发动机试验台架专项方案DOC.docx
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发动机试验台架专项方案DOC.docx
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发动机试验台架专项方案DOC
试验室柴油发动机试验台架
技
术
方
案
xxxx企业
xx月xx日
企业
企业是一家拥有完善自动化控制系统产品开发、生产、销售、服务结构体系企业,本企业专业从事工业自动化系统、建筑物自动化监控系统、智能小区管理系统设计、产品生产、工程安装、系统调试、技术支持等一系列服务。
本企业技术实力雄厚、工程经验丰富、质量优良,有一批含有专业自控技术和软件经验一流技术人员,能为用户提供高性价比自动化产品一体化处理方案。
本企业产品以其技术优异、开放灵活、高性价比特点,已经在化工、冶金、电力、电子、测控、楼宇自控等领域得到广泛应用。
一、台架试验室计划
1、试验室部署
2、供电(气)系统
3、冷却水系统(测功机冷却水系统,发动机冷却水系统)
4、通风系统
5、发动机进气和排气系统
6、消声和隔震
7、燃油,机油供给系统
8、安全防范(消防)和图像监控系统
9、测功机、油耗仪、烟度仪
10、计算机测试系统
二、试验目标和依据
2.1目标
安装在试验台上发动机能模拟标准使用条件或尽可能地靠近标准使用条件;便于安装、调整、检验和更换发动机;有良好通风、消音、消烟、隔振设施,尽可能改善试验人员工作条件。
经过对台架设计、制造、安装,完成发动机出厂测试试验,出厂试验基于发动机在多种试验工况下监控其运行参数,和发动机出厂试验规范数据对比,检验测试数据有效性完成出厂试验,生成出厂测试汇报。
试验过程统计数据项目包含以下:
1、发动机磨合
2、发动机额定工况
3、发动机最大扭矩工况
4、电子工况
5、怠速工况
测试参数包含以下
序号
测量参数名称
测量范围
测量精度
备注
01
转速
0-7000r/min
±1rpm
02
扭矩
0-999N.m
0.5%
03
功率
计算
04
燃油消耗量
0.5%
油耗仪
05
外循环进水温度
0-200℃
1%
06
外循环出水温度
0-200℃
1%
07
测功机出水温度
0-200℃
1%
08
发动机进水温度
0-200℃
1%
09
发动机出水温度
0-200℃
1%
10
进气温度
0-200℃
1%
11
排气温度
0-1000℃
1%
K热电偶
12
机油温度
0-200℃
1%
13
燃油温度
0-200℃
1%
14
排气背压
0-300kPa
2%
15
进气阻力
-100-100kPa
2%
16
机油压力
0-1000kPa
2%
17
主油道压力
0-1MP
2%
18
大气温度
0-100℃
1%
19
相对湿度
0—100RH
1%
20
大气压力
2%
21
烟度
烟度仪
22
发动机转速、扭矩、油耗、温度、压力等参数测量精度不低于标准中要求要求试验台一体标准,能完成多功效整体试验。
2.2依据标准
《发动机性能试验方法》GB/T18297-
《发动机可靠性试验方法》GB/T19055-
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》(GBT93-86)
《自动化仪表安装工程质量检验标准》(GBJ132-90)
《电器装置安装工程电缆线路施工及验收规范》(GB50168-92)
《大楼通用综合布线系统》(YD/T925.1-97)
《电气装置安装工程施工及验收规范》(GB50254-50259-96)
三、试验室部署
发动机试验间和台架控制室隔离,台架控制室安装双层消音玻璃窗用于发动机人工监控,发动机试验间和台架控制室间由两道安全通道门相通。
试验间和台架控制室采取一下两种方法之一:
