毕业论文-PMI系统及其在“育鲲”轮上的应用

1、大连海事大学装.装.订线二 一 年 五 月PMI系统及其在“育鲲”轮上的应用专业班级： 轮机2006-10班姓 名： 指导教师： 轮机工程学院内容摘要摘要：示功图是研究气缸内工作过程的完善程度的重要依据，也是用来计算柴油机指示功率的依据，还可以作为柴油机动力计算和强度计算的资料。因此在柴油机测试中示功图的测取占有非常重要的地位。本文介绍了一种简单快捷的测取示功图设备PMI系统。介绍系统的组成和此系统测量示功图的方法，并对船上实际所测的示功图进行了计算分析，最后总结了PMI系统操作中需要注意的几点。关键字：示功图，柴油机，PMI系统。ABSTRACT: Indicator diagram is

2、a important foundation to research work level in cylinder and is basis to calculate indicated power of diesel engine, also is data for propulsion and intensity calculating. So measure the indicator diagram hold a very significant status during engine test. This article introduce a convenient install

3、ation PMI program, which is used to test indicator diagram .Both its components and method to measure indicator diagram are discussed in essay. Analysis a actual diagram and calculate indicated power. Summary the some important points during operating PMI program. Keywords: indicator diagram, diesel

4、 engine, PMI program. 目 录1 前言12 船舶示功图测量的仪器简介13 PMI系统的简介 2 3.1 PMI系统的组成 2 3.2 PMI系统的工作原理 54 PMI系统的参考图 5 41 0图的测量 5 42 E负荷的测量6 43 检查和编辑参考值测量 6 5 实际示功图的测量 76 对所测示功图的计算和分析 87 结论 11附图图1. PMI系统组成图 2图2.育鲲轮PMI系统中的压力传感器3图3.育鲲轮PMI系统中的控制器3图4. 育鲲轮PMI系统中的角度译码器和频率分配器4图5. 育鲲轮PMI系统中的接线盒4参考文献111. 前言：示功图是气缸内的工质压力随气缸容

5、积或曲轴转角变化的图形。它通过专门的测量仪器示功器进行测量。由工程热力学可知，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。通过示功图可研究缸内的燃烧过程、燃烧放热规律，计算缸内温度，评估扫气过程，计算柴油机指示功率，确定柴油机最大爆发压力和压缩压力等等。由于它能以图像形式显示缸内的工作过程，因此在柴油机的测试中，示功图的测取占有非常重要的地位。通常应定期测取运转柴油机的示功图，且对测取的示功图进行计算和分析。根据计算和分析的结果来判断柴油机的工作性能，并可对其进行适当的调整，保证柴油机能在最佳的状态下运转，提高其经济性、动力性和可靠性。2. 船舶示功图测量仪器的简介：船舶上使

6、用的示功器可分为机械示功器、气电示功器以及电子示功器三类。机械式示功器是一种使用较早的示功器，目前在低速和部分中速柴油机上仍在使用，它是利用机械位移方法测量缸内压力和活塞位移。机械示功器由于它利用机械位移方法进行测量，必然带来机械式测量仪器的固有缺陷，如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。随着现代科学技术的迅速发展，利用电子示功装置已十分普遍，尤其在现代柴油机的监控技术中均采用电子示功装置来分析研究柴油机缸内的工作过程。电子示功器由传感器、测量电路和记录显示装置等三大部分组成。它是利用电子技术，通过各种形式（如电阻应变式、压电式、电容和电感式）的传感器把缸内的

7、气体压力、曲轴转角等非电量按一定比例换成相应的电量输出，经放大器等中间环节输送到记录显示装置进行观察或打印。在柴油机测试中，通常使用压电式或电阻式传感器测量气缸内压力，使用磁电式或光电式曲轴转角发生器反映曲轴转角的变化。在电子示功装置中，压力传感器是一个核心环节，不同的压力传感器决定着不同的测量电路。电子示功装置的突出优点是固有频率高，即具有良好的高频特性，它适用于低、中、高速柴油机使用，测量误差小，灵敏度高，线性好，但它易受外界干扰的影响。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。它也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程监测、数字显示和自动控制，完

8、成对柴油机的诊断、趋向预报等监控技术。因而，电子示功装置在现代自动化传播中应用广泛。3. PMI系统的简介：3.1 PMI系统的组成： PMI系统的组成如下图所示： 图1 PMI系统图PMI系统部件组成： 压力传感器 电脑转换器接线盒PMI控制器 压力传感器 电脑转换器接线盒PMI控制器 频率转换器频率转换器 角度译码器 角度译码器 育鲲轮上PMI部件的实物图如下所示： 图2压力传感器 图3PMI控制器 图4角度译码器和频率分配箱 图5接线盒 PMI系统是MAN B&W公司生产的用于柴油机气缸压力测量，该系统为轮机员提供了一种程序化的工具以测量和分析气缸压力。它适用于的最高柴油机转速为900r

9、/min，适用的压力为022.5MPA。系统的总精度为3%。便携式PMI系统的优点有：使用方便，只需单人操作;灵敏高效的压力传感器和PMI控制单元；适合单机和多机装置的通用触发系统；快速准确的测量结果，一套完整测量结果仅需不到10分钟；与传统的示功装置比较有极好的精度。 这种系统使用的是性能良好的压电式传感器，传感器安装在汽缸盖的示功阀上，用于气缸压力的测量。在对各缸的测量过程中，传感器从一个气缸移到另一个气缸需要手动操作，传感器只是短时遭受燃烧室恶劣条件的影响，这种方式使其能够可靠和稳定的工作。收集和储存在PMI系统数据库内的气缸压力测量结果在计算机上可以用三种不同的图来显示，即P图、PV图

10、和平衡图。P图是气缸内压力随曲轴转角变化的图；PV图是气缸内压力随相对气缸容积变化的图；平衡图显示各缸的压缩压力Pcom、爆发压力Pmax和平均指示压力Pi.在计算机显示平衡图时，显示界面上还会给出各缸压力的平均值以及各缸压力与平均值的差值。 除图形外，PMI系统的计算机还可以用表格的形式显示测量结果。在表格中对四冲程柴油机和二冲程柴油机都有压缩压力、爆发压力、扫气压力和转速这样一组数据。对于二冲程柴油机还有平均指示压力和有效功率。3.2 PMI系统工作原理： 压力传感器接在示功阀上检测气缸内的压力信号，压力传感器与PMI控制器连接，控制器是系统控制测量的遥控神经中枢。压力信号送到接线箱，角度

11、译码器检测到曲轴转角的信号首先送到频率分配器，然后也到接线箱。信号一起送到转换器经过模数转换后在电脑上显示测量的结果。在测量的中为了精确的反映整个循环气缸内压力的变化，传感器检测压力必须要与柴油机运转同步。 4. PMI系统参考图：4.1 0图的测量：0图的测量：PMI系统用一套“0图”参考值来确定上止点，一般对于给定的柴油机在安装PMI系统时测量一次“0图”参考值即可，对于主机参考图的测量要在深海且海面平静的海况下进行，测量过程中要求不能改变舵角，船舶航线不能改变。0图测量的步骤如下：1：主机在50%75%的负荷下工作2：打开PMI程序检查主窗口标题栏上显示的主机名称3：在工具菜单中选择“起

12、动”PMI系统将检测系统的联系，开始对话框中状态线上将闪烁红色的标记，多一段时间后红色变成绿色，这表明系统准备完毕。注意：如果系统一直显示红色标记可能是PMI控制器和压力传感器还没有接到主机上。4：如果还没接好，则把压力传感器接到PMI控制器上再把PMI控制器接到接线箱上。注意：通常是先把压力传感器接到PMI控制器上再把控制器接到接线箱上，当控制器有电时接压力传感器会损坏控制器。5：把主机的燃油高压油泵的油焖齿条指数设为0（或是提升高压泵的滚轮，这取决于主机的类型）关闭待测气缸的燃油。6：把压力传感器安装在1#气缸的示功阀上然后打开示功阀。当PMI控制器上的绿灯闪烁时表明系统准备好测量，测量前

13、一定要确保气缸停油超过两分钟，这样可以得到稳定的压缩压力。7：按下PMI控制器上的绿色开始按钮开始测量，绿色开始按钮再次闪烁的时候表明测量完成。8：迅速关闭示功阀，恢复高压油泵油门齿条指数（或降低高压油泵的滚轮，这取决于主机类型）9：移走压力传感器，安装到下一个待测的气缸示功阀上。注意：在移走压力传感器前一定要示功阀是否关闭，以免高温气体会灼伤工作人员。10：重复上述的步骤5到9，只到测完全部的气缸。11：测量完毕后回到电脑按下ESC或者在工具菜单中选择停止测量，或者也可以把PMI控制器从接线盒上卸下来停止测量。如果想先不返回电脑而继续进行其他的测量这种方法很有用。这样做只有当控制器上的绿灯亮

14、着的时候卸下控制器再等待至少10秒才能重新接上控制器，这一点很重要。停止测量后系统自动的把数据存储在PMI系统的数据库中。4.2 E负荷的测量曲轴因传递扭矩而产生的扭转变形会影响上止点，为了修正这种影响，PMI系统需要一套在恒定负荷下的测量结果作为参考值，即“E负荷”参考值。“E负荷”参考值是在柴油机维持常用油格的情况下测得的循环气缸压力。它的其他测量步骤跟“0图”测量步骤一样。4.3 检查和编辑参考值测量为了确保“0图”“E负荷”测量值为以后修正压力测量所用，它们必须重命名并作为系统的默认值。这个过程如下：1：在文件菜单中选择“打开测量”在对话框中选择要设置的0图2：选择测量点击对话框中工具

15、栏中的“观测”图标可以观测每个缸的测量结果，每个缸的压力曲线会显示在对话框的右侧。3：每个缸都有对应的一个显示，并且它们的曲线形状要大体的相似。如果气缸没有显示曲线或者它们的曲线变形太大测量必须重新进行，如果一个气缸有多条压力曲线显示则在编辑气缸观测对话框下方点击删除钮把没用的多余曲线删除。注意：删除以后不能恢复4：所有的曲线都检查正确后点击关闭钮，回到“打开测量”对话框然后点打开钮打开测量。5：在视图菜单中选择“计算值”检查每个气缸的平均指示压力Pi都是负值。负值表明所测的气缸中没有燃油燃烧，这也是“0图”测量要必需的。如下的表格是“育鲲”轮实测的“0图”数据。 育鲲轮“0图”测试数据如果所

16、测的气缸平均指示压力Pi是正值可能原因有：高压油泵油门齿条指数没有调到0油门齿条指数调到了0但是测量前等待的时间不够，气缸中可能残留的燃油没有完全燃烧。油门齿条指数调0但是喷油器漏油而导致气缸中有燃油燃烧。 如果出现了上述的情况必须纠正可能原因后重新测量。6：回到“打开测量”对话框点击工具栏中的编辑指令。7：点击“编辑测量”对话框中的测量区域重命名0图比如：ODIAG_64_100411_1549名称的前五个字母表示文件类型，接下来的三个表示主机的负荷，再接下来的七个表示测量存储的日期，最后五个表示测量存储的时间。8：打开测量区域下方的列表框重新设置使它们空白，以后不在参考以前的0图和E负荷。

17、9：填入合适的主机扫气压力值，点击确认关闭编辑对话框保存对参考值的更改。注意：如果没有扫气压力值显示，系统会自动估计这样须设为010：检查E负荷参考测量并检查如上述步骤到9注意：步骤5只针对0图测量所需要，E负荷可以忽略。E负荷的重命名可以如下：ELOAD_64_100411_162211:点击确认关闭编辑对话框保存对参考值的更改。12：在文件菜单中选择“打开主机”运行工具栏中的编辑。13：在编辑“主机数据”对话框右下方打开“0图”列表框选择0图参考测量14：打开E负荷列表框选择E负荷参考测量。15：点击确认退出“编辑主机数据”和“打开主机”对话框并保存新的0图和E负荷作为默认值。5实际示功图

18、的测量方法对于运转的柴油机应定期测录柴油机的示功图，并根据对所测的示功图进行计算和分析来判断运转柴油机的工作状态是否良好。PMI系统在船舶上测量示功图的方法步骤如下所述：开启计算机并启动PMI系统。检查打开的主窗口标题栏上是否显示正确的主机名称，如果没有显示则在文件菜单中选择“打开主机”。在工具菜单中选择“启动”，PMI系统将自动检查硬件的连结情况，通过它的检查可以反映系统的连结是否完整。在视图菜单中选择“测量状态”。起初显示面板是灰色，当相应气缸完成测量后面板变成绿色，除此之外各缸测量的次数也在面板上显示。把压力传感器安装到PMI控制器上，再把PMI控制器接到接线盒上。等待主机负荷均匀且稳定

19、，当PMI控制器上的绿灯闪烁时表明系统准备完毕。把压力传感器安装在待测气缸的示功阀上，过后打开示功阀。按下PMI控制器上的绿色开始按钮，开始测量。当绿灯再次闪烁时测量工作完成。移走压力传感器，安装到下一个待测气缸只到测量完成。注意：通常在移走压力传感器前一定要检查示功阀是否关闭，如果忘关高温气体可能灼伤工作人员。6.对所测示功图计算和分析6.1示功图分析示功图分析是把所测的示功图与柴油机正常示功图进行比较，找出它们之间的差别，判断柴油机工作过程的优劣以及产生偏差的原因，以进行必要的调整，使柴油机保持在良好的技术状态下运行。正常示功图是在柴油机技术良好时测取的，通常由柴油机说明书或试航报告提供。

20、正常示功图有以下特征：工作过程曲线比较圆滑，曲线过渡处无锐角或突变形状。工作过程各主要特性点的数值，如最高爆发压力、压缩压力等应符合说明书或试航报告的规定。工作过程曲线无异常波动现象。示功图尾部形状应符合不同的扫气形式的正常轨迹。船舶上常出现的工作过程不正常因素有以下几种，它们的示功图大体特点如下：燃烧太早：它的示功图特点有最高爆发压力增大，高于正常值，压力上升曲线陡峭，示功图的头部尖瘦，燃烧曲线过早的脱离压缩曲线发火点提前。 产生燃烧过早的原因主要有：喷油定时提前、喷油器的启阀压力降低。燃烧太晚：它的示功图特点有最高爆发压力明显降低，示功图头部圆滑，发火点后移，甚至在上止点后发火。产生燃烧太

21、迟的原因有：喷油定时滞后、喷油器启阀压力过高、喷油泵吸入阀或缓冲器故障、喷油泵漏油、改用劣质燃油时没有调整（增大）喷油定时等等喷油器喷孔堵塞：它的示功图特点有最高爆发压力降低、膨胀曲线升高、示功图的头部出现波动。气缸内空气不足：它的示功图特点有最高爆发压力和压缩压力都降低、膨胀线和压缩线均降低，有时可能出现波动、示功图面积减小，指示功率降低，排气温度升高。产生的原因一般都是气缸漏气、扫气空气供应不足、增压器进气滤器堵塞等等。下图为最近“育鲲”轮所测的示功图 实测的示功图P对比柴油机说明书提供的示功图，本次所测的示功图整体很正常，工作曲线比较的光滑，没有出现那种突变的形状。从图上我们可以看到柴油

22、机运行正常没有出现波动的现象。 每个气缸的具体情况见下面的两个平衡图： 每个缸的指示压力与平均值的偏差 每缸的压缩压力和爆发压力与平均值的偏差图 通过所测的示功图和两个平衡图我们可以看到“育鲲”轮的柴油机运行情况较好，主机处于良好的技术状况。但是很明显二号缸的指示压力偏离平均值较大。并且根据图表可以看到二号缸的指示压力是低于平均值，我们船上是因为燃油喷油泵漏油导致这个现象。并且在主机运行的时候二号缸的两根高压油管脉动比较大。6.2示功图的计算在船舶上对于运行的柴油机，通常根据示功图计算出每个缸的平均指示压力值，然后代入功率的计算公式则可以求出每个缸的指示功率。6.2.1平均指示压力的计算方法：

23、对于平均指示压力一般运用面积仪法和十等分法，面积仪法运用的是面积仪沿示功图均匀走一圈即可获得示功图的面积。示功图的面积除以示功图的长度即可得到示功图的平均高度再除以示功器的弹簧比例就可得出平均指示压力。而在没有面积仪时我们可以采用十等分法：将示功图长分为十等分，量出各等分点上的示功图高度。在距上下止点L/40附加两个示功图高度。这样得到示功图平均高度再除以示功器弹簧比例也可得到平均指示压力。6.2.2功率的计算:根据指示功率的计算公式Pi=cpn这样可以求出气缸的指示功率。式中的Pi:指示功率C:气缸常数、P：指示压力、n：主机转速。育鲲主机的气缸套直径：350mm、 活塞行程：1400mm.根据汽缸常数的计算公式c=VsM/60000代入相应的数据可求出育鲲的汽缸常数c下表格为育鲲实测的气缸工作时的数据 育鲲轮实测的气缸工作数据根据