《示功图的测录》PPT课件.ppt

示功图测取 一、测测取示功图图的目的 二、机械示功器的结结构和测图测图 原理 三、电电子示功器 四、示功图图的种类类和测测取 一、测取示功图的目的 示功图和示功图面积的含义 测取示功图的目的 示功图和示功图面积的含义 n示功图：是气缸工质压力随气缸容积或 曲轴转角变化的图形。 n用专门的测量仪器示功器测量（示功 器：测取气缸示功图的仪器） n由工程力学知，示功图的面积大小代表 了柴油机气缸内一个工作循环的指示功 的大小。 测取示功图的目的 n是研究柴油机气缸内工作过程完善程度的重 要依据（据此调整柴油机，来提高其经济性 、动力性、可靠性）： n研究缸内燃烧过程和放热规律； n计算缸内温度； n评估扫气过程； n确定最大爆发压力和压缩压力； n计算柴油机指示功率； n可作为柴油机动力计算和强度计算的资料； 二、机械示功器的结构和 测图原理 根据其工作原理不同，示功器可分为三类： 机械示功器： 螺旋弹（卷）簧式适用于低速机 等强度）柱簧式适用于中速机 电子示功器： 电阻应变式 压电式 电容式 电感式示功装置 气电示功器：不常用 A 压力感 受机构 B 转筒机 构 C 记录机构 1. 结构和工作原理 机械示功器的测图原理： 利用机械位移方法测量缸内压力和活塞 位移 A为压力感受部分： 感受部分：接受和反 映气缸内气体压力变 化情况 压力感受机构包括小 活塞5、活塞杆4及示 功弹簧1等，用来感受 缸内压力变化并以示 功小活塞位移输出 转筒机构： n包括绳索9、 转筒8，用来 反映柴油机 活塞位移 记录机构： n包括杠杆3 和画笔机构 2，具有平 行放大作用 ，画笔的自 由端装有笔 尖 MARK Indicator 由于示功器中小活塞的上下移动与柴油机气缸中的气体压力的变化 成比例，而转筒的转动也与柴油机活塞行程成比例变化，所以记录 笔尖在转筒记录纸上可以给出气缸内气体压力随活塞位移变化的图 形，即压力-容积示功图（-V示功图） 当测量示功图时，转 筒8上夹有示功纸并通 过绳索9由柴油机曲轴 或凸轮轴通过专设的 示功器传动机构带动 ，绕其自身轴左右偏 转，其偏转角位移量 正比于柴油机活塞位 移，即转筒转动的弧 长代表按比例缩小的 活塞行程的长度，反 映柴油机活塞的行程 。 示功器小活塞5 在缸内气体压力 推动下在小气缸 中上下移动，并 被弹簧力所平衡 。小活塞的运动 通过活塞杆带动 记录机构的传动 杆和画笔运动， 由记录机构反映 其位移量，即按 一定比例反映柴 油机气缸内变化 着的气体压力。 测量示意 2、示功器小活塞和弹簧的选择 n 为了使机械示功器能在 较广泛的压力范围内使 用，一般备有三套活塞 和一套不同刚度的弹簧 。 n可根据柴油机的最高爆 发压力pz值进行选择，以 便获得合适的示功图。 为了便于识别，分别在示功 气缸凸缘上用钢印注明 1/1、1/2、 1/5字样。 在测p-V示功图时均采用 1/5小活塞，当测取反映 进、排过程的弱弹簧示功 图时采用1/1小活塞。 标号名称直径面积 1/11/1标准小活塞20.27mm322.535mm2 1/21/2标准小活塞14.35mm为1/1活塞的 1/2 1/51/5标准小活塞9.06mm为1/1活塞的1/5 n示功弹簧用弹簧比例M标记。示功弹簧的弹簧比 例单位为mm/MPa，它表示缸内压力每变化lMPa时 弹簧的变形量(mm)，弹簧比例越小，弹簧越硬。 n弹簧比例的选择应根据所选定的小活塞标号和柴 油机气缸内的最高爆发压力pz大小来选择 n通常，示功弹簧上所标弹簧 比例M乃对1/1标准活塞而 言，如该弹簧用于1/5小活塞 ，其相应的弹簧比例变为M=M /5 n因其受压面积减小5倍，其所 受总压力降低5倍，使其弹簧 变形也减小5倍。故其相应的 弹簧比例变为M=M /5。 选择弹簧时应注意使示功图具有合适的高度，就 是使测取的示功图的最大高度接近于示功图纸的高 度（图纸高一般为50mm ，hmax=pzM ） 或使示功弹簧的允许最高压力稍高于缸内的最 高爆发压力，以保证示功图的精确度。 通常测取p-V示功图时弹簧比例与爆压的关系： 弹簧比例M（mm MPa） 876543 最高爆发压力 pz（MPa） 6.07.08.010.012.515.0 一般测缸内爆压的p-V示功图，用硬弹簧（ 低弹簧比例）、15小活塞； 测取换气过程的弱弹簧示功图时用软弹簧 （高弹簧比例）、11小活塞。 3.示功器传动机构 n作用： n正确反映柴油机活塞的运动规律 n将活塞的行程按比例地缩小，并传给示功器转筒机 构 n要求: (1)柴油机活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应，且略小 于转筒周长。 (2)转筒的转动必须严格地与柴油机活塞的运动相对应，以便正确 反映柴油机活塞运动规律。 n类型： n曲柄式、杠杆式、凸轮式 三种传动机构（用于大型低 速柴油机） 4.机械示功器的优缺点和适用范围 n固有缺陷： n因强度要求感受缸内压力和反映活塞位移部分具 有一定的质量，会产生较大的运动惯性力； n因灵敏度要求弹簧刚度不能太大，使自振频率很 低，不适于高速柴油机，只适于低速机和部分中速 机（采用螺旋形卷弹簧，低于400rmin；采用等 强度柱形弹簧，可用于7001000r min ） n适用范围：大型低速柴油机作随机测试仪表， 供监控柴油机运转使用。 5.示功图的测取方法及注意事项 n使用前应对示功器进行检查和保养 n当示功器与传动机构之间的距离大于1.5m时，应选用钢 丝软绳； n使柴油机负荷稳定； n选择适宜的海况和气象条件； n示功器安装前先打开示功阀吹净通路中的积炭及杂质； n示功器安装后，先在记录纸上画出大气压力线； n测取满意后，应注明日期、缸号、转速、排温、油门格数 、弹簧比例；记录气候、风力、风向、潮流、吃水、船速 等 n每缸测取两个，测取56个示功图后拆下示功器进行冷却 n测量完毕，对示功器进行彻底清洁和保养。 n在船测录 二、电子示功器 组成： 传感器测量非电量并按一定比例转换成 相应的电量输出 测量电路由压力传感器决定不同的测量 电路放大器 记录显示装置进行观察或打印。 按压力传感器不同分类： 电阻应变式（压电式、电容式、电感式） 示功装置 传感器 n测取缸内的气体压力传感器：电阻应 变式或压电式 n测取曲轴转角曲轴转角发生器：磁电 式或光电式需装两个（其一定上止点 ，其二测量曲轴转角） 1.电阻应变式示功装置 n系统方框图 n电阻应变式压力传感器的结构 电阻应变式 压力传感器 应 变 仪 显示 记录 装置 被测压力信号 应变片的电阻值 电阻值的变化 放大成所需的电 压或电流信号 2.压电式示功装置 n系统方框 图 压电传感器 前置 放大器 示 波 器 放大微弱信号 将传感器的高阻抗 低阻抗输出 3.电子示功装置的标定 n为了得到满意的测量精度，应特别重视 上止点位置的确定和对压力传感器的定 期标定。电子示功装置的标定包括： n压力值标定 n曲轴转角(时间坐标)标定 压力值标定分为： n静态标定：向测量系统输入稳定的标定压力 信号，通过调节电荷放大器或者应变仪的线 性度，使其输出的压力信号误差满足精度要 求。 n动态标定：随机标定是对传感器输入已知频 率及幅值的压力信号或者通过激波管产生一 阶跃压力，记录它的输出或者根据它的输出 曲线求出其频率响应特性，以便在使用时根 据它的输出响应得到准确的输入压力信号。 n随机标定：是在测量过程中，对一整套动态 压力测量装置进行标定。 曲轴转角标定 n是指给出具有一定精度的上止点记号和 已知频率的时标标记或曲轴转角标识。 n理论与实践指出，上止点标记明显影响示 功图计算的准确度。若上止点有lCA误差 ，则示功图计算有5.5%的误差，因而 要求上止点标识误差满足 0.2CA0.5CA的要求。 n对于运转的多缸柴油机确定上止点，一般 通过暂时单缸停油法测录。 4.电子示功装置的优缺点及适用范围 n突出优点是： n固有频率高，频率特性宽。适用于低、中、高速 柴油机使用，测量误差小于1%。 n电子示功装置灵敏度高，线性好，但它易受外界 干扰影响。 n适用范围： n电子示功装置既可测取单个循环示功图，又可测 取多循环平均示功图。 n它与计算机组成一套完整的多参数综合测量系统 ，可实现对柴油机的远距离监测、数字显示及自 动控制，完成对柴油机的诊断、趋向预报等监控 技术。 固有频率高，频率特性宽 n即具有良好的高频特性，如电阻应变式 的固有频率可达数十千赫，压电石英式 可高达数百千赫（频响特性最好）。 n固有频率如此高的传感器与适当的测试 环节匹配可获得良好的频响特性。 易受外界干扰影响 n对测量电路要求较高，需设补偿装置： 如电源电压波动、电磁场干扰、环境温 度变化等均影响其工作稳定性 三、便携式PMI系统 n由MAN-B&W公司生产。 适用于转速低于900rpm， 压力为022.5MPa。系统 的总精度为3% n优点： n使用方便，只需单人操作 n灵敏度高的压力传感器和 PMI控制单元； n适合单机和多机装置的通 用触发系统； n快速准确的测量结果，一 整套测量结果仅需时不到 10min； n与传统的示功装置比较， 有极好的精度。 n使用压电传感器和发光信号采集器（LE采集器）同步 对柴油机压力和转角的测量 nPMI控制器和连接箱都有通讯界面，以采集和自动传 输数据到集控室的计算机，计算机内须安装随PMI系 统供应的适用软件。 n在计算机上显示三种不同的图： n p-j图 np-V 图 n平衡图：pc、pz、 pi，p n用表格形式显示： n对四冲程机：pc、pz、 pk，n n对二冲程机：pc、pz、 pk，n， pi， Pi n以“0-图”和“E-负荷”自动对各缸上止点进行修正： nPMI系统用一套“0-图”参考来确定TDC（让柴油机在 50%70%负荷下运行，在停掉待测气缸燃油情况下测得的 循环气缸压力）； n用“E-负荷”参考值来修正曲轴因传递扭矩而产生的扭转变形对 上止点的影响（是在柴油机维持常用油门的情况下测得的循环 气缸压力）。 四、示功图的种类和用途 p-V 示功图 p-j 展开示功图 p-V 转角示功图 手拉展开示功图 纯压缩示功图 梳形示功图 弱弹簧示功图 小结 n根据测量的不同目的和任务，用示功器 可测取完整的： np-V示功图 np-V转角示功图 n不发火的纯压缩示功图 n梳形示功图 n弱弹簧示功图 np-j展开示功图 可用电子示功器测取 可用机械示 功器测取 p-V示功图 np-V 图 n用来计算柴油机平均指示压力、指示功率； n调整各缸负荷的均匀性； n量取最高燃烧压力； n判断各缸燃烧情况等。 p-j展开示功图 p-j 图由气电示功器和电子示功器测 得 用于： 计算柴油机的指示功率 评估燃烧和与扫气过程 经过适当计算、整理可算得滞燃期长短 压力升高率 燃烧放热规律 测定发火角 测取pz和pC p-V 转角示功图 p-V 转角示功图 调整曲柄式传动机构中的小曲柄使其超前所测气缸 的曲柄82左右，在此情况下可测得p-V 转角示功 图。 此时，传动机构小活塞的运动速度较大，则可用较 快的小活塞运动速度反映较快的压力变化，从而将 上死点附近的燃烧曲线在横坐标方向放宽，以利于 分析研究柴油机燃烧过程的情况。 示功图已经失去原形，不能用于计算柴油机功率， 只能用来分析燃烧过程的进行情况 在杠杆式和凸轮式传动机构上较难画出转角示功图 。 手拉展开示功图 n用于不能测取转角示功图的柴油机上， 为研究燃烧过程和判断发火时刻的早晚 n配合p-V示功图研究燃烧过程 n手拉展开示功图 纯压缩示功图 n纯压缩示功图 n这种示功图是在停油状态下测取，用以分 析气缸压缩情况，及判断传动机构和传动 状态的正确与否。 n为正常的纯压缩示功图。图中压缩过程的 曲线上升之后，又从最高压缩压力点C回 降下来，膨胀曲线会比压缩曲线稍低一些 。 梳形示功图 n为了检查压缩终点压力pc和最高燃烧压 力pz，用手慢慢拉动示功器转筒，可测 绘出多条压缩压力线(在该缸单独停油 时)或最高燃烧压力线。这种图形好象 梳子，所以称为梳形示功图。 n梳形示功图 弱弹簧示功图 在用机械示功器测取p-V示功图时，由于所 用弹