1- V ỏ bảo vệ; 2- Cặp nhiệt ngẫu; 3- Đầu nhiệt kế; 4- D ây cân bằng; 5- Thiết bị ổn định nhiệt; б- D ây nối ngoài (tới thiết bị đo); 7- Thiết bị đo.
Trong một số trường hợp vị trí nối của cặp nhiệt với dây dẫn không thể thực hiện được ở vị trí so sánh (ví dụ khi vật liệu cặp nhiệt là kim loại rất quý và đắt, nên càng ngắn càng tốt). Cặp nhiệt sẽ được nối dài thêm đến vị trí so sánh bằng một dây dẫn khác gọi là dây cân bằng (Hình 4.5). Dây cân bằng thường được làm từ hợp kim đặc biệt. Nó bảo đảm cho điện thế nhiệt bằng điện thế nhiệt của cặp nhiệt ngẫu kim loại quý khi nhiệt độ lên đến 2000C. Loại dây này thường được tiêu chuẩn hố, rẻ tiền và có điện trở nhỏ.
Vật liệu làm cặp nhiệt phải đáp ứng các yêu cầu sau: điện thế nhiệt phải lớn; điện thế nhiệt tăng liên tục theo nhiệt độ (quan hệ điện thế nhiệt với nhiệt độ tốt nhất là quan hệ bậc nhất); dễ kéo thành sợi nhỏ và có khả năng biến dạng tốt; có độ bền nhiệt cao (khơng bị cháy, bay hơi). Trong Bảng 4.1 là đặc tính của các loại cặp nhiệt [6], [43].
Bảng 4.1. Đặc tính của các loại cặp nhiệt Loại cặp nhiệt FT1 /V ^ J_1 • ^
Tên vật liệu Dải nhiệt độ, [0C]
B Platinum30% Rhodium (+) Platinum 6% Rhodium (-) 1370-1700 C W5Re Tungsten 5% Rhenium (+) W26Re Tungsten 26% Rhenium (-) 1650-2315 E Chromel (+) Constantan (-) 95-900 J Sat (+) Constantan (-) 95-760 K Chromel (+) Alumel (-) 95-1260 N Nicrosil (+) Nisil (-) 650-1260 R Platinum 13% Rhodium (+) Platinum (-) 870-1450 S Platinum 10% Rhodium (+) Platinum (-) 980-1450 T Đồng (+) Constantan (-) -200-400
Đối với quá trình đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt, chúng ta cần quan tâm đến các quy luật hoạt động của một cặp nhiệt, qua đó lựa chọn được một cảm biến nhiệt phù hợp với quá trình cháy nổ, đó là sự xuất hiện các pick nhiệt.
4.2.2. Nguyên lí hiệu chỉnh thiết bị đo nhiệt độ
Việc định chuẩn qua thực nghiệm được chia làm ba giai đoạn:
- Các giá trị vào và ra (I và O) trong mối quan hệ IO = I1 = 0. Trong vùng biến động chậm từ Imin đến Imax các giá trị của I và O được ghi lại trong khoảng đo. Phép thử này được thể hiện trong các điều kiện chuẩn ứng dụng tiêu chuẩn “bình phương nhỏ nhất” [13], [14].
- Các biến I và O quan hệ theo hàm O(Ii), khi đó với các Oi tương ứng ta có di = O(Ii) - Oi.
- Chương trình tìm và đưa ra các hệ số a0, a1, a2,... như tổng các bình phương của sai lệch sao cho đạt giá trị nhỏ nhất.
m
O ( I ) „ t = Ệ a q I q
q=0_ m (4.6)
O ( 1 ) „ i = - Ẹ a , 1 “
q=0
Đường trễ H(I) = O(I) t - O(I) ị sẽ khép kín quá trình thu thập số liệu và với các điểm (Imin, O min) và (Imax, Omax) ta sẽ tìm được một hàm phi tuyến N(I) với hệ số lặp K:
N ( I) = O (I) = (KI + a) Trong đó: K = L
g A I
Quá trình lặp lại các điểm đo được xác định với các quan hệ sau:
AO = K ,AIm + Ku AIm Iml" + I °“x (4.7)
Khi đó: K,, = AO - K,
. A Im 1
Các thí nghiệm lặp lại cần được đảm bảo điều kiện làm việc và môi trường làm việc bình thường của đối tượng nghiên cứu và của các phần tử khác.
- Tín hiệu thu được ở dạng mã ACSII được so sánh với các tín hiệu định chuẩn nhờ phương pháp so sánh đồng dạng vật lí động học chậm. Kết
4.2.3. Quy trình đo nhiệt độ cho thành ống lót x i lanh động cơ
Động cơ 6Ч 12/14 sau khi lắp ống lót xi lanh có lắp cảm biến nhiệt độ được đưa vào chạy rà theo quy trình kỹ thuật của nhà máy. Sau giai đoạn chạy rà sẽ tiến hành đo nhiệt độ của ống lót xi lanh.
Tồn bộ quy trình thực nghiệm đo nhiệt độ ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14 lai máy phát điện tàu thủy được mô tả trên sơ đồ.
Hình 4.6. Quy trình đo nhiệt độ ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14
4.2.4. Trang thiết bị th ử nghiệm
Thử nghiệm được tiến hành tại Nhà máy X46 Hải quân với các trang thiết bị thử nghiệm sau:
- Động cơ lai máy phát 6Ч 12/14: K559 - ГОСТ 10150-62, có tăng áp, cơng suất 115 mã lực (72 kW), tốc độ định mức 1500 v/ph lắp ống lót xi lanh có gắn cảm biến nhiệt độ.
Hình 4.7. Động cơ 6Ч 12/14 và máy phát điện
- Dàn điện trở công suất 65 kW dùng đo cơng suất máy phát (Hình 4.8).
Hình 4.8. Dàn điện trở dùng đo công suất máy phát
- Hai ống lót xi lanh gồm một ống do Nga chế tạo vật liệu là gang xám СЧ 24-44 và một ống do Việt Nam chế tạo (sản phẩm đề tài cấp Tổng cục Kỹ thuật) bằng gang xám GX24-22 [21].
- Cảm biến đo nhiệt độ là cảm biến kiểu cặp nhiệt loại T [6], [43] làm bằng đồng - constantant được chế tạo tại Mĩ có khoảng đo từ (-200 ^ 400)0C.
Các cảm biến được lắp vào các lỗ theo sơ đồ trên Hình 4.9 và được đánh số 1 đến 15 tương ứng với thứ tự các lỗ. Sau khi lắp cảm biến dùng keo chịu nhiệt trộn với mạt kim loại của ống lót khi khoan bịt kín các lỗ. 15 lỗ khoan lắp cảm biến được bố trí thành 3 hàng, mỗi hàng 4 lỗ, lỗ trên cùng cách
mép trên của ống lót 10 mm, các lỗ khác lần lượt cách mép trên là 30 mm, 75 mm và 150 mm, đáy lỗ cách mặt gương 1 mm. 3 lỗ còn lại được khoan lệch so với hàng thứ 3 (nằm trên mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng đi qua tâm chốt pít tơng) 5 mm và có độ sâu 5 mm, lỗ trên cùng cách mép trên của ống lót 30 mm, lỗ tiếp theo cách 75 mm và 150 mm.
Hình 4.9. Sơ đồ bố trí các lỗ khoan lắp cảm biến trên ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14 ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14
Ong lót xi lanh sau khi lắp cảm biến như Hình 4.10.
Hình 4.10. Cảm biến nhiệt độ lắp trên thân ống lót động cơ 6Ч 12/14 Các ống lót có cảm biến được lắp vào động cơ ở vị trí xi lanh 2 và 3 như sơ đồ Hình 4.11.
Ống dẫn nước làm mát
Hình 4.11. Sơ đồ các ống lót có cảm biến khi lắp vào động cơ
Chiều nước làm mát như chiều mũi tên. Các cảm biến nhiệt độ của ống lót số 3 được luồn qua lỗ dẫn nước làm mát của xi lanh 2 cịn của ống lót số 2 qua lỗ dẫn nước làm mát của xi lanh 1 để đưa ra ngoài. Sơ đồ các kênh đo nhiệt độ như Hình 4.11.
