Что такое постоянная цилиндра

Методы определения мощности дизеля

Известны несколько способов определения мощности дизеля. На практике наибольшее распространение получили два способа — это определение мощности с помощью пиметра и определение мощности по индикаторным диаграммам.

Определение мощности с помощью пиметра производится у дизелей, не имеющих индикаторных приводов. Пиметр показывает среднее по времени давление газов в цилиндре — Р_т. Между Р_т (по времени) и Р_i (по ходу поршня) существует зависимость, определенная для конкретного дизеля и построенная по результатам стендовых испытаний. Пиметр, который применяли при стендовых испытаниях конкретного дизеля, и полученная графическая зависимость Р_i от Р_т должны находиться на судне. После замера Р_т по графику определяют Р_i и далее мощность цилиндра и двигателя определяют по известным формулам.

Механики, проработавшие многие годы на дизелях, не имеющих индикаторных приводов, попав на судно с ГД, имеющим индикаторные приводы, испытывают определенные затруднения при индицировании ГД. Приведенная ниже информация может помочь механику быстрее вникнуть в суть индицирования и порядок его выполнения.

Индицирование ГД и определение его основных параметров проводится в соответствии с требованиями заводской инструкции или судовладельца, но не реже, чем через 400 часов работы.

Кроме этого, индицирование должно производиться в следующих случаях:

Давление в конце сжатия Р_с следует измерять согласно заводской инструкции. При отсутствии указаний в инструкции измерение надо производить при выключенном ТНВД и мощности дизеля, не превышающей 75% номинальной, либо определение Р_с производится по развернутой индикаторной диаграмме.

Перед снятием индикаторных диаграмм необходимо проверить правильность установки индикаторных приводов, состояние и работу самого индикатора, смазать его.

Правильность установки индикаторных приводов проверяется с помощью диаграмм сжатия. Нормальная установка индикаторного привода — это когда линия расширения в точности совпадает с линией сжатия. Расположение линии расширения ниже или выше линии сжатия свидетельствует о том, что эксцентрик индикаторного привода необходимо разворачивать по или против направления вращения распределительного вала.

При снятии индикаторных диаграмм индикатор сильно нагревается, и ему надо периодически давать остыть.

На снятой индикаторной диаграмме должны быть указаны название судна, дизель (правый, левый или др.), номер цилиндра, дата и время снятия диаграммы, масштаб пружины индикатора, число оборотов коленвала дизеля в минуту, длина и площадь диаграммы, значение Р_i, P_z, Р_с, t° выпускных газов, скорость судна.

Определение мощности дизеля по индикаторной диаграмме проводится в следующей последовательности:

Источник

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ § 1.1. Идеальный цикл дизеля 4 страница

Индикаторная диаграмма судового малооборотного дизеля с наддувом показана на рисунке 2.2. Вся площадь индикаторной диаграммы в определенном масштабе представляет собой инди­каторную работу. Поскольку величина Z, зависит от размеров цилиндра (величины V_h\ то пользоваться ею как энергетическим показателем неудобно, особенно при сравнении показателей различных двигателей.

Рис. 2.2. Индикаторная диаграмма судового двухтактного малооборотного дизеля

В теории поршневых ДВС такую оценку принято прово­дить с помощью удельной индикаторной работы цикла, пред­ставляющей собой отношение индикаторной работы к рабочему объему цилиндра

—у = —— = — = Па

Анализ размерностей, приведенный в квадратных скобках выражения (2.1) показывает, что удельная работа цикла может быть представлена как некоторое условное постоянное давление p_if при котором за один рабочий ход поршня совершается по- лезная индикаторная работа цикла. В связи с отмеченным, этот параметр в теории ДВС принято называть средним индикатор­ным давлением.

Величина pi на рисунках 2.1 и 2.2 показана жирными сплошными линиями, параллельными оси абсцисс. Очевидно, что площади, ограниченные этими линиями и осями абсцисс, равновелики заштрихованным на рисунках площадям.

с;т,п- коэффициент тактности, частота вращения коленчатого вала в об/мин.

Подставим в формулу последнее выражение, а также при­нимая L_t = р_х • V_h,

получим TV,. = J-T——- ^ = ———- р_гп = Ср_гп, (2.2)

где С — V_h /(60 • т)- постоянная цилиндра.

