《柴油机测试技术》ppt课件

1、第六章第六章 转速、扭矩、功率丈量转速、扭矩、功率丈量 转速、扭矩、功率是柴油机运转工况的关键数据转速、扭矩、功率是柴油机运转工况的关键数据, ,是表征动力机械性能的重要技术参数是表征动力机械性能的重要技术参数. . 船舶柴油机运转监测以及开发新型柴油机船舶柴油机运转监测以及开发新型柴油机, ,需求对需求对转速、扭矩、功率参数进展准确丈量转速、扭矩、功率参数进展准确丈量. . 本章结合柴油机运转监测和实验室的运用条件本章结合柴油机运转监测和实验室的运用条件, ,引引见见: : 一、转速丈量一、转速丈量 二、功率丈量二、功率丈量 三、扭矩丈量三、扭矩丈量第一节第一节 功率丈量功率丈量 有效功率有

2、效功率PePe是柴油机最重要的性能参数之一是柴油机最重要的性能参数之一, ,有效有效功率的测定属于间接丈量。如测出输出轴上的扭矩功率的测定属于间接丈量。如测出输出轴上的扭矩和转速和转速, ,那么有效功率那么有效功率: :MeMe柴油机的输出扭矩，柴油机的输出扭矩，NmNmn n柴油机输出轴的转速，柴油机输出轴的转速，r rmin min 丈量输出轴扭矩设备丈量输出轴扭矩设备: :1 1、吸收功率型、吸收功率型( (测功器测功器):): 吸收柴油机发出的全部功率吸收柴油机发出的全部功率, ,如水力测功器、电如水力测功器、电力测功器力测功器, ,用于台架实验。用于台架实验。2 2、不吸收功率型、不

3、吸收功率型( (扭矩仪扭矩仪) )： 利用输出轴改动变形来丈量扭矩利用输出轴改动变形来丈量扭矩, ,也称传送式测功也称传送式测功器器, ,如钢弦式扭矩仪、电阻应变式扭矩仪。如钢弦式扭矩仪、电阻应变式扭矩仪。)(9550kwnMPee测功器测功器功能功能: 柴油机在台架实验中用测功器来丈量输出扭矩柴油机在台架实验中用测功器来丈量输出扭矩,此时此时测功器作为负载测功器作为负载,并经过测功器对测定工况进展调理并经过测功器对测定工况进展调理.构造构造: 测功器由制动器、测力机构和测速安装等部分组成测功器由制动器、测力机构和测速安装等部分组成. 制动器调理柴油机的负载制动器调理柴油机的负载,并同时把所吸

4、收的柴油机功并同时把所吸收的柴油机功率转化为热能或电能率转化为热能或电能. 测力机构和测速安装那么分别丈量柴油机输出扭矩及测力机构和测速安装那么分别丈量柴油机输出扭矩及其相应的输出轴转速其相应的输出轴转速.现代测功器还有一套自动调理和现代测功器还有一套自动调理和控制系统控制系统.类型类型: 测功器通常按制动器任务原理的不同来分类测功器通常按制动器任务原理的不同来分类,水力测水力测功器和电涡流测功器是目前用得最多的两类测功器功器和电涡流测功器是目前用得最多的两类测功器.一、水力测功器一、水力测功器 用水作为任务介质而产生制动力矩以丈量功率的安装用水作为任务介质而产生制动力矩以丈量功率的安装. .

5、1 1、构造和任务原理、构造和任务原理 主体为水力制动器主体为水力制动器, ,由转盘和外壳组成由转盘和外壳组成. . 外壳用滚动轴承支撑在支架上外壳用滚动轴承支撑在支架上, ,可自在摆动可自在摆动; ; 转盘被封锁在外壳内转盘被封锁在外壳内, ,其间充其间充以水以水. . 任务原理任务原理: : 利用在水中旋转的物体利用在水中旋转的物体, ,是水产生涡流运动是水产生涡流运动, ,构成构成摩擦阻力矩摩擦阻力矩, ,将内燃机的输出功率转变为热量耗费掉将内燃机的输出功率转变为热量耗费掉, ,同时完成扭矩丈量同时完成扭矩丈量. . 任务时水由转盘带动而获得动任务时水由转盘带动而获得动量矩并传送给外壳量

