Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Исследование влияния инерционных и гироскопических свойств работающих двигателей на прочностные характеристики динамической двигатель – пилон — крыло

Исследование влияния инерционных и гироскопических свойств работающих двигателей на прочностные характеристики динамической двигатель – пилон — крыло

Полный текст:

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Анализ особенностей динамических свойств современного крупногабаритного самолета, обусловленных спецификой его компоновочной схемы, показывает, что слабодемпфированные колебания двигателей на упругих пилонах под крылом являются причиной ряда нежелательных явлений, в том числе интенсивного накопления усталостных повреждений узлов крепления двигателя к пилону, пилона к крылу, собственно в пилоне и крыле в месте установки двигателей. Результаты теоретических и экспериментальных исследований показывают, что при определенной доработке конструкции узлов крепления двигателя к пилону появляется возможность использовать инерционные и гироскопические свойства двигателей для гашения данных колебаний. В этом случае на порядок и более возрастают коэффициенты демпфирования двигательных тонов, реализуется гироскопическая связанность упругих тонов колебаний. При рациональном выборе параметров дополнительных упругих и диссипативных связей в узлах крепления двигателей удается достаточно эффективно воздействовать на аэроупругие колебания крыла самолета и двигателей, что оказывает существенное влияние на прочностные характеристики элементов конструкции ЛА. Для исследования влияния и выбора рациональных упругодиссипативных параметров подвески двигателей самолета на пилонах под крылом разработана математическая модель аэроупругости (ММАУ) с учетом кинетического момента роторов двигателей и специальным образом сконструированных узлов крепления двигателей к пилонам. Для синтеза ММАУ самолета с работающими двигателями на пилонах используется хорошо зарекомендовавший себя метод заданных базовых форм. В качестве заданных форм рассматриваются формы собственных колебаний базовой конструкции самолета в пустоте. В данной работе гондола и ротор двигателя рассматриваются как абсолютно жесткие тела, упругостью узлов крепления ротора к гондоле пренебрегается. Пилон моделируется упругой балкой, а упругие и диссипативные свойства узлов крепления пилона к крылу и двигателя к пилону соответствующими упругодиссипативными связями. Предложены принципиальные схемы узлов крепления двигателя к пилону. Приводятся результаты исследования влияния предлагаемых доработок узлов крепления на нагруженность и интегральные прочностные характеристики основных конструктивных элементов динамической системы двигатель – пилон – крыло на примере самолета Ан-124. Доказана целесообразность практической реализации предлагаемых решений для снижения уровня усталостной повреждаемости элементов конструкции самолета.

Ключевые слова

Об авторах

Овчинников Валерий Валерьевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой основ физики

Петров Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической механики и инженерной графики

Список литературы

1. Овчинников В.В., Петров Ю.В. Численные методы исследования аэроупругости летательных аппаратов: монография. М.: ИД Академии имени Н.Е. Жуковского, 2017. 160 с.

2. Fujino M., Oyama H., Omotani H. Flutter characteristics of an over-the-wing engine mount business-jet configuration // 44th AiAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. AIAA 2003-1942, 2003. Pp. 1–12. DOI: 10.2514/6.2003-1942

3. Waitz S., Hennings H. The aeroelastic impact of engine thrust and gyroscopics on aircraft flutter instabilities // International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics. IFASD-2015. Russia, Saint Petersburg, 2015. Pp. 1–15.

4. Skelly J., Laporte A. Engine pylon for aircraft. Patent US. No. US20110204179A1, 25.08.2011. 7 р.

5. Wang L. Aeroelastic modeling and analysis of the wing/engine system of a large aircraft / L. Wang, Z. Wan, Q. Wu, Ch. Yang // Procedia Engineering. 2012. Vol. 31. Pp. 879–885. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.1116

6. Liu D. Primary modeling and analysis of wing based on aeroelastic optimization / D. Liu, Z. Wan, Ch. Yang, T. Yang // AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. AIAA 2010-2719, 2010. 15 p. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2010-2719

7. Barys M., Zalewski R. Analysis of inertial amplification mechanism with smart springdamper for attenuation of beam vibrations [Электронный ресурс] // MATEC Web of Conferences: Machine Modelling and Simulations. 2018. Vol. 157. 03002. 9 pp. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201815703002 (дата обращения 01.02.2020).

8. Kumar G., Walter E., Jack S. Vibration damping aircraft engine attachment. Patent US. No. US5065959A, 19.11.1991. 8 p.

9. Haber O. Vibration damping pylon. Patent US. No. US20060060713A1, 23.03.2006. 9 p.

10. Вибрации в технике: справочник в 6-ти т. Т. 6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К.В. Фролова М.: Машиностроение, 1981. 456 с.

11. Серов М.В., Аверьянов Г.М., Александрова С.Г. Опыт применения теории колебаний к практическим вопросам применения инерционных динамических гасителей колебаний // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. Т. 3, № 1 (15). С. 118–124.

12. He H., Xie X., Wang W. Vibration control of tower structure with multiple cardan gyroscope // Shock and Vibration. 2017. Vol. 2017. Article ID 3548360. 11 pp. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/3548360

13. Nashif A.D., Jones D.I.G., Henderson J.P. Vibration Damping. John Wiley & Sons, 1985. 480 p.

14. De Silva C.W. Vibration Damping, Control, and Design. 1st ed. CRC Press, 2007. 634 p.

15. Ünker F., Çuvalci O. Vibration control of a column using a gyroscope // Procedia — Social and Behavioral Sciences. Vol. 195. Pp. 2306–2315. 3 July 2015. DOI: 10.1016/j.sbspro.2015.06.182

16. William P.R. Theoretical and computational aeroelasticity. 1st edition. Crest Publishing, 2011. 347 p.

17. Чернышев С.Л. Тенденции развития вычислительной механики для прочностного проектирования конструкций ЛА / С.Л. Чернышев, М.Ч. Зиченков, Ф.З. Ишмуратов, В.В. Чедрик // Чебышевский сборник. 2017. Т. 18, № 3 (63). С. 488–505. DOI: 10.22405/2226-8383-2017-18-3-488-505

18. Парафесь С.Г., Смыслов В.И. Проектирование конструкции и САУ БПЛА с учетом аэроупругости. Постановка и методы решения задачи. М.: Изд-во «Техносфера», 2018. 182 с.

19. Гарифуллин М.Ф. Числительные методы в расчетных и экспериментальных исследованиях нестационарных явлений аэроупругости. Кн. 1: Численные методы в расчетных исследованиях. М.: Наука, 2016. 350 с.

20. Wright J.R., Cooper J.E. Introduction to aircraft aeroelasticity and loads. 2nd ed. John Wiley & Sons, 2015. 574 p.

Для цитирования:

Овчинников В.В., Петров Ю.В. Исследование влияния инерционных и гироскопических свойств работающих двигателей на прочностные характеристики динамической двигатель – пилон — крыло. Научный вестник МГТУ ГА. 2020;23(3):63-72. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2020-23-3-63-72

For citation:

Ovchinnikov V.V., Petrov Yu.V. Study of running engines inertial and gyroscopic properties influence on the dynamic system engine – pylon – wing structural capabilities. Civil Aviation High Technologies. 2020;23(3):63-72. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2020-23-3-63-72


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Моющие присадки для моторных топлив

Как увеличить срок службы и повысить мощность двигателя?

Как увеличить срок службы и повысить мощность двигателя? Как сэкономить топливо, снизить токсичность выбросов автомобиля и уменьшить влияние транспорта на окружающую среду?

Нормы Euro 5 и Euro 6 в области выбросов транспортных средств сфокусированы на решении проблемы снижения эмиссии парниковых газов (СО2, NOx) и твердых частиц. Цель номер 1 для ЕС углекислый газ. В развитых странах показатель выбросов двуокиси углерода в последние годы вошел в число основных характеристик автомобиля. Сегодня в ЕС максимально допустимый объем выбросов составляет 130 г/км. К 2021 году этот порог должен снизиться до 95 г/км, а к 2030 г. – до 66 г/км.

Сократить количество выбросов углекислого газа возможно только путем снижения расхода топлива, так как масса CO2, выбрасываемая автомобилем, и количество потребленного топлива напрямую зависят друг от друга. Норма выбросов углекислого газа в 95 г/км соответствует расходу топлива 4 литра на 100 км. Эти проблемы в настоящее время решаются за счет совершенствования автомобильных технологий, а основные показатели качества топлив практически не затрагиваются.