1、有摄像图像监控情况,发动机、测功机纵向部署,安全性更高
2、无摄像图像监控情况,发动机、测功机横向部署,便于观察
试验台基础用于安装测功机和发动机,因为发动机在运转试验时会产生较大震动,基础设计好坏将直接影响到试验质量和测试精度。
台架基础设计时,考虑了以下标准:
①基础应有足够质量,以使发动机试验时振动降到最低程度。
②试验台基础及其上结构件有足够刚性,在强烈振动下不会产生扰性变形。
结构件谐振频率避开发动机运行时产生震动频率。
③试验台采取有效隔振方法,减小试验台振动能量向外界传输。
试验台基础由以下部分组成:
水泥基础:
依据发动机功率确定基础质量;
铁地板(T型槽板):
依据发动机功率确定尺寸;
连轴器或万向轴:
用于连接发动机和测功机并传输动力;
支架:
用于安装发动机。
四、供电(气)系统
完成对发动机测试台架供电供气,包含以下
试验间及控制间照明回路
控制系统用电(送排风,水泵),
控制间供电
仪器仪表
气动工具,气动仪表
发动机开启
发动机开启可采取2种模式:
①电瓶开启:
优点是安装移动方便;缺点是需要定时更换、维护和保养,需充电设备;台架不可共用,。
②变压器整流:
优点是维护量小,台架能够共用一套整流开启设备。
缺点是一次性投入高。
五、水系统
因为采取水力测功机,发动机水系统分为冷却水系统和测功机进回水系统。
5.1发动机冷却水系统为保障发动机稳定长时间运行而设计。
整个系统由流量调整阀、气动球阀、热交换器、膨胀水箱、自动排气阀、磁翻版液位计、冷却液储液箱、加注水泵、气动隔膜泵及控制等组成。
经过对外循环水自动控制,利用热交换器换热,确保动机内循环水温度稳定。
发动机在测试过程中水消耗内循环水,经过自动补水功效完成。
测试前,第一次补水完成后即可进入自动状态,直至试验结束,如无其它故障,水系统不需人工干预,完成自动补水,控温,监视,报警等。
具体以下:
①温控阀采取气动调整阀,自带PID调整模块,闭环自动控制,经过采集温度反馈自动调整冷却液流量开度,使冷却液温度一直保持在设定值控制精度范围内。
②膨胀水箱容量50L(初步根据50L设计),液位有效容积30L,采取液位传感器控制水泵和电磁阀开关来自动补水。
膨胀水箱设有限压放气阀和自控排气阀,限压放气阀可控制循环密闭管路和膨胀水箱压力(103kPa);自控排气阀用于在向发动机注水时和抽水时通大气作用,确保液位控制可靠性,确保抽水洁净。
③系统自带电控柜,内设PLC和PID控制线路。
面板上设有控制电源、液位指示、注水按钮、排水按钮、控制温度显示窗。
电控柜独立于管路部署到试验控制室,操作按钮可部署到台架上。
④试验结束后,从发动机水泵口采取外置气动隔膜泵将发动机内循环水抽入冷却液储液箱内,回收内循环水,同时确保拆卸操作人员不被烫伤。
⑤发动机注水采取管道泵压力注水,同时将发动机内空气强制排出。
⑥系统在冷却液储液箱液位低于下限时自动打开补液电磁阀从高位储液箱重力补液。
⑦发动机内、外循环水管道设有过滤器等装置。
5.1测功机水系统
确保测功机用水,设置进回水气动球阀,手动闸阀。
六、试验间通风系统
为确保试验间试验过程中试验环境,发动机能达成最好功率输出,试验间送风和抽风也是很关键一环。
试验间设置4套抽风机,可单独开启。
七、发动机进气和排气系统
发动机进气管道和排烟管道按满足出厂试验制作,进气安装空气滤清器;对排气系统要求应尽可能把全部废气排出室外,而且应有良好消音系统,降低噪音和废气对发动机测功影响及对人身健康危害。
八、消声和隔振
试验台架基础建设,内部装修,充足考虑消声隔振,设独立式基础。
墙面装饰吸音材料等
九、燃油,机油供给系统
提供发动机所需燃油,机油系统。
十、水力测功机
十一、油耗仪
十二、烟度仪
十三、视频监控系统
十四、测控系统
系统组成及性能
试验室柴油发动机试验台架关键由发动机试验台架、发动机、电涡流测功机、发动机自动测试控制系统组成。
发动机自动测试控制系统包含:
测控仪、智能油耗仪、油门实施器、数据采集系统、转速传感器、温度传感器、压力传感器、尾气排放分析仪、工控机及测控系统软件等。
该系统含有以下优异特征:
●采取了优异SMART-3000开放型现场总线控制技术,系统含有网络特征;
●采取模块化设计技术,确保维护方便、快捷;
●采取了数字增量控制方法,确保了无扰动切换;
●采取全数字PID调整方法,提升了控制稳定性;
●采取全数字标定方法,软件线性化处理,减小了人为标定误差;
●异常情况下报警、保护处理和人为干预,保护功效完善报警系统;
●系统错误自诊疗功效;
●功效完善测控软件;
●性能完善试验保障系统。
系统框图
1、发动机安装支架
发动机安装支架根据用户方需求设计制造设计,以适应不一样型号发动机试验。
2、测控仪
测控仪用于实现测量和控制发动机转速、扭矩,该测控仪和传统控制仪相比含有下列特点:
●液晶显示发动机转速、扭矩、功率、油门开度、水门开度(励磁电流)、油耗、进水温度、出水温度、机油压力、排气温度。
●采取数字PID控制,转速、扭矩,控制稳定、快速。
●含有多个控制方法,多种控制方法切换完全无扰动。
●高精度数字电位器及数字增量方法调整,电位器无磨损,控制设定快捷自如。
●采取数字标定和自稳零技术,使数据测量愈加稳定、可靠。
●全部测量参数含有三级报警(报警、保护、紧急处理),各级报警值可任意设定。
●采取总线通信技术,使它和上位机或网络上其它节点数据传输愈加方便、快捷、可靠。
●
3、数据采集系统
使用LWN-E系列智能节点进行数据采集和控制。
能够将全部采集数据处理后,经过通讯适配器传送给上位机显示、存盘、打印、报警、测试过程控制设置等。
采取数字化技术,简单、快捷。
高智能化,丰富自检、提醒和参数设置功效,模块化设计使结构简化,可靠性提升,可维护性好。
4、油门、励磁驱动单元
该单元由油门、励磁两个驱动模块组成,可和多种电涡流测功机、油门实施器配套使用,能方便地实现对测功机,发动机油门手动(或程控)加载或卸载,采取PWM输出,输入、输出光电隔离。
面板上安排有模拟表头,利用面板上开关切换能够看到测功机励磁电流和给定励磁电流(或油门位置和给定油门位置)开度,面板上还安排有“程控/手动”切换开关,能够对测功机励磁(或油门实施器开度)实现程控或手动控制。
5、智能油耗仪介绍
智能油耗仪关键用于测量多种汽油机,柴油机燃油消耗。
它采取一体化设计技术,油耗测量变送器和显示仪表集于一体,能够独立完成发动机燃油消耗测量。
该油耗仪采取优异总线技术,可使多台测试仪器联网,同时保留了标准RS232/485串行接口,可方便和通用微型计算机或其它智能仪表组成更高级测试系统,或实现远程控制。
●采取一体化设计技术,集传感器和二次仪表于一体,是一个独立而完整油耗测量仪器,并可依据用户要求配置隔室测量、控制仪表。
●兼有平均油耗和瞬时油耗测量双重功效;
●平均油耗时间可任意设置,并有掉电保护功效;
●任何油面全部可进入测量,而无须每次测量前先充油,缩短了测量准备时间,降低了电磁阀动作次数,从而延长了电磁阀使用寿命;
●可保留前十次平均油耗量测量数据,用键盘可方便翻阅,便于对照;
●采取优异数字标定技术,使仪器标定十分方便而简单;
●设有标定密码,在无授权情况下不能任意修改,确保参数正确性;
●全密封设计,燃油不会溢出,确保使用安全性。
6、电喷回油处理器
在电喷柴油发动机研制和生产过程中,燃油消耗经济性是一项至关关键指标,用传统重量法油耗仪测量电喷柴油发动机油耗时,因为气泡过多,测量数据不正确,反复性能差,难以衡量电喷发动机燃油经济性能。
电喷发动机回油处理器和油耗测量仪配套使用测量油耗,油耗测试精度高,反复性能好,且工作安全可靠,经久耐用,稳定性好,维护方便。
电喷发动机回油处理器工作基础原理是:
来自电喷发动机回油管道内高温回油,经过电喷发动机回油处理器内置冷凝器冷却,使高温回油降温,从而保障了燃油温度稳定性。
