Кіріспе

Қозғалтқыш бөлшектерінің ішкі аэродинамикалық қасиеттерін сынау құрылғысы

Ауа ағыны стенді – қозғалтқыш компонентінің ішкі аэродинамикалық қасиеттерін сынауға арналған құрылғы, ол көбірек танымал жел тоннелімен байланысты. Ол негізінен ішкі жану қозғалтқыштарының цилиндр басқарыларының сору және шығару каналдарын сынау үшін қолданылады. Сондай-ақ, ауа сүзгілері, карбюраторлар, коллекторлар немесе газ ағызуын қамтамасыз етуге қажетті кез келген басқа да бөлшектің өтімділігін сынау үшін де қолданылады. Ауа ағыны стенді – жоғары өнімді қозғалтқыштарды құрастырушылардың маңызды құралы, және онысыз цилиндр басқарыларының каналдарын дұрыс реттеу мүмкін емес. Ауа ағыны стендінің құрамына ауа сорғысы, өлшеу элементі, қысым мен температураны өлшейтін манометр сияқты аспаптар және түрлі басқару элементтері кіреді. Сынақ үлгісі сорғымен және өлшеу элементімен тізбектей орнатылады, содан кейін ауа бүкіл жүйе арқылы сорғыланады. Сондықтан, өлшеу элементі арқылы өтетін барлық ауа, сынақ үлгісі арқылы да өтеді. Өлшеу элементі арқылы көлемдік ағын белгілі болғандықтан, сынақ үлгісі арқылы да ағын сол шамада болады, демек ол да белгілі. Массалық ағындылықты есептеу үшін белгілі қысым және температура деректерін пайдаланып ауа тығыздығын аныдап, оны көлемдік ағынға көбейту қажет.

Ауа сорғысы

Пайдаланылатын ауа сорғысы қажетті қысымда қажетті көлемді жеткізе алуы тиіс. Ағынды сынаудың көп бөлігі 10 және 28 дюйм су бағанының қысымында (2,5 – 7 килопаскаль) жүргізіледі. Басқа сынақ қысымдары да қолданылуы мүмкін, бірақ нәтижелерді басқалардың жұмысымен салыстыру үшін түрлендіру қажет болады. Дамытылатын қысым сынақ қысымын, өлшеуіш элементтегі жоғалтуды және жүйедегі барлық басқа жоғалтуларды ескеруі керек. Өлшеуіш элементтің дәлдігі жоғары болған сайын, жоғалту да соғұрлым артады. Сыналатын қозғалтқыштың көлеміне байланысты, минутына 100-ден 600 куб футке дейін (0,05-тен 0,28 м³/с дейін) ағын көлемі дерлік барлық қолданыстар үшін жеткілікті. Қажетті қысым айырмасын және ағын көлемін жеткізе алатын кез келген сорғыны пайдалануға болады. Көбінесе динамикалық қысымды орталықтандырылған компрессорлар қолданылады, олар көбінесе шаң сорғыштар мен турбокомпрессорларда қолданылады. Бірақ көп сатылы осьтік ағынды компрессорлар да қолданылуы мүмкін, олар көбінесе реактивтік қозғалтқыштарда қолданылады. Дегенмен, оларға қосымша шығындар мен күрделіліктердің қажеті жоқ, себебі олар әдетте реактивтік қозғалтқыштар сияқты жоғары ағын жылдамдығын қажет етпейді, сондай-ақ аэродинамикалық қарсылық факторларымен шектелмейді, бұл тар диаметрлі осьтік компрессорды тең ауа ағыны бар орталықтандырылған компрессордан реактивтік қозғалтқыштарда тиімдірек етеді. Поршенді компрессорлар сияқты оң көлемдік ығысу типі немесе Roots үрлеуіш сияқты роторлық типтер де ауа ағынындағы тербелістерді басуға мүмкіндік беретін тиісті шаралармен қолданылуы мүмкін (бірақ екі бұрандалы компрессорлар сияқты басқа роторлық типтер де қысылған сұйықтықты тұрақты түрде жеткізе алады). Жеке желдеткіштің қысым коэффициенті тым төмен және оны қолдануға болмайды.

Өлшеу элементі

Қолданыстағы өлшеу элементтерінің бірнеше түрі бар. Ағын сынақ стендтері көбінесе үш түрдің біреуін пайдаланады: саңылаулы пластина, вентури трубкасы және пито/статикалық трубка, олардың бәрі шамамен бірдей дәлдікпен өлшейді. Көптеген коммерциялық құрылғыларда саңылаулы пластиналар қолданылады, себебі олардың құрылысы қарапайым және әртүрлі ағын диапазондарын қамтамасыз ету оңай. Вентури трубкасы тиімділікті едәуір арттырса да, оның бағасы жоғары.

Аспаптар

Ауа ағынының жағдайлары екі жерде өлшенеді: сынақ үлгісінде және өлшеуіш элементте. Сынақ үлгісіндегі қысым айырмашылығы сынақтарды бір-біріне қатысты стандарттауға мүмкіндік береді. Өлшеуіш элементтегі қысым бүкіл жүйе арқылы өтетін нақты ағынды есептеуге мүмкіндік береді. Сынақ үлгісіндегі қысым әдетте U-түтік манометрмен өлшенеді, ал сезімталдық пен дәлдікті арттыру үшін өлшеуіш элементтегі қысым айырмашылығы көлбеу манометрмен өлшенеді. Әр манометрдің бір жағы тиісті толықтыру камерасына қосылады, ал екінші жағы атмосфераға ашық. Көбінесе барлық ағын манометрлері су бағанының дюймдерінде өлшейді, бірақ көлбеу манометрдің шкаласы әдетте таңдалған өлшеуіш элементтің жалпы ағынының пайызын көрсететін логарифмдік шкаламен ауыстырылады, бұл ағынды есептеуді жеңілдетеді. Температураны да ескеру қажет, себебі ауа сорғышы өтетін ауаны қыздырады, нәтижесінде одан төменгі ағындағы ауаның тығыздығы төмендеп, тұтқырлығы артады. Бұл айырмашылықты түзету қажет. Температура сынақ үлгісінің және өлшеуіш элементтің толықтыру камераларында өлшенеді. Содан кейін ағынды есептеу кезінде түзету коэффициенттері қолданылады. Кейбір ағын стендтері ауа сорғышын өлшеуіш элементтен кейін орналастырады, сондықтан ауа сорғышының қыздыруы соншалықты маңызды емес. Порттағы жергілікті ағын жағдайларын зерттеу үшін қолмен ұсталатын зондтармен бірге қосымша манометрлер орнатылуы мүмкін.

Шектеулер

Ағын сынағыш қозғалтқыштың нақты жұмысына жақын, бірақ толық сәйкес келмейтін ағын деректерін беруге қабілетті. Осы қарама-қайшылыққа бірнеше шектеу факторлары себеп болады.

Тұрақты ағым мен динамикалық ағым

Ағын сынағы порттарды тұрақты қысым айырмашылығымен тексереді, ал нақты қозғалтқышта қысым айырмашылығы бүкіл цикл бойында үлкен өзгерістерге ұшырайды. Ағын сынағындағы нақты ағын жағдайлары, егер тікелей жұмыс істейтін қозғалтқышта болса, қысқа ғана сәтте немесе тіпті болуы мүмкін емес. Жұмыс істейтін қозғалтқыштар ауаны тұрақты ағынмен емес, күшті толқындармен қозғалтады. Отын-ауа қоспасының жылдамдануы/баяулауы ағын сынағында ескерілмейтін әсерлерге алып келеді. Бұл график, қозғалтқышты модельдеу бағдарламасымен жасалған, жұмыс істеп тұрған қозғалтқыштағы қысымның ағын сынағының тұрақты қысымымен салыстырғанда қаншалықты өзгеретінін көрсетеді. (Графикте назар аударыңыз, осы жағдайда, сору клапаны ашылғанда, цилиндрдегі қысым атмосфералық қысымнан жоғары (шамамен 50%-ға жоғары, яғни 1,5 бар немесе 150 кПа). Бұл цилиндрдегі қысым порттағы қысымнан төмен түспейінше, сору портына кері ағын тудырады).

Қысымның айырмашылығы

Порттың коэффициенті әртүрлі қысым айырмашылықтарында Рейнольдс санының режимі өзгергендіктен сәл өзгеруі мүмкін, бұл динамикалық ұқсастықтың жоғалуына алып келуі мүмкін. Ағын сынағы қысымы әдетте 10-ден 28 дюймға дейін су бағаны (2,5-тен 7 кПа-ға дейін) жүргізіледі, ал нақты қозғалтқышта 190 дюйм су бағаны (47 кПа) қысым айырмашылығы болуы мүмкін.

Тек ауа мен аралас газ/отын тұман ағыны

Ағымды сынаулар тек ауамен жүргізіледі, ал нақты қозғалтқыш әдетте отын тамшылары мен отын булары қосылған ауаны пайдаланады, бұл үлкен айырмашылық. Порт арқылы өтетін отынның булануы ауа ағынына газ қосып, температурасын төмендетуге және портқа кіретін ағымнан шығатын ағымды сәл артық етуіне әсер етеді. Құрғақ ауа жақсы ағып жатқан портта отын тамшылары іліністен түсіп, қуаттың жоғалуына себеп болуы мүмкін, бұл тек ағым көрсеткіштерімен анықталмайды.

Жалпы ағындылық пен ағынды жылдамдық

Ірі порттар мен клапандар ағын сынағында жоғары өтімділік көрсетуі мүмкін, бірақ жылдамдық нақты қозғалтқыштың газ динамикасын нашарлататын деңгейге дейін төмендеуі мүмкін. Тым ірі порттар отынның түсіп қалуына да себеп болады.

Бөлме температурасы біркелкі және жоғары температура біркелкі емес

Жұмыс істеп тұрған қозғалтқыштың температурасы бөлме температурасынан әлдеқайда жоғары, және жүйенің әртүрлі бөліктерінде температура үлкен айырмашылықтарды көрсетеді. Бұл қозғалтқыштағы нақты ағынға, отынның әсеріне, сондай-ақ динамикалық толқын эффектілеріне әсер етеді, бұл эффектілер ағын сынағында байқалмайды.

Физикалық және механикалық айырмашылықтар

Пістонның жақындығы, пішіні және қозғалысы, сондай-ақ клапанның өзінің қозғалысы нақты қозғалтқыштағы ағын жағдайларын оқшау түрде өзгертеді, мұндай жағдайлар ағын сынақ стендінде байқалмайды.

Құю портының жағдайы

Ағындылық тежегіштегі симуляцияланған ағын, нақты түтін шығару портындағы ағынмен ешқандай ұқсастық табай алмайды. Мұнда тіпті ағындылық стендтерінде өлшенген коэффициенттердің өзі дәл емес. Бұл өте жоғары және кең ауқымды қысым мен температураның салдарынан болады. Жоғарыдағы графиктен көрініп тұрғандай, порттағы қысым 2,5 барға (250 кПа) жетеді, ал цилиндрдің ашылу кезіндегі қысым 6 бар (600 кПа) және одан да жоғары болады. Бұл, әдеттегі ағындылық стендінің 0,06 бар (6 кПа) мүмкіндіктерінен бірнеше есе артық. Нақты түтін портындағы ағын оңай ғана дыбыстық болуы мүмкін, тұрып қалған ағын пайда болып, тіпті кейбір аймақтарда дыбыс жылдамдығынан да асып түсуі мүмкін. Өте жоғары температура газдың тұтқырлығын арттырады, бұл Рейнольдс санын күрт өзгертеді. Бұған қоса, түтін порты ағынына төмен жатқан элементтердің күшті әсері де бар. Бұл, сору жағындағы элементтерге қарағанда әлдеқайда маңызды. Түтін портының мөлшері мен ағыны туралы мәліметтер шамалы деп есептелуі мүмкін, бірақ оңтайлы өнімділікке негіз салу үшін қолданылатын белгілі бір ережелер бар. Бұл негіз, әрине, динамиометр арқылы одан әрі жақсартылады және расталады.