Читать еще:  Что то щелкает в двигателе нексия

Бензиновые двигатели с прямым впрыском топлива

Новый этап в эволюции технологии автомобилестроения – двигатели с прямым впрыском топлива в камеру сгорания (Direct Injection Spark Ignition – DISI). Уникальная система впрыска DISI и высокая компрессия обеспечивают лучшую эффективность работы по сравнению с традиционными двигателями. Эта конструктивная концепция позволяет создать практически чистый автомобиль с минимальным расходом топлива и низкой токсичностью выхлопа, сохраняя при этом максимальную мощность транспортного средства.

Особенности эксплуатации двигателей прямого впрыска

Основными недостатками бензинового двигателя прямого впрыска являются сложность этой системы и, как следствие, её высокая стоимость. Главный элемент системы подачи топлива – инжектор высокого давления. Форсунки в двигателе работают в очень жестких условиях, так как непосредственно контактируют с камерой сгорания. Твердые продукты горения могут способствовать образованию отложений на игле топливной форсунки, а также внутри сопловых отверстий. Отложения, образующиеся в сопловых отверстиях и на внешней поверхности форсунок, приводят к уменьшению поперечного сечения отверстий, ограничивая поток топлива и нарушая оптимальную схему впрыска. По словам технических специалистов, забитые форсунки – это проблема всех двигателей прямого впрыска, независимо от конструкции. Для моделей, наиболее склонных к накоплению отложений, уже через 5 000 миль, а для других – через 15 000 – 30 000 миль из-за засорения форсунок наблюдается снижение потока топлива на 27–30%. При этом промывка дозировочного блока малоэффективна. Эта проблема может быть решена только его заменой.

Контроль образования отложений

Двигатели прямого впрыска особенно требовательны к качеству топлива, так как всего лишь одна заправка некачественным бензином может вызвать перебои в работе автомобиля и значительно сократить ресурс его работы. Для сохранения работоспособности двигателя, а также высокой топливной экономичности, крайне важно обеспечить чистоту топливной системы в процессе работы.

Последние зарубежные исследования направлены на изучение возможности обеспечения при помощи присадок чистоты топливных форсунок бензиновых двигателей с прямым впрыском топлива. Исследования и испытания показали, что различные типы моющих присадок способны сохранять чистоту новых инжекторов двигателей прямого впрыска, а также способны очищать осевший нагар.

Для оценки способности топлив с присадками поддерживать чистоту форсунок современных двигателей используется стандартный метод CEC TDG-F-113. Испытания проводятся в стендовых условиях на двигателе Volkswagen EA111 CAVE – это современный турбированный 1,4 литровый двигатель прямого впрыска с мультисопловыми форсунками. Отложения, образующиеся в сопле инжектора, приводят к уменьшению поперечного сечения отверстий, ограничивая поток топлива. Для получения топливовоздушной смеси стехиометрического состава, электронная система управления двигателем увеличивает время впрыска. Критерием оценки является изменение времени впрыска (change of injection time), свидетельствующее о наличии отложений в отверстиях топливных форсунок, выраженное в процентах. Для топлив без присадок изменение времени впрыска может составлять 20-25%.

Современные пакеты моющих присадок для автомобильных бензинов позволяют эффективно контролировать образование отложений в двигателях прямого впрыска последнего поколения.

На рисунке представлен график и фото форсунки, иллюстрирующие способность современных пакетов присадок поддерживать в чистоте топливные форсунки двигателей с прямым впрыском. При работе двигателя на топливе с пакетом присадок форсунки остаются чистыми, двигатель работает стабильно, изменение времени впрыска составляет ± 0% по сравнению со стартовым значением. Добавление современных пакетов присадок в автомобильные бензины позволяет поддерживать чистоту, а также восстановить работоспособность топливных инжекторов непосредственно в процессе эксплуатации без ремонта и промывки.

Благодаря эффективному горению, снижается расход топлива и уменьшается количество выбросов выхлопных газов и СО2 в атмосферу. Обеспечение работоспособности дозировочного блока позволяет повысить надёжность работы топливной аппаратуры.

