Испытания двигателей внутреннего сгорания

 

    1.1. Лаборатория для испытаний двигателей

В стационарных условиях двигатели внутреннего сгорания испытывают в отведенных для этой цели и соответствующим образом оборудованных помещениях (боксах) на специальных установках – стендах.

Стенд для испытаний должен иметь следующие основные агрегаты:

ü устройство для установки и закрепления двигателя;

ü тормозную установку;

ü устройство для соединения двигателя с тормозом;

ü устройство, обеспечивающее охлаждение двигателя;

ü устройство для отвода отработавших газов за пределы бокса;

ü устройство для питания двигателя топливом;

ü органы управления двигателем;

ü пульт управления двигателем и приборы для проведения измерений.

Лаборатория для испытаний двигателей размещена в здании, специально спланированном именно для таких целей. Инженерное оборудование рассчитано и спроектировано таким образом, что к каждому объекту испытаний подается потребное количество электроэнергии, воды, воздуха и топлива. Помещение оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией, канализационными коммуникациями, устройствами для эффективного глушения шума отработавших газов двигателей, подъемными и транспортными средствами.

Испытательный бокс разделен на моторную часть, в которой установлен испытуемый двигатель, и пультовую для испытателей (рис.1). Последняя вынесена в общий зал для наблюдений. Благодаря этому обслуживающий персонал оказывается в помещении, изолированном от моторной части бокса, и может работать в спокойных условиях, управляя двигателем на расстоянии. Визуальное наблюдение за работающим двигателем ведется через застекленный проем в звуконепроницаемой перегородке.

Для повышения эффективности гашения шума стены лаборатории облицованы панелями из пористых материалов. В порах звуковые волны вызывают колебания воздуха, и вследствие возникновения внутреннего трения звуковая энергия колебаний частично преобразуется в тепло. 

Моторный бокс оснащен кран-балкой с электрической талью. Испытуемый двигатель установлен на подмоторную плиту и муфтой соединен с электрической тормозной машиной постоянного тока, которая сблокирована с устройством (динамометром) для замера крутящего момента. В боксе размещены также масляный и водяной радиаторы, с помощью которых поддерживают необходимый тепловой режим испытуемого двигателя. Приемники отработавших газов соединены с выпускным трубопроводом, который заглублен до 3м и с небольшим уклоном выведен в общий коллектор выпуска отработавших газов. Кроме слесарного верстака, в моторном боксе нет другого вспомогательного оборудования, а электрические агрегаты, обслуживающие тормозную машину, размещены в отдельном помещении лаборатории – умформерной, т.е. вынесены за пределы бокса.

В помещении для наблюдений у застекленного звуконепроницаемого проема стены расположены пульт управления установкой, приборный шкаф и осциллограф для записи параметров быстротекущих процессов. Силовые шкафы, умформер, компрессорное оборудование, водо-маслоотстойники, ресивер, холодильник и другое вспомогательное оборудование испытательной установки размещены в техническом подвале лаборатории.

Лаборатория оснащена приточно-вытяжной вентиляцией. Вентилятор всасывает воздух через калорифер и подает его в камеру ввода в помещение, в которое он поступает через отверстия в верхнем перекрытии. Из помещения воздух отсасывают вентилятором через решетку зоны испытательного стенда в шахту, расположенную под стендом в подвальном помещении. Далее воздух поступает в камеру и по воздуховоду выбрасывается в атмосферу. При такой системе вентиляции, которую широко используют в лабораториях двигателей, пары топлива и масла надежно и полностью отсасываются из помещения сразу же от источника их возникновения.

Известно, что вибрации в помещении испытательной установки возрастают с увеличением амплитуды колебаний фундамента стенда и не только нарушают работу измерительной аппаратуры установки, но в определенных условиях — при возникновении резонанса между частотой колебаний фундамента стенда и здания — могут вызвать разрушение здания или его стен. Для уменьшения вибрации самого здания, в котором расположена лаборатория, фундамент стендов выполнен в виде монолитного бетонного блока, не связанного жестко с фундаментом здания. Под лабораторией находится технический подвал, фундамент стенда закладывают в помещении подвала и выполняют его в виде шахты с массивными стенками.