Để nhận và biến đổi tín hiệu điện áp thành giá trị nhiệt độ sử dụng thiết bị thu, biến đổi và khuếch đại tín hiệu CNĐ do Bộ môn Nhiệt, Viện công nghệ nhiệt, Đại học Bách khoa Hà Nội chế tạo. Thiết bị được kết nối với máy tính qua cổng COM 1. Thiết bị có 16 kênh thu tín hiệu, trong đó có 15 kênh thu tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ lắp trên ống lót xi lanh, 1 kênh còn lại lắp cảm biến nhiệt độ bù. Tín hiệu thu nhận được xử lí bằng phần mềm LabVIEW. Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng file Excel.
Trên Hình 4.12 là sơ đồ mạch của thiết bị thu, biến đổi và khuếch đại tín hiệu.
Hình 4.12. Sơ đồ lập trìn h thu, xử lí tín hiệu trên LabView của thiết bị thu, biến đổi và khuếch đại tín hiệu nhiệt độ CNĐ
Trên Hình 4.13 là sơ đồ kết nối giữa động cơ lắp xi lanh cần đo nhiệt độ, cảm biến nhiệt độ, thiết bị thu, biến đổi và khuếch đại tín hiệu nhiệt độ CNĐ, máy tính xử lí và lưu trữ dữ liệu.
nhiệt độ so sánh
Hình 4.13. Sơ đồ kết đo, thu, biến đổi và khuếch đại tín hiệu, xử lí và lưu trữ dữ liệu nhiệt độ ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14
Các cảm biến nhiệt độ được nối với thiết bị (Hình 4.14).
CNĐ
Hình 4.14. Cảm biến nhiệt độ được nối với thiết bị thu, biến đổi và khuếch đại tín hiệu nhiệt độ CNĐ
4.3. Đo nhiệt độ của thành ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14
4.3.1. Lựa chọn các vị trí đo
Có thể xác định nhiệt độ của ống lót xi lanh bằng các phương pháp khác nhau như đo trực tiếp bằng cảm biến nhiệt độ lắp trên thân hoặc đo gián tiếp bằng thiết bị đo từ xa. Tuy nhiên, trong điều kiện Việt Nam lựa chọn phương pháp đo trực tiếp thông qua cảm biến nhiệt độ là phù hợp.
Các khu vực cần đo nhiệt độ là khu vực buồng cháy, khu vực điểm chết trên, thân ống lót đến khu vực điểm chết dưới. Mặt phẳng cần đo là mặt phẳng đi qua tâm chốt pít tơng và mặt phẳng vng góc với nó. Trong đó mặt phẳng
vng góc với mặt phẳng đi qua tâm chốt pít tơng là cần quan tâm hơn vì đây là mặt phẳng chịu lực va đập của pít tơng.
Chế độ tải khi đo: không tải, 20 %, 40%, 60% công suất định mức ở chế độ 1500 v/ph. Việc ổn định tốc độ động cơ được thực hiện bằng điều chỉnh thanh răng bơm cao áp còn chế độ tải bằng điều chỉnh các điện trở trên dàn đo công suất máy phát.
Các thông số cần đo: nhiệt độ của ống lót xi lanh, nhiệt độ nước làm mát.
4.3.2. Phương pháp lấy số liệu
Xác định khoảng chia để biểu diễn tín hiệu ngẫu nhiên như trên .
Với: N = 11; T = 11AT ^ AT = T
0 N
Trong đó: N là số tự nhiên.
Giá trị trung bình y trong khoảng 0 ^ T thì hàm liên tục y(t) được mơ tả như sau [6]:
1 N
' y = N 5 y (48)
Độ lệch chuẩn 5 dùng để đo các độ tán xạ trung bình hoặc độ lệch của tín hiệu so với giá trị trung bình y . Trong trường hợp là tín hiệu liên tục ta có độ lệch tiêu chuẩn được tính theo cơng thức sau [6]:
1 T
^ = 1 ị [ y ( t) - y] 2 dt (4.9)
T 0 0
Khi tín hiệu là các mẫu lấy theo một quy luật nào đó thì độ lệch chuẩn được tính theo cơng thức sau [6]:
(4.10)
Đối với trường hợp đặc biệt khi y = 0 thì 5 sẽ bằng nghiệm của sai quân phương [6]:
y r,
V (4.11)
4.3.3. Ẵểí ợuổ đo
Các thơng số của môi trường, nước làm mát, dầu bôi trơn như trong Bảng 4.2.