Современные дизельные двигатели Common-rail

Экологические показатели дизельных двигателей до последнего времени значительно уступали современным бензиновым двигателям. Ситуация изменилась в связи с внедрением дизелей так называемой системы Common-rail. В таких двигателях топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод — топливную рампу, которая играет роль ресивера. Топливо при этом находится не под пульсирующим давлением, а под постоянным. Управление форсунками осуществляется не старым гидромеханическим способом, а с помощью компьютера.

Такие особенности дизеля, как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов, а также доступное топливо делают его более предпочтительным вариантом по сравнению с бензиновым двигателем. Дизельный двигатель экономичнее бензинового и расходует в среднем на 15-30% меньше топлива. Экологические характеристики дизельного двигателя также выше, чем у бензинового.

Особенности образования отложений в дизельном двигателе системы Common-rail

Эксплуатация современных двигателей с прямым впрыском системы Common-rail сопровождается образованием отложений в топливных форсунках. Часто возникновение проблем в системе питания провоцирует дозировочный блок. Если в топливной рампе наблюдается недостаточное или повышенное давление, то причина, скорее всего, кроется в неадекватной работе дозировочного блока. Он, в свою очередь, являясь прецизионным изделием, крайне чувствителен к образованию отложений. По сложности современный дизельный двигатель не уступает бензиновому. Ужесточение экологического законодательства постоянно диктует новые требования к конструкции двигателя, которые сопровождаются постоянным усложнением форсунок. Так, двигатель Peugeot DW 10 с нормами выбросов Евро-5 имеет форсунки с шестью инжекторными отверстиями размером 110 микрон. Форсунка двигателя конструкции Евро-6 имеет 24 инжекторных отверстия диаметром всего 80 мкм. Сопла современных форсунок лишь немногим больше диаметра человеческого волоса. Кроме того, они имеют сложную геометрию, с закруглениями. Все это делает их особенно подверженными к образованию отложений. Увеличение давления впрыска топлива и рабочих температур двигателя усиливают тенденцию к закоксовыванию инжекторов. Воздействие отложений на прецизионную пару блока приводит к зависанию его штока, что выражается в нерегулируемой подаче топлива в цилиндры. При этом, как и в случае с бензиновым двигателем, промывка дозировочного блока малоэффективна. Проблему решает только замена его новым. Но и она в некоторых случаях приносит лишь временный эффект.

В отличие от форсунок старых конструкций, в современных двигателях прямого впрыска отложения формируются в других областях. Внутри и вокруг распылительных отверстий образуется углеродистый нагар – «внешние отложения». Помимо отверстия сопла, внутри корпуса инжектора, на поршне и игле форсунки образуются «внутренние отложения»

Условия сгорания (давление, температура) приводят к образованию отложений, отличающихся по составу от образующихся в классических дизельных двигателях. Существуют два различных типа внутренних отложений в инжекторах. Первый тип — восковые отложения, или «мыло». Второй тип — углеродистые, имеющие вид лаковой пленки

Отложения внутри сопла могут вызвать залипание подвижных частей, это нарушает контроль за впрыском топлива. Неэффективное горение топлива может привести к падению мощности, ухудшению топливной экономичности, увеличению эмиссии токсичных выбросов, а также к выхлопам в виде черного дыма. Увеличение количества отложений может привести к потере управляемости автомобилем и к проблемам с запуском.

Для сохранения мощности двигателя и высокой топливной экономичности крайне важно обеспечить чистоту топливной системы в процессе работы.

Борьба с отложениями в дизельном двигателе

Прогресс в области технологии автомобильных двигателей постоянно диктует новые требования к присадкам для топлив. Многие присадки предыдущего поколения не способны контролировать образование внутренних отложений. Современные тенденции в автомобилестроении приводят к появлению новых многофункциональных присадок к моторным топливам. Пакеты присадок последнего поколения обеспечивают высокую эффективность по защите всех типов дизельных двигателей, включая самые современные системы Common Rail от всех видов отложений, как внешних, так и внутренних.

Для изучения образования отложений в распылительных отверстиях топливных инжекторов современных двигателей Common-rail используется стандартный метод СЕС F-98-08 на двигателе Peugeot DW10В. Испытания проводятся циклами, общая длительность испытаний составляет 60 часов. В процессе испытаний каждый час регистрируется изменение мощности двигателя. Критерием оценки является изменение мощности, которое определяется уровнем загрязнения топливных инжекторов. В соответствии с последними требованиями Всемирной топливной хартии падение мощности не должно превышать 2%. Этот метод позволяет напрямую проследить взаимосвязь между эксплуатационной эффективностью работы двигателя (мощностью) и чистотой топливной системы. Многочисленные испытания на двигателе Peugeot DW10В показывают, что топлива, представленные на европейском рынке, не обеспечивают выполнение требований ВТХ по этому показателю (потеря мощности менее 2%). Причем снижение мощности составляет 7-9%, а в некоторых случаях превышает 12-13%. Такое падение мощности дизельного двигателя вызвано образованием отложений на элементах топливных форсунок. Как показывают испытания, добавление пакетов моющих присадок в дизельное топливо препятствует потере мощности за счет предотвращения образования отложений. Если в двигателе уже имеются отложения, эксплуатация на топливе с многофункциональным пакетом присадок может восстановить 100% первоначальной мощности двигателя (до уровня нового) за счет очистки топливных форсунок

Читать еще:  Электронный регулятор оборотов двигателей внутреннего сгорания

Для изучения образования внутренних отложений используется стандартный метод СЕС F-110-16 на двигателе Common Rail DW 10C, основанный на оценке влияния внутренних отложений на холодный запуск двигателя. Испытания проводятся циклами: 5 циклов по 6 часов каждый с остановками двигателя на 8 часов. После запуска холодного двигателя измеряется температура отработавших газов (холостой ход, 2000 об/мин).

Значительные колебания температуры отработавших газов указывают на наличие внутренних отложений. После их удаления при работе автомобиля на топливе с многофункциональным пакетом присадок работа двигателя стабилизируется. Для оценки наличия внутренних отложений используется рейтинговая система: рейтинг рассчитывается исходя из различия в температурах отработавших газов по каждому цилиндру, рейтинг 10 свидетельствует об отсутствии внутренних отложений. Рейтинг менее 8 – наличие внутренних отложений, характеризующихся различиями в температурах отработавших газов при холодном старте и вибрацией двигателя. Испытания, проведенные разными методами, на двигателях различных конструкций и поколений подтверждают способность современных многофункциональных пакетов присадок поддерживать идеальную чистоту всех типов дизельных двигателей, включая самые современные двигатели системы Common Rail, а также обеспечивать очистку топливных инжекторов от всех видов отложений (внешних и внутренних).

Даже самое высококачественное топливо в процессе эксплуатации образует отложения в топливных форсунках. Появление отложений в двигателе неизбежно, но их количество можно контролировать и, таким образом, поддерживать двигатель автомобиля в хорошем состоянии. Именно для этого предназначены современные пакеты моющих присадок в качестве «средства быстрого реагирования».

Дарья Федосеева, менеджер по технической поддержке, отдел «Специальные химикаты для топлив и масел», BASF в России и СНГ

Никитина Елена Андреевна к.т.н., технический консультант, отдел «Специальные химикаты для топлив и масел», BASF в России и СНГ

Как повысить эффективность электродвигателя

Большинство насосов приводятся в действие с помощью асинхронных электродвигателей, это означает, что двигатели вносят вклад в общую эффективность насосной системы.

Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира.

Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т.к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру.


Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с.). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска).

Проблема эффективности двигателя

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными. Оптимизация эффективности электродвигателя насоса может обеспечить реальную экономию стоимости рабочего цикла на протяжении всего срока службы насоса/электродвигателя. Ключевыми факторами, которые влияют на эффективность асинхронного двигателя являются:

  • относительная нагрузка двигателя (негабаритные двигатели находящиеся под нагрузкой)
  • скорость вращения (число полюсов)
  • размер двигателя (номинальная мощность)
  • класс двигателя: обычный КПД в сравнении с энергоэффективностью в с равнении с высоким КПД

Эффективность электродвигателя при частичной загрузке

Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с
относительной нагрузкой на электродвигатель по сравнению с номинальной характеристикой. Вплоть до нагрузки в 50% эффективность большинства электродвигателей остается линейной и для некоторых электродвигателей достигает пика у отметки 75%. Электродвигатели могут работать при нагрузке меньше 50% только в течение короткого промежутка времени и не могут эксплуатироваться при нагрузках меньше 20% от номинальных. Таким образом, когда отрегулированные рабочие колеса или насосы возвращаются к своим кривым «напор-подача», необходимо оценить воздействие относительной нагрузки на электродвигатель.

Рисунок 2: Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов — Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя

Скорость вращения

На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы. Также следует отметить, что номинальная мощность электродвигателя влияет на его эффективность, большие электродвигатели имеют большую эффективность, чем малые.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя

Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле:
n = 120*f/p
где:
n = скорость вращения в об/мин
f = частота питающей сети (Гц)
p = количество полюсов (min = 2)

Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения.

Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее.

Рисунок 3. Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПД

Электродвигатели с высоким КПД

На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше.

Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД). Т.к. входная мощность на валу насоса пропорциональна скорости в кубе, простая замена старого электродвигателя новым с высоким КПД не обязательно приведет к снижению потребления энергии.

Читать еще:  105 лошадиных сил какой объем двигателя

С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса — это хорошо, замена старого
электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана.

Коэффициент мощности электродвигателя

Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется «Коэффициент Мощности«. Некоторые
коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения
коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте
мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД,
коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки.

Определение коэффициента мощности:

Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды напряжения, который выбарабывает меньшее количество полезной мощности.
Сдвиг, вызванный необходимым током намагничивания двигателя
PF = Pi/KVA
Где:
KVA = VxIx(3) 0.5 /1,000

Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного
электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.
Где:
Pi = VxIxPF(3) 0.5 /1,000

Pi= трехфазный вход кВт
V= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)
I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)
PF= коэффициент мощности в виде дроби

Хотя коэффициент мощности не влияет напрямую на КПД электродвигателя, он оказывает влияние на потери в сети, как это упоминалось выше. Однако, есть способы увеличения PF (коэффициента мощности), а именно:

  • покупка электродвигателей с изначально высоким PF
  • не покупайте слишком большие электродвигатели (коэффициент мощности падает вместе с уменьшением
  • нагрузки на электродвигатель)
  • установка компенсирующих конденсаторов параллельно с обмотками электродвигателя
  • увеличить полную загрузку коэффициента мощности до 95% (Max)
  • преобразование в привод с частотным регулированием

Пусковые конденсаторы электродвигателей являются одним из наиболее поппулярных способов увеличения коэффициента мощности и имеют следующий список преимуществ:

  • увеличение PF
  • меньшение реактивного тока от электрооборудования через кабели и пускатели электродвигателейменьшее тепловыделение и потери мощности кВт
  • По мере уменьшения нагрузки на электродвигатель растет возможность экономии, а PF
  • падает ниже 60%-70%. (возможная экономия 10%)
  • Уменьшение сборов за коэффициент мощности
  • Увеличение общей производительности системы
  • Интеллектуальная система управления электродвигателем
  • Частотно-регулируемый электропривод

Более высокое напряжение
Другим способом повышения КПД электродвигателя является повышение рабочего напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже ток и, тем самым будут ниже потери в сети. Однако, высокое напряжение приведет к увеличению цены частотно-регулируемого привода и сделает работу более опасной.

Выводы
Таким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о
КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют.

Вязкость моторного масла

Учитывая большие объемы масла, используемого грузовиками и строительной техникой, фактор цены и ресурса смазочных материалов важен для бизнеса, особенно для крупных автопарков.

Содержание

  • 1. Зависимость вязкости от температуры
  • 2. Зависимость вязкости от срока службы масла
  • 3. Стандартизация вязкости масла
  • 4. Моторные масла ROLF

Это свойство прямо влияет на эффективность смазки, защиту от износа, а в холодном климате и на саму возможность запуска двигателя. Узлам, смазываемым принудительно маслонасосом, требуется обеспечение давления масла в определенных пределах, а оно находится в прямой пропорции с его вязкостью. Эффективность смазки разбрызгиванием (в первую очередь стенок цилиндров) зависит и от объема масла, выходящего через зазоры вкладышей, и от прочности масляной пленки, то есть вновь связана с вязкостью.