6、矩并传送给外壳. .由柴油机驱由柴油机驱动转子的扭矩以一个一样量作用动转子的扭矩以一个一样量作用到外壳上到外壳上, ,固定在外壳上的力臂固定在外壳上的力臂把力矩转换为力而作用于测力机把力矩转换为力而作用于测力机构构. . 任务水在在传送扭矩过程中因任务水在在传送扭矩过程中因摩擦变成热能摩擦变成热能, ,为了不使水温过为了不使水温过高高, ,水要不停地流过制动器水要不停地流过制动器. . 阻力矩的大小可经过调理进、阻力矩的大小可经过调理进、出水量来控制出水量来控制. .2 2、水力测功器的特性曲线、水力测功器的特性曲线 特性曲线阐明了任务范围特性曲线阐明了任务范围,5,5段线段线: :线段线段A

7、 A为测功器在最大负荷调理位置为测功器在最大负荷调理位置( (最大水层厚度最大水层厚度) )时的性能曲线时的性能曲线. .线段线段B B为最大制动扭矩限制线为最大制动扭矩限制线( (受转受转动部件的强度限制动部件的强度限制). ). 提高转速来添加提高转速来添加吸收功率吸收功率, ,此时需减少水层厚度此时需减少水层厚度. .线段线段C C为测功器出水温度到达最大为测功器出水温度到达最大允许值的功率限制线允许值的功率限制线, ,即测功器所即测功器所能吸收的最大功率能吸收的最大功率. .线段线段D D为最高转速线为最高转速线, ,受转动部件受转动部件离心力负荷的限制离心力负荷的限制. .线段线段E

8、 E为空载线为空载线, ,测功器没有充水时测功器没有充水时所能吸收的最小扭矩和功率特性所能吸收的最小扭矩和功率特性, ,阻力矩阻力矩由转子与空气的阻力和轴承的摩擦而产生由转子与空气的阻力和轴承的摩擦而产生. . 柴油机的外特性曲线位于测功器的任务范围内柴油机的外特性曲线位于测功器的任务范围内. .二、电涡流测功器二、电涡流测功器1 1、构造与任务原理、构造与任务原理 主要由定子、转子、水冷却系统、力矩丈量机构组成主要由定子、转子、水冷却系统、力矩丈量机构组成, , 定子装励磁线圈和涡流环；定子装励磁线圈和涡流环； 转子由带齿轮状凹凸形的感应子和转轴构成转子由带齿轮状凹凸形的感应子和转轴构成.

9、. 励磁线圈通电励磁线圈通电, ,周围周围产生磁场产生磁场, ,感应子齿顶感应子齿顶空气间隙小空气间隙小, ,磁通密度磁通密度大大, ,齿槽空气间隙大齿槽空气间隙大, ,磁通密度小磁通密度小. . 任务原理：任务原理： 利用电涡流的构成吸收内燃机的输出功率。利用电涡流的构成吸收内燃机的输出功率。 转子旋转时转子旋转时,穿过涡流环的磁通密度产生增减变化穿过涡流环的磁通密度产生增减变化,在涡流环中产生感应电势而构成电涡流在涡流环中产生感应电势而构成电涡流,力图阻止磁力图阻止磁通变化通变化,引起对感应子的制动作用引起对感应子的制动作用,使定子绕本身摆使定子绕本身摆动轴承发生偏转并带动测力机构动轴承发

10、生偏转并带动测力机构. 制动力矩的大小可以经过改动励磁线圈的电流来制动力矩的大小可以经过改动励磁线圈的电流来调理调理. 测功器吸收的功率完全测功器吸收的功率完全转化为热能转化为热能,要对涡流环和要对涡流环和励磁线圈周围通入水冷却励磁线圈周围通入水冷却.2 2、测功器的特性曲线、测功器的特性曲线 功率特性曲线和相应的扭矩特性曲线功率特性曲线和相应的扭矩特性曲线. .0-1:0-1:激磁电流增到最大激磁电流增到最大, ,吸收功率随转速的增长线吸收功率随转速的增长线, ,到达到达1 1点时点时, ,由于励磁线圈额定值的限制不再增长。由于励磁线圈额定值的限制不再增长。1-2:1-2:受限于涡流环的发热

11、受限于涡流环的发热. .2-3:2-3:受限于转速受限于转速. .第二节、扭矩仪第二节、扭矩仪实践运转中的柴油机实践运转中的柴油机, ,扭矩仪是主要的测扭矩设备。扭矩仪是主要的测扭矩设备。任务原理：任务原理： 弹性轴在扭矩作用下的改动变形量用相邻两截面弹性轴在扭矩作用下的改动变形量用相邻两截面的相对改动角来表示，的相对改动角来表示， L L两截面的间隔；两截面的间隔；G G剪切弹性模数；剪切弹性模数；JpJp轴断面的惯性轴断面的惯性矩；矩；MeMe轴的扭矩轴的扭矩 对某一扭轴对某一扭轴, ,其基长、几何外形、资料、尺寸确定其基长、几何外形、资料、尺寸确定后后, , 与与MeMe呈线性关系呈线性

12、关系: : 经过丈量输出轴、中间轴、特制的联轴节在扭矩作经过丈量输出轴、中间轴、特制的联轴节在扭矩作用下的改动变形用下的改动变形, ,由变形的大小来确定扭矩值。由变形的大小来确定扭矩值。丈量输出轴改动角的方法丈量输出轴改动角的方法: : 钢弦式、电阻式、光电式、磁电式、电感式等。钢弦式、电阻式、光电式、磁电式、电感式等。 epMJGLeMk 1 1、钢弦式扭矩仪、钢弦式扭矩仪原理原理: : 利用钢弦振动频率的平方变化与钢弦两端受力成正利用钢弦振动频率的平方变化与钢弦两端受力成正比特点比特点, ,经过丈量钢弦振动频率变化来显示被测轴的经过丈量钢弦振动频率变化来显示被测轴的扭矩扭矩. . 两只卡盘

13、固定在被测弹性扭轴上两只卡盘固定在被测弹性扭轴上, ,每只盘上有一凸每只盘上有一凸臂臂, ,钢弦两端分别安装在两个凸臂上钢弦两端分别安装在两个凸臂上, ,钢弦与改动轴被钢弦与改动轴被相对固定。相对固定。 在扭矩作用下轴发生弹性变形在扭矩作用下轴发生弹性变形, ,两卡盘间产生相对角两卡盘间产生相对角位移位移, ,固定在凸臂固定在凸臂上的钢弦长度发生上的钢弦长度发生变化变化, ,改动了钢弦改动了钢弦的固有频率的固有频率. . 弹性轴自在形状时测得钢弦固有频率为f0,受扭矩作用时的频率为f,那么 K是由弹性轴的刚度、钢弦的尺寸及扭矩仪特性等决议的仪表常数 。)(202ffKMe2 2、相位差式扭矩仪

14、、相位差式扭矩仪 原理：原理： 利用电磁感应原理丈量定利用电磁感应原理丈量定长扭力轴两截面上所产生的长扭力轴两截面上所产生的改动角的相位差来计算扭矩改动角的相位差来计算扭矩. . 被测轴相距被测轴相距L L的两截面的两截面, ,装装一样的齿形转轮及径向上安一样的齿形转轮及径向上安装感应式脉冲信号发生器装感应式脉冲信号发生器. . 转轮旋转时转轮旋转时, ,每个齿顶和齿谷引起信号发生器磁路每个齿顶和齿谷引起信号发生器磁路的磁通变化的磁通变化, ,使信号发生器产生一个电磁感应脉冲信使信号发生器产生一个电磁感应脉冲信号号. . 轴未受扭矩作用时轴未受扭矩作用时, ,两转轮相对改动角为零两转轮相对改动

15、角为零, ,两信号两信号发生器输出的脉冲信号相位一样；发生器输出的脉冲信号相位一样； 轴受扭矩作用时轴受扭矩作用时, ,轴两端截面间产生相对改动角轴两端截面间产生相对改动角, ,两两感应式信号发生器输出的脉冲信号间出现与改动角感应式信号发生器输出的脉冲信号间出现与改动角成比例的相位差成比例的相位差, ,丈量电路测定出相位差可求得扭矩丈量电路测定出相位差可求得扭矩. .特点特点: : 扭矩仪任务可靠扭矩仪任务可靠, ,抗干扰才干强抗干扰才干强, ,稳定性好稳定性好, ,丈量丈量精度高精度高, ,在实验中得到了广泛的运用在实验中得到了广泛的运用. .安装要求安装要求: : 由于扭矩仪是安装在柴油机

16、与负载之间的仪器设由于扭矩仪是安装在柴油机与负载之间的仪器设备备, ,起着传送扭矩的作用。起着传送扭矩的作用。 安装时安装时, ,扭矩仪的轴心线要绝对保证同原动机轴扭矩仪的轴心线要绝对保证同原动机轴心及负载轴心同轴心及负载轴心同轴. .这就要求对各轴间的同心度、这就要求对各轴间的同心度、平行度、轴端面的垂直度均有很高的要求平行度、轴端面的垂直度均有很高的要求; ; 还要思索振动对扭矩仪的影响还要思索振动对扭矩仪的影响, ,否那么否那么, ,扭矩仪的扭矩仪的扭力轴会产生附加力矩扭力轴会产生附加力矩, ,不仅会影响丈量精度不仅会影响丈量精度, ,还会还会呵斥轴的疲劳损伤呵斥轴的疲劳损伤. . 因此

17、因此, ,扭矩仪的安装应严厉遵照阐明书的要求并扭矩仪的安装应严厉遵照阐明书的要求并由熟练的技术人员进展由熟练的技术人员进展. .第三节、转速丈量第三节、转速丈量 根本概念根本概念转速转速: 单位时间内转轴旋转的圈数单位时间内转轴旋转的圈数,r/min,转速表转速表(计计).转数转数: 在一定时间间隔内在一定时间间隔内,被测轴旋转的总圈数被测轴旋转的总圈数.转数计转数计.平均转速平均转速: 指被测轴在某一时间间隔内转速的平均值。指被测轴在某一时间间隔内转速的平均值。平均转速的丈量平均转速的丈量: 柴油机转速丈量多是指丈量在某一稳定工况下的柴油机转速丈量多是指丈量在某一稳定工况下的平均转速。平均转

18、速。转速表按与被测轴能否接触分为转速表按与被测轴能否接触分为: 接触式与非接触式接触式与非接触式.一、接触式转速表一、接触式转速表 大都构造简单，精度较差。大都构造简单，精度较差。1.1.离心式转速表离心式转速表 利用重锤在旋转后产生离心力利用重锤在旋转后产生离心力, ,抑制弹簧的反作用抑制弹簧的反作用力力, ,推进指示机构推进指示机构来任务来任务. . 构造简单构造简单, ,运用方便运用方便, , 精度较差精度较差, ,相对误差相对误差18%.18%. 定期校验定期校验( (长时间运用长时间运用后弹簧刚度系数将发生后弹簧刚度系数将发生变化变化).).2.2.定时转速表定时转速表 在一定时间间

19、隔内经过累计转数来丈量转速的在一定时间间隔内经过累计转数来丈量转速的. . 手持式定时转速表完全采用钟表式传动构造手持式定时转速表完全采用钟表式传动构造, ,丈丈量精度高量精度高, ,丈量范围丈量范围010000010000转转/ /分分, ,但构造复杂但构造复杂, ,不不能延续丈量能延续丈量. .3 3、磁性转速表、磁性转速表 利用圆盘在旋转磁场中由于感应出电涡流而产生利用圆盘在旋转磁场中由于感应出电涡流而产生的扭矩变化的扭矩变化, ,以带动指针偏转来丈量转速以带动指针偏转来丈量转速. . 丈量精度不高丈量精度不高, ,但构造简单但构造简单, ,对振动的敏感小对振动的敏感小, ,可可测高、中

20、、低转速测高、中、低转速, ,量程可根据需求选择量程可根据需求选择. .二、非接触式转速表二、非接触式转速表 大都构造复杂大都构造复杂, ,但精度较高。但精度较高。1 1、闪光测速仪、闪光测速仪 利用知频率的闪光与被测轴转速同步的方法来测利用知频率的闪光与被测轴转速同步的方法来测速的速的. . 丈量时丈量时, ,在轴上做一个记号在轴上做一个记号, ,用仪表的脉冲光源照亮用仪表的脉冲光源照亮该记号该记号, ,当闪光频率调整到与被测轴转速相等时当闪光频率调整到与被测轴转速相等时, ,得得到被测轴静止不动的虚像到被测轴静止不动的虚像, ,且一直在一个地方看到轴且一直在一个地方看到轴上这个记号上这个记

21、号. . 闪光测速仪运用方便闪光测速仪运用方便, ,直接读出转速直接读出转速, ,测速上限测速上限2000020000转转/ /分以上分以上, ,精度精度1%,1%,能用来丈量柴油机和增压能用来丈量柴油机和增压器的转速器的转速. .2.2.电子数字转速表电子数字转速表 转速丈量仪表进入到现代化、电子化，接触式转转速丈量仪表进入到现代化、电子化，接触式转速表遭到冷落速表遭到冷落, ,闪光测速仪虽属非接触式转速表闪光测速仪虽属非接触式转速表, ,也也退居次要位置。退居次要位置。 代之是电子与数字化的测速仪表代之是电子与数字化的测速仪表, ,这类仪表大都体这类仪表大都体积小、分量轻、读数准确、运用方

22、便、易实现电脑积小、分量轻、读数准确、运用方便、易实现电脑荧屏显示和延续打印输出荧屏显示和延续打印输出, ,能延续反映转速变化能延续反映转速变化, ,既既能测平均转速能测平均转速, ,也能测瞬时转速。也能测瞬时转速。 电子数字转速表主要由测速传感器和电子计数器电子数字转速表主要由测速传感器和电子计数器等组成。等组成。1)1)测速传感器测速传感器: : 主要有磁电式和光电式主要有磁电式和光电式. .(1)(1)磁电式测速传感器磁电式测速传感器组成组成: :齿轮、磁头齿轮、磁头 齿轮由导磁资料做成齿轮由导磁资料做成, ,齿数为齿数为Z(Z(普通普通60),60),安装在被测安装在被测轴上轴上; ;

23、 磁头由永久磁铁和线圈组成磁头由永久磁铁和线圈组成, ,安装在靠齿轮边缘的支架上安装在靠齿轮边缘的支架上; ; 齿轮和磁头间隙很小齿轮和磁头间隙很小(1mm(1mm左右左右),),齿轮转一圈齿轮转一圈, ,发出发出Z Z个电脉冲信号。个电脉冲信号。将电子计数器的计数时间取将电子计数器的计数时间取1S1S时时, ,计数器指示的数值等于平均转速计数器指示的数值等于平均转速. .特点特点: : 构造简单构造简单, ,制造安装方便制造安装方便, ,发出电脉冲信号无需放发出电脉冲信号无需放大器大器, ,且脉冲信号不因转速过高而减弱且脉冲信号不因转速过高而减弱, ,测速范围广测速范围广; ; 但由于电磁感

24、应产生的波形不规整、易产生干扰但由于电磁感应产生的波形不规整、易产生干扰信号信号( (经过整形放大电路变换为规范方波经过整形放大电路变换为规范方波, ,再送到计再送到计数电路数电路).).传感器必需接近被测轴传感器必需接近被测轴, ,被测转速不能过被测转速不能过低低. .(2)光电式转速传感器 利用光电变换原理将被测轴的转速转换为电脉冲信号. 构造方式： 透射式和反射式。透射式光电转速传感器:组成: 带缺口的旋转轮、投光器、受光器。 旋转轮与被测轴衔接,投光器、受光器配置在旋转轮的两侧。受光器为光电变换元件,在投光器的光源所发射的光束照射下产生一个电脉冲信号,假设旋转轮上孔的数目为Z,每转一周

25、,输出Z个电脉冲信号. 假设脉冲的频率为f,那么转轴转速n为,60fzn 反射式光电转速传感器反射式光电转速传感器: : 将反光资料粘贴于被测轴的丈量部位上构成反将反光资料粘贴于被测轴的丈量部位上构成反射面射面, ,常用的反光资料为公用测速反射纸带。常用的反光资料为公用测速反射纸带。 投光器与受光器须适当配置投光器与受光器须适当配置; ;将反射面转到某将反射面转到某一特定角度时一特定角度时, ,由投光器发射光束经反射面反射由投光器发射光束经反射面反射后恰好到达受光器后恰好到达受光器, ,受光器为光电变换元件受光器为光电变换元件, ,在光在光束照射下产生一个电脉冲信号束照射下产生一个电脉冲信号,

26、 ,由电子计数器记由电子计数器记录电脉冲信号的数目便可指示出平均转速。录电脉冲信号的数目便可指示出平均转速。 反射式光电转速传感器与反射式光电转速传感器与被测轴之间无须衔接被测轴之间无须衔接, ,因此因此运用方便。运用方便。2 2电子计数器电子计数器 计量测速传感器产生的电脉冲信号的数目计量测速传感器产生的电脉冲信号的数目. . 丈量在一定时间间隔内来自于测速传感器的电脉冲丈量在一定时间间隔内来自于测速传感器的电脉冲信号数目信号数目, ,再除以时间间隔再除以时间间隔, ,便可得到被测轴在该时间便可得到被测轴在该时间间隔内的平均转速。间隔内的平均转速。 数字转速表的电子计数器通常由数字转速表的电子计数器通常由5 5位数字构成位数字构成, ,最高最高丈量转速丈量转速99999rpm99999rpm。瞬时转速的丈量瞬时转速的丈量: : 是柴油机运转形状的综合表达是柴油机运转形状的综合表达, ,是气膂