Bilgiseller / Gemi sistemleri

Dizel indikatör diyagramları: indike güç, fren gücü ve tanı sınırları

Basınç–hacim işi, IMEP ve şaft gücünü; altı silindirli bir hesap, krank açısı referansı, çevrim tanımı ve ölçüm belirsizliği üzerinden birlikte okuyun.

Bu sayfada

Dizel indikatör diyagramı, silindirdeki gazın bir çevrim boyunca yaptığı işi anlatır. Silindirler arasındaki katkı farkını veya yanmadaki değişimi gösterebilir; ancak doğrudan yararlı şaft çıkışını ölçmez. Doğru yorum için üç sınır gerekir: çevrimin hangi kısmının integre edildiği, karşılaştırılan mekanik çıkışın nerede ölçüldüğü ve eğriyi üreten ölçüm zinciri. Gemide bu ayrımlar önemlidir; görünüşte makul bir basınç eğrisi bile yanıltıcı güç hesabı üretebilir.

İşi basınç–hacim çevriminden okuyun

Silindir hacmi değişirken gaz basıncı pistona kuvvet uygular. Seçilen kapalı çevrim için indike iş Wᵢ = ∮ p dV olarak yazılır. Pascal cinsinden basınç ile metreküp cinsinden hacim değişiminin çarpımı joule verir. Bu işaret tanımında genişleme pozitif, sıkıştırma negatif katkı yapar. Eğrinin çevrelediği alan kadar dolaşım yönü de önemlidir. Dolayısıyla yüksek fakat dar bir basınç tepesi, büyük pozitif çevrim işine eşdeğer değildir. Kistler ölçüm açıklaması, tepe basıncı ile ortalama indike basıncı ayırır ve piston işinin basınç–hacim temelini açıklar.

Basınç–krank açısı grafiği zamanlamayı görmeyi kolaylaştırırken basınç–hacim grafiği iş yorumunu görünür kılar. İkisi arasında geçiş için silindir geometrisi ve tutarlı krank açısı referansı gerekir. Örnekleme noktalarını ekranda birleştirmek, bu girdilerin doğru olduğunu kanıtlamaz. Diyagramla birlikte örnekleme, geometri ve referans bilgilerini saklamak, başka bir okuyucunun hesabı yeniden kurmasını sağlar.

IMEP karşılaştırmasından önce brüt ve net tanımını yapın

Ortalama indike basınç, IMEP, indike işin strok hacmine bölünmesidir: IMEP = Wᵢ/Vd. Bu, birim strok hacmi başına işi temsil eden eşdeğer basınçtır; sıradan bir manometrenin gösterdiği ortalama basınç değildir. Dört zamanlı makinede yüksek basınçlı sıkıştırma/genişleme çevrimi ile bütün çevrim aynı hesap sınırını temsil etmez. Xarin indikatör analizi dokümantasyonu, brüt, pompalama ve net IMEP değerlerini ayırır. IMEP etiketi taşıyan her sayıyı eşdeğer kabul etmek yerine integrasyon aralığını ve pompalama işinin işaretini belirtin.

Gaz değişimi net iş tüketebilir; ancak aşırı doldurmalı makinenin basınç koşulları bu katkının işaretini ve büyüklüğünü değiştirebilir. Her makine örneğine otomatik olarak negatif pompalama değeri yerleştirmeyin. İki zamanlı makinede de port ve valf olaylarına uygun çevrim tanımı gerekir. Silindirleri veya farklı tarihleri karşılaştırırken aynı tanım, geometri ve yazılım yaklaşımı kullanılmalıdır.

Çevrim işini doğru çevrim sıklığıyla güce çevirin

Toplam strok hacmi Vd, ortalama IMEP pᵢ ve saniyedeki devir sayısı n için indike güç Pᵢ = pᵢ Vd n/k olur. Burada k, dört zamanlı makinede çevrim başına iki, iki zamanlı makinede bir devirdir. MIT makine çalışma özellikleri notları, fren çıkışı için karşılık gelen ortalama efektif basınç, hacim ve çevrim sıklığı ilişkisini verir. Boyut kontrolü Pa × m³ × s⁻¹ = W şeklindedir. Silindirlerin IMEP değerleri farklıysa dengeli olduklarını varsaymak yerine her katkıyı hesaplayıp toplayın.

Yaygın bir hesap tablosu hatası, dakika başına devir değerini saniye temelli formülde kullanmaktır. Bir diğeri, tek silindirin strok hacmini kullanıp sonucu toplam makine gücü olarak adlandırmaktır. Üçüncü hata, zaten toplam olan hacmi silindir sayısıyla yeniden çarpmaktır. Bunlar farklı hatalardır; yalnız genel bir makullük kontrolü hepsini yakalamayabilir. Sayısal sonucun yanında hacmin kapsamını ve çevrim çarpanını açıkça yazın.

Varsayımsal altı silindirli hesabı izleyin

Her birinin çapı 0,320 m ve stroku 0,400 m olan altı eş silindir varsayalım. Tek silindirin strok hacmi π × 0,320² × 0,400/4 = 0,03217 m³, toplam strok hacmi 0,19302 m³ olur. Dört zamanlı makinenin 750 dev/dak hızı, saniyede 12,5 devre veya silindir başına saniyede 6,25 çevrime karşılık gelir. Her silindirde aynı yöntemle değerlendirilmiş net IMEP değeri 20,0 bar, yani 2,00 × 10⁶ Pa olsun.

Bu durumda her silindir çevrim başına yaklaşık 64,34 kJ net indike iş ve 402,1 kW indike güç üretir. Altı silindirin toplamı 2.412,7 kW olur. Sonuç yalnız varsayılan girdilerden gelir; belirli bir makinenin anma gücü değildir. Yalnız çevrim çarpanını iki zamanlı değerine çevirmek aritmetik sonucu iki katına çıkarır; fakat makinenin fiziksel dönüşümünü temsil etmez. Silindir dolumu, ısıl yük ve gerçek çalışma zarfı ayrıca modellenmelidir.

Şaft gücünü aynı sınırda karşılaştırın

Şimdi aynı devirde ve kararlı çalışma noktasında, makine çıkış şaftında bağımsız ölçülen fren gücü 2.200 kW olsun. Net indike güçten fark yaklaşık 212,7 kW, Pᵦ/Pᵢ oranı ise yaklaşık %91,2 olur. Tanımlar tutarlıysa bu, örnek bir mekanik verim karşılaştırmasıdır. Yakıttan şafta toplam verim değildir; o hesap için yakıt enerjisi girişi de gerekir. Fark, kaybın hangi yataktan, segman grubundan veya yardımcıdan kaynaklandığını da tek başına göstermez.

Şaft gücü, P = 2πnT bağıntısıyla tork üzerinden kontrol edilebilir. 750 dev/dak hızda 2.200 kW yaklaşık 28,01 kN·m torka karşılık gelir. Jeneratörün elektrik çıkışı başka bir sınırdır: jeneratör ve varsa ara tahrik kayıpları, elektrik çıkışını makine fren çıkışından ayırır. Elektrik kW değerini doğrudan indike kW ile karşılaştırıp farkın tamamına makine sürtünmesi demek, bu sınırları karıştırır. Hangi yardımcıların mekanik tahrikli, dışarıdan beslenen veya ölçüm dışında olduğu kayda geçirilmelidir.

Krank açısı referansını bir ölçüm değişkeni sayın

Basınç, pistonun doğru konumuyla eşleştirilmelidir. Krank açısı kayması, basıncın dV ile eşleşmesini değiştirerek iş integralinde sistematik hata doğurabilir. Kistler teknik makalesinin kamuya açık indekslenmiş giriş bölümü, IMEP ve çıkarılan enerji dengesinin üst ölü nokta atamasına duyarlılığını gösterir. Oradaki sayısal duyarlılık örneği, her deniz makinesi için evrensel tolerans değildir. Genel ders şudur: basınç genliğinin doğru ölçülmesi, fazı yanlış bir eğriyi düzeltemez.

Referansın şaftın hangi konumundan ölçüldüğünü, silindire özgü açı farklarının nasıl ele alındığını ve yorumun yük altındaki ilgili şekil değişimlerini dikkate alıp almadığını kontrol edin. Basınç algılayıcısının hassasiyeti, ısıl etkiler ve basınç kanalı da sonucu etkileyebilir. Tekrarlanan çevrimleri ortalamak bazı rastgele değişimleri azaltır; ortak kalibrasyon hatasını veya sabit krank açısı kaymasını ortadan kaldırmaz. Pürüzsüz ortalama eğri, sistematik sorunu gizleyebilir.

Değişmezlik ve duyarlılıktan hesap kontrolü üretin

Gerçekten kapalı bir hacim çevriminde basınca sabit C değeri eklemek, integrali C∮dV kadar değiştirir; bu değer sıfırdır. Bu matematiksel özellik, integrasyon hesabını sınamak için yararlıdır. Ancak basınç referansının bütün yanma sonuçları açısından önemsiz olduğu anlamına gelmez. Mutlak basınç, ısı açığa çıkma hesapları, kaçak modelleri ve tam kapanmayan integrasyon aralıkları farklı etkilenebilir. İddianın kapsamını kapalı çevrim iş hesabıyla sınırlı tutun.

Diğer girdiler sabitken IMEP değerindeki %1 değişim, hesaplanan indike gücü %1 değiştirir. Strok hacmi çapın karesine bağlı olduğundan küçük bir %1 çap hatası, hacimde ve güçte yaklaşık %2 hataya yol açar. Bu basit duyarlılıklar doğrulama önceliği belirlemeye yardımcı olur; tam belirsizlik bütçesi oluşturmaz. Silindirler arasında ilişkili hatalar, çevrim değişkenliği ve model varsayımları ayrıca ele alınmalıdır. Altı silindir bulunması, ortak algılayıcı sapmasını kendiliğinden altının kareköküne bölmez.

Belirtiyi tanıdan ayırın

Bir silindirin IMEP değeri düşerken egzoz sıcaklığının yükseldiğini düşünün. Geç ısı açığa çıkması olası bir açıklamadır; ancak bu iki gözlem enjektör arızasını tek başına kanıtlamaz. Tutulan hava miktarı, sızdırmazlık, yanma zamanlaması, ölçüm eşleşmesi veya çalışma koşulundaki değişimler benzer belirtiler üretebilir. Diyagram, alternatif açıklamaları ve bunları ayıracak kanıtları düzenlemelidir. O silindire daha fazla yakıt verme yönünde otomatik bir talimata dönüşmemelidir.

Tekrarlanabilir okumaları aynı devir, yük ve ilgili sıcaklıklarda karşılaştırın. Mümkünse ortalamayla birlikte tekil çevrim davranışını koruyun. Görünen dengesizliğin ölçüm zinciri kontrolünden sonra sürüp sürmediğini, bağımsız sinyallerin aynı yönde olup olmadığını ve onaylı makine sınırlarının incelemeyi nasıl sınırladığını değerlendirin. Silindir güçlerinin aritmetik dengesi yararlıdır; fakat yalnız sayıları eşitlemek gerçek bir ısıl veya mekanik sınırı gizleyebilir.

Kaydı yeniden üretilebilir hale getirin

Yararlı kayıt; makineyi, ölçüm yerini, tarihi, çalışma durumunu, çap ve strok bilgisinin temelini, silindir sayısını, çevrim türünü, basınç ve devir birimlerini, krank açısı referansını, integrasyon aralığını ve yazılım tanımını içerir. Gerçek diyagramları ve ayrıca ölçülen şaft çıkışının sınırını ekleyin. Düzeltilen algılayıcı katsayısı geçmiş eğilimi değiştiriyorsa eski değerleri sessizce değiştirmek yerine düzeltmeyi ve nedenini saklayın.

Son yorum üç soruya somut yanıt vermelidir: hangi iş hesaplandı, karşılaştırma ne kadar güvenilir ve hangi arıza açıklamaları hâlâ çözümlenmedi? Böylece indikatör diyagramı izlenebilir mühendislik kanıtına dönüşür. Eğitim hesabının görevi de açık kalır: ilişkileri açıklamak; ekipmana özgü sınırlar ve işlemler ise ilgili makine dokümantasyonuna dayanır.

Kaynaklar