Появление в конструкции двигателей гидрокомпенсаторов, а затем и гидравлического привода фазовращателей также пришлось учитывать при составлении требований к вязкости моторного масла. Недостаточно вязкий продукт нарушает работу гидрокомпенсаторов, что выдает себя характерным стуком в механизме привода клапанов.

Зависимость вязкости от температуры

Моторное масло – это сложная по составу жидкость, состоящая из органических (базовое масло) и неорганических (часть пакета присадок) компонентов. У любого сорта материала есть ярко выраженная зависимость вязкости от температуры. По мере ее роста вязкость падает, снижается давление в масляной системе, уменьшается прочность масляной пленки. Поэтому при превышении определенной температуры масло может потерять это свойство настолько, что под нагрузкой трение в двигателе перейдет в сухое, а это неизбежно приведет к поломке.

При снижении температуры масло, напротив, густеет. Ухудшается прокачиваемость, возрастает сопротивление масляного фильтра, снижается объем масла, разбрызгиваемого в картере. При увеличении вязкости выше определенного порога становится невозможным запуск двигателя с помощью электростартера: его мощности не хватает, чтобы раскрутить коленчатый вал до нужных оборотов либо даже просто сдвинуть его с места.

Классическое минеральное базовое масло отличает наиболее ярко выраженная зависимость вязкости от температуры, то есть оно имеет минимальную ширину диапазона применяемости. По этой причине характеристики продукции приходится корректировать введением дополнительных присадок. Высококачественные синтетические базовые масла позволяют обеспечивать наиболее широкие границы применимости: при великолепных низкотемпературных свойствах масло не теряет способность смазывать и защищать мотор после прогрева и под нагрузкой.

Зависимость вязкости от срока службы смазочного материала

По мере эксплуатации масло неизбежно стареет, его вязкостные характеристики меняются:

  • окисляется и насыщается продуктами неполного сгорания топлива базовое масло;
  • разрушаются введенные в состав продукта стабилизаторы вязкости.

Для обеспечения нормальных интервалов замены масла необходимо, чтобы к концу срока его параметры оставались в пределах, заданных производителем двигателя. Старение масла становится к концу срока службы хорошо заметным: вязкость снижается, одновременно ухудшаются и низкотемпературные характеристики.

Используя высококачественные базовые масла и современные пакеты присадок, ROLF Lubricants GmbH может предложить продукцию не только со стандартными, но и с увеличенными сроками замены в соответствии со специфическими допусками автопроизводителей (например, BMW LL-01). В то же время намеренное увеличение интервалов замены, если оно прямо не оговорено в сервисной книжке для масел с конкретным допуском, не может быть рекомендовано.

Нужно учитывать, что сроки замены устанавливаются автопроизводителями для среднестатистических условий эксплуатации. В ряде случаев требуется сокращать интервалы обслуживания. Сюда относятся:

  • частые пробки, в которых двигатель работает на минимальных оборотах (наихудшие условия смазки) без набора километража на одометре;
  • жесткая эксплуатация (перегрузки, агрессивное вождение, внедорожная езда), когда возрастают темпы старения и окисления масла.

В таких условиях вязкостные свойства масла, как и другие эксплуатационные характеристики, уже могут выйти за установленные пределы быстрее, что ускорит рост износа двигателя. Именно поэтому в сервисных книжках обычно прямо предписываются сокращенные интервалы замены масла в описанных случаях.

Стандартизация вязкости смазочного материала

Для надежности смазки двигателя в первую очередь требуется, чтобы кинематическая вязкость масла при рабочей температуре находилась в определенных границах. Также особо оговаривается минимальная динамическая вязкость при повышенной температуре. При зимней же эксплуатации необходимо задать предельно высокую динамическую вязкость масла для определенной температуры, чтобы иметь уверенность в возможности прокрутки двигателя стартером и сохранении прокачиваемости материала насосом.

Общепринятая спецификация SAE J300 удобна и позволяет легко описывать и сравнивать вязкостные характеристики моторных масел. Ее принцип легко описывает простая таблица:

Группа классов вязкости

Маркировка по мере возрастания вязкости

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector