PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG pptx

PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ
ĐO CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG


Chương
1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
VÀ THIẾT BỊ
ĐO
CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
ĐỐT
TRONG
1.1Tổng quát về công suất động
cơ
:
Công suất động cơ là một trong những thông số kỹ thuật
cơ bản cuả động
cơ
được quan tâm nhiều nhất và nó là chỉ

tiêu quan trọng không phụ thuộc vào
c
ông
dụng và kiểu loại
động cơ. Vì vậy trong thiết kế, chế tạo, sửa chữa và sử dụng,
v
iệc
xác định chính xác công suất của động cơ luôn được coi
trọng nhằm các mục
đ
íc
h s
a
u
:
 Kiểm nghiệm động cơ trước khi xuất xưởng (nhằm kiểm
tra
động cơ sau
kh
i
thiết kế có đạt chỉ tiêu công suất đề ra
không).
 Kiểm tra động cơ sau khi sửa chữa
lớ
n.
 Tổ chức khai thác động cơ hợp lí, an toàn và tin
cậ
y.
 Biết chiều hướng và các giá trị biến động công suất trong
nh

ững điều
k
iệ
n
khai thác cụ
t
h
ể
.
 Giúp quản lí các phương tiện
kh
ác
.
1.2 Tổng quan về phương pháp đo công
suất:
Ngày nay việc xác định công suất động cơ có khá nhiều
phương pháp và thiết
b
ị
nhưng phần lớn đều dựa vào momen
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
quay và tốc độ quay. Để đơn giản có thể
ph
â
n
nhóm như
s
a
u
:

 Phương pháp xác định công suất có ích loại cân
b
ằ
ng.
 Phương pháp xác định công suất có ích loại không cân
b
ằ
ng.
 Phương pháp xác định công suất dùng trong chuẩn
đo
á
n.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
1.2.1 Phương pháp xác định công xuất loại cân
bằng:
Trong phương pháp này động cơ quay một thiết bị mà trục
rôto của thiết bị
đ
ược
nối với trục của động cơ. Stato của thiết
bị có dao động ngang được. Khi động
cơ
làm việc, nó sản sinh
ra một momen xoắn làm cho rôto của thiết bị quay (tức là
h
ã
m
lại chuyển động của động cơ) cần có một môi trường trung
gian. Khi rôto tác
dụng

lên môi trường trung gian làm cho
thân (stato) của thiết bị quay theo. Để giữ
t
h
â
n
lại, người ta
tìm cách tác dụng lên thân một lực (momen) hãm. Lực
(momen)
h
ã
m
được đo bằng một thiết bị khác gọi là thiết bị
cân lực. Sơ đồ nguyên lí của
ph
ươ
ng
pháp được thể hiện bằng sơ đồ
s
a
u
:
Động
cơ
(gây
lực
mom
e
n)
Thiết bị gây tải

(
câ
n
bằng lực,
mom
e
n)
Thiết bị
câ
n
lực
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi trên các bệ thử của
các nhà máy chế
tạ
o
động cơ, các cơ quan nghiên cứu. Phương
pháp này th
ực chất là đo lực
(mom
e
n) s
a
u
đó tính công suất
theo công
t
h
ức:
Ne 


n
(Mx  Mms  Mf ) 

n
(
P.l  Mms  Mf
)
30
3
0
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Mx: Momen xoắn thu được qua thiết bị đo (KN.m,
KG.m,…)
n :Tốc độ quay của động cơ (không
qua h
ộp
số)
P :Lực thu được trên
thi
ết bị đo (KN,
KG,…)
l: cánh tay đòn trên thiết bị gây
tải
Mms: Momen ma sát của thiết bị đo ở các gối trục
(KN.m,
KG.m,…)
Mf: Momen tổn hao trên thiết bị
gây tải (KN.m,
KG.m,…).
Người ta đưa giá trị của Mms, Mf vào trị số sai số cho phép, tuỳ

theo từng thiết
b
ị
cụ thể mà ta có được giá trị Mms, Mf khác
nh
a
u.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
1.2.2 Phương pháp xác định công xuất động cơ loại không
cân
bằng:
Các thiết bị đo kiểu này có một số đặc điểm
s
a
u
:
Động cơ cần xác định làm quay rôto của thiết bị, còn thân
của thiết bị thì
đ
ứ
ng
yên, thiết bị này cho ta các thông số trên
đồng hồ (vôn kế, ampe kế, áp kế…) từ
đó
tính toán ra công
suất động
cơ
.
Các thiết bị này không có thiết bị cân lực kèm
t

