукрат-
ного дифференцирования кривой пути поршня по времени.
Чтобы эти участки исследовать более точно, следует при экспе-
рименте непосредственно измерить и записать скорость поршня;
можно повысить точность дифференцирования кривой пути пор-
шня; для этого все графические построения надо выполнить,
предварительно увеличив масштаб этой кривой вблизи мертвых
точек.
При исследовании обычно используют уравнение (1), при-
нимая массу тп постоянной. Поскольку скорости некоторых де-
талей синхронизатора (шестерен, коромысел, шатунов и т.< п.)
не совпадают с направлением движения поршня, а моменты
инерции масс шатунов не являются постоянными на всем про-
тяжении рабочего цикла, то массу тп, входящую в уравне-
ние (1), строго говоря, нельзя принимать постоянной. Имея, од-
нако, в виду относительно небольшой вес перечисленных выше
деталей, благодаря чему величина кинетической энергии сво-
бодно движущихся поршней определяется главным образом
массами поступательно движущихся поршней, массы деталей,
совершающих возвратно-вращательное или иное более сложное
движение, заменяют некоторой условной («приведенной») мас-
сой, постоянной на всем протяжении рабочего цикла.
Расчетное значение массы поршневой группы
mn= S °п + S °пр кгсекЧм,	(86)
g
где SGn — вес прямолинейно движущихся деталей поршневой
группы (поршень двигателя, поршень компрессора,
рейки или тяги синхронизатора);
26пр— приведенный вес деталей поршневой группы, совер-
шающих возвратно-вращательное или более слож-
ное движение.
Для СПГГ с реечным синхронизатором приведенный вес де-
талей SGnp в первом приближении можно принять равным */з
веса шестерен и вала привода топливного насоса; для генерато-
ров с другими типами синхронизаторов этот вес определяется
расчетом, для чего могут быть использованы методы, подобные
применяемым при расчетах крутильных колебаний дизельных
установок, или другие способы, изложенные в курсах приклад-
ной механики.
Для выполненных конструкций максимальное (во время
прямого хода поршня) значение приведенного веса деталей
поршневой группы СПГГ достигает 10%; среднее его значение
составляет 3—5% от веса всей поршневой группы.
При желании зависимости величин, характеризующих кине-
матику и динамику свободно движущихся поршней, можно
181
представить в функции от пути поршня, как это, например, по-
казано на рис. 5.
♦
§ 23. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ
Параметры и коэффициенты, характеризующие процессы
в двигателе, определяются по данным измерений, индикаторным
диаграммам, осциллограммам давлений в цилиндре, продувоч-
ном ресивере, выхлопном патрубке и топливопроводе, а также
путем совместного рассмотрения этих осциллограмм с записью
	движения хода поршня во времени. Для определения состава
газа в отдельные моменты цикла используют данные газового
;	анализа.
Предварительно, по данным измерений хода поршня, поло-
жения в. м. т. и числу циклов, по формулам (5) и (4) находят
г степень сжатия в двигателе е и долю хода, занятую выхлопными
окнами, фь.
' При определении линейных величин Sc и S&, входящих в фор-
мулы (4) и (5), учитывают конфигурацию днищ поршней и ве-
личину зазора между поршнем и втулкой до первого поршне-
вого кольца. Если днища поршней плоские, а объем зазора
между поршнем и втулкой до первого кольца составляет не-
большую величину, Sc можно принять равным расстоянию
в. м. т. от центра машины.
При обработке индикаторных диаграмм, подобных представ-
ленной на рис. 6, анализируют величины индикаторного к. п. д.,
 среднего индикаторного давления, показателей политроп сжа-
!" тия и расширения, температур в отдельные моменты цикла и
строят энтропийную диаграмму и кривую сообщения тепла ра-
бочему телу.
Индикаторный к. п. д. определяется планиметрированием
свернутой по ходу поршня индикаторной диаграммы
_ 200F 1трт„	(87\
427H„gT	’	* '
где Fi — площадь индикаторной диаграммы, см2;
тр — кг!см2 в 1 см диаграммы — масштаб давлений;
mv— см3 в 1 см диаграммы — масштаб объемов;
gi — расход топлива на цикл, кг;
Ни — низшая теплотворность топлива, ккал!кг.
Среднее индикаторное давление р1л, отнесенное к полному
ходу поршня,
(88)
где ms — масштаб хода на индикаторной диаграмме;
S — ход одной поршневой группы, см.
182
Среднее индикаторное давление р ,, отнесенное к полезному
ходу поршня, находится аналогичным образом
р; = кг1см\	(89)
Д Sg — Sc
Средние значения показателей политроп в процессах сжа-
тия («1) и расширения (пг) определяются из условия равенства
работ в соответствующем процессе с переменной теплоемкостью
и в процессе с искомым постоянным показателем. Для этого
планиметрируют площадь между осью абсцисс и кривой давле-
ния на исследуемом участке и площадь между осью ординат
(начало отсчета объема цилиндра) и тем же участком кривой.
Отношение найденных площадей представляет собой искомое
значение среднего показателя политропы.
Средние показатели политроп, характеризующие конечные
параметры рассматриваемых процессов, определяются по фор-
муле
lg-^
п =	(90)
где pi и Si — координаты точки 1 (момент перекрытия выхлоп-
ных окон первым поршневым кольцом);
р2 и S2 — координаты точки 2.
Для процесса сжатия за координаты точки 2 принимается
момент начала впрыска топлива, а для процесса расширения —
момент начала интенсивного падения давления в цилиндре. При
обработке нескольких индикаторных диаграмм расстояние в
миллиметрах от в. м. т. до точки 2 определяется по наиболее
полной диаграмме и для всех остальных диаграмм принимается
одинаковым.
Находя значение показателя политропы сжатия по формуле
(90), можно условно оценить давление сжатия и степень повы-
шения давления в цилиндре двигателя по уравнениям (35)
и (34).
При обработке осциллограмм давления в цилиндре и в топ-
ливопроводе определяют скорость нарастания давления при
сгорании, продолжительность впрыска и период задержки вос-
пламенения топлива.
Средняя скорость нарастания давления
X=P*~Pg',	(91)
183
где точка с' соответствует моменту видимого начала горения,
характеризующегося на осциллограмме рис. 37 (кривая 1) ред-
ким повышением давления и уменьшением толщины луча вслед-
ствие большой скорости его перемещения.
За продолжительность топливоподачи можно принять время,
определяемое по осциллограмме давления в топливопроводе
(рис. 37, кривая 2) отсечением на атмосферной линии касатель-
ными о'о и Ь'Ь отрезка ob, соответствующего времени впрыска
основной массы топлива.