На подготовленный фундамент укладываются массивные стальные подмоторные плиты и крепят их анкерными болтами. Наиболее удобными являются литые чугунные плиты, на рабочей стороне которых сделаны Т–образные продольные пазы под головки болтов крепления опорных стоек. Благодаря этому стойки перемещают вдоль и поперек плиты, выбирая для них место с учетом габаритов испытуемого двигателя. Стойки отливают из чугуна или выполняют сварными из стального проката и снабжают специальными суппортами, которые с помощью грузового винта можно перемещать вверх или вниз и фиксировать в нужном для двигателя положении.

Двигатель внутреннего сгорания и тормозная установка связаны муфтой, выполненной в виде короткого двухшарнирного карданного вала автомобильного типа с телескопическим шлицевым сочленением одной из вилок шарнира с наконечником вала.

Рис. 1. Элементы лаборатории для испытаний двигателей  А – моторная часть; Б – пультовая для испытаний; 1 – пульт управления двигателем; 2 – водо – масляный теплообменник; 3 – приемник отработавших газов; 4 – подмоторная плита; 5 – опоры электродвигателя; 6 – фланец для подключения второго двигателя; 7 – весовое устройство; 8 – электродвигатель постоянного тока; 9 – соединительная муфта (карданный вал); 10 – испытуемый двигатель; 11 – патрубок, соединяющий ресивер со впускным трубопроводом; 12 – ресивер расходомера воздуха; 13 – расходомер воздуха; 14 – зубчатый диск для измерения частоты вращения роторов газового счетчика; 15 – штихпробер (мерные колбы для измерения расхода топлива); 16 – градирня (бак системы охлаждения); 17 – контрольные и измерительные устройства; 18 – органы управления; 19 – зубчатый диск для измерения частоты вращения коленчатого вала.

Успешное проведение как типовых, так и исследовательских испытаний немыслимо без тщательного соблюдения принятого теплового режима. Нарушение теплового состояния оказывает влияние на величину внутренних потерь в двигателе, на процессы приготовления рабочей смеси и тепловые потери, что неизбежно отражается на мощностных и экономических показателях двигателя. Поэтому испытуемый двигатель оснащен устройствами, позволяющими поддерживать нужную температуру жидкости и смазочного масла.

 

Рис. 2. Система охлаждения стенда 1 – сливной трубопровод; 2 – градирня; 3 – подвод воды от двигателя; 4 – отвод воды к двигателю; 5 – подающий трубопровод; 6 – вентиль; 7 – опора.

Система охлаждения ДВС при стендовых испытаниях, в соответствии с требованиями ГОСТ, не должна иметь элементы повышенного гидравлического и аэродинамического сопротивления, такие как радиатор и вентилятор. В связи с этим быстрый прогрев двигателя, поддержание его теплового режима и охлаждение осуществляется по схеме, представленной на рис. 2.

Вода из водопроводной сети при открытии вентиля 6 поступает в подающий трубопровод 5, из которого через вертикально расположенные в нем отверстия выливается в градирню 2. Градирня устанавливается рядом с двигателем на опоре 7 с таким расчетом, чтобы уровень воды в ней всегда был выше рубашки охлаждения двигателя. Далее вода через выход 4 под гидростатическим напором подается в двигатель и после его охлаждения под напором водяного насоса двигателя возвращается в градирню 2 через вход 3. В градирне нагретая вода смешивается с более холодной и охлаждается. Таким образом, осуществляется непрерывная циркуляция воды по замкнутому кругу с охлаждением в градирне. Регулирование теплового режима обеспечивается количеством воды с помощью вентиля 6. При превышении уровня воды в градирне выше сливного трубопровода 1 лишняя вода сливается в канализационную сеть, что позволяет интенсифицировать охлаждение двигателя за счет постоянного притока холодной водопроводной воды.