h
e
o.
Đây là phương pháp xác định công suất động cơ tại nơi sử
dụng. Dùng trong
các
loại động cơ công suất nhỏ. Đặc biệt có ý
nghĩa quan trọng trong lĩnh vực tàu
cá
.
1.2.2.1 Động cơ lai máy phát
đ
iệ
n:
Trục động cơ được nối với trục rôto của máy phát, khi
động cơ làm việc,
rô
t
o
quay quanh stato làm trong các cuộn
dây stato xu
ất hiện một từ trường. Dưới
tác
dụng của từ
trường, trong các đầu dây của phần ứng sẽ xuất hiện suất
điện
động
cảm. Nếu mạch ngoài kín thì sẽ xuất hiện dòng điện
trong mạch. Tuỳ theo máy
ph

át
điện một chiều hay xoay chiều
mà ta s
ử dụng các thiết bị phù hợp để đo các
t
hông
số của nó.
Nếu là máy phát xoay chiều thì công suất động cơ được tính
b
ằng
c
ông
thức
s
a
u
:
N 
U

.
I

.m.cos

.10

3
e




(KW)
d
N 
W
.10

3
e




(KW)
d
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Trong
đó
U
Φ,
I
Φ
: giá trị điện áp và dòng điện xoay chiều mà máy phát
t
ạo
r
a
W: giá trị đọc được trên oát kế
(W)

m: số
ph
a
η
d
: hi
ệu suất truyền
động
Cosφ: hệ số công suất máy phát
đ
iệ
n
Đối với máy phát điện
m
ột
c
h
iề
u
:
N 
U
.I
.10

3
e




(KW)
d
Trong
đó
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
U, I: giá trị điện áp và dòng
điện một
c
h
iề
u
η
d
: hi
ệu suất
truy
ền
động
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 2: Động cơ lai máy
b
ơ
m
Năng lượng của động cơ dùng để truyền cho máy bơm để
đư
a chất lỏng lên
ca
o
hoặt đi xa. Năng lượng dòng chất lỏng
g

ồm hai thành phần : động năng ( v
2
/2g)
v
à
áp năng (p/γ) .
Ng
ười ta căn cứ vào hai thành phần này để xác định công suất
t
huỷ
lực hay động
cơ
.
Công suất thuỷ lực của bơm được xác định theo công
t
h
ức:
N
tl
= G.H =
γ
.Q.H
Trong
đó
G = γ .Q : lưu lượng trọng lượng của bơm
(N
/
s)
γ : trọng lượng riêng của chất
l

ỏng
(N
/
m
3
)
Q : lưu lượng của
b
ơm
(m
3
/
s)
H : cột áp của bơm
(m)
Khi làm việc trong máy bơm thường xảy ra các tổn thất
n
ăng lượng bao
gồm
:
tổn thất cơ khí, tổn thất thuỷ lực, tổn
th
ất lưu lượng. Do đó công suất của động
cơ
lai máy bơm
là:
Trong
đó
:
N

e





ck
N
tl
.

tl
.

ll
(KW)
η
ck
,
η
tl
,
η
ll
: hi
ệu suất của hệ truyền động , thuỷ lực và lưu
lượ
ng.
1.2.2.3 Phương pháp xác định công suất động cơ bằng cách
s

ử dụng xoắn
k
ế
:
Momen xoắn trên trục có thể được xác định thông qua biến
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dạng xoắn của
t
rụ
c
theo biểu
t
h
ức:
Trong
đó
M
e



G.J
p
.

t
L
t
(KG.m)
G: môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục

(KG
/
m
2
)
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
J
p
: môđun quán tính độc cực của tiết diện
t
rụ
c
L
t
: chiều dài đoạn trục cơ sở để đo góc xoắn
(m)
Φ
t
: góc xo
ắn giữa hai mặt cắt ở các mút đoạn trục cơ sở L
t
(r
a
d)
G
.
J
Đối với hệ trục cụ
thể
t

h
ì
p
 const
, như vậy để xác định công
su
ất động
cơ
L
t
chỉ cần xác định Φ
t
.Trên c
ơ sở này người ta chế tạo thiết bị
xác định góc xoắn
g
iữa
hai mặt cắt của đoạn trục, nhờ đó xác
định được momen xoắn. Công suất động
cơ
được xác định
theo công
t
h
ức:
Ne  Me
*

 Me *


.
n
3
0
Phương pháp này có độ chính xác cao và thường được
dùng tại nơi sử
dụng
động cơ. Tuỳ theo phần tử cảm biến
được dùng trong xoắn kế mà ta có các
d
ạ
ng
xoắn kế sau :
xoắn kế kiểu cảm biến điện , xoắn kế kiểu quang , xoắn kế
kiểu
cả
m
biến
từ
.
1.2.3 Phương pháp đo công suất động cơ dùng trong chẩn
đoán (thường
dùng
trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật
c
ủa
ôtô):
Đo momen chủ động trên bánh
x
e