Период задержки воспламенения Xi определяется по совме-
щенным осциллограммам давления в двигателе и топливопро-
воде как разность положений точек о и с'.
Момент начала подачи топлива в цилиндр в миллиметрах до
в. м. т. (или до центра машины) находится при совместном рас-
смотрении диаграммы хода поршня и момента начала подъема
давления в топливопроводе (при открытой форсунке).
При закрытой форсунке все перечисленные параметры
можно определить, исследуя характер движения иглы форсунки.
По осциллограммам давления в топливопроводе опреде-
ляется также максимальное давление впрыска.
Наблюдаемый на осциллограмме рис. 37 (кривая 2) вторич-
ный подъем давления обусловлен поступлением газа из ци-
линдра двигателя в топливопровод через открытое сечение фор-
сунки; наибольшая величина подъема давления примерно соот-
ветствует максимальному давлению сгорания.
Температуры в отдельные моменты цикла определяются по
индикаторной диаграмме графическим построением или подсче-
том по характеристическим уравнениям:
а)	для линиии сжатия
(92)
\РаУа)
б)	для линии расширения
у — Р2
2 ’
где pi и Vi — значения давлений и объемов на линии сжатия,
определяемых непосредственно из диаграммы;
Ра и Va — давление и объем в начале сжатия;
р2 — давление на линии расширения при том же ходе
поршня, для которого найдены значения Т\ и р\,
— коэффициент молекулярного изменения, соответ-
ствующий рассматриваемому моменту процесса
горения.
184
Температуру в начале сжатия Та находят обычно расчетом,
используя данные измерения температуры продувочного воздуха
та = -^гТ-±.	(94)
Оценку входящей в уравнение температуры продуктов сго-
рания Тг можно выполнить способами, известными из теории
двигателей внутреннего сго-
рания [6], а также используя
для подсчета этой темпера-
туры замеры давления и
температуры выхлопных га-
зов в начальный период вы-
хлопа.
Характер изменения тем-
ператур в цилиндре двигате-
ля СПГГ иллюстрируется
рис. 81.
Для построения энтро-
пийной диаграммы расчетом
или из опыта определяют со-
став газа на линиях сжатия
и расширения, коэффициент
избытка воздуха для горе-
ния и подсчитывают тепло-
емкости. Построение Т—S-
диаграммы производится из-
вестными способами [6], [34]
и сводится к определению
изменения энтропии одного
моля рабочего тела от како-
го-то начального состояния
до промежуточного по фор-
муле
S S0=ap-2,31g——[-
* о
+6(7—70)—1,986-2,31g — ,
Р»
(95)
Рис. 81. Диаграмма температур в дви-
гателе СПГГ 26/75.
где ар и b—коэффициенты в формулах для истинных тепло-
емкостей;
Тир — температура и давление при данном положении
поршня;
То и ро — температура и давление при положении поршня,
от которого начинается построение диаграммы
(обычно момент закрытия выхлопных окон).
185
Рассмотрение энтропийной диаграммы (рис. 82) позволяет
установить характер подвода тепла к рабочему телу и, что осо-
бенно важно, оценить моменты начала и окончания процесса
горения топлива.. Как видно из рисунка, процесс горения раз-
деляется на две части, из которых первая часть (линия c'z диа-
граммы) соответствует движению поршня к в. м. т., а вторая
zb — движению поршня к н. м. т. Судя по диаграмме, в СПГГ
около половины всего поданного топлива сгорает у в. м. т., од-
нако, несмотря на это, горение продолжается и на большей
части полезного хода поршня, так как энтропия увеличивается
почти до конца этого хода. Замыкающий участок диаграммы Ьа
характеризует собой изменение энтропии в процессе отвода
тепла после открытия выхлопных окон. Заметим, что, если про-
цесс отвода тепла заменяется условным процессом отвода при
постоянном объеме, построение этого участка диаграммы прак-
тического интереса не представляет.
Используя энтропийную диаграмму, можно построить кри-
вую сообщения тепла рабочему телу, например, по времени
цикла (рис. 83, кривая а). Для этого определяют площади
энтропийной диаграммы, которые в масштабе представляют
тепло, полученное рабочим телом,
q=fm^smT ккал!моль,
где f — площадь, ограниченная диаграммой, осью абсцисс и
ординатами выбранных положений поршня или мо-
ментов времени рабочего цикла, леи2;
т — единиц энтропии в 1 мм диаграммы — масштаб по
оси абсцисс;
/пт — градусов в 1 мм диаграммы — масштаб по оси
ординат.
Дифференцируя полученную диаграмму, получают кривую
скорости сообщения тепла рабочему телу (рис. 83, кривая б),
по которой можно судить о скорости горения топлива в различ-
ные моменты цикла.
По количеству тепла, выделившегося при горении топлива и
использованного для повышения внутренней энергии и совер-
шения работы к рассматриваемому моменту времени х, оцени-
вают коэффициент использования тепла
+ Т,)а£о.	(96)
ни
Выделившееся тепло Qx ккал/моль определяется по диа-
грамме рис. 83, кривая а.
Погрешность определения параметров двигателя по энтро-
пийной диаграмме зависит главным образом от ошибок инди-
цирования и точности определения коэффициента избытка воз-
духа для горения а.
186
Рис. 82. Энтропийная диаграмма двигателя
СПГГ 26/75.
Рис. 83. Кривые сообщения тепла рабочему телу и ско-
рости сгорания в двигателе СПГГ 26/75..
Приближенно а оценивается по уравнению (38). Входящее
в это уравнение давление в начале сжатия ра можно измерить
достаточно точно, если выполнить индицирование хвостовой ча-
сти диаграммы цилиндра двигателя в крупном масштабе. Тем-,
пературу в начале сжатия Та находят по формуле (94), а коэф-
фициент остаточных газов уг — анализом состава газа на линии
сжатия и в конце расширения.
Если предположить, что в конце процесса расширения сго-
рание топлива закончено полностью или что неполнота сгора-
ния выражается в форме несгоревшего углерода (сажи), то,
согласно [6], уг можно подсчитать по формуле
СС>2
(97)
Тг= --------Г’
СО2 со2
двуокиси углерода в конце линии рас-
где СО2 — 'количество
ширения;
СО'2 — количество
двуокиси углерода на линии сжатия.
продуктов сгорания, отобранных в мо-
Произведя анализ
мент открытия выхлопных окон (до начала открытия продувоч-
ных окон), можно непосредственно по измеренным величинам
определить коэффициент избытка воздуха для горения
о,2О90х2
(98)
а =
(0,791 + 0) (N2 — 79,1 -h 1.395СО) '
„	3-0,791 /и	О\
где р = —-— I п — —) — характеристика топлива;
N2 = 100 — СО2 — СО — О2.
Для случаев, когда при анализе определяют только содер-
жание СО и СО2 или только СО2, уравнение для подсчета а
упрощается.
Из других параметров, связанных с процессом сгорания и
газообменом в цилиндре двигателя СПГГ, при испытаниях
определяют коэффициенты избытка воздуха: суммарный ас и на
продувку <р.
Суммарный коэффициент избытка воздуха подсчитывается
по тем же уравнениям, по которым определяется избыток воз-
духа для горения, например по уравнению (98). Для этого ана-
лизируют состав газа, отобранного из газопровода СПГГ после
полного перемешивания продуктов сгорания и продувочного
воздуха. Коэффициент избытка продувочного воздуха опреде-
ляется по отношению суммарного коэффициента избытка воз-
духа к коэффициенту избытка воздуха для горения.
Кроме рассмотренных параметров, при исследовании про-
цесса газообмена в двигателе СПГГ измеряют потери давления
при продувке &ps = ps — pz, определяют время-сечения проду-
188
вочных и выхлопных окон /д и Дв, а также анализируют осцил-
лограммы давлений в ресивере, цилиндре и выхлопном па-
трубке.
Время-сечения окон находят по снятой экспериментально
зависимости пути поршня от времени (рис. 84). Если сечение
Рис. 84. Определение время-сечений продувки и выхлопа
двигателя СПГГ.
окон прямоугольное, то с момента их открытия величины по оси
ординат диаграммы представляют в масштабе сечения окон.
Планиметрируя площади диаграммы на определенных участках
процессов выхлопа или продувки, находят соответствующие им
время-сечения
^2
Д — J fdt м2сек.	(99)
/1	6
За момент открытия окон следует принимать тот момент,
когда первое поршневое кольцо пройдет кромки окон и газы
189

или продувочный воздух поступят в кольцевой зазор между
поршнем и втулкой цилиндра.
Для суммарной оценки сопротивления продувочно-выхлоп-
ной системы исследуют потери давления в окнах и подсчиты-
вают коэффициент расхода отверстия, эквивалентного проход-
ному сечению окон	________
/ ,+(т)’
(К»)
где Ап и Ав — время-сечения продувочных и выхлопных окон,
найденные при обработке диаграмм хода.
Эквивалентное время-сечение
Лэк определяется из уравнения
расхода
где^, ps и Ге—расход продувоч-
ного воздуха, его давление и тем-
пература.
Значения функции расхода “Ф,
подсчитанные по формуле (21),
приведены на графике рис. 85.
Коэффициент расхода Цэк, най-
денный по данным замеров сред-
них по времени величин ps, Ts и
давления в газосборнике рг, кро-
ме размеров и формы окон, учи-
тывает также и влияние динамики
выхлопа, формы и размеров вы-
хлопной улитки и патрубка.В свя-
Рис. 86. Зависимость коэффици-
ента расхода продувочно-выхлоп-
ной системы свободнопоршневого
 двигателя от эквивалентного
время-сечения окон.
зи с тем, что сечения окон зави-
сят от режима работы СПГГ, величины цЭк необходимо сравни-
вать при одинаковом открытии окон. Как видно из рис. 86, при
уменьшении открытия окон значение Цэк увеличивается. Одно-
временно с этим увеличиваются потери давления в окнах, рост
которых при малых сечениях окон происходит по гиперболиче-
скому закону.
Динамику процесса газообмена изучают, подвергая анализу
осциллограммы давлений в продувочном ресивере, цилиндре
и выхлопном трубопроводе.
По характеру изменения давления в продувочном ресивере
в момент открытия продувочных окон (рис. 87) судят о наличии
или отсутствии заброса газа из цилиндра двигателя в ресивер.
Если имеет местб заброс газа, то начало падения давления
в ресивере не совпадает с моментом открытия продувочных
191
окон и в начальный период их открытия в ресивере наблю-
дается подъем давления. На диаграмме этот процесс изобра-
жается линией Ьс. Остальные участки' диаграммы характерны
только для СПГГ с внутренним расположением компрессоров.
Так, процесс, изображенный линией cd, соответствует истече-
нию продувочного воздуха из ресивера и изменению парамет-
ров воздуха, оставшегося в ресивере после истечения. Линия da
характеризует повышение давления, происходящее в результате
подачи компрессором сжатого воздуха в замкнутый объем ре-
сивера. В процессе ab количество воздуха в ресивере не ме-
няется; 1 некоторое повышение давления в этом процессе может
быть обусловлено подогревом продувочного воздуха о внутрен-
ние стенки ресивера, клапанные доски и цилиндр двигателя.
Рассмотрение диаграммы давления в цилиндре двигателя
в период выхлопа и продувки позволяет определить давление
Р,кг/снг
5.0

5.0
Рис. 87. Осциллограмма давлений в продувочном ресивере СПГГ 26/75.
в начале сжатия ра (рис. 88). Так как с увеличением этого дав-
ления наполнение цилиндра улучшается, то весьма важно уста-
новить факторы, определяющие возможность повышения ра,
в частности, за счет использования колебательных явлений, воз-
никающих в газовыхлопной системе СПГГ. Сущность этих яв-
лений заключается в следующем.
Газы, заполняющие выхлопной трубопровод, представляют
собой упругую среду, в которой возможна передача импульса
от источника возбуждения в виде продольной волны, подобной
звуковой. Источником возбуждения является цилиндр двига-
теля, при открытии выхлопных окон которого газы из цилиндра
устремляются в выхлопной трубопровод, создавая начальный
импульс (сжатие) в непосредственной близости от выхлопных
окон. Созданный импульс распространяется по трубопроводу
с определенной скоростью. При выходе из открытого конца
трубопровода волна давления отражается от него с обратным
знаком и, распространяясь в обратном направлении, наклады-
вается на импульсы, создаваемые цилиндром. Наблюдаемое
перед выхлопными окнами изменение давлений представляет,
таким образом, результат наложения двух колебательных про-
1 При отсутствии отбора воздуха из ресивера, например, с целью регу-
лирования.
192
цессов и может иметь различную форму в зависимости от фак«
торов, определяющих ускоренное движение масс газов, харак-
тер и величину отраженных волн. Такие явления имеют место
как при выпуске газа в атмосферу, так и при увеличении сече-
ния (объема) выхлопной системы, например, в местах уста-
новки газосборника или глушителя.
Рис. 88. Фазы выхлопа и продувки свободнопоршневого
двигателя.
Опытом установлено, что хорошие результаты очистки и на-
полнения двигателя получаются в том случае, если к моменту
начала продувки к выхлопным окнам подойдет впадина отра-
женной волны, создавая необходимый подсос продувочного воз-
духа из ресивера и облегчая условия очистки цилиндра от про-
дуктов сгорания. К моменту окончания продувки отраженная
волна, наоборот, должна иметь положительную амплитуду
(горб), чтобы избежать потери заряда в конце процесса и обес-
печить своеобразный подпор в цилиндре и соответственно по-
вышенное давление в начале сжатия. Типичная форма колеба-
ний давления .в выхлопном трубопроводе для этого случая по-
казана на рис. 89.
В. М. Колюко	193
Для изучения качественной стороны рассматриваемых явле-
ний следует знать скорость распространения волн давления и
определить длину трубопровода, соответствующую благоприят-
ному (или неблагоприятному) характеру процессов газообмена.
Для приближенных расчетов скорость распространения волн
давления можно полагать не зависящей от диаметра газо-
провода 
сг= kgRTT м/сек,	(101)
где k — показатель адиабаты расширения газа при данной тем-
пературе;
g — ускорение силы тяжести.
Рис. 89. Колебания давлений в выхлопном патрубке двигателя СГЩК
типа ДК-2 при различных длинах выхлопного трубопровода.
Г—благоприятный характер колебаний; 2—неблагоприятный характер колебаний.
Резонансную (критическую) длину газопровода, при кото-
рой отраженная волна подходит к источнику возбуждения с по-
ложительным знаком, можно определить по уравнению
ZKP=	1) jh,	(102)
где т — любое целое число, определяющее порядок колебаний;
п — число циклов в минуту.
При подсчитанной подобным образом длине газопровода от-
раженная волна прибудет к началу выхлопа с положительной
амплитудой, что соответствует неблагоприятным условиям про-
цесса газообмена.
194
Оптимальная длина газопровода выбирается из условия ра-
венства периода колебаний в газопроводе и времени открытия
выхлопных окон
(103)
где /в— время открытия выхлопных окон.
Для выполненных СПГГ /опт составляет 1,5—7,5 м, при этом
большие значения относятся к менее быстроходным генерато-
рам газа.
Рассмотренный выше перечень величин, определяемых при
обработке опытных материалов, при необходимости допол-
няется более детальным анализом отдельных процессов и пара-
метров, для чего можно воспользоваться способами, применяе-
мыми при исследованиях обычных двигателей внутреннего сго-
рания [6], [10], [39].
§ 24. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА И БУФЕРА
Работу компрессорного и буферного цилиндров СПГГ можно
исследовать достаточно полно при наличии индикаторных диа-
грамм этих цилиндров. Кроме того, при испытаниях необхо-
димо найти количество воздуха, всасываемого компрессором,
температуры ® процессах 'всасывания и нагнетания, изучить ха-
рактер колебательных явлений, возникающих во всасывающей
системе СПГГ. Измерение этих параметров и съемку индикатор-
ных диаграмм и осциллограмм производят, используя методы,
изложенные в главах 2 и 3.
Для анализа работы компрессора СПГГ необходимо опре-
делить относительный объем вредного пространства ак.
В связи с трудностью непосредственного определения состав-
ляющих объема вредного пространства, постоянная компрес-
сора Ск, входящая в уравнение (6), находится с возможно
большей тщательностью расчетом по чертежам цилиндра ком-
прессора, поршня, клапанных досок и клапанов.
Общая характеристика работы компрессора устанавливается
сопоставлением величин коэффициента наполнения t\v , который
подсчитывается по данным измерения секундного расхода воз-
духа 6К, числа циклов п и хода поршня S
где уо — удельный вес окружающего воздуха.
Объемный коэффициент наполнения т]0 определяется по от-
ношению отрезков SBC и S индикаторной диаграммы (см. рис. 7)
=	(105)
13*	195
 "ак Тр
Ро Та„
Коэффициент ?ic = ~ характеризует собой изменение дав-
^0
ления и температуры воздуха при входе в компрессор и может
быть использован как критерий для оценки работы всасываю-
щих клапанов и всей всасывающей системы СПГГ
(Ю6)
где рак и Так — давление и температура в компрессоре в конце
всасывания (в начале сжатия).
Совмещением индикаторной диаграммы и диаграммы измене-
ния давления в ресивере (см. рис. 7) можно определить сред-
нюю потерю давления в нагнетательных клапанах Дрк на уча-
стке хода выталкивания
кг!см2,	(Ю7)
5нГк ,
где AL— работа, затрачиваемая на преодоление сопротивле-
ний нагнетательных клапанов, кем;
Su — ход нагнетания, л<;
FK — площадь поршня компрессора, см2.
Аналогичным образом можно найти площадь, ограниченную
линией атмосферного давления и давлением всасывания. Относя
эту площадь к объему хода всасывания, получим среднюю по-
терю давления при всасывании.
По величине средней потери давления можно оценить со-
противление клапанов, подсчитав, например, для них суммар-
ный коэффициент сопротивления
?кл= ,	(108)
где g— ускорение силы тяжести;
у — удельный вес воздуха, проходящего через клапан;
с — скорость воздуха в клапане.
Среднее индикаторное давление в компрессоре, характери-
зующее затрату работы на сжатие воздуха в цилиндре, опреде-
ляется планиметрированием площади индикаторной диаграммы
компрессора по формуле (88), так же как это делается при опре-
делении среднего индикаторного давления в двигателе. Ана-
логичным образом находятся и средние показатели политроп
сжатия mi и расширения т2. При определении значений этих
показателей за начало сжатия и за конец расширения прини-
мают точки пересечения соответствующих процессов с линией
атмосферного давления. За начало расширения принимают
196
мертвую точку, а конец сжатия находят по моменту открытия
нагнетательных клапанов. Если диаграмма компрессора совме-
щена с диаграммой изменения давления в ресивере, конец сжа-
тия можно легко определить по пересечению линии сжатия
в компрессоре с давлением в ресивере (точка с на диаграмме
рис. 7).
Подсчитав индикаторную работу компрессора, из уравнения
(10) можно определить к. п. д. компрессора т|к.
Рис. 90. Теоретическая диаграмма изменения давлений
в цилиндре компрессора.
Наличие опытных значений показателей политроп позволяет
в случае неохлаждаемого компрессора произвести приближен-
ную оценку суммарных утечек воздуха через неплотности порш-
невых колец. Действительно, рассматривая два процесса, напри-
мер два процесса сжатия, из которых в одном утечки отсутствуют
(линия ас на диаграмме рис. 90), а в другом утечки имеют место
(линия ас'), найдем объемы в конце сжатия (точки с и с').
^=(!+«к)\А
где mi и k — показатели политропы и адиабаты сжатия в про-
цессах с утечками и без них.
197
Обозначив соответственно через gc и gc количества воздуха,
находящиеся в цилиндре в конце сжатия :в этих двух случаях,
напишем
Pc(yC-Vc’) = (gc-g'e)Rrc.
Заменив Vc и Vс написанными выше .выражениями и обо-
у
значив отношение -— через лк, получим
gc
(_ 1	__L\
-J -^mi}pyh-^-K}gcRTc. (109)
Заменим далее в этом уравнении рс Тс и gc\
fe-i
р =р т : 7' = 7'тй;р’=Р’ = —?— р V. (1 4- а ).
“с гак' с а к ’ °с °а gy г а h\ 1 kJ
После сокращений уравнение (109), .решенное относительно
искомого .коэффициента Хк, будет иметь вид
Хк=~-	(ПО)
К-mt
- km,
тк
Значения Лк > 1 характерны для цилиндров, в которые за
время процесса поступает дополнительное количество газа из
смежных цилиндров с более высокими средними давлениями.
Значения Хк <С 1 соответствуют случаю уменьшения количества
воздуха вследствие утечек через неплотности.
Подсчет по приведенному уравнению показывает, что если,
например, степень повышения давления в компрессоре тк = 6,0,
а показатель политропы сжатия гщ = 1,3, то А.к = 0,92, т. е. вели-
чина утечек будет равна 8%.
Аналогичным образом можно составить уравнение для опре-
деления утечек в процессе расширения
m2k
тк
При подсчете в оба уравнения подставляется степень повы-
шения давления, соответствующая тому участку индикаторной
диаграммы, Для которого найдены опытные значения гп\ или т^.
Показатель адиабаты k находится 1 в зависимости от интервала
изменения температур в рассматриваемом процессе известными
способами [6], [14].
Помимо рассмотренных параметров, при исследовании ком-
прессора СПГГ необходимо изучить .характер колебаний, возни-
кающих при всасывании, за счет которых можно увеличить на-
полнение этого цилиндра. Колебательные процессы, обусловлен-
1 См. также уравнение (45).
198
ные периодичностью процессов всасывания, оказывают благо-
приятное воздействие на наполнение цилиндра в случае, если
волна давления с положительной амплитудой подойдет к всасы-
вающим клапанам в конце всасывания. Это можно установить,
рассматривая по осциллограмме изменение давления во всасы-
вающем патрубке СПГГ и сопоставляя его с записью давления
в компрессорном цилиндре.
О параметрах буферного цилиндра судят по величинам работ
или средних давлений в процессах сжатия и расширения, а так-
же по значениям максимального и минимального давления и со-
ответствующей им степени повышения давления. Эти параметры
определяют теми же способами, которые применяются при иссле-
дованиях двигателя и компрессора. Для определения опытных
значений показателей политроп сжатия и расширения подсчи-
тывают объем камеры сжатия буфера. Относительная величина
этого объема
р Sb
сб---—
(112)
где Сб—постоянная буфера, равная отношению объема цилин-
дра буфера при сведенных внутрь до упора поршнях
двигателя к площади поршня буфера.
Совершенство процесса в буфере можно оценить по отноше-
нию работы расширения к работе сжатия
т О. X.
(113>
б
Степень повышения давления в буфере Тб определяется непо-
средственным измерением максимального р* и минимального ра
давлений и связана с параметрами буфера зависимостью
Более подробное исследование работы буферного цилиндра
может потребоваться при изучении параметров переходных про-
цессов — пуска, приема или сброса нагрузки — и производится
обычно одновременно с изучением работы системы регулирова-
ния и защитных устройств СПГГ.
§ 25. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИИ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ
Для возможности обработки и последующего анализа опыт-
ных величин, получаемых в результате эксперимента, данные из-
мерений заносятся в протоколы испытаний. Перечень парамет-
199
ров, записываемых в протокол, определяется программой испы-
таний и зависит от характера испытаний и особенностей испы-
тываемого образца (см. главу 5). В протоколах отмечаются так
же все неисправности в приборах и в работе СПГГ, имевшие ме-
сто при испытаниях. Первичные бланки замеров и протоколы
подписываются лицом, производившим замеры, и корректировке
не подлежат.
Данные, занесенные в протоколы, должны быть подвергнуты
первичной обработке по возможности сразу после проведения
опыта, что позволяет исключить наиболее грубые ошибки изме-
рений и, в случае необходимости, своевременно повторить опыт.
Средние значения измеренных величин для каждого режима
испытаний находятся как средние арифметические. Явно оши-
бочные замеры при подсчетах исключаются. Для определения
средних величин в произведенные во время испытаний отсчеты
должны быть внесены поправки приборов по паспортным дан-
ным. В случае значительных колебаний измеряемых величин,
при подсчете средних значений должны также указываться их
наибольшие и наименьшие значения.
Анализ возможных ошибок измерения и оценку их влияния
на точность результатов испытаний производят известными спо-
собами [29], [49], [54]. При этом, в зависимости от требований
к оценке точности произведенных измерений, определяют сред-
нюю квадратическую ошибку отдельного измерения а, характери-
зующую среднее отклонение измеренной величины от найденного
среднего арифметического, или величину погрешности среднего
арифметического D, характеризующую возможную разность
между средним арифметическим и действительным значением из-
меренной величины _______
0= + |/ ---- и D— +
S д2
г(г-1) ’
(115)
где А<— абсолютная погрешность измеряемой величины относи-
тельно среднего арифметического;
z — число измерений.
Если при подсчете среднего арифметического систематиче-
ские ошибки, обусловленные, например, изменением условий ис-
пытаний, личными ошибками наблюдателя или неточностью дей-
ствия прибора, не исключены, это следует учитывать, определяя
для этих случаев погрешность результата прямого измерения по
формуле
4,= ± / + + <116>
здесь Ап — погрешность измерения, обусловленная неточностью
собственно прибора, выявленной при тарировке
(классом прибора);
200
Дй — погрешность, вызванная отличием условий эксплуа-
тации прибора от условий, в которых производилась
тарировка;
До — погрешность наблюдателя при единичном отсчете no-
шкале прибора; эту (величину следует принимать чис-
ленно (равной половине цены деления прибора;
Дт — наибольшее наблюдавшееся за время испытаний от-
клонение показаний прибора от среднего арифмети-
ческого из значений всех показаний.
Для оценки точности определения параметров СПГГ, полу-
чаемых подстановкой опытных величин в те или иные расчетные
уравнения, находят относительную погрешность
(И7>
где Д — абсолютная ошибка в определении искомой величины;
у — искомая величина.
Возможные погрешности определения отдельных параметров
СПГГ, связанные с методами их измерения, рассмотрены в соот-
ветствующих разделах книги; ниже указаны основные источ-
ники погрешностей и влияние их на точность оценки основных ве-
личин, получаемых в результате расчета.
Чтобы найти относительную погрешность определения иско-
мой величины у, надо взять натуральный логарифм выражения
этой величины и затем дифференцировать этот логарифм по из-
меренным величинам, которые рассматриваются как переменные.
Воспользовавшись этим правилом, найдем относительные по-
грешности определения некоторых параметров СПГГ.
Расход топлива. Прологарифмировав уравнение (64), по-
лучим
In От=1п60 + 1пР —In t.
(j
Не зная знака ошибок определения веса топлива Ра и вре-
мени замера t, примем, что они имеют одинаковый знак. В таком
случае верхний предел погрешности
dGT _ dP0 di
GT Pat '
Заменив в этом выражении знак d. на Д, найдем относитель-
ную погрешность измерения часового расхода топлива
L'Zr	.	(Ц8)
Gt Pg t	v
Полагая для примера, что при Ра = 20 кг весы чувствуют из-
менение нагрузки в ДРо= 10 г, а точность показаний стандарт-
201
ного секундомера равна Д( = 0,2 сек. при продолжительности за-
мера t = 2 мин., получаем
= Ж + _2А_ ~ 0,0022,
GT 20	2-60
т. е. расход топлива в данном испытании определен с точностью
0,22%.	*
Ошибка в определении удельного расхода топлива в основ-
ном зависит от погрешности определения мощности и превышает
последнюю на величину погрешности определения часового рас-
хода топлива (на 0,2 —0,7%).
Мощность. Погрешность оценки мощности СПГГ по гдзу NT
равна сумме погрешностей определения расхода газа Gr и адиа-
батного теплоперепада На. Если мощность подсчитывается по
уравнению (3), то согласно приведенному выше правилу отно-
сительная погрешность будет определяться выражением
Арг Ро [ &Ро
А#г __AGr I АТг . &Cp j k — 1 Pr Pr_____Pr (119)
Nr ~ Gr f Tt ' k 1	’	1
/ Po'? / Po\
\ Pr /	\ Pr/
AGr AT,.
где	—- и--------относительные погрешности измерения рас-
г 7'г хода и температуры газа;
Дрг и Др0 — абсолютные ошибки измерения давления
газа и атмосферного давления.
С уменьшением мощности ошибки измерения расхода и дав-
ления газа, которыми в основном и определяется величина этой
погрешности, увеличиваются, в связи с чем точность определе-
ния мощности снижается. Так, при давлении газа 4 кг/см2 отно-
сительная погрешность определения мощности, обусловленная
влиянием ошибки измерения давления газа Дрг = 0,05 кг/см2, со-
ставит 0,55%, а при уменьшении мощности и соответственно дав-
ления до 2 кг/см2 эта погрешность возрастет До 2%, если абсо-
лютная ошибка измерения давления останется такой же, как и
в первом случае. Суммарную относительную погрешность изме-
рения NT (с учетом ошибок измерения расхода и температуры
газа) при тщательной постановке опыта можно выдержать в пре-
делах 3—4%.
Эффективную мощность установки с СПГГ Ne можно опреде-
лить достаточно точно. При использовании тарированного гидро-
тормоза ошибка определения мощности, зависящая главным
образом от стабильности параметров СПГГ на заданном режиме
работы и правильного выбора чувствительности тормоза, может
составить 0,2—0,5%.
202
Ход поршня при использовании кимографа, жестко связан-
ного с одной из поршневых групп, можно измерить с точностью
до десятых долей процента. Наличие постоянных колебаний хода
даже на установившихся режимах работы приводит, однако,
к тому, что по отношению к среднему значению величина хода
определяется с меньшей точностью: 1—2%.
Положения мертвых точек. Так как эти положения отсчиты-
ваются обычно от центра машины, то положение н. м. т., обстоя-
щей от центра на большем расстоянии, можно определить с мень-
шей относительной погрешностью, чем положение в. м. т. По-
скольку, однако, положение в. м. т. отличается большей стабиль-
ностью, то абсолютная ошибка измерения всегда 'меньше для
этой мертвой точки.
Степень сжатия е и объем вредного пространства ак опреде-
ляются тем точнее, чем более точно измерены положения соот-
ветствующих им мертвых точек. Согласно уравнениям (5) и (6)
эти величины находятся измерением объемов цилиндров или со-
ответствующих им линейных величин Sb, Ск и хода поршня S.
Проводя последовательно логарифмирование и дифференциро-
вание уравнений (5) и (6), найдем выражения для относитель-
ных погрешностей в определении е и ак
~ =	+	(120)
_____ АСК 4- iSc	AS	(121)
«к ~ CK + Sc	S 	'
Если при отсчете расстояния в. м. т. от центра допустить
ошибку в 0,5 мм (что соответствует половине деления обычной
масштабной линейки), то относительная ошибка в определении Sc
для возможных пределов изменения этой величины 8—50 мм со-
ставит 1—6%. Относительная же погрешность в определении
степени сжатия, равная сумме погрешностей измерения Sc и Зь,
будет больше и может быть оценена величиной 1,5—8%.
Не меньшие трудности представляет точная оценка относи-
тельного объема вредного пространства. Основное влияние на
погрешность определения ак оказывает точность определения по-
стоянной компрессора Ск и точность измерения положения соот-
ветствующей мертвой точки (при внутреннем расположении ком-
прессора — в. м. т., при наружном — н. м. т.).
В числе параметров СПГГ имеется достаточно большая груп-
па параметров, точное определение которых затруднительно
даже при весьма тщательной постановке эксперимента. К ним
относится ряд величин, получаемых в результате обработки ин-
дикаторных диаграмм, составляющих баланса работ и теплового
баланса, исследования результатов газового анализа.
