Конспект лекции «Энергетические показатели двигателя»


Автор: Малышев Юрий НиколаевичСсылка на страницу с работой: https://infourok.ru/konspekt-lekcii-energeticheskie-pokazateli-688871.html11.1. Энергетические показатели
Общие сведения.
Индикаторная диаграмма.
Индикаторная мощность.
Индикаторная диаграмма, полученная непосредственно с работающего двигателя с помощью механического или электронного индикатора называется, действительной диаграммой. Обработка диаграммы позволяет получить объективную информацию о протекании рабочего цикла. Из термодинамики известно, что работа газов в цилиндре пропорциональна площади диаграммы. На этом основании по площади диаграммы, взятой с учетом ее масштаба, и числу рабочих циклов, совершаемых в секунду, можно определить мощность, развиваемую газами внутри цилиндра, называемую индикаторной мощностью.
В четырехтактном двигателе площадь диаграммы (рис. 11.1, а) состоит из площади, соответствующей положительной работе, полученной за такты сжатия и расширения, и площади, представляющей собой положительную работу газов при осуществлении тактов впуска и выпуска (работу насосных ходов), которую принято включать в механический КПД двигателя. Поэтому при определении индикаторной работы цикла ее не учитывают,
59055894715В двухтактном двигателе вся площадь индикаторной диаграммы (рис. 11.1, б) представляет собой полезную индикаторную работу Li. По значению снимаемой с цилиндра индикаторной работы судят о степени использования его рабочего объема Vs’.
Среднее индикаторное давление.
Некоторое условное постоянное давление pi, действующее на поршень и совершающее в течение одного хода работу, равную работе газов за цикл, называется средним индикаторным давлением. Тогда индикаторная работа для заданного рабочего объема цилиндра V's
Liц=pi V's(11 .1)
Из определения также следует, что графически давление pi может быть представлено как высота прямоугольника, основание которого равно рабочему объему Vs', а площадь равна площади индикаторной диаграммы (рис 11.2).
Таким образом, если имеется индикаторная диаграмма и нужно определить среднее индикаторное давление, то необходимо: найти площадь F, мм2, диаграммы; измерить ее длину l мм; определить масштаб m, мм/МПа, пружины индикатора; вычислить
pi=Flm(11.2)
Из выражения (11.1) определим
pi=LiцV's(11.3)
Отсюда следует, что среднее индикаторное давление характеризует работу газов, условно снимаемую в течение цикла с каждого кубического метра рабочего объема цилиндра, и является мерой нагрузки цилиндра, показателем, характеризующим использование его рабочего объема. Чем больше давление рi, тем при заданных размерах цилиндра большая работа снимается с его рабочего объема.
Значение pi расчетного цикла
pip=peε-1[λρ-1+λρn2-11-TвTz-1n1-11-TaTc (11.4)
Кроме того, среднее индикаторное давление может быть определено непосредственно из индикаторной диаграммы, построенной на основе данных расчета.
Для двухтактных двигателей формула (11.4) дает значение pip, отнесенное к полезному ходу поршня. Для пересчета на полный ход поршня необходимо значение pip умножить на (1 —ψ). При анализе факторов, оказывающих влияние на среднее индикаторное давление pi, а с ним и на мощность двигателя Ni удобно пользоваться уравнением, предложенным Б.С. Cтечкиным,
pi=273600 QнG0ρsηнηiα (11.l.5),
где, Qн –теплотворная способность топлива, G0 – теоретически необходимое количество для сгорания одного килограмма топлива, ρs-плотность воздуха в продувочном ресивере, ηн-коэфиициент наполнения цилиндра, ηi- индикаторный кпд, α – коэфиициент избытка воздуха.
Среднее эффективное давление.
Работа, осуществляемая газами в цилиндре двигателя, передается на коленчатый вал через поршень и кривошипно-шатунный механизм (КШМ), что сопровождается механическими потерями. Поэтому работа Lе, передаваемая на фланец отбора мощности вала двигателя, называемая эффективной работой, меньше индикаторной работы Li, на количество работы механических потерь. Lмех, т. е. Le = Li—Lмех. В свою очередь по аналогии с выражением, для Liц величину Leц, Дж/м3, можно представить, в виде
Leц=реV's(11.6)
Входящее в формулу давление pe называется средним эффективным давлением и представляет собой некоторое среднее условное постоянное давление, действующее на поршень и совершающее на протяжении одного его хода работу, равную полезной эффективной работе на соединительном фланце коленчатого вала двигателя:
pe=LецVs' (11.7)
Отсюда следует, что среднее эффективное давление представляет собой удельную эффективную работу, которая в свою очередь равна разности между производимой в цилиндре индикаторной работой и работой механических потерь, отнесенной к единице рабочего объема цилиндра. Значения рe, МПа, находятся в пределах для двигателей с наддувом двухтактных 0,75—1,6, четырехтактных 0,75—2,5, без наддува двухтактных 0,4—0,55, четырехтактных 0,52—0,65.
Индикаторная и эффективная мощность.
Мощность двигателя, соответствующая индикаторной работе цикла, называется индикаторной мощностью, кВт:
Ni=0.0131D2Snimpi,(11.8)
Для получения вычисления в индикаторных лошадиных силах следует результат вычисления умножить на 1,36.
Под эффективной мощностью двигателя Ne подразумевается полезная мощность, отдаваемая c соединительного фланца вала двигателя гребному валопроводу, генератору или иному приемнику энергии. Аналогично формуле
Ne=0.0131D2Snimpe(11.9)
Для конкретного двигателя, имеющего определенные размеры цилиндра и тактность, мощность, развиваемая, в одном цилиндре
Niц=Сpin (11.10)
Neц=Сpen (11.11)
где С= 0,0131D2S/m — постоянная цилиндра.
Тогда агрегатная мощность
Ni=Niцi=Сipi n (11.12)
Ne=Neцi=Cipe n(11.13)
При расчете двигателя для определения Ni прибегают к формуле (11.10) поскольку предполагается, что среднее индикаторное давление во всех цилиндрах одинаково. При испытаниях двигателя индикаторную мощность определяют на основе значений pi полученных путем обработки индикаторных диаграмм. При этом, поскольку значения рi разных цилиндров неодинаковы, на основе выