РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ МЕТОДУ КОНТРОЛЮ КРУТНОГО МОМЕНТУ ДИЗЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
2.1. Методика і основні методи досліджень
Методика проведення досліджень, була розроблена таким чином, щоб в результаті можна було встановити математичні моделі, які описують зміну крутного моменту на колінчастому валі дизельного агрегата в залежності від швидкості його обертання з похибкою, що не перевищує 1%. В подальшому ці моделі повинні були стати базою для синтезу методу контролю енергетичних показників приводу ротора БУ з ДСП.
Для досліджень було взято дизельні агрегати В2-450АВ-С3, В2-450АВ-С2, В2-450АВТ-С3, В2-450АВТ-С2, які застосовуються в приводі ротора на бурових установках УРАЛМАШ-3000БД і УРАЛМАШ-3Д-76. Даний вибір об'єктів дослідження був зроблений зважаючи на те, що дані бурові установки складають весь парк бурового обладнання з дизельним силовим приводом українських бурових підприємств і широко застосовується за кордоном.
Відомо, що для контролю крутного моменту на валі електродвигуна змінного струму використовують метод непрямого контролю по відомій швидкості обертання вала, в основу якого закладене рівняння Клосса [81]. Оскільки механічні характеристики асинхронного електродвигуна з фазним ротором за формою нагадують механічні характеристики дизельних агрегатів, доцільно було дослідити можливість використання рівняння Клосса для їх математичного опису, або можливість вдосконалення даного рівняння для їх математичного опису.
В [82] для знаходження крутного моменту на колінчастому валі дизеля описано метод, який базується на математичних моделях потужності на колінчастому валі дизельного агрегата від швидкості обертання цього колінчастого вала і моделі крутного моменту від потужності на колінчастому валі. Його теж вирішено дослідити чи він задовільняє вищевказаним вимогам до контролю, а якщо він їх не задовільняє, то встановити чи можна його вдосконалити.
2.2. Метрологічна оцінка відомих методів контролю крутного моменту дизельного агрегата
Метрологічна оцінку відомих методів контролю крутного моменту на колінчастому валі дизельного агрегата проведем шляхом встановлення і аналізу максимальних значень відносних похибок контролю [117]:
де - відносна похибка контролю крутного моменту на колінчастому валі дизельного агрегата непрямим методом із застосуванням математичної моделі даного параметра від швидкості обертання колінчастого вала;
- крутний момент на колінчастому валі дизельного агрегата встановлений непрямим методом із застосуванням математичної моделі даного параметра від швидкості обертання колінчастого вала;
- крутний момент на колінчастому валі дизельного агрегата, при встановленій швидкості обертання колінчастого вала, із зразкової механічної характеристики дизельних агрегатів В2-450АВ-С3 (В2-450АВ-С2) та В2-450АВТ-С3 (В2-450АВТ-С2) [69].
Рівняння Клосса [81] використовується, як рівняння механічної характеристики електродвигуна змінного струму:
, (2.1)
де - критичне значення крутного моменту;
- ковзання двигуна;
- критичне ковзання, яке відповідає максимальному крутному моменту.
Перепишемо (2.1), як залежність крутного моменту від швидкості обертання вала двигуна,
,
або
, (2.2)
де - критичне значення крутного моменту;
- швидкість обертання, яка відповідає критичному крутному моменту;
- синхронна швидкість обертання;
- поточне значення швидкості обертання.
Необхідно відмітити, спираючись на результати проведених досліджень [83], що залежність (2.2) в первинному вигляді використовувати для побудови механічної характеристики дизельного агрегата не можна. Тому у вираз (2.2) пропонується внести деякі зміни, які випливають з результатів експериментальних досліджень моделі (2.2) в режимі off-line:
, (2.3)
де - крутний момент при максимальному значенні швидкості обертання (дизельні агрегати В2-450АВ-С3 (В2-450АВ-С2) та В2-450АВТ-С3 (В2-450АВТ-С2) =1600);
- коефіцієнт, який підбирається вручну або обчислюється за формулою, яка була визначена нами під час досліджень [83]:
. (2.4)
На рис.2.1 показано графіки моделей механічних характеристик дизельних агрегатів В2-450АВ-С3 (В2-450АВ-С2) і В2-450АВТ-С3 (В2-450АВТ-С2), побудовані по залежності (2.3) з використанням коефіцієнта , підібраного вручну, і , розрахованого по розробленій формулі, і, для порівняння, графіки механічних характеристик з [69].
Результати досліджень показали, що значення коефіцієнта , обчислені по розробленій формулі (2.4), в порівнянні з коефіцієнтами, підібраними вручну, відрізняються не суттєво і, як правило, похибка визначення крутного моменту менша, але необхідно відмітити, що при швидкості обертання , яка відповідає критичному моменту, наявна деяка похибка - а при використанні , підібраного вручну, вона відсутня. Отже, для знаходження можна використовувати формулу (2.4). Проте, в будь-якому
Рис. 2.1. Механічні характеристики дизельних агрегатів В2-450АВ-С3 (В2-450АВ-С2) та В2-450АВТ-С3 (В2-450АВТ-С2) відповідно: 1 та 2 - з [69];
3 та 5 - побудовані з використанням залежності (2.3) та з використанням коефіцієнта , підібраного вручну; 4 та 6 - побудовані з використанням залежності (2.3) та з використанням коефіцієнта , розрахованого по розробленій залежності
варіанті модель, побудована на основі формули (2.3), не адекватно відображає механічну характеристику дизельних агрегатів при швидкості обертання вала в діапазоні від 900 до 1000 об/хв (рис.2.1), де похибка моделі досягає від 2,5% до 6,7 % (рис.2.2).
а)
б)
Рис. 2.2. Графіки відносних похибок моделей механічної характеристики дизельних агрегатів В2-450АВ-С3