بخشی از مقاله
تست توان
توان مقدار كاري است كه در واحد زمان انجام شده است. در مهندسي موتور معمولا براي واحد توان اسب بخار به كار مي برند . يك اسب بخار برابر 33000 فوت پوند كار در دقيقه است .
يك اصطلاحي كه اغلب باعث اشكال مي شود اسب بخار ساعت است ؛ اين اصطلاح فقط اين معني را دارد كه موتور براي مدت يك ساعت مرتبا داراي توان يك اسب بخار است . يك اسب بخار ساعت برابر B.T.U 2545 است كه از رابطه زير نتيجه شده است .
2545 B.T.U = 33000 * 60
778
عبارت فوق را اگر به صورت ديگر بنويسيم خواهد شد :
2545 BTU = اسب بخار
ساعت
در مهندسي موتور سه نوع توان داريم كه عبارتند از :
توان ترمز ، توان اصطكاك ، توان مشخصه . اين سه نوع ذيلا مورد بحث قرار مي گيرند .
توان ترمز : تواني را كه به محور خارج شونده از موتور منتقل مي شود ، توان ترمز مي گويند . مقدار لنگر اين محور در هنگامي كه با سرعت دوراني ثابت مي چرخيده است به طور تجربي اندازه گيري شده است . حاصل ضرب لنگر اندازه گيري شده در سرعت متوسط در دقيقه در يك ضريب كوچكتر از واحد زمان را توان گويند .
سرعت محور به وسيله يك سرعت سنج كه يك كرونومتر ضميمه آن است مشخص مي شود . و
يا اينكه از سرعت نماهاي الكترونيكي استفاده مي شود . وسائل خيلي عمومي اندازه گيري لنگر
به ترتيب عكس العمل كار مي كنند مثل دينامومترالكتريكي ، ترمز چرخشي ، ترمز آبي ، لگام پرني . طرح اين دستگاهها طوري است كه در عين حال براي جذب انرژي توليد شده به وسيله موتور مناسب هستند .
تمام اين دستگاهها طبق يك اصل كار مي كنند . اين اصل قانون سوم نيوتن راجع به حركت است .( براي هر عملي عكس العملي مساوي و مخالف آن وجود دارد . ) وقتي كه محور خارج شونده از موتور با يك سرعت ثابت و مشخص مي چرخد و لنگري بر روي يكي از اين دستگاهها وارد مي كند ، مسلم است كه طبق قانون سوم نيوتن به وسيله ميبايستي لنگري مساوي و مختلف الجهت با اين لنگر به محور وارد شود . اگر دستگاه بر روي كاسه ساچمه تكيه داشته باشد لنگر عكس العمل فورا به وسيله يك قپان و يك بازوي ثابت شده روي محور دستگاه اندازه گيري مي شود .
شكل 3-1 اين روش اندازه گيري لنگر را به طور شماتيك نشان مي دهد . دستگاه بر روي كاسه ساچمه تكيه دارد بنابراين دستگاه آزادانه مي تواند بچرخد ، مگر اينكه قپان مانع شود . لنگري كه در جهت عقربه هاي ساعت به دستگاه وارد مي شود بايستي با يك لنگر مساوي خود و در جهت مخالفش خنثي شود تا قانون سوم نيوتن صـدق كند . لنـگر عكـس العمل فـورا روي قـپان وارد مي شود و به وسيله عقربه نيرو سنج قرائت مي شود .
يك خطاي كوچك در موردي كه هر يك از اين دستگاهها را به كار ببريم پيش مي آيد و آن
اين است كه عكس العملي كه خود كاسه ساچمه در مقابل گردش محور ايجاد مي كند به حساب
نمي آيد .
يك ترمز آبي در شكل 3-2 نشان داده شده است . اصولا اين دستگاه شامل پره هاي دواري است كه روي محور خروجي از موتور نصب شده اند، آب از داخل اين پره ها عبور مي كنند و انرژي را به صورت انرژي حرارتي جذب مي كند . هر چه آب بيشتري جريان بدهيم لنگر عكس العمل بيشتر مي شود بايد توجه داشت كه قسمتهايي كه آب به اين دستگاه وارد مي كنند يا از آن خارج مي كنند بايستي قابليت انعطاف داشته باشد ، به طوريكه آنها بتوانند لنگرهاي مشخص قابل اندازه گيري به دستگاه وارد كنند .
يك مقطع طولي و عرضي از يك دينامومتر الكتريكي در شكل 3-3 نشان داده شده است . اين دستگاه دستگاهي است كه كه با جريان يك طرفه كار مي كند و مي تواند هم به عنوان مولد و هم به عنوان موتور مورد استفاده قرار بگيرد .
هنگامي كه به عنوان مولد استعمال شود ، انرژي مكانيكي موتور مورد آزمايش را به انرژي الكتريكي تبديل ميكندكه اين انرژي را يا به يك دستگاه توليد قدرت آزمايشگاهي انتقال مي دهند يا آن را از داخل مقاومت الكتريكي عبور داده و تبديل به انرژي حرارتي مي كنند . بايد توجه داشت كه دينامو متر و قطب هاي آن به كاسه ساچمه تكيه دارندو بنا براين مي توانند حول محور طولي شان بچرخند .
لنگر عكس العمل در اثر تقاطع ميدان مغناطيسي كه خود سيم پيچي ها ايجاد مي كنند با ميدان
مغناطيسي خود دستگاه به وجود مي آيد . اثر عكس العمل همانطور كه در دستگاههاي قبلي ديده
شد به وسيله يك قپان و بازوي آن به نيرو سنج منتقل مي شود . دينامومتر الكتريكي همچنين ميتواند براي به راه انداختن موتور به كار رود .
در آن حالت مثل يك موتور عمل مي كند . نيروي لازم براي به راه انداختن موتور و رساندن به يك سرعت ثابت و مشخص معلوم مي شود و مي توان اصطكاكي كه موتور جذب مي كند نيز معلوم كرد .توان اصطكاكي بعدا در همين فصل مورد بحث قرار مي گيرد .
يك نوع ديگر دستگاه كشش سنج الكتريكي است . شكل 3-4 يك نمونه از اين دستگاه را كه براي تحقيقات آزمايشگاهي در طرز كار موتور ساخته شده است نشان مي دهد .
شكل 3-5 نيز يك شكل ظاهري از دستگاه نمايش كشش الكتريكي و دستگاه اندازه گيري اين كشش را نشان مي دهد .
لنگر عكس العمل به وسيله يك ترمز آبي و يك پروانه كه هوا را به داخل رادياتور مخصوص ترمز آبي مي دمد ايجاد مي شود . دستگاه سنجش كشش براي مشخص كردن لنگر وارد شده به محور در هنگام كار موتور مي باشد .
اصولا دستگاه الكتريكي كشش سنج شامل يك مقاومت الكتريكي است كه با دقت و ظرافت خاصي روي يك محور استوانه اي با زاويه 45ْ نسبت به محور طولي اش مي شود . دستگاه سنجش طوري توجيه شده است كه كشـش وارد به آن باعث يك كشش متنـاسب با خودش در دستگاه مي شود .
اين كشش باعث طويل شدن مقاومت مي شود و اين اضافه طول باعث كم شدن سطح مقطع و
بالنتيجه باعث بالا رفتن مقاومت الكتريكي آن مي شود . تغيير مقاومت سيم به روش پل و تستون مشخص مي شود . تغيير مقاومت مناسب با مقدار لنگر وارد به محور است . با مدرج كردن دقيق دستگاه مي توان با اندازه گيري سريع تغيير مقاومت سيم ، لنگر .وارد به محور موتور را حساب كرده و به دست آورد .
با وجود اينكه لگام پرني ندرتا در تعيين لنگر در مهندسي موتور مورد استفاده واقع مي شود ؛ معهذا شرح آن اينجا گفته مي شود تا در فرمولي كه توان را بر حسب لنگر و تعداد دور موتور در دقيقه بيان مي كند بحث كنيم .
شكل 3-7 يك شكل شماتيك از لگام پرني است . صفحه دايره دستگاه روي محور خارجي موتور سوار شده است . سطح دايره دستگاه در تماس با يك سطح استوانه اي است و اين دو با هم اصطكاك دارند . فشار اين دو سطح بر روي هم قابل تنظيم است ، بنابراين اصطكاك بين اين دو سطح قابل كنترل است . يك بازوي به استوانه اصطكاك دار مربوط است . بازوي ديگر اهرم به يك قپان مربوط است .
علائم اختصاري زير براي شرح فرمول مربوط بتوان ترمز مورد استفاده قرار مي گيرند .
جرء نيروي اصطكاكي بر حسب پوند است .
شعاع صفحه دايره دستگاه بر حسب فوت است .
فاصله مركز دايره تا نقطه اثر نيروي قپان بر حسب فوت است .
لنگر محور خارج شونده از موتور بر حسب پوند فوت است .
تعداد دور موتور در دقيقه است .
وزني كه روي قپان قرائت مي شود بر حسب پوند است .
شكل 3-8 يك نمايش از صفحه دايره شكل دستگاه است . براي تعادل با لنگر موتور كه در جهت عقربه هاي ساعت نسبت به نقطه به دست مي آيد ؛ مي بايستي صفحه دايره اي شكل لنگري مساوي و در خلاف جهت عقربه هاي ساعت وارد كند . در اطراف صفحه دايره اي شكل جزء نيروهاي در خلاف جهت عقربه هاي ساعت با بازوي r اثر مي كند . بنابر اين :
حال در شكل 3- 9 يك مقطع از قسمتهاي باقي مانده لگام پرني را مي بينيم . با به كار بردن قانون سوم نيوتن ، جزء نيروهاي df حالا در جهت عقربه هاي ساعت اثر مي كند . بنابر اين براي تعادل بايد داشته باشيم :
پوند فوت
با استفاده از رابطه 1 خواهيم داشت :
T = PR
بنابر اين ملاحظه مي شود كه لنگر وارد بر محور موتور را مي توان با ضرب كردن قرائب P قپان
در بازوي اهرم لگام پرني يعني R بدست آورد .
كاري كه نيروي df به ازاء يك دور چرخيدن صفحه دايره اي انجام مي دهد عبارتست از :
فوت پوند = كار انجام شده
كاري كه تمام جزء نيروهاي df با ازاء يك دور چرخيدن صفحه دايره اي انجام مي دههند عبارت است از :
فوت پوند
به ازاء N دور چرخيدن خواهد شد :
فوت پوند
دقيقه
با استفاده از رابطه 1 و تبديل كردن آن باسب بخار خواهد شد .
= توان بر حسب اسب بخار
توان به مصرف رسيده بوسيله اصطكاك هنگاميكه موتور كار مي كند و توان ترمز ايجاد مي كند، مقداري از نيروي حاصله براي غلبه كردن بر اصطكاك مصرف مي شود . توان اصطكاك را مي توان به سه قسمت زير تقسيم كرد .
1- اصطكاكهاي مكانيكي موتور .
2- توان جذب شده بوسيله ساير قسمت هاي دستگاه مولد نيرو و ضمائم موتور .
3- اتلاقات مربوط بعمل تلمبه اي پيستون .
تونهاي تلف شده در اثر اصطكاك هاي كاسه ساچمه ها، ياطاقانها اصطكاك پيستون اصطكاك دستگاه دريچه ها مثالهائي براي آن قسمت از توان اصطكاكي كه باسم اصطكاكهاي مكانيكي موتور هستند ميباشند . نيروي مصرفي براي بكار انداختن مولد برق، تلمبه روغن ، تلمبه آب پروانه و كمپر سورهاي ترمزها و واحدهاي تهويه را مي توان جز توانهاي اصطكاكي جذب شده بوسيله ساير قسمت ها بحساب آورد . توان لازم براي راندن گازهاي خروجي و مكيدن مخلوط سوخت و هوا باسم اتلافات تلمبه زني هستند و باز هم جز اتلاف اصطكاكي بحساب مي يابند .
اندازه گيري توان اصطكاكي بطور دقيق نسبتا مشكل است چون هنوز روش رضايت بخشي براي اين اندازه گيري وجود ندارد . در حال حاضر سه روش مورد استفاده است : روش برگ مشخصات روش استفاده از موتور و روش جدا كردن سيلندر اين سه روش ذيلا شرح داده مي شود .
روش برك مشخصات – در موقعيكه توان ترمز در موتور اندازه گيري مي شود يك برگ مشخصات تهيه مي شود . اين برگ مشخصات منحني فشار داخلي سيلندر را بر حسب وضعيت هاي مختلف پيستون نشان مي دهد . اين منحني در واقع منحني فشار و حجم در سيكل عملي است . سطح محصور در اين منحني كاري را كه پيستون در مراحل تراكم و انبساط انجام مي دهد نشان مي دهد و آنرا به عنوان كار انجام شده در يك سيكل قبول ميكنند .
مقدار اين سطح با بكار بردن يك پلانميتر يا ابزاري مشابه آن اندازه گيري مي شود، سپس حاصل ضرب اين سطح در تعداد سيكلهائي كه در دقيقه انجام مي شود در ضريب ثابتي به عنوان توان مشخصه موتور ناميده مي شود . اختلاف بين توان مشخصه موتور و توان ترمز اصطكاك را نشان مي دهد كه مي توان آن را به عبارت زير نشان داد .
توان ترمز – توان مشخصه = توان اصطكاك
بزرگترين محدوديت اين روش براي اندازه گيري توان اصطكاك تهيه دستگاههاست .چون تاكنون
هيچ دستگاهي كه به طور صحيح و رضايت بخش بتواند فشارهاي لحظه اي سيلندر را در موقعي كه
موتور با سرعت كار مي كند اندازه بگيرد ساخته نشده است .
روش استفاده از موتور :اين روش شامل اين است كه موتور مورد نظر را با يك دينامومتر الكتريكي به راه بيندازيم .توان اصطكاكي بلافاصله پس از اندازه گيري توان ترمز مشخص مي شود . شرايط آزمايش درست همان شرايط آزمايش توان ترمز است و دينامومتر الكتريكي موتور مورد آزمايش توان ترمز است . دينامومتر الكتريكي موتور مورد آزمايش را با همان سرعتي كه براي اندازه گيري توان مي چرخد خواهد چرخاند .
لنگر ايجاد شده بوسيله موتور اندازه گيري مي شود و با دانستن اين لنگر و تعداد دور موتور در دقيقه توان توليد شده اندازه گيري مي شود . نتيجه آن به دست آمدن توان اصطكاك است .
روش شرح داده شده اين اطمينان را مي دهد كه درجه حرارت روغن و مايع سرد كننده تقريبا به همان اندازه هستند كه در آزمايش توان بودند . همچنين اتلافات عمل تلمبه زني در اين مورد تقريبا برابر همين اتلافات در آزمايش توان مي باشد . علت مهم استفاده نكردن از اين روش آن است كه فشار در سيلندرها به طور محسوسي در آزمايش اصطكاك پائين تر از آزمايش توان ترمز است .