Bảng 4.2. Các thông số môi trường thử nghiệm độ tải
r r i Á
Thông số
60% 40% 20% Không
tải
Nhiệt độ môi trường, [0C] 20 20 20 20
Nhiệt độ nước làm mát, [0C] 40 40 40 26
Nhiệt độ dầu bôi trơn, [0C] 60 60 60 50
Áp suất dầu bôi trơn, [kG/cm2] 7,1 7,1 7,1 7,5
Kết quả đo nhiệt độ tại các điểm đo được lưu vào file excel khi cho động cơ hoạt động ở chế độ không tải, 20%, 40%, 60% tải với vòng quay định mức 1500 v/ph.
4.4. Xử lí số liệu thực nghiệm
Theo chiều cao của ống lót có 4 mặt phẳng vng góc với đường tâm xi lanh lắp cảm biến có chiều cao tính từ đáy lần lượt là 258, 238, 193, 118 mm. Gọi mặt thứ nhất cách đáy 258 mm là mặt cắt 1 (kí hiệu là MC1 như trên Hình 4.16), trên mặt cắt này có 3 điểm đo cùng đường kính 122 mm, theo chiều nước làm mát đi vào đánh số lần lượt là 1, 2, 3. Khi đo tên điểm đo là: MC1.1, MC1.2, MC1.3. Trên mặt cắt 2 (MC2) ngồi 3 điểm đo ở đường kính 122 mm như mặt cắt 1 cịn có một điểm đo ở đường kính 128 mm, đánh số điểm đo này là số 4 và tên điểm đo là MC2.4 (Hình 4.16). Trên mặt cắt 3 và 4 đều có 4 điểm đo như mặt cắt 2, số thứ tự các điểm đo như mặt cắt 2. Như vậy tên điểm đo gồm có phần đầu là tên mặt cắt và phần sau là số thứ tự điểm đo trên mặt cắt theo chiều đường nước làm mát đi vào.
Hình 4.16. Sơ đồ tên các điểm đo nhiệt độ trên ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14
Kết quả đo nhiệt độ tại các điểm đo như trong Phụ lục 6.
Qua đó, thấy rằng nhiệt độ của ống lót xi lanh giảm dần theo chiều cao (tính từ đỉnh ống lót). Ở các điểm đo cùng mặt phẳng và cùng đường kính nhiệt độ có khác nhau tuy nhiên độ chênh lệch này khơng lớn. Do đó ta có thể sử dụng giá trị trung bình của nhiệt độ trong chế độ tương ứng để tính tốn các cơng việc khác.
163,81 167,89 167,89 137,17 136,84 142,41 135,17 90,46 85,81 88,62 81,69 70,73 67,63 71,88 66,00 163,52 167,70 167,70 137,40 136,76 142,10 135,20 90,74 85,97 88,53 81,59 70,76 67,89 72,29 67,83 163,63 167,19 167,19 137,96 137,13 141,76 135,20 90,37 86,31 88,65 81,97 70,76 68,28 72,67 65,90 163,55 167,33 167,33 138,53 137,50 141,57 135,11 90,40 86,19 88,80 80,75 70,92 68,82 72,82 68,24 163,58 167,55 167,55 138,76 137,84 141,49 135,14 91,04 86,19 88,59 80,90 70,70 68,79 73,23 70,82 163,72 167,87 167,87 139,44 138,30 141,40 135,17 90,70 86,43 88,86 81,81 70,60 69,04 73,14 64,06 163,75 168,64 168,64 139,78 138,64 141,32 134,97 90,49 86,68 88,89 81,59 70,37 68,40 73,17 61,89 163,78 168,85 168,85 140,20 138,75 141,46 135,00 90,89 86,68 89,05 81,49 70,53 69,43 72,82 65,80 163,78 168,96 168,96 140,77 138,98 141,58 135,12 91,13 86,80 89,29 82,37 70,40 68,66 72,44 62,96 164,02 168,96 168,96 140,88 139,09 141,83 135,26 90,79 87,15 89,57 82,64 70,43 68,79 72,59 66,34 166,51 168,82 168,59 134,95 142,44 143,23 137,57 89,87 87,95 90,86 80,69 71,08 