Известно, что эффективное проходное сечение (гидравлическое сопротивление) μf деталей топливной аппаратуры (ТА) высокого давления дизелей оказывает существенное влияние на показатели топливоподачи [1]. С целью снижения неравномерности подачи топлива по цилиндрам дизеля необходим подбор комплектов ТА с учетом μf элементов. Для этого ремонтные предприятия должны быть обеспечены соответствующими средствами контроля, отвечающими следующим требованиям: достаточная точность (не хуже 0,5-1,0 %); воспроизводство условий контроля, близких к реальным условиям работы ТА; минимальная трудоемкость испытаний; универсальность по отношению к различным элементам ТА; простота обслуживания и надежность в работе.
Для определения эффективного проходного сечения μf деталей линии высокого давления могут использоваться пневматические и гидравлические устройства [2, 3].
Их принцип действия основан на использовании уравнения неразрывности потока:
Q = μf 
(1)
где Q - расход жидкости (газа) через контролируемый элемент, м3/с;
μ - коэффициент расхода жидкости (газа) через элемент;
f - площадь поперечного сечения канала элемента, м2;
μf - эффективное проходное сечение элемента, м2;
Р1, Р2 - давление на входе и выходе элемента, Па;
ρ - плотность жидкости (газа), кг/м3.
Из пневматических устройств наибольшее распространение получили приборы с водяным манометром «солекс» и длиномеры-ротаметры.
Пневматические приборы "солекс" работают по принципу замера давления воздуха Р2 в воздушной камере прибора при обеспечении постоянного давления Р1 в его баллоне.
Из уравнения (1) имеем:
. (2)
Рассмотрим влияние отдельных параметров процесса измерения μf на величину Р2, используя метод малых отклонений [4]. Для этого прологарифмируем уравнение (2):
ln Р2 =ln [(μf)2 × 2/ρ × Р1 -Q] - ln (μf)2 -ln 2/ρ. (3)
Продифференцировав это выражение, получим:
.(4)
Умножив и поделив первый член уравнения (4) на Р1 , второй - на ρ, третий - на μf и считая малое приращение функции равным дифференциалу функции в окрестности заданной исходной точки, то есть 
, получим:
(5)
или
,(6)
где δР2 - относительное измерение давления Р2 при изменении параметров правой части уравнения (6) в некоторой окрестности исходного состояния; k1 - численные коэффициенты, равные значениям соответствующих частных производных в исходной точке, то есть при заданных начальных значениях.
. (7)
Приняв за исходное состояние параметров их среднее значение, получим уравнение, представляющее собой метрологическую модель процесса измерения μf элементов ТА с помощью прибора "солекс":
. (8)
Из выражения (8) следует, что при увеличении Р1 на 1%, при прочих неизменных параметрах, Р2 увеличится на 2,51%. При увеличении μf или уменьшении Q на 1% Р2 увеличится на 3,02%. Увеличение ρ на 1% приводит к уменьшению Р2 на 1,51%.
Стабилизатор и регистратор давления Р1 в приборе "солекс" обеспечивает поддержание Р1 с точностью до 1%. Таким образом, при заложенной в приборе погрешности Р1 в 1% величина Р2 изменится на 2,5%, т.е. уже по этому параметру прибор "солекс" не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к подобным устройствам по классу точности. Кроме того, измеритель Р2, выполненный в виде водяного манометра с визуальным отсчетом значения Р2 по мениску воды в манометрической трубке, обеспечивает точность измерения не выше 3 класса.
Пневматические длиномеры-ротаметры работают по принципу замера мгновенного расхода воздуха при автоматическом обеспечении постоянного перепада давления на чувствительном элементе - поплавке.
Выполнив аналогичные преобразования уравнения (1), используя метод малых отклонений, получим метрологическую модель процесса измерения μf элементов ТА с помощью ротаметра:
.(9)
Из уравнения (9) видно, что нестабильность параметров процесса измерения μf с помощью ротаметра оказывает менее заметное влияние на точность измерения по сравнению с прибором «солекс». Однако сам способ замера расхода воздуха Q с помощью поплавка в конусообразной трубке вносит погрешность до 2%.
Разработаны гидравлические устройства перепада давления [3] для определения пропускной способности распылителей форсунок путем создания в объеме начального давления топлива, сообщения этого объема с распылителем в течение заданного промежутка времени, измерения остаточного давления и сравнения результата с эталоном.
Метрологическая модель процесса измерения μf с помощью такого устройства:
(10)
Точность измерения этим устройством в большой степени зависит от плотности топлива в системе устройства. Стенды же, которые оборудуются приставками-измерителями μf, не имеют устройств стабилизации температуры, а значит и плотности рабочей жидкости. Кроме того, гидравлическое устройство перепада давления не может быть использовано для проверки μf других элементов ТА, имеющих эффективное проходное сечение, значительно большее, чем у много дырчатых распылителей.
Поэтому очевидна необходимость в другом способе определения μf элементов ТА, свободном от перечисленных выше недостатков, позволяющем повысить точность измерений и применимым для различных деталей линии высокого давления.
Если стабилизировать значения Р1, Р2, ρ во времени независимо от состояния контролируемого элемента, то выражение (1) примет вид:
(11)
где С1 - постоянная, зависящая от конструкции прибора.
Гидравлические стенды постоянного напора, основанные на использовании условия (11) могут применяться без переделок для измерения μf различных деталей и узлов ТА. Принцип их действия основан на измерении объема жидкости, протекающей через контролируемый элемент при стабилизированных Р1, Р2, ρ и t.
Метрологическая модель процесса измерения μf с помощью стенда постоянного напора:
(12)
Анализируя модель (12), убеждаемся, что точность измерения при ее использовании высока. Нестабильность параметров оказывает незначительное влияние на точность.
Однако стенды постоянного напора имеют визуальный отсчет накопленной жидкости и не позволяют автоматизировать процесс испытаний.
На основании изложенного следует, что ни одно из существующих устройств не отвечает в полной мере предъявляемым к ним требованиям по точности измерений, универсальности по отношению к различным элементам ТА, условиям автоматизации и трудоемкости испытаний.
С целью устранения указанных недостатков разработан автоматизированный стенд для контроля μf составляющих элементов комплекта ТА [5].
В основу определения μf элементов положено измерение времени заполнения заданного объема жидкостью через контролируемый элемент при постоянном перепаде давления жидкости на входе и выходе элемента.
Перепишем условие (2) в виде:
(13)
где V - постоянный объем измерительной емкости, м3;
C2 - постоянная устройства;
t - время заполнения объема V, с.
Стенд, работающий на основе условия (13), позволяет автоматизировать процесс испытаний и документирования их результатов, универсален по отношению к различным элементам ТА, дает возможность максимально приблизить условия испытаний к реальным условиям работы ТА на дизеле.
Процесс измерения μf элементов ТА с помощью автоматизированного стенда описывается метрологической моделью следующего вида:
(14)
Таким образом, точность определения μf элементов на данном стенде соответствует предъявляемым требованиям и, учитывая автоматизацию процесса испытаний, получение высокой достоверности результатов и возможность применения современной цифровой измерительной аппаратуры, предпочтение следует отдать этому стенду.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Методы оценки технического состояния, эксплуатационной экономичности и экологической безопасности дизельных локомотивов: Монография / Под ред. А.И. Володина. - М.: ООО «Желдориздат», 2007. - 264 с.
- Денисов А.А., Нагорный В.С. Пневматические и гидравлические устройства автоматики. - М.: Высшая школа, 1978. - 213 с.
- А.С. 1011891 (СССР). Способ определения пропускной способности распылителя форсунки / Белорус. ин-т инж. ж.-д. трансп.: Авт. изобрет.: Р.К. Гизатуллин, Б.А. Чмыхов, Г.Б. Федотов, Г.В.Никонов, П.В. Кулаев. - Заявл. 11.03.81 № 3259363/25-06; Опубл. в Б.И., 1983. - №4. - МКИ F02М65/00.
- Черкез А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. - М.: Машиностроение, 1975. - 380 с.
- Стенд для измерения гидравлического сопротивления узлов и деталей топливной аппаратуры / П.Н. Блинов, А.И. Володин, В.П. Шаповал, А.М. Сапелин // Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава. - Омск, 1981. - с.27-29.