203
Так, например, рассматривая выражение (11) для механиче-
ского к. п. д. и уравнение для работы 'механических потерь Lm —
=£,-д(1—т|т), применим к этим уравнениям правило для под-
счета относительной погрешности. Имеем
Д£‘д । Д1^к .
i/д LiK
.... i /ДЧ i „
i	i	I r * tm r |
Lm 1 rim \	L(K J
(122)
(123)
Если принять относительную погрешность определения инди-
каторных работ двигателя и компрессора 2%, то ошибка в опре-
делении механического к. п. д. составит 4%, а ошибка в оценке
работы механических потерь согласно приведенному уравнению
будет лежать в пределах 18—25% (при т]т = 0,80,85).
Значительными ошибками может сопровождаться определе-
ние таких параметров, как давление в двигателе в конце сжатия,
показатели политроп в процессах расширения и сжатия в двига-
теле, компрессоре и буфере, коэфициент избытка воздуха для
горения и некоторых других величин. Для возможности правиль-
ного, суждения о работе СПГГ на основании анализа значений
таких параметров необходимо вначале исследовать погрешности,
с которыми эти параметры найдены. Если полученная точность
не соответствует цели проводимого исследования, следует рас-
смотреть практические возможности уменьшения погрешностей,
тщательно продумать методику постановки опыта, правильно вы-
брать тип измерительных приборов и надлежащим образом под-
готовить СПГГ к испытанию, чтобы обеспечить его стабильную
работу на всем протяжении эксперимента. В ряде случаев более
простое решение может заключаться в постановке исследований,
не требующих знания таких параметров, которые нельзя изме-
рить с желаемой точностью.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Агрейкин Д. И., Костина Е. Н., Кузнецова Н. Н. Датчики
систем автоматического контроля и регулирования, справочные материалы,
под ред. Б. С. Сотскова, Машгиз, М., 1959.
2.	Александровский Ю. В., Разумов Ю. В. Теплотехнические
измерения в судовых паросиловых установках, Судпромгиз, 1960.
3.	Блажеиова А. Н., Ильинская А. А., Раппопорт Ф. М.
Анализ газов в химической промышленности, Госхимиздат, М., 1954.
4.	Борисевич Е. С. Отечественные магнигиоэлектрические осцил-
лографы, «Приборостроение», 1960, № 2.
5.	Борохович А. И., Носырев Б. А. Испытания и наладка порш-
невых компрессоров, Металлургиздат, 1954.
6.	В а и ш е й д т В. А. Судовые двигатели внутреннего сгорания, Суд-
промгиз, 1958.
7.	В о л ч е к Л, Я. Методы измерений в двигателях внутреннего сго-
рания, Машгиз, >1955.
8.	Волчек Л. Я., Измерение переменной температуры в пульсирующих
потоках газов, Судпромгиз, Л., 1958.
9.	Водомеры типа ВК ГОСТ 6019—58.
10.	Глаголев Н. М. Испытания двигателей внутреннего сгорания,
изд. Харьковск. Госуниверс., Харьков, 1958.
11.	Г ат ее в С. Б. Теплотехнические испытания котельных установок,
Госэнергоиздат, 1959.
12.	Двигатели автотракторные, методы стендовых испытаний. ГОСТ
491—55.
13.	Д е й ч М. Е. и др. Прибор для измерения крутящего момента, числа
оборотов -и мощности на высокооборотных турбинах, «Энергомашинострое-
ние», 1960, № 5.
14.	Елистратов Ф. М., К о л ю к о В. М., Томилин М. С. Сило-
вые установки со свободнопоршневыми генераторами газа, Судпромгиз,
Л., 1959.
15.	Ер ем ии а Б. Г., Газовый анализ, Госхимиздат, Л., 1955.
46.	И о р и ш Ю. И. Измерение вибраций, общая теория, методы и при-
боры, Машгиз, М., 1956.
17.	Индукционный расходомер РИ-50 на воду от 8 до 20 т/час, «Приборо-
строение», 1959, № 11.
18.	Катыс Г. П. Методы и приборы для измерения параметров неста-
ционарных тепловых процессов, Машгиз, М., 1959.
19.	К а л и н о в с к и й О. Е., О д и н е ц И. К. Усилитель постоянного
тока для регистрации давлений в дизеле, «Энергомашиностроение»,
1959, № 9.
20.	К н я з е в И. Н. Судовые газотурбинные установки со свободно-
поршиевыми генераторами газа, Информационный сборник № 8, «Морской
транспорт», 1959.
205
21.	Колюко В. М. Влияние параметров'рабочего процесса на срок
службы двигателей внутреннего сгорания, «Энергомашиностроение», 1958,
№ 8.
22.	Контрольные манометры высокого давления типа МКД. ГОСТ
6400—52.
23.	К о р ч а г и н М. И. Измерение температуры и давления в судовых
дизельных установках, «Морской транспорт», М., 1959.
24.	Кремлевский П. П. Расходомеры, Машгиз, 1955.
25.	К р е п с Л. И. Кинематика и динамика свободнопоршневого двига-
теля, «Вестник машиностроения», 1957, № 8.
26.	К р е п с Л. И. Исследование процесса нагнетания, энергетического
баланса и к. п. д. в свободнопоршневом дизель-компрессоре, «Энергомашино-
строение», 1958, № 10.
27.	Кузин М. Д., Пактовский П. П. Теплотехнические контрольно-
измерительные приборы, Машгиз, 1959.
28.	К р ы л о в А. Н. Лекции о приближенных вычислениях, изд. 5,
Гостехиздат, М.—Л., 1950.
29.	Лебедев С. Е. Обработка результатов испытаний двигателя внут-
реннего сгорания, Машгиз, М., 1949.
30.	Либин И. Ш. Стробоскопы и их применение, Госэнергоиздат,
1956.
31.	Мазин г Е. К. Тепловой процесс двигателей внутреннего сгорания,
ОНТИ НКТП СССР, 1937.
32.	Манометры, мановакуумметры и вакуумметры показывающие общего
назначения. ГОСТ 8625—59.
33.	Минкин 3. М. Расчет термодинамических свойств газов на ли-
ниях сжатия и расширения индикаторной диаграммы, «Энергомашинострое-
ние», 1958, № 4.
34.	М и н к и н 3. М. Уточненный способ построения Т — S-диаграммы,
«Энергомашиностроение», <1959, № 9.
35.	М и р о н о в К. А., Ш и п е т и н Л. И. Теплотехнические измеритель-
ные приборы, Машгиз, М., 1959.
36.	М у р и н Г. А. Теплотехнические измерения, Госэнергоиздат, 1956.
37.	М и х а й л о в А. С. Измерение температуры поршней двигателей
внутреннего сгорания, Труды ЦНИДИ, вып. 36, Судпромгиз, Л., 1958.
38.	Образцовые манометры, ГОСТ 6521—53.
39.	О р л и н А. С., К р у г л о в М. Г., М и з е р н ю к Г. И. О методике
исследования процессов газообмена в двухтактном двигателе, Машгиз,
М., 1955.	i
40.	П о в х И. Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении,
Машгиз, 1959.
41.	Полупроводниковые термосопротивления, сборник статей под ред.
Б. С. Сотскова, Госэнергоиздат, М.—Л., 1959.
42.	Правила 27—54 по применению и поверке расходомеров с нормаль-
ными диафрагмами, соплами и трубами Вентури, Комитет стандартов,
М„ 1954.
43.	П р е о б р а ж е и с к и й В. П. Теплотехнические измерения и при-
боры, Госэнергоиздат, 1946.
44.	Приборы контроля и автоматического регулирования, каталог, Тиз-
прибор, М., 1959.
45.	Приборы электроизмерительные, общие технические условия, ГОСТ
1845—59.
46.	П у л ь м а н о в Н. В. Дизель-компрессоры со свободнодвижушимися
поршнями, Машгиз, М., 1959.
47.	С и м а н о в и ч Г. М. Испытания двигателей Дизеля, ОНТИ, 1937.
48.	Смирнов А. А. Ремонт теплотехнических контрольно-измерительных
приборов, практич. руководство. 2-е изд., Гостоптехиздат, Л.— М., 1952.
49.	Сороко-Новицкий В. Н. Испытания автотракторных двига-
телей, изд. 4, Машгиз, М., 1956.
206
50.	Т у р и ч и н А. М. Электрические измерения неэлектрических величин,
Госэиергоиздат, М., 1959.
51.	Феей б ер г Я. М.. Кудрявцев И. С. Измерение пульсирующих
температур в выхлопных системах двигателей внутреннего сгорания. Труды
ЦНИДИ, вып. 25, Машгиз, М.— Л., 1954.
52.	Френкель М. И. Методика сравнения самодействующих клапа-
нов по статическим .характеристикам. Труды НИИХиммаш, вып. 18, Машгиз,
М„ 1954.
53.	Ф р е и к е л ь М. И. Циклограф — новый прибор для индицирования
и безинерционной записи циклически повторяющихся перемещений, дефор-
маций и сил, Труды НИИХиммаш, вып. 8, Машгиз, М.. 1952.
54.	Яковлев К- П. Математическая обработка результатов измерений,
Гостехиздат, 1953.
55.	Я к о в л е в Г. А., Сердюк В. К. Испытания быстроходных дви-
гателей, Машгиз, 1950.
56.	A. Augustin-Normand, Essais au banc des appareils propulsif
marins a generateurs a pistons libres et a turbines a gaz. Association Technique-
Maritime et Aeronautique, Paris, 1954.
57.	M о i г a u x. Испытания смазочных масел свободнопоршневого гене-
ратора газа GS-34, фирма СИГМА, Париж, 1959.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................3
Глава 1. Общие сведения об испытаниях свободиопоршневых генера-
торов газа
§ 1.	Устройство и особенности работы СПГГ.....................7
§ 2.	Взаимосвязь основных параметров........................	23
§ 3.	Задачи и особенности испытаний...................., . 38
Глава 2. Измерения основных рабочих параметров
§ 4.	Определение мощности.................................  46
§ 5.	Измерение	хода поршня	и	числа циклов...................50
§ 6.	Определение рабочих давлений.............................60
§ 7.	Измерение	температур....................................64
§ 8.	Измерение	расходов..................................... 68
Глава 3. Специальные виды измерений
§ 9.	Индицнрованне СПГГ ,...................................76
§ 10.	Измерение мгновенных температур газа и температур де-
талей СПГГ....................................................90
§ 11.	Запись движения пластины клапана компрессора и перемеще-
ний регулирующих органов СПГГ...............................
§ 12.	Отбор газа для анализа и оценка дымности выхлопа . . . 1
Глава 4. Оборудование экспериментальных установок
§ 13.	Стенды для испытаний основных узлов СПГГ..............
§ 14.	Стенд для .испытаний СПГГ на регулируемое сопло и экви-
валентную диафрагму.........................................
§ 15.	Оборудование для испытаний силовой установки с СПГГ . .
Глава 5. Проведение испытаний
§ 16. Подготовка испытаний. Измеряемые параметры и установка
режима................................................138
§ 17.	Программа испытаний..................................142
§ 18.	Особенности доводочных испытаний . ...................15S
§ 19.	Приемочные испытания.................................163
§ 20.	Испытания СПГГ в условиях эксплуатации совместно с га-
зовой турбиной.............................................167
-Глава 6. Методика обработки опытных данных
§ 21.	Определение составляющих баланса работ и теплового баланса 172
§ 22.	Исследование кинематики и динамики движения поршневых
групп. .....................................................177
§ 23.	Определение	параметров	двигателя......................1°2
§ 24.	Определение	параметров	компрессора	и	буфера...........195
§ 25.	Оформление результатов	испытаний и	определение погрешности 199
-Литература	,......................................................265
КОЛЮ ко ВАДИМ МИХАИЛОВИЧ
ИСПЫТАНИЯ СВОБОДНОПОРШНЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ГАЗА
Рецензенты: инж. С. А. Бершадский, инж. Н. Н. Князев
Научный редактор И. П. Воронов
Редактор И. И. Поляков
Художник Г. В. Дерябин
Технический редактор Н. В. Эрастова
Корректор Е. В. Ольховская
•Сдано в набор 1/VI 1961 г. Подписано к печати 20/Х 1961 г. Формат бумаги 60 X 9О'/«.
Фнз. п. л. 135/в (2 вкл.)	Уч.-изд. л. 13,5. Изд. № 1018-60.	М-39119.
Тираж 2000 экз. Цена 83 коп. Заказ № 3322.
Судпромгиз, Ленинград, ул. Дзержинского, 10
Типография № 4 УПП Ленсовнархоза. Ленинград, Социалистическая. 14
1
I
s
Рис. 3. Продольный разрез СПГГ 28/75 Луганского тепловозостроительного завода.
В. М. Колюко

Рис. 19. Т — S- и I —Т-диаграммы для одного моля продуктов сгорайия дизельного топлива состава С = 0,87, Н — 0,126 и О = 0,004 по теплоемкостям ВТИ
В. м. Колюко