Tech File: Новый датчик давления в цилиндре помогает оптимизировать большие двигатели

Автор Юрг Стадлер • 9 февраля 2018

Оптимизированные методы измерения давления экономят топливо

Эффективность больших двигателей, таких как те, которые используются на коммерческих судах, может быть увеличена с помощью датчиков давления в баллоне, которые точно контролируют процесс сгорания. Растущая тенденция к газовым и двухтопливным двигателям (дизель и газ) наряду с традиционными дизельными двигателями, которые уже широко используются. Эти альтернативные типы двигателей предназначены для повышения экологической совместимости при одновременном снижении расхода топлива, а также выбросов CO2. Но есть и другие последствия их использования: процессы сжигания становятся все более сложными, и их необходимо контролировать с помощью измерения давления в цилиндре (CLCC - Closed Loop Combustion Control). Мониторинг процессов горения определяет возможные способы оптимизации давления в баллоне. Например, увеличение пикового давления на 1 бар может снизить расход топлива на целых 0,2-0,25 г / кВтч.

Более 20 лет подразделение Marine & Stationary Division группы Kistler предлагает компоненты и системы, которые используют измерение давления в цилиндре в качестве основы для оптимизации больших двигателей, в том числе тех, которые используются для производства энергии. Портфолио решений от Kistler варьируется от регулярной диагностики двигателя и постоянного мониторинга работы до индивидуальных датчиков для систем CLCC.

Главные приоритеты в разработке крупных двигателей включают сокращение потребления топлива и контроль процессов сжигания. Многочисленные крупные производители двигателей, судостроители, судоходные компании и операторы электростанций доверились опыту мониторинга горения, накопленного Кистлером на протяжении многих лет.

Надежный и высокоточный

Высокопроизводительный цилиндровый датчик давления типа 6635A1 является новым дополнением к портфелю специализированных измерительных технологий Kistler. Даже при высоких тепловых нагрузках и напряжениях, вызванных вибрацией, этот датчик обеспечивает высокодинамичное получение сигнала с отличной точностью измерения. Новый пьезоэлектрический датчик Kistler имеет ряд конструктивных особенностей, которые делают его идеальным для использования в больших двигателях внутреннего сгорания. В основе нового датчика лежит современное развитие кристалла PiezoStar с исключительными свойствами: например, его можно использовать при температурах до 350 ° C. Тип 6635A1 также имеет запатентованную диафрагму, чтобы совместить точность с прочностью. Еще один плюс: резкие циклические колебания температуры, вызванные фронтом пламени горения, оптимизируются с помощью моделирования FEM (метод конечных элементов) с последующим тестированием и валидацией на датчике. Антистатическая втулка (также запатентованная Kistler) обеспечивает механическое отсоединение датчика от корпуса, поэтому стабильный измерительный сигнал гарантируется даже в случае более высоких давлений, которые вызывают деформацию головок цилиндров. Третьей важной конструктивной особенностью является керамическая прокладка, которая герметично уплотняет измерительный элемент.

Вместо неположительного соединения требуемая передача сигнала в диапазоне милливольт и пикоампер реализуется посредством связывания вещества с веществом, поэтому нет движущихся частей, таких как соединители. Комбинация сварного и обжатого соединения обеспечивает исключительную устойчивость к ударам, как это было четко продемонстрировано при длительных испытаниях. Чтобы выполнить всестороннюю проверку нового датчика, Kistler разработал специальную тестовую установку для продолжительных испытаний, которая позволяет отслеживать длительные слежки сложных напряжений в большом двигателе. Испытательная серия показала, что недавно разработанный датчик давления цилиндра типа 6635A1 обеспечивает отличную долговечность с постоянными измерительными характеристиками - функциями, обеспечивающими долговременную стабильность. Тем не менее, полевые испытания с конкретным двигателем, о которых идет речь, всегда необходимы для окончательной проверки.

Высокочувствительный пьезоэлектрический элемент

С 1998 года Kistler выращивает собственные кристаллы PiezoStar, которые обрабатываются на собственных пятиосевых станках с ЧПУ компании в Винтертуре, Швейцария. Эти кристаллы относятся к семейству кварц-подобных кальций-галогерманатов, таких как лангазит (La3Ga5SiO14), которые обладают следующими характеристиками:

Кристаллы нового поколения были специально оптимизированы для измерения давления в цилиндре. Они очень долговечны, поскольку их чувствительность имеет очень низкую зависимость от температуры, и они имеют высокую степень электрической изоляции.

Автор

Юрг Стадлер является начальником морского и стационарного двигателей в Кистлере.