Индикаторная мощность многоцилиндрового дизеля при условии идентичности рабочих процессов в цилиндрах опреде­лится умножением правой части формулы (2.2) на число цилин­дров i

В формулы (2.2 и 2.3) p_t следует подставлять в килопаска­лях или мегапаскалях (напомним, что 1 бар = 100 кПа и 1 бар = 0,1 МПа), тогда мощности будут измеряться соответственно в кВт и МВт. Частота вращения коленчатого вала подставляется в об/мин.

Величина зависит от уровня форсировки дизеля надду­вом и для современных судовых дизелей достигла 20-25 бар. Для сравнения можно отметить, что уровень дизелей, выпус­кавшихся в середине XX века, составлял 8-10 бар. Мощность двигателя, кроме p_t, как видно из формул, прямо пропорцио­нальна рабочему объему цилиндра, их количеству и частоте вра­щения коленчатого вала. Однако при проектировании дизелей параметры, определяющие мощность дизеля, не могут выбираться произвольно, требуется достаточно сложное согласование их ве­личин между собой в зависимости от назначения дизеля.

где, кроме известных параметров Fu

§ 2.2. Индикаторные показатели топливной экономичности

При условии полного сгорания цикловой подачи топлива g₄ количество теплоты, подведенной к рабочему телу в цикле,
составит Q_T = g Q_H кДж. Теплота, эквивалентная полезной ра­боте цикла Q. = L_i кДж. Отношение полезной теплоты к подве­денной называют индикаторным КПД:

Индикаторный КПД отражает степень преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу. Затраты то­плива на получение полезной работы оцениваются показателем, получившим наименование удельный индикаторный расход то­плива:

где G₄— расход топлива на двигатель, кг/ч (часовой расход топли­ва). Очевидно, что g имеет размерность кг/(кВт-ч). Физический смысл удельного индикаторного расхода топлива ясен из его раз­мерности: значение g показывает сколько кг топлива затрачива­ется на получение 1 кВт-ч полезной индикаторной работы.

Индикаторные показатели экономичности двигателя связа­ны между собой. Для вывода формулы положим, что некоторый двигатель мощностью N_f кВт работает в течение 1 часа (3600 с). Индикаторная работа, произведенная двигателем за это время составит 3600 • кДж. Количество тепла, подведенного к рабо­чему телу в цилиндрах за этот же промежуток времени, составит G₄ • Q_H кДж. Индикаторный КПД может быть определен как

_ 3600-Л^ 3600 3600 ■ Q_H g_t— Q_H

Таким образом, индикаторные экономические показатели между собой связаны обратно пропорциональной зависимостью. Формулу (2.7) можно решить относительно gi

Принимая Q_H = 42700 кДж/кг, определим по формуле (2.8) диапазон значений g_h соответствующий приведенным выше значениям индикаторного КПД: g_i = (0,159 ч- 0,153) кг/(кВт*ч)

Индикаторные показатели оценивают экономичность внут- рицилиндровых процессов двигателя, так как не вся механиче­ская работа цилиндров передается потребителю, действитель­ными экономическими показателями двигателя являются его соответствующие эффективные показатели, рассматриваемые далее.

§ 2.3. Эффективные показатели работы. Механический КПД.

Механические потери двигателя обусловлены следующими причинами.

Потери трения составляют большую часть механических потерь. Они вызываются трением во всех сопряженных движу­щихся относительно друг друга парах. Наибольшая затрата энергии на трение происходит в цилиндрах при трений поршне­вых колец и цилиндровой втулки (до 70% от всей работы трения в двигателе), это обусловлено высоким удельным давлением колец на втулку и плохими условиями смазки вследствие высо­ких температур трущихся деталей. В подшипниках скольжения и приводах смазка обеспечивается циркуляционной системой под давлением, поэтому потери на трение здесь значительно меньше.

При трении работа превращается в тепло и отводится час­тично в охлаждающую воду, частично с циркуляционным мас­лом. В конечном итоге в теплообменниках эта часть энергии отводится в охлаждающую забортную воду.

Потери на осуществление насосных ходов поршня имеют место только в четырехтактных двигателях. Величина потерь зависит от перепадов давлений в цилиндре и выпуском тракте на такте выпуска, в ресивере и цилиндре на такте наполнения. Пе­репады давления зависят от гидравлического сопротивления впускных и выпускных клапанов и скорости движения поршня, которая пропорциональна частоте вращения коленчатого вала. Доля рассмотренных потерь не превышает 2% от L_m.

Потери на привод навешенных вспомогательных агрега­тов обусловлены тем, что часть индикаторной работы затрачи­вается на привод: распределительного вала (от него приводятся топливные насосы высокого давления, впускной и выпускной клапаны, регулятор частоты вращения); водяного, масляного, топливоподкачивающего насосов и др. Доля рассматриваемых потерь зависит от количества и мощности приводимых от ко­ленчатого вала двигателя агрегатов. Для судовых дизелей с га­зотурбинным наддувом она не превышает 3% от L_m.

фективное давление; р_т =———— среднее давление механических

Вполне очевидно, что эффективная мощность и эффек­тивный крутящий момент двигателя могут быть определены

По аналогии с индикаторными энергетическими показате­лями запишем формулы для расчета эффективных показателей

Мощность и момент механических потерь могут быть оп­ределены по формулам (2.9 и 2.10) подстановкой в них вместор_е среднего давления механических потерь.

Эффективная мощность двигателя и среднее эффективное давление являются его основными энергетическими характери­стиками, которые указываются в паспортных данных и, в конеч­ном счете, наряду с экономическими показателями определяют его рыночную стоимость.

Механический КПД двигателя. Определение эффектив­ных энергетических показателей двигателя как разности между индикаторным показателем и показателем механических потерь не всегда удобно, поэтому в теории ДВС используется механи­ческий КПД, представляющий собой отношение любого эф­фективного энергетического показателя к одноименному инди­каторному показателю, т. е.

Физический смысл механического КПД заключается в том, что его величина показывает в долях от единицы ту часть полез­ной механической работы (или мощности) двигателя, которая передается потребителю энергии с выходного фланца коленча­того вала.

Формула (2.11) может быть преобразована следующим об­разом

Механический КПД двигателя не является постоянной ве­личиной. Он существенно зависит от нагрузки двигателя. При работе на режиме холостого хода после пуска двигателя или пе­ред его остановкой внешняя нагрузка отсутствует, поэтому N_e = 0, а вся индикаторная мощность двигателя затрачивается на ме­ханические потери: N_m = N_h Очевидно, что на этом режиме ме­ханический КПД будет равен нулю. Из формулы (2.12) также следует, что при увеличении N_m (износ деталей) шш при умень­шении И, (вследствие ухудшения сгорания топлива) механиче­ский КПД будет снижаться. Относительные механические поте­ри в двигателе д_т = N_m / N_h определяющие величину механиче­ского КПД, зависят от конструкции двигателя, частоты враще­ния и уровня его форсировки наддувом. Значения г\_т обычно приводятся для режима полной (100%) нагрузки.

Для судовых дизелей характерны следующие значения ме­ханического КПД:

• малооборотные двухтактные ц_т = 0,88 0,94;

• четырехтактные среднеоборотные г\_т = 0,84 0,92;

• четырехтактные высокооборотные rj_m = 0,75 0,85;

г/, 3600 • Ni I N, V G 4 • Qh J

Аналогичным образом получим формулу, связывающую удельные расходы топлива, разделив (2.15) на (2.6)

Согласно полученным зависимостям эффективный КПД двигателя меньше индикаторного КПД, а удельный эффектив­ный расход, наоборот больше индикаторного удельного расхо­да, так как ц_т всегда меньше единицы.

Эффективные экономические показатели являются факти­

ческими характеристиками топливнои экономичности двигателя и поэтому приводятся в его паспортных данных (обычно указы­вается величина g_e при стандартном значении Q_H для дизельного топлива, величину эффективного КПД можно определить по формуле 2.16). Эти значения соответствуют режимам 100%-й мощности. С изменением нагрузки и оборотов двигателя g_e и rj_e существенно изменяются, главным образом из-за изменения ме­ханического КПД.

Значения эффективных экономических показателей судо­вых дизелей составляют:

§ 2.4. Тепловой баланс дизеля

Распределение теплоты, выделившейся при сгорании топ­лива, потребляемого двигателем, определяют путем теплобалан­совых испытаний головного двигателя на стенде завода.

Элементарный тепловой баланс двигателя в абсолютных и относительных единицах выражается следующим образом:

дением цилиндров и потери тепла с отработавшими газами со­ответственно.

величина q_0XJJ не превышает 15%, а для малооборотных дизелей может быть даже меньше 10%.

Часть тепла отработавших газов (q_mK) используется в тур­бокомпрессоре для привода наддувочного агрегата. При охлаж­дении надувочного воздуха в воздухоохладителе от температу­ры за компрессором t_k до температуры в ресивере t_s отводится

разностью температур в ресивере и на входе в центробежный компрессор.

Часть тепла газов передается в охлаждающую воду турбо­компрессоров и не учитывается отдельным членом в формуле теплового баланса. Часть тепла через корпус турбокомпрессора теряется с радиацией в окружающую среду. Основная часть те­пла уносится с выпускными газами после турбины q_MO,

С учетом указанных путей отвода тепла в дизеле с газотур­бинным наддувом:

и уравнение теплового баланса может быть представлено в виде

1 = Vi + Чохл + Что + Чео •

Механические потери в виде тепла трения передаются ох­лаждающей среде, смазочному маслу, отработавшим газам и не могут быть измеренными при теплобалансовых испытаниях от­дельно. Поэтому, используя формулу rj_e = rji • rj_m, выражение для эффективного КПД через составляющие потерь в двигателе можно представить следующим образом

Распределение тепловых потоков в судовом среднеоборот­ном дизеле представлено на рисунке 2.3.

Обычно составляющие теплового баланса приводятся для номинального режима двигателя, т. е. при его работе с р_е = 100% и п = 100%. При работе на других режимах составляющие теп­лового баланса значительно изменяются.

В современных высокофорсированных дизелях доля теп­лоты, преобразованной в эффективную работу за счет сниже­ния остальных составляющих теплового баланса, доведена до 50-52%.

§ 2.5. Расчетная и предполагаемая индикаторные диаграммы

Завершающим этапом расчета рабочего процесса в цилин­дре двигателя является построение индикаторной диаграммы и определение энерго-экономических показателей. В результате расчета определены параметры в основных точках: начале и конце сжатия, на участке сгорания и в начале и конце расшире­ния. Эти точки наносятся на график в координатах p-V, как показано на рис. 2.4.

Для построения диаграммы рассчитываются ординаты то­чек политропы сжатия и расширения по следующим формулам:

— для процесса расширения р —

достаточное число ординат для построения линии сжатия и расширения, как показано на рис. 2.4. Методика построения расчетной диаграммы, ограниченной точками a-c-z* — z —Ъ одинакова для четырехтактных и двухтактных двигателей. Для построения предполагаемой индикаторной диаграммы четырех­тактного двигателя производят вручную скругление расчетной диаграммы на участках сгорания и в конце расширения, как по­казано на рис. 2.4. а). При скруглении диаграммы теряются не­большие участки площади, отмеченные на рисунке знаком «-». Это означает, что полезная индикаторная работа предпола­гаемой диаграммы будет несколько меньше (на 3-5%) расчет-

Индикаторная работа и определяемое на ее основе среднее индикаторное давление расчетного цикла рассчитываются по параметрам рабочего тела в основных точках. Формула для оп­ределения полезной работы смешанного цикла известна из курса технической термодинамики, поэтому, принимая, что среднее индикаторное давление расчетного цикла равно отношению его индикаторной работы к полному рабочему объему цилиндра для четырехтактного двигателя и к полезному рабочему объему для двухтактного, получим:

В формулу (2.22) при расчете двухтактного двигателя под­ставляется действительная степень сжатия.

Предполагаемые значения среднего индикаторного давле­ния рассчитываются по формулам:

— четырехтактный двигатель p._t = (0,95 0,97)pf™ 4 ;

Индикаторную мощность определяем по формуле (2.3). Индикаторный КПД определяем по формуле (приводится

без вывода) ц. =8,314

Удельный индикаторный расход топлива определяем по формуле (2.8).

Приняв по данным двигателя-прототипа значение механи­ческого КПД, рассчитываем значения эффективных энергетиче­ских и экономических показателей.

Полученные в результате расчета значения р_е и g_e должны быть сравнены с исходными данными к расчету. Допускаются отклонения в пределах ±3%.

Пути совершенствования рабочего процесса дизелей

Увелхтелхжатия

Совершенств, сист лхлощг

Перехцд на crop.при лостдавл.

Впрыск воды в цилиндр

§ 2.6. Определение мощности и экономичности судовых дизелей в эксплуатационных условиях

Малооборотные судовые дизели, как правило, оборудова­ны механическими индикаторными приводами, которые позво­ляют снимать с каждого цилиндра индикаторные диаграммы и затем по ним определять среднее индикаторное давление. За­пись диаграмм осуществляется с помощью механического ин­дикатора «Майгак», схема и внешний вид которого показаны на рисунке 2.5.

На барабан устанавливается и закрепляется держателем специальная мелованная бумага размером 50×140 мм. Нажим пера 3 (сменный бронзовый штифт) регулируется специальным винтом. При движении барабана и пишущего механизма на бу­маге записывается индикаторная диаграмма.

Измерение давления осуществляется поршнем 1 диаметром 9,06 мм, который перемещается во втулке 8. Поршень через шток 7 нагружен пружиной 6, имеющей строго определенную жесткость. В комплект индикатора входит набор пружин (8- 10 шт.) с различной жесткостью. При воздействии давления на поршень шток 7 перемещается вверх, пружина растягивается.

Дата добавления: 2016-05-16 ; просмотров: 2908 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

В идеальном поршневом двигателе подводимое тепло частично превращается в полезную работу, частично отдается холодному источнику.

В реальном двигателе тепло, выделяющееся при сгорании топлива, частично переходит в так называемую “эффективную” работу; остальная часть составляет тепловые потери двигателя. Под эффективной работой понимают полезную работу, совершаемую двигателем на фланце отбора мощности.

Тепловой баланс судового дизеля и его составляющие

Характер распределения тепла в двигателе по основным статьям может быть оценен на основе внешнего теплового баланса. Баланс составляется по данным экспериментальных исследований двигателя на различных установившихся режимах его работы (когда стабилизируется тепловое состояние). Тепловой баланс может быть абсолютным, выраженным в абсолютных единицах (ккал/час, кДж/час), или удельным, когда каждая составляющая баланса относится к единице мощности двигателя. В обоих случаях баланс можно выразить в % или долях от общего количества тепла, способного выделиться от сгорания всего топлива, подаваемого в цилиндры.

Уравнение баланса тепла имеет вид:

При прочих равных условиях, баланс тепла в 2-х и 4-тактных дизелях примерно одинаков. Однако, учитывая более высокий уровень форсировки по наддуву современных 4-тактных ДВС, можно отметить дальнейшее уменьшение в них доли Q_охл (до 10 ÷ 18 %).

В современных силовых установках теплоходов теплота, уходящая с газами и с водой, частично утилизируется, что повышает КПД всей установки. Возможности утилизации тепла охлаждающей воды ограничены ввиду невысокого температурного уровня — максимальная температура ее не превышает 65 ÷ 85 °C. Это тепло обычно используется для опреснения забортной воды в вакуумных опреснительных установках. Принципиально это тепло можно использовать в рефрижераторных установках на рефрижераторных судах или для подогрева питательной воды в контуре утилизационного турбогенератора.

Тепло уходящих газов используется для наддува двигателя в газовой турбине; после турбины тепло газов утилизируется в утилизационных котлах. Котлы могут давать горячую воду или пар низкого давления (2 ÷ 7 бар) для бытовых нужд, пар для работы вспомогательных механизмов (в том числе для утилизационного турбогенератора) или разогрева нефтепродуктов. По данным фирмы Зульцер, путем утилизации тепла выпускных газов полезное теплоиспользование можно повысить на

Индикаторная и эффективная мощность двигателя

Мощность, соответствующая индикаторной работе цикла, называется индикаторной мощностью. Мощность двигателя равна сумме мощностей всех цилиндров. Если принять, что во всех цилиндрах — одинаковое среднее индикаторное давление, то индикаторная мощность двигателя простого действия, равная индикаторной работе в 1 сек, может быть найдена по формуле:

Если давление дано в мегапаскалях ( p_mi МПа), то формулу можно записать в виде:

В практике эксплуатации современного морского флота, в отчетной документации по сей день широко используется внесистемная единица измерения мощности – лошадиная сила (1 л. с. = 75 кгм).

Для перевода лошадиных сил в киловатты (в международную систему единиц) необходимо иметь в виду, что 1 л. с. = 0,736 кВт.

Если среднее индикаторное давление измеряется в барах ( P_mi бар), то формула несколько изменяется:

В практике часто используется другая разновидность этой формулы:

В практике эксплуатации мощность определяется порознь для каждого цилиндра путем нахождения p_mi по индикаторным диаграммам. Диаграммы снимаются с каждого цилиндра на установившемся режиме работы двигателя. Полная мощность двигателя рассчитывается суммированием моностей цилиндров:

Эффективная мощность двигателя N_e соответствует эффективной работе в единицу времени на фланце отбора мощности. Это есть полезная мощность, отдаваемая потребителю. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности механических потерь двигателя N_м :

По аналогии с зависимостью (Формула 5) можно записать:

Среднее эффективное давление меньше среднего индикаторного давления на величину p_м :

Величина p_м — некоторое условное давление, постоянное на протяжении всего рабочего хода поршня, идущие на покрытие механических потерь двигателя.

Как следует из формулы 3, основными факторами, определяющими мощность двигателя, являются:

Постоянное возрастание индикаторной мощности у современных двигателей обеспечивается увеличением среднего индикаторного давления p_mi путем форсирования дизелей наддувом и сжиганием большего количества топлива в том же объеме цилиндра. Максимальная цилиндровая мощность у современных малооборотных дизелей достигает N_eц = 5 490 ÷ 6 950 кВт (7 470 ÷ 9 450 элс), у среднеоборотных — 1 100 – 1 325 кВт (1 500 ÷ 1 800 элс) в цилиндре.

Определение среднего индикаторного давления

Рис. 1 Индикаторная диаграмма двигателя 6L80GF (Т/х «Капитан Димов», 31.07.89, n = 94,5 об/мин )

После определения площади диаграммы p_mi рассчитывается по формуле:

В электронных системах определения нагрузки цилиндра могут быть сняты развернутая и нормальная (рис. 2) индикаторные диаграммы. Среднее индикаторное давление в таких системах определяется методами приближенного интегрирования. Все необходимые расчеты выполняются по программе без участия механика.

Рис. 2 Нормальная индикаторная диаграмма, снятая электронной системой MALIN 3000

При теоретических расчетах среднее индикаторное давление может быть найдено с помощью теоретической индикаторной диаграммы (путем ее планиметрирования по аналогии с рассмотренным выше) или расчетным путем. Расчетная зависимость для определения p_i впервые выведена проф. Е. К.Мазингом на основе общих уравнений термодинамики.

Как известно, работа политропного сжатия рабочего тела от точки “а” до точки “с” цикла с показателем политропы n₁ определяется равенством:

Работа расширения газов при постоянном давлении P_z от точки “z₁“ до точки “z” цикла равна:

Работа политропного расширения в теоретическом цикле от точки “z” до точки “b” с показателем политропы n₂ определится как:

Индикаторная работа теоретического цикла равна алгебраической сумме работ расширения и сжатия:

Подставляя значения слагаемых правой части, можно получить:

P b V b / P z V z = T b / T z = V z / V b n 2 – 1 = 1 / ε m 2 – 1 ;

P a V a / P c V c = T a / T c = V c / V a n 1 – 1 = 1 / ε m I – 1 ;

Тогда теоретическое давление расчетного цикла определится как (с учетом соотношения

Это — более общее уравнение для расчета теоретического индикаторного давления в 2-тактных двигателях, которое может быть использовано и для расчета высокофорсированных 4-тактных двигателей, у которых пренебрежение потерянным ходом поршня дает большие погрешности.

Расчетное значение среднего индикаторного давления принимается с учетом так называемого “коэффициента скругления” ξ теоретической индикаторной диаграммы:

Теоретической диаграмме придается форма, возможно более близкая к реальной; скругление диаграммы производится от руки (рис. 3).

Рис. 3 Скругление теоретической индикаторной диаграммы

Для 4-тактных двигателей коэффициент скругления, учитывающий уменьшение площади диаграммы в результате скругления, лежит в пределах:

В 2-х тактных двигателях с неуправляемым выпуском, когда выпускные окна закрываются позже продувочных, Рабочие процессы дизелей процесс сжатия начинается после закрытия выпускных окон (рис. 4, а).

Рис. 4 Скругление хвостовой части теоретической индикаторной диаграммы 2-тактного дизеля при неуправляемом (а) и управляемом (б) выпусков

У 2-тактных двигателей с управляемым выпуском (рис. 4, б) выпуск газов из цилиндра начинается в точке b ранее расчетной точки “b” (поскольку диаграмма замыкается по моменту начала сжатия — точке “a” ). В этом случае имеются дополнительные потери площади индикаторной диаграммы в ее хвостовой части. Коэффициент скругления находится в пределах:

Среднее индикаторное давление численно равно работе с единицы объема цилиндра, следовательно, не зависит от геометрических размеров цилиндра. Оно зависит от степени наддува и может быть использовано для оценки уровня форсировки двигателя. У 2-тактных дизелей, выпускаемых промышленностью, среднее индикаторное давление находится в пределах:

В процессе испытаний опытных двигателей на стенде получены уровни форсировки, характеризуемые p_mi = 4,0 МПа.

Коэффициенты полезного действия и их взаимосвязь

При анализе идеальных циклов дана зависимость ( Принцип действия ДВС, основные понятия Вычисление полного объема цилиндра) для термического КПД цикла со смешанным подводом тепла:

Кроме того, в реальном двигателе имеются дополнительные потери тепла Q_mn из-за теплообмена с охлаждающей двигатель жидкостью и с окружающей средой. Все потери тепла в цилиндре реального двигателя учитываются индикаторным коэффициентом полезного действия η_i :

Связь между термическим и индикаторным КПД устанавливается с помощью относительного индикаторного коэффициента полезного действия η_io :

По аналогии с формулой 22 можно записать:

Связь между индикаторным и эффективным КПД устанавливается с помощью механического коэффициента полезного действия η_м :

Механический КПД учитывает все механические потери, входящие в долю Q_м теплового баланса двигателя. Можно написать:

Момент начала выпуска газов из цилиндра влияет на долю Q_газ тепла с уходящими газами и соответственно на индикторный КПД. У двигателей с газотурбинным наддувом угол опережения газовыпуска увеличивается для повышения мощности газовой турбины (чем больше уровень форсировки, тем больше при прочих равных условиях угол опережения газовыпуска). Это неминуемо снижает индикаторный КПД цилиндра. Однако эффективный КПД удается сохранить при форсировке двигателя на том же уровне или даже повысить главным образом за счет увеличения механического КПД.

У выполненных конструкций двигателей численные значения КПД находятся в пределах (таблица)

Удельные расходы топлива

Удельным расходом топлива называется отношение часового расхода топлива G_m к мощности двигателя. Различают удельный эффективный расход топлива g_e и удельный индикаторный расход топлива g_i :

Удельные расходы топлива, определенные в процессе эксплуатации, позволяют судить о техническом состоянии дизеля путем сравнения с паспортными параметрами по расходу топлива.

Как видно из последних формул, удельные расходы топлива обратно пропорциональны КПД и определяются теми же факторами, рассмотренными в статье Процессы газообмена в СДВС “Процессы газообмена”.

Можно написать, что объемный часовой расход воздуха на двигатель при параметрах P_s, T_s равен:

Необходимый объем воздуха для сгорания 1 кг топлива V₁ при теоретически необходимом на сгорание объеме

— теоретически необходимый объем воздуха для сгорания 1 кг топлива.

Часовой расход топлива равен отношению всего расхода воздуха на двигатель к потребному расходу на сжигание на 1 кг топлива:

Поскольку индикаторная мощность двигателя равна:

то удельный индикаторный расход топлива g_i определится равенством:

L 0 ″ = L 0 ′ ν s = μ B L o ν s ;

Подставив это значение

В последней зависимости приняты размерности величин:

Вид зависимости не изменится, если давление продувочного воздуха и среднее индикаторное давление будут иметь размерность бар или МПа.

Если расход топлива отнести к кВт-час, то при той же размерности исходных величин формула принимает вид:

У современных судовых дизелей удельные расходы топлива находятся в пределах:

g i = 156 ÷ 197 г / к В т – ч а с ( 115 ÷ 145 г / и л с – ч а с ) ;

У высокофорсированных 4-тактных двигателей удельные эффективные расходы топлива достигли 190 г/кВт-час (140 г/элс-час) и даже ниже. Согласно сообщениям ведущих дизелестроительных фирм, минимальные удельные расходы топлива достигнуты у сверхдлинноходовых малооборотных дизелей. Они составляют 166-177 г/кВт-час (122-130 г/элс-час).

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Источник