69,50 73,76 68,78 166,43 168,96 168,62 134,98 142,32 143,38 137,60 89,29 87,45 90,64 81,22 71,11 69,75 73,79 70,22 166,33 168,88 168,76 134,98 142,44 143,38 137,49 89,90 88,84 90,76 81,59 71,11 69,78 74,17 71,50 166,25 168,70 168,87 135,01 142,32 143,41 137,52 91,04 88,10 90,79 82,25 71,14 68,02 74,96 72,80 166,25 168,59 169,22 135,01 142,21 143,63 137,52 91,16 87,61 90,67 82,00 71,27 68,15 74,83 68,59 166,14 168,62 169,11 134,79 142,10 143,63 137,29 90,92 87,48 90,55 81,50 71,14 68,15 74,20 69,74 166,03 168,76 169,00 134,67 141,99 143,41 137,29 90,79 87,85 90,42 81,50 71,14 68,66 74,07 66,40 165,92 168,87 169,03 134,56 141,99 143,41 137,18 91,16 87,26 90,30 82,12 70,76 68,66 74,07 65,63 166,06 169,22 169,25 134,47 141,87 143,55 137,21 91,19 87,63 90,82 82,28 70,92 68,79 74,10 69,64 165,95 169,11 169,36 134,70 142,02 143,44 137,32 91,07 87,63 90,58 81,78 70,79 68,92 73,97 71,56 165,95 169,00 168,93 134,70 142,02 143,21 137,32 90,70 87,54 90,45 81,53 70,79 67,50 74,23 71,05 166,06 169,03 168,76 134,70 141,93 143,21 137,32 91,44 88,03 90,21 81,28 70,66 67,98 74,35 70,28 165,48 169,25 168,87 134,33 141,93 143,29 136,61 90,79 87,17 90,30 82,25 70,76 67,08 74,07 71,02 1 1 2
Sau khi trung bình hóa nhiệt độ tại các điểm đo tương ứng của ống lót, ta có kết quả nhiệt độ của ống lót xi lanh động cơ 6 ^ 12/14 ở các đường kính và chế độ phụ tải khác nhau như trong Bảng 4.3 đến Bảng 4.6.
Bảng 4.3. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ 6 ^ 12/14 ở chế độ không tải Mặt cắt Chiều cao ống lót, [mm] Đường kính 122 mm Đường kính 128 mm Nhiệt độ điểm đo 1, [0C] Nhiệt độ điểm đo 2, [0C] Nhiệt độ điểm đo 3, [0C] Nhiệt độ trung bình [0C]
Nhiệt độ điểm đo 4, [0C]
MC1 258 79,37 81,05 82,14 80,85
MC2 238 72,10 73,44 73,84 73,12 69,85
MC3 193 56,93 57,38 58,32 57,55 55,50
MC4 118 49,80 50,43 50,67 50,30 48,95
Bảng 4.4. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ 6 ^ 12/14 ở chế độ 20% tải Mặt cắt Chiều cao ống lót, [mm] Đường kính 122 mm Đường kính 128 mm Nhiệt độ điểm đo 1, [0C] Nhiệt độ điểm đo 2, [0C] Nhiệt độ điểm đo 3, [0C] Nhiệt độ trung bình [0C]
Nhiệt độ điểm đo 4, [°C]
MC1 258 109,32 114,22 115,49 113,01
MC2 238 98,27 98,55 99,45 98,76 97,97
MC3 193 69,28 72,22 72,73 71,41 67,29
MC4 118 55,87 57,48 59,89 57,75 54,61
Bảng 4.5. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ 6 ^ 12/14 ở chế độ 40% tải Mặt cắt Chiều cao ống lót, [mm] Đường kính 122 mm Đường kính 128 mm Nhiệt độ điểm đo 1, [0C] Nhiệt độ điểm đo 2, [0C] Nhiệt độ điểm đo 3, [0C] Nhiệt độ trung bình [0C]
Nhiệt độ điểm đo 4, [0C]
MC1 258 142,69 143,26 145,35 143,77
MC2 238 119,00 119,17 120,70 119,62 116,58
MC3 193 79,43 80,93 81,95 80,77 74,68
Bảng 4.6. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ 6 ^ 12/14 ở chế độ 60% tải