当电喷发动机回油处理器内传感器一旦检测到回油内有微小油气泡时,便自动打开阀门,立即释放油气泡,油气泡释放完后关闭阀门,这么就立即地排放掉回油内气泡。
柴油控制范围:
38±5℃。
7、油门实施器
油门实施器是发动机自动测试控制系统中一个实施机构,它关键用途是和测控仪或普联测器开发其它型号发动机自动控制仪器,水力、电涡流测功机配套,用于控制发动机油门开度,完成发动机多种特征试验。
油门实施器和它同类产品相比较含有以下优点:
●信号传输速度快,距离远,便于隔室控制;
●动作灵敏度高,伺服精度也高;
●输出力矩大;
●动态反应速度快,满量程动作时间0.4秒;
●全密封设计可适应恶劣现场环境。
8、压力变送器
压力传感器关键用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机升压比、气缸内压、油压等。
吸气负压式传感器关键用于吸气压、负压、油压检测。
汽车用压力传感器应用较多有电容式、压阻式、差动变压器式(LVDT)、表面弹性波式(SAW)。
电容式压力传感器关键用于检测负压、液压、气压,测量范围20~100kPa,含有输入能量高,动态响应特征好、环境适应性好等特点;压阻式压力传感器受温度影响较大,需要另设温度赔偿电路,但适应于大量生产;LVDT式压力传感器有较大输出,易于数字输出,但抗干扰性差;SAW式压力传感器含有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点,用于汽车吸气阀压力检测,能在高温下稳定地工作,是一个较为理想传感器。
试验台架用压力变送器通常采取硅压阻变送器,该类型变送器(如5700系列)通常采取全不锈钢结构,优异硅技术隔离部件和数字赔偿技术,全范围进行温度赔偿和线性校正,产品工作稳定可靠,可广泛地应用于发动机机油压力,进气压力、增压器压力、大气压力、排气压力、曲轴箱压力等测量。
假如是燃气发动机,这种类型变送器还可用于对气体压力测量,比如减压阀几级压力等。
需要说明是,大气压力变送器和排气压力变送器均要求为绝对压力变送器;排气压力变送器需要采取高温型,并在变送器接口部分做降温处理(就变送器温度范围而言,现在最高承受温度均低于250℃,而发动机排气温度最高可达成800℃左右);
9、电涡流测功机
电涡流测功机关键用于测量多种动力旋转机械性能和特征。
经过二十多年技术消化、发展和改善,产品已日臻完善,很适合多种中小功率型电机、汽车、内燃机、工程机械等动力设备性能试验,也可作为其它动力设备吸功装置。
它含有测试精度高、动态反应快、制动力矩大、稳定性好等特点,并能符合自动、半自动隔室操作控制需要,是中国外普遍推广使用优异测功设备。
和其它类型电涡流测功机相比,它冷却水道设计比较大,所以冷却面积较大,冷却效果好,在相同使用环境下,使用时间较长,而且即使在轻微结垢情况下也能够正常使用,对水质要求不高等显著优点。
因为使用脂润滑,使用和维护全部很方便。
技术参数和指标:
本软件运行于win98-win平台,适适用于发动机台架性能试验。
可由操作人员设置测量参数名称、单位、量程、报警值等内容。
实时显示各项测量参数值;开启油耗测量,测量结束后显示油耗量和油耗率。
技术参数和指标:
1、产品使用工作条件和环境条件:
测功机励磁电源:
DC0---180V
测功机励磁电流:
DC0---10A
测功机冷却水:
淡水
冷却水压:
0.04----0.1Mpa
环境温度:
0----40℃
相对湿度:
20----90%RH
2、关键技术参数
额定吸收功率:
400kW、630kW
额定扭矩转速:
-2800
主机许可最高转速:
11000rpm
额定制动力矩:
2200N.m、3600N.m
最大励磁电源:
DC100V
最大励磁电流:
DC5A
冷却水压:
0.04----0.1Mpa,依据测功机出水温度调整,当出水温度升高时,
必需加大水压使出水温度永远低于55℃。
工作方向:
左旋或右旋连续工作
长久稳定工作时间:
9000小时以上
10、发动机机油温度控制系统
发动机开机前由来自高温水箱水对热交换器中机油进行加热,使交换器内机油保持一定温度,降低发动机预热时间。
待发动机机油温度达成设定值后温控系统将自动关闭加热水。
机油循环泵从发动机油底壳抽取高温机油,经恒温冷却器冷却后送回油底壳。
恒温冷却器冷却介质为常温自来水。
温控系统依据发动机油底壳机油温度控制电动调整阀开度,改变冷却水流量,从而达成对机油温度恒温控制目标。
当循环冷却水入口在常温≤35℃时,发动机机油温度控制调整范围在70-130℃,机油温度控制精度±2℃
11、发动机冷却液温度控制、冷热冲击系统
在作冷热冲击试验时,气动三通阀、气动百分比阀和温控仪均接收计算机指令工作,全部试验工况全部受到计算机控制,包含发动机开启、运行工况、停车。
试验时系统阀门1关闭,阀门2开启,系统冷却水选择7℃冷却水,当然,假如要求冷却水温度高于常温5℃,也能够选择常温冷却水,此时阀门1开启,阀门2关闭。
在试验工况1时系统自动开启发动机经过控制系统将发动机工况控制到需要额定转速(全负荷),此时,发动机在最大净功率转速下运行。
发动机出水经膨胀水箱和管道泵加压后,经过三通换向阀直接回到发动机(相当于系统小循环),发动机冷却液温度快速上升到378K-385K,冷却液沸腾并产生大量水蒸气,冷却系统内压力急剧上升,当其压力上升至150KPa-190KPa(该控制值可人工设定),安装在膨胀水箱上电接点压力表信号输出控制到排气电磁阀,系统自动开启排气通道。
当然,你也能够使用手动漏斗下阀门来排气(在运行热冲击工况时请注意安全)。
在温度抵达指定设定值时,系统进入第二工况,计算机自动控制发动机,使其在5S内均匀回到怠速并运行10S;系统进入第三工况,发动机自动停车,时间15S在23工况时,发动机冷却液温度自然上升。
在第三工况结束后,发动机进入第四工况,计算机自动开启发动机,切换发动机冷却液到换热器,并将温度控制值写入温度控制仪控制内存;然后,均匀控制发动机转速到高怠速(或额定转速,0负荷),此时,安装在发动机出口处温度传感器将信号传输给温度调整仪,温度调整仪依据测量温度和设定温度放入偏差自动调整气动百分比阀开度,使其降温达成工况4所需温度311K-315K。
整个循环四个工况总运行时间为360S。
在第四工况运行结束后,计算机将控制发动机直接运行到第一工况,进行下一个循环,循环次数,冷热冲击温度、运行时间、转速、负荷等在试验开始运行均可人工设定。
当冷却水常温在≤35℃时,发动机冷却液温度控制范围在30~125℃,冷却液温度控制精度±2℃,响应速度≤10s。
其性能和特点:
●精度高,响应快,稳定性好;
●外形美观,体积小,可移动,安装使用方便;
●管路排气方便;
●含有自动故障报警功效;
●高可靠性;
●可作发动机冷热冲击试验系统;
●温度设定简单方便,可和测控仪同时显示
1、平板式换热器
2、气动三通阀
3、气动百分比调整阀
4、水泵
5、电接点压力表
6、排气电磁阀
7、多个阀门
8、膨胀水箱
9、PHD温控表
10、控制箱
11、温度传感器PT100
12、机架、管道
系统设计了紧急停车保护系统,在出现异常时切断发动机点火电源以保护发动机和测功机不被损坏。
紧急停车系统包含人工控制和自动控制:
●人工控制:
经过人工按下紧急停车开关实现紧停;紧急停车开关可依据需要部署在测试台架每一个角落,以方便操作人员在任何时候全部能以最快速度进行控制,避免造成发动机和测功机损坏。
●自动控制:
系统依据采集数据进行控制,一旦有需要保护参数达成保护条件(包含机油温度、出水温度、转速超出设定值,机油压力低于设定值等),系统将自动切断发动机和测功机电源,以实现保护功效。
12、发动机中冷器
中冷器控制装置工作原理是:
来自发动机增压器出口高温压缩气体,经过AT2900-ZL中冷器控制装置内空冷器内管道时,和管道外水流进行热交换,使高温压缩气体降温,经过控制冷却水流量,来控制中冷后空气温度。
实现对高温气体温度调整。
1.温度测量
①测量范围:
0~150℃
②测量精度:
±1%F.S
③传感器类型:
PT100
④显示分辨率:
0.5℃
2.温度控制
①给定精度:
0.5℃
②控制精度:
±4℃
③过渡时间:
10S
温度传感器
温度控制图
13、测控软件
本软件运行于WIN-WINXP平台,适适用于发动机台架性能试验,可由操作人员设置测量参数名称、单位、量程、报警值等内容。
实时显示各项测量参数值;起动油耗测量,测量结束后显示油耗量和油耗率。
自动测试控制系统采取SMART-3000开放性架构,整合功效强大,如总线方法遵照开放标准MODBUS协议。
系统组网灵活,在现场资料采集方面,能够采取不一样通讯模块搭建远程从站,又可经过以太网控制总线构建大型集散控制系统。
编程语言丰富,完全符合IEC61131-3国际标准,有6种编程语言,均可部分使用或相互调用,方便用户选择。
测控软件系统包含参数设置模块、实时测控模块、数据处理模块共3个部分。
系统使用组态王软件编写,含有简单组态特征,可由用户自行增添和删除测试参数,能够满足大多数用户测试要求。
其关键功效和技术特点包含:
●采取动态数据交换技术,实现软件和硬件模块化分离;
●利用基于元件开发技术,实现由用户增删测量参数、编辑测量参数、调整参数显示界面等功效;
●实时采集并显示扭矩、转速、功率、温度、压力等各项测量参数值;
●可进行油耗测量和烟度测量;
●可实时绘制转速、扭矩、功率和排温改变趋势曲线;
●含有单点控制功效,按设定控制方法和设定值控制发动机工况;
●含有程序控制功效,按预设步骤自动完成负荷特征、速度特征等试验;
●参数越限时报警并保护,统计报警保护时间和状态;
●按国家标准要求修正算法公式进行修正运算;
●对试验数据可进行查阅、修改;
●可灵活生成和打印试验数据报表,报表分标准和自定义两种;
●自动生成多种试验特征曲线并打印输出;
●可灵活绘制并打印万有特征曲线;
●对关键操作进行了授权处理,确保了软件安全性。
本系统软件实现关键功效是经过对动力——发动机和负载——测功机和对发动机油温、水温控制,对发动机多种经济性参数(油耗)机械参数(转速、扭矩、功率、压力、流量)、热工参数(多种温度)测量来考评发动机多种工作情况和性能指标;围绕着完成这些功效还需提供报警、保护、数据处理、数据存放等辅助功效。
14、参数设置模块
参数设置模块关键是设置用户需要显示测试参数相关参数,包含建立(或删除)显示参数和数据库参数;调整显示参数显示位置;调整显示参数显示框大小;调整显示字符字体、字号、字体颜色、背景颜色等。
15、实时测控模块
实时测控模块功效关键是实现被测参数实时采集、显示和存放,和发动机工况程序控制。
在设计上,参考国家标准GB18297-和GB19055-要求,该测控程序经过总线通讯能够实时控制发动机工作情况(关键是转矩和转速),完成对发动机整个试验过程控制而无需人工干预,对采集数据自动保留,方便最终数据处理。
另外,程序含有实时绘制任意测量参数改变趋势曲线功效,在测试过程中,你能够方便监视到被测参数改变过程;程序里还含有参数越限时报警和保护功效,并统计报警保护时间和状态,在测试参数出现报警(或保护)情况时,程序会指令计算机系统出现声音提醒(或直接控制下位机把发动机控制到保护状态:
油门位置0%,负荷位置37%)
16、数据处理模块
数据处理模块功效关键是完成对试验数据后续处理和报表曲线输出功效,它关键包含了数据修改、报表打印、曲线输出等功效
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- 发动机 试验 台架 专项 方案 DOC