:
- Áp dụng cho các động cơ lắp trên phương tiện vận
tải
- Sử dụng thiết bị đo lực phanh trên bánh xe, từ đó tính
được momen và
c
ông
suất động
cơ
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Sai số chủ yếu của phương pháp là không biết chính xác hiệu
su
ất của các
bộ
truyền trên xe
c
ần
đo.
Phương pháp đo không phanh: đây là phương pháp đơn
giản vì không
ph
ải
tháo động cơ ra khỏi xe. Người ta lợi dụng
tổn thất cơ giới của các xi lanh
không
làm việc để làm tải cho
xi lanh. Khi
đo thanh răng ở vị trí cực đại (hoặc bướm
g
a

mở
hết ), đánh chết các xi lanh dùng làm tải, chỉ để lại một xi lanh
làm việc đo
t
ố
c
độ của động cơ, thời gian đo chỉ khoảng một
phút. Lần lượt thay đổi các xi
la
nh
khác và ghi kết quả số đo
vòng
qu
a
y.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Công suất động cơ sẽ được tính theo
công
t
h
ức:
N
e

N
edm
(1


N

)
(m
l
)
Trong
đó
:
N
edm
: công suất định mức của động cơ theo thiết kế
(m
l
)

N
: độ chênh công suất với động cơ thiết kế
(%)


(n
1Ne
_
n
tb
).
k
N
10
0
n

1Ne
: số vòng quay của động cơ khi làm việc với một xi
lanh khi
ở tình trạng
c
òn
mới (theo tài liệu kỹ
t
hu
ật
)
n
tb
: số vòng quay trung bình của các xi lanh khi làm việc
riêng r
ẽ (đo khi
c
h
ẩ
n đo
á
n)
k: hệ số kinh
ngh
iệ
m
Đối với động cơ máy kéo k =
0.055
Đối với động cơ ôtô k =
0.02-0.04

Ví dụ: với động cơ D50 có 4 xi lanh, công suất định mức
55 mã l
ực, số
vòng
quay định mức khi làm việc với một xi
lanh là 1370 v/phút. H
ệ số k= 0.55,
n
1
=
1090
v/ph, n
2
= 1210
v/ph, n
3
=1215 v/ph, n
4
=1105
v
/
ph.
n
tb

n
1
 n
2


n
3

n
4
4

1150
vòng
/
phú
t


(1370

1150) * 0.055

12.1%
n
100
N
e
= 55*(1-0.121) = 48 mã
lực
Đo công suất theo phương pháp gia tốc: dựa trên nguyên
t
ắc sự thay đổi
t
ố

c
độ góc của động cơ phụ thuộc vào công
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
suất động cơ, khi công suất động cơ
cà
ng
lớn thì gia tốc càng
lớn. Thực chất của dụng cụ đo là thời gian tăng tốc từ tốc
độ
thấp tới tốc độ định mức khi tăng tốc đột ngột, chỉ thị sẽ là công
suất động
cơ
.
Có thể sử dụng thiết bị đo HMR-2M của Liên Xô gồm có
c
ảm biến, khối
tí
nh
toán chuyển đổi, đồng hồ chỉ thị công suất và số vòng quay, bộ
phận điều
kh
iể
n.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bộ cảm biến kiểu cảm ứng được gắn vào một lổ trên vỏ
hộp bánh đà động
cơ
,
đối diện với đỉnh răng của bánh răng
kh

ởi động và cách một khoảng 2 đến
4(mm).
Khi bánh đà
quay, trong bộ cảm biến sẽ xuất hiện dòng điện hình sin có
t
ốc độ
xung
đ
iệ
n
:
f=
n
s *
z
n
s
: Số vòng quay trục
khu
ỷu trong một
g
iâ
y.
Z: Số
răng trên vành răng bánh đà
.
Các xung được truyền sang khối tính toán chuyển đổi, ở
đ
ây nó được khuyếch
đ

ại
và biến đổi thành dòng điện một
chiều để đưa vào bộ chỉ thị và đo số vòng quay
n.
Tốc độ
góc càng lớn, các xung càng lơn, dòng điện đưa vào bộ
chỉ thị công
su
ất
càng lớn nên công suất đọc càng
ca
o.
Khi đo người ta phải đột ngột thay đổi tốc độ động cơ từ
thấp tới định mức.
Các
phạm vi điều chỉnh tốc độ và ghi
công su
ất được xác định theo một số loại động
cơ
và cho
tr
ước trên dụng
c
ụ.
Nhược điểm độ chính xác không cao, chỉ đo được một
s
ố loại động cơ do
nh
à
chế tạo

qui
đ
ị
nh.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Đo công suất bằng phanh thử công suất: đây là
phương pháp đo chính
x
ác
nhất nhưng yêu cầu phải tháo
động cơ ra khỏi ôtô đặt lên phanh thử. Gây tải
c
ho
phanh
có thể bằng ma sát (phanh cơ khí), lực cản của nước
(phanh thu
ỷ lực)
ho
ặt
lực điện từ (phanh điện). Công suất
động cơ được tính theo công
t
h
ức:
Ne  Me
*

 Me *

.

n
3
0
Me cân bằng với mômen cản của phanh
M
c
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 3:
Tổng quan về thiết bị đo công
suất
1.3.1 Thiết bị gây
tả
i
:
Thiết bị gây tải còn gọi là phanh, có nhiều loại phanh, dựa
vào nguyên t
ắc
tạ
o
momen hãm ta chia làm các loại phanh
s
a
u
:
 Phanh kiểu cơ
kh
í
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
 Phanh kiểu không
kh

í
 Phanh
đ
iệ
n
 Phanh thuỷ
lực
1.3.1.1 Phanh kiểu
c
ơ
kh
í
:
Là loại ra đời sớm nhất, có kết cấu đơn giản, sử dụng
t
ương đối dễ , độ
c
h
í
nh
xác khá cao. Tuy nhiên nó làm việc
không
ổn định do lượng nhiệt phát ra lớn,
khó
điều chỉnh và
c
ồng kềnh khi công suất
lớ
n.
1: má phanh , 3: bánh đà, 5: bu lông

h
ã
m
2: tấm ma sát , 4: trục động cơ, 6: thiết bị cân
lực
Nguyên lí hoạt động : khi động cơ làm việc, má phanh có
xu h
ướng quay
t
ròn,
nhờ lực hãm của bulông làm cho trên
phanh xuất hiện momen cân bằng tương
ứ
ng
với momen ma
sát xu
ất hiện giữa tấm ma sát với bánh đà về trị số. Momen
câ
n
bằng này được truyền đến tay đòn và thiết bị cân lực hiển
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
thị số. Ta
c
ó
:
M
cb
= M
ms
+ M

X
= P.l
+
M
ms
l: cánh tay đòn được gá chặt trên
ph
a
nh
P: trị số lực lấy trên thiết bị cân
lực
Khi đó công suất động cơ được tính theo công
t
h
ức:
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
T
r
ư
ờ
n
g
Đ
Ạ
I
H
Ọ
C
N
H

A
T
RA
N
G
10
Ne 

.n.
*
30
P
.
l
74.6
1.3.1.2 Phanh không
kh
í
:
Nguyên lí hoạt động: bộ phận gây tải của phanh không khí
là 1 chong chóng
c
ó
profin cánh xác định. Momen cản của
phanh loại này tỉ lệ bình phương với tốc
độ
quay. Để thay đổi
momen cản, có thể thay đổi độ nghiêng của cánh, chiều dài
cá
nh

hoặt van tiết lưu dòng không khí ra vào phanh. Động cơ
được đặ
t trên một
khung
lắc (được gá chặt). Khi động cơ làm
việc sẽ tạo ra momen quay làm quay
c
hong
chóng, chong
chóng quay sinh ra một momen cản làm cho động cơ có xu
h
ướ
ng
nghiêng đi một góc nào đó. Để giữ động cơ, trên khung
lắc xuất hiện một
mom
e
n
cân bằng có trị số bằng trị số trên lực
k
ế nhân với cánh tay đòn của khung
lắc
.
M
cb
=
M
c
=
P.

l
Trong
đó
:
M
c
: momen cản xuất hiện ở chong chóng
(KN.m,
KG.m)
M
cb
: momen cân bằng
(KN.m,
KG.m)
l:chiều dài cánh tay đòn
(m)
Phanh không khí làm việc ồn, kết cấu phức tạp, việc tính
toán sẽ phức tạp
kh
i
mật độ không khí thay đổi. Vì vậy nó chỉ
được
dùng để kiểm tra đông cơ máy
b
a
y.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
T
r
ư

ờ
n
g
Đ
Ạ
I
H
Ọ
C
N
H
A
T
RA
N
G
11
1.3.1.3 Phanh thuỷ
l
ự
c
:
Phanh thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trên các bệ thử vì nó
có c
ấu tạo đơn
g
iả
n,
độ chính xác cao, đo được công suất rất
lớn. Phanh thuỷ lực hiện nay có phạm vi

đo
công suất rất rộng,
từ vài chục đến vài chục ngàn mã lực (60.000
HP).
Phanh thuỷ lực hoạt động theo nguyên lí: chất lỏng được
đẩy vào phanh
c
ó
nhiệm vụ tải nhiệt cho thiết bị và tạo ra lực
(momen c
ản). Công suất tiêu hao
c
ho
việc làm mát nước được
xác định theo công
t
h
ức:
M
f
= G
n
.C.
(T
r
-T
v
)
Trong
đó

:
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
T
r
ư
ờ
n
g
Đ
Ạ
I
H
Ọ
C
N
H
A
T
RA
N
G
12
M
f
: công suất tiêu hao trong
ph
a
nh
G
n

: lượng nước cần thiết cho phanh làm
v
iệc
C: tỷ nhiệt của
n
ước
T
r,
T
v
: nhiệt độ đầu ra vào của
n
ước
Như vậy công suất cần đo sẽ bằng công suất tính toán trên
l
ực kế cộng với
c
ông
suất tiêu hao trong phanh thuỷ
lực
.
M
d
= M
f
+
P.
l
Về kết cấu, phanh thuỷ lực tương đối đa dạng, nhưng có thể
chia ra các dạng

s
a
u
 Phanh thuỷ lực kiểu
đ
ĩa
 Phanh thuỷ lực
ki
ểu
cá
nh
 Phanh thuỷ lực kiểu
buồng
 Phanh thuỷ lực kiểu thể
tíc
h
 Phanh thuỷ lực kiểu
m
à
ng
Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của phanh
thu
ỷ lực kiểu
đ
ĩa
.
Cấu
tạ
o
:

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
T
r
ư
ờ
n
g
Đ
Ạ
I
H
Ọ
C
N
H
A
T
RA
N
G
13
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
T
r
ư
ờ
n
g
Đ
Ạ

I
H
Ọ
C
N
H
A
T
RA
N
G
14
1: đường nước vào, 2: bánh công
tác
3: stato, 4:thiết bị cân lực, 5: van xả
n
ước
Rôto của phanh được gắn trên trục động cơ. Trên rôto gắn
các đĩa nhằm tăng
s
ự
truyển động công suất của nước, stato
được gắn trên một gối đỡ phụ có thể
d
a
o
động tự do quanh
t
rụ
c

.
Nguyên lí hoạt động: khi động cơ làm việc làm cho rôto
của phanh quay.
N
ế
u
không có nước, lúc đó động cơ chạy
không tải. Tuỳ thuộc vào lưu lượng nước mà
ta
có các cấp
tải khác nhau. Dưới tác dụng của lực (momen) từ rôto sang
môi
t
r
ườ
ng
nước làm cho vỏ (stato) quay, để giữ cho stato
đứng yên, người ta gắn cứng
v
ới
stato một cánh tay đòn
l
ực, phía dưới có nối với thiết bị cân lực. Momen nhận
đ
ược
dưới tác dụng của thiết bị cân lực sẽ cân bằng với mômen
ma sát thuỷ động
tác
dụng lên
ph

a
nh.
Ưu điểm: kết cấu đơn giản, hoạt động tin cậy, nhân tố
ả
nh hưởng tới sai số
c
ủ
a
phép đo nhỏ (0.2-1%), chăm sóc đơn giản, giá thành không
ca
o.
Nhược điểm: không có khả năng sử dụng năng lượng do
động cơ sinh ra,
không
có khả năng quay trục từ phanh và
khó kh
ăn trong việc tự động điều chỉnh
ph
a
nh.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
T
r
ư
ờ
n
g
Đ
Ạ
I

H
Ọ
C
N
H
A
T
RA
N
G
1
Chương 4: Phanh
đ
iệ
n
Tuỳ theo phương pháp sinh ra mômen hãm người ta chia
phanh
điện thành
các
loại
s
a
u
:
 Phanh điện dòng điện
xo
á
y
 Phanh điện dòng điện xoay
c

h
iề
u
 Phanh điện dòng điện một
c
h
iề
u
Do tính chất của máy điện là có thể hoạt động cả ở chế độ
độ
ng cơ và máy
ph
át
.
Ở chế độ động cơ, phanh điện có thể
dùng để khởi động động cơ, chạy rà nguội.
Ở
chế độ máy phát,
phanh
điện sinh ra mômen hãm và dòng điện. Do đó phanh
đ
iệ
n
có ý nghĩa về mặt kinh
tế
.
Cấu tạo, nguyên lý hoạt đông các loại phanh
đ
iệ
n

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -