Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

 

 

УДК 681.586.773

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ВИСКОЗИМЕТРЕ

С ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Никольский В.В., Сандлер А.К.

Процесс топливосжигания играет важную роль в обеспечении качества технической эксплуатации судовых энергетических установок.

Правильный выбор и поддержание параметров топлива на различных режимах работы дизеля способствуют повышению экономичности его работы, улучшению работы топливной аппаратуры, уменьшению нагарообразования и износа деталей цилиндро- поршневой группы, топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок. В свою очередь, функционирование топливных систем определяется следующими факторами [1]:

- конструктивными: размерами и формой каналов элементов системы (трубопроводов, насосов, регулирующих устройств, фильтров и форсунок), применяемыми материалами, степенью обработки стенок, структурой сопряжений;

- условиями осуществления подачи: количеством подаваемого топлива и его скоростью, продолжительностью отдельных циклов, температурой, давлением, влажностью и загрязненностью воздуха;

- свойствами топлива - прокачиваемостью, которая характеризуется вязкостью, упругостью паров, гигроскопичностью, способностью к кристаллизации и застыванию, способностью удерживать во взвешенном состоянии частицы различных загрязнений, поверхностным натяжением, плотностью.

Известно [2], что свойства топлива, в судовых условиях, изменяются в широком диапазоне. В связи с этим, особую актуальность приобретает вопрос измерения и регулирования вязкости.

Существующие методы измерения вязкости позволяют определять её как обособленными (лабораторными) приборами, так и включенными в состав определенных участков топливной магистрали. Выбор метода и условий применения определяют выбор метода и конструкции измерительного зонда.

В [3], проведен анализ потенциальных возможностей используемых в настоящее время вискозиметров. Анализ выявил присущий всем видам вискозиметров неустранимый недостаток, обусловленный использованием в их конструкциях в качестве возбуждающей системы и двигателя электромагнитных и электромеханических устройств. В тоже время в [4] рассмотрена возможность применения пьезоэлектрического привода в этих устройствах. В результате был получен ряд конструкций вискозиметров, у которых из пьезокерамики выполнен манипулятор и линейный пьезодвигатель.

На основании результатов проведенного исследования нами предложена конструкция вискозиметра, сочетающая в себе достоинства обособленных и потоковых вискозиметров.

Для оптимизации конструкции вискозиметра были приняты следующие условия и ограничения.

Транспортировка топлива от танков к форсункам оценивалась как триботехнический процесс, возникающий в местах сопряжений топливной системы. В результате чего вязкость топлива, как тиксотропной жидкости [3], аппроксимировалась функцией от скорости трущихся деталей. График этой функции представлен на рис.1.

Рис. 1 Зависимость вязкости тиксотропной жидкости от скорости потока

Условия эксплуатации были определены с учетом величин физических процессов, протекающих на различных участках топливного тракта.

Информацию о процессе впрыскивания и его параметрах предоставили осциллограммы давления топлива в рабочей полости насоса - Рн и топливоподводящем канале форсунки -Рф, снятые совместно с осциллограммами подъема иглы (рис. 2) [5].

Рис.2 Осциллограммы давления топлива в насосе

Величины и градиент давлений исключили возможность контроля вязкости на участке ТНВД - форсунка и позиционировали место и начальные параметры предлагаемого вискозиметра. Схема установки приведена на рис. 3 [6].

Рис. 3 Принципиальная схема, включения вискозиметра регулирования вязкости топлива: 1 - расходная цистерна тяжелого топлива; 2 - змеевик парового подогревателя; 3 - расходная цистерна дизельного топлива; 4 - смесительный клапан; 5 -расходомер; 6 - смесительная цистерна; 7 -трубопровод прокачки топлива; 8- дизель; 9-ТНВД; 10 - обводной трубопровод; 11 - вискозиметр; 12 - паровой регулирующий клапан; 13 - топливоподкачивающий насос

Таким образом, мы остановили свой выбор на конструкции вискозиметра с пьезоэлектрическим манипулятором, осуществляющего измерение по методу соосных цилиндров.

Принцип соосных цилиндров уже реализован в ряде вискозиметров. Наиболее известен вискозиметр VM-200A фирмы «Дудвелл», представленный на рис. 4 [6].

Рис. 4 Вискозиметр VM-200A фирмы «Дудвелл»: 1 - электродвигатель; 2- магнитная соединительная муфта; 3 - винтовой насос; 4 - поршень; 5 - пружина; 6 - чувствительный элемент

 

Разработанный нами вискозиметр (рис. 5), несмотря на кажущуюся аналогичность, имеет коренные отличия от VM-200A.

Рис. 5 Вискозиметр: 1 – измерительный зонд, 2 – измерительная камера, 3 – пьезоэлектрический манипулятор, 4 – подводящий сигнал электрод, 5 – поршень, 6 – топливо, 7- общий электрод

Принцип действия такой конструкции заключается в следующем. На пьезоэлектрический манипулятор, выполненный из наборного столбца пьезошайб, включенных встречно-параллельно, подается электрический сигнал. Вследствие прямого пьезоэффекта столбец начинает испытывать деформацию сжатия и растяжения. В результате чего, прикрепленный к манипулятору поршень совершает перемещение внутри измерительной камеры, продавливая жидкость через зазор 15±0.005 мкм. Такая конструкция напоминает плунжерную пару.

В классическом представлении колебательной системы конструкция такого вискозиметра может быть представлена как система с вынужденными колебаниями и вязким демпфированием (рис. 6). В настоящее время такие системы хорошо изучены [7].

Рис. 6 Колебательная система с вязким демпфированием

Рассмотрим каждый элемент обособленно. В колебательной системе пружина является аналогом пьезоэлектрического манипулятора, а демпфер – тиксотропной жидкости. Используя метод электромеханических аналогий пружину можно заменить эквивалентным конденсатором. Такая замена позволяет в целом оценить процессы, происходящие в устройстве. Однако, для более детального анализа мы воспользовались схемой замещения пьезоэлементов, испытывающих продольные колебания под действием внешнего управляющего напряжения [8] (рис.7).

 

Рис. 7 Схема замещения стержневого пьезоэлемента, совершающего продольные колебания по ширине

При рассмотрении демпфера мы отошли от традиционного представления и воспользовались обобщенной моделью А.Ю. Ишлинского (рис.8, а).

 

а)                                          б)

Рис. 8 Обобщенная модель упруго-вязкого тела А.Ю. Ишлинского

Так как представленная модель состоит из набора стандартных элементов, мы произвели её преобразование в электромеханический аналог (рис. 8, б).

Оценивая более широко полученные результаты, мы хотели бы акцентировать внимание на следующих моментах: характеристики составленной электромеханической схемы показали её практически полное сходство с характеристиками натурного эксперимента; метрологические характеристики предлагаемой конструкции значительно превышают характеристики ранее созданных вискозиметров; электромеханическая модель может служить основой для дальнейших исследований в области совершенствования вискозиметров.

Границы следующего этапа нашей работы составляют вопросы исследования ротационных вискозиметров с пьезоэлектрическим роторным двигателем и вискозиметра на соосных цилиндрах с линейным возвратно – поступательным двигателем.

 

 

The problems of construction of equivalent circuits of viscosimeters with the piezo-electric drive are considered.

 

1.                  Справочник по горюче-смазочным материалам в судовой технике / Гулин Е.И., Якубо Д. П., Сомов В. А., Чечот И. М. - 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Судостроение, 1987. – 224 с. ил.

2.                  Ланчуковский В. И., Козьмивых А. В. Автоматизированные системы управления судовых дизельных и газотурбинных установок. Учебник – М.: Транспорт, 1983. – 320 с.

3.                  Овчинников П.Ф. Виброреология. – К.: Наук. думка, 1983. – 272 с.

4.                  Никольский В.В., Ханмамедов С.А. Ротационные вискозиметры // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: збірник матеріалів конференції (випуск №10 (2003)): – Хмельницький, ПП Ковальський, 2003. – С. 10.

5.                  Камкин С. В., Возницкий И. В., Шмелев В. П. Эксплуатация судовых дизелей: Учебник для вузов. – М.: Транспорт, 1990. – 344 с,

6.                  Овсянников М.К., Петухов В. А.; – Судовые дизельные установки: Справочник. – Л.: Судостроение, 1986.– 424 с., ил.

7.                  Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле / Пер. с англ. Л.Г. Корнейчука; Под. Ред. Э.И. Григолюка. – М.: Машиностроение, 1985. – 472 с.

8.                  Джагупов Р. Г., Ерофеев А. А. Пьезоэлектронные устройства вычислительной техники, систем контроля и управления: Справочник / – СПб.: Политехника, 1994. – 608 с.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.