Определение массового расхода воздуха турбокомпрессора автомобильного посевного комплекса "Агромастер-Авто"

Автор: Мошкин Н.И., Бадмаев С.С., Самбилов Д.Ж.

Журнал: Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления @vestnik-esstu

Рубрика: Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве (технические науки)

Статья в выпуске: 3 (74), 2019 года.

Бесплатный доступ

Основными показателями эффективности работы компрессорной ступени являются степень повышения наддува, массовый расход воздуха и частота вращения вала ротора. Для определения эффективности работы турбокомпрессора проводят испытания, которые, в свою очередь, делятся на исследовательские и заводские. Исследовательские испытания целесообразно проводить на безмоторных стендах, так как в данном случае нет необходимости использовать в качестве привода ДВС. При этом в процессе испытаний необходимо точно выдерживать заданный режим. Все показания снимаются на установившемся режиме работы турбокомпрессора. В данной статье рассматривается исследовательский безмоторный метод испытания. Для измерения массового расхода воздуха компрессорной ступени на примере турбокомпрессора ТКР 7С-6 используются три независимых метода с использованием сужающего устройства (диафрагмы), датчика массового расхода воздуха и цифрового термоанемометра.

Еще

Массовый расход воздуха, сужающее устройство, испытания турбокомпрессора, датчик массового расхода воздуха, термоанемометр, ткr 7с-6

Короткий адрес: https://sciup.org/142228497

IDR: 142228497

Текст научной статьи Определение массового расхода воздуха турбокомпрессора автомобильного посевного комплекса "Агромастер-Авто"

Одним из параметров оценки эффективности работы турбокомпрессора является такой параметр, как массовый расход воздуха [3]. Методика оценки основывается на безмоторном методе испытаний. Для этого используются установки c замкнутым и разомкнутым контурами [1, 2]. В данной работе используется схема с замкнутым контуром (рис. 1, 2). Для определения массового расхода воздуха использовались три независимых методики измерений:

- определение расхода воздуха через стандартные сужающие устройства;
- определение расхода воздуха с помощью пленочно-резистивного датчика (ДМРВ) Bosch 0 280 218 116;
- определение расхода воздуха с помощью термоанемометра Benetech GM8903.

Такой большой выбор инструментария обусловлен тем, что каждой системе присущи определенные преимущества и недостатки. В соответствии с вышеизложенными требованиями, предъявляемыми к определению массового расхода воздуха, и на основании полученных данных выполнена оценка точности измерений данных приборов.

Постановка задачи

В качестве объекта исследования выступает турбокомпрессор марки ТКР 7С-6, широко используемый в автотракторных ДВС.

Рисунок 1 – Схема измерительного стенда

Рисунок 2 – Фото измерительного стенда

Методика измерения ДМРВ Bosch 0280218 116

Датчик с фильтром устанавливался на конце трубопровода (рис. 3). Выходное напряжение фиксировалось с помощью АЦП ADS1115 и микроконтроллера Arduino с последующей обработкой на ПК. Для обработки экспериментальных данных за основу были использованы тарировочные графики расхода воздуха (рис. 4) из программного обеспечения электронной системы управления двигателями (ЭСУД) ВАЗ. Результаты измерений представлены в таблице 1.

Рисунок 3 – Место установки ДМРВ Bosch 0280218 116

Рисунок 4 – Тарировочный график ДМРВ Bosch 0280218 116

Таблица 1

Время, с	Напряжение на ДМРВ (U), В	Массовый расход воздуха (Q m ), кг/ч
0,0	3,62	249,27
0,5	3,69	266,55
1,0	3,53	228,41
2,0	3,54	230,66
2,5	3,69	266,55
3,0	3,69	266,55
3,5	3,69	266,55
4,0	3,66	259,03
4,5	3,63	251,68
5,0	3,66	259,03
5,5	3,67	261,52
6,0	3,68	264,03
6,5	3,72	274,26
7,0	3,63	251,68
8,0	3,57	237,50
8,5	3,66	259,03
9,0	3,67	261,52
9,5	3,6	244,51
10,0	3,72	274,26
10,5	3,62	249,27
11,0	3,63	251,68
11,5	3,6	244,51
12,0	3,52	226,19
12,5	3,68	264,03
13,0	3,6	244,51
14,0	3,58	239,82
14,5	3,61	246,88
15,0	3,63	251,68
15,5	3,67	261,52
16,0	3,64	254,11
16,5	3,67	261,52

Результаты измерений ДМРВ Bosch 0280218 116

Методика измерения с помощью термоанемометра Benetech GM8903

Измерительный щуп прибора располагался в центре измерительного трубопровода. Все показания фиксировались на ПК. Данные измерений приводятся в таблице 2.

Таблица 2

Результаты измерения массового расхода воздуха термоанемометром

Время, с	Скорость воздушного потока (V), м/с	Температура воздуха (T), ºC	Массовый расход воздуха (Q m ), кг/ч
0,0	30,97	19,3	263,65
1,0	30,97	19,3	263,65
2,0	30,97	19,4	263,65
3,0	30,97	19,5	263,65
4,0	30,97	19,5	263,65
5,0	30,97	19,5	263,65
6,0	30,97	19,4	263,65
7,0	30,97	19,4	263,65
8,0	30,97	19,3	263,65
9,0	30,97	19,5	263,65
10,0	30,97	19,5	263,65
11,0	30,97	19,5	263,65
12,0	30,97	19,5	263,65
13,0	30,97	19,4	263,65
14,0	30,97	19,7	263,65
15,0	30,97	19,7	263,65
16,0	30,97	19,4	263,65

Методика измерения расхода газа с помощью стандартных сужающих устройств [4]

В качестве сужающего устройства использовалась диафрагма с фланцевым отбором давления диаметром 14 мм. Диаметр трубопровода составил 50 мм. Фиксация значений перепада давления на диафрагме осуществлялась с помощью цифрового датчика дифференциального давления MPX5700DP, тарировочный график представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Тарировочный график датчика дифференциального давления MPX5700DP

Приближенный расчет действительного расхода среды (табл. 3) осуществляется согласно ГОСТ 8.586.2-2005 по следующим формулам.

Значения диаметров d и D рассчитываем по формулам 1, 2.

d = d 20 Ke y , (1)

D = D.K .

20 T '

Относительный диаметр сужающего устройства определяется из выражения 3. p = d I D .

Коэффициент скорости входа (4).

E = 11^1 - в ⁴ .

Давление среды D рассчитываем по формуле 5.

P = Р и + P a .

Коэффициент расширения (6).

s = 1 - (0,351 + 0,256 в ⁴ + 0,93 в ⁸)[1 — (1 — —)" k ].

Коэффициент истечения (7).

C = 0,5961 + 0,0261в^ - 0,261в + 0,000521( в)0,7 + (0,0188 + 0,00063A)I3’5()

ReRe

+ (0,043 + 0,08 e ^- ¹⁰ L ¹

- 0,123 e "⁷ L ¹ )(1 - 0,11 A ) -^в—

, ,

- 0,031( M_x - 0,8 M Z’¹ ) в ^1,3 + M ₂,

где a = ( 19000 ^ ₎₀ ,8 м = 2 L ^, м = 0,01 1(0,75 _ в )(2,8 —) при D < 0,07 м,

V Re 1 1 - р 2 0,0254

т - 0,0254

■ L ■.

Массовый расход среды найдем по формуле:

qm = (nd2 / 4)ЕСЦ2рсAp .(8)

Число Рейнольдса определяем из выражения q Re = _ -qm..(9)

n Dg

Расчетные значения массового расхода воздуха

Таблица 3

Время, с	Перепад давления на диафрагме (Δp), Па	Массовый расход воздуха (Q m ), кг/ч	Число Рейнольдса (Re)
0,0	5312,54	266,10	104592
0,5	5238,07	264,44	103951
1,0	5656,96	273,63	107520
2,0	5582,49	272,03	106897
2,5	5191,52	263,40	103543
3,0	5750,04	275,62	108293
3,5	5312,54	266,11	104597
4,0	5247,38	264,65	104032
4,5	6010,69	281,09	110417
5,0	5480,09	269,80	106032
5,5	5442,86	268,99	105715
6,0	6196,86	284,91	111902
6,5	4679,55	251,50	98927
7,0	5089,13	261,07	102642
8,0	5992,07	280,70	110267
8,5	5396,31	267,96	105318
9,0	5256,69	264,86	104113
9,5	5107,75	261,50	102807
10,0	4791,25	254,16	99958
10,5	5172,91	262,97	103381
11,0	5638,34	273,23	107365
11,5	4930,88	257,43	101228
12,0	5135,67	262,13	103053
12,5	5535,95	271,02	106505
13,0	4893,65	256,56	100891
14,0	5172,91	262,97	103381
14,5	5396,31	267,96	105318
15,0	4623,7	250,16	98407
15,5	4735,4	252,83	99444
16,0	5079,82	260,86	102560
16,5	5284,61	265,48	104355

Оценка погрешности измерений

За наиболее вероятное значение измеряемой величины принимаем среднее арифметическое значение (10) результатов исследования.

₌ x 1 + x 2 + x 3- + x n n

= ¹ 1 X i .

n i = 1

Определим частные отклонения (11) отдельных измерений Лх_i .

^Л ^х i = x i ^{— (} ^х )•

Абсолютная погрешность оценивается по формуле 12.

Л х ^изм = ¹ Г | Л х |.

n i = 1

Относительную погрешность определим из выражения 13.

изм

^ х

Л х м

(х ) .

Данные расчетов представлены в таблице 4.

Представим результаты измерений графически (рис. 6 - 8).

Время, с

Рисунок 6 – График изменения массового расхода воздуха на сужающем устройстве

Рисунок 7 - График изменения массового расхода воздуха на ДМРВ Bosch 0280218 116

Таблица 4

Результаты оценки погрешности измерений

Метод измерения	Q m ср , кг/ч	а , кг/ч	ΔQ m ср , кг/ч	ε, %
Измерение перепада давления	265,17	7,7	± 2,76	1
Измерение ДМРВ	253,82	12,63	± 4,53	1,8
Измерение термоанемометром	263,65	—	± 7,9	3

Время, с

Рисунок 8 - График изменения массового расхода воздуха с термоанемометра Benetech GM8903

Приведем сравнительный график результатов измерений (рис. 9).

Рисунок 9 – График изменения массового расхода воздуха, полученный тремя независимыми методами измерения

Заключение

Разработанная методика позволяет определить массовый расход воздуха компрессорной ступени турбокомпрессора ТКР7-С-6 тремя независимыми методами. Результат анализа экспериментальных данных показал, что данные, полученные тремя независимыми методами, находятся в удовлетворительном согласии (см. табл. 4), при этом наименьшая погрешность достигается при измерении с помощью сужающего устройства (см. рис. 6). Для последующих испытаний целесообразно использовать метод измерения с помощью ДМРВ ввиду простоты подключения и обработки данных. Из анализа данных (см. рис. 8) следует вывод, что термоанемометр имеет низкую динамическую чувствительность по сравнению с остальными методами. В целом погрешность обусловлена пульсациями воздуха на входе компрессорной ступени. Для уменьшения погрешности измерений и сглаживания пульсаций целесообразно использование ресивера, что позволит уменьшить пульсации воздуха на входе компрессорной ступени.

Список литературы Определение массового расхода воздуха турбокомпрессора автомобильного посевного комплекса "Агромастер-Авто"

Лущеко В.А., Никишин В.Н.Наддув поршневого двигателя внутреннего сгорания и механические потери // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. № 4-3. - С. 1099-1103.
Байков Б.П., Бордуков В.Г., Иванов П.В.и др.Турбокомпрессоры для наддува дизелей: справочное пособие [текст]. - Л.: Машиностроение, 1975. - 200 с.
ГОСТ 53637-2009 Турбокомпрессоры автотракторные. Общие технические требования и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2010. 10 с.
ГОСТ 8.686.1,2,5 - 2005. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Принцип метода измерений и общие требования. - Введ. 2007-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 2007. - 57 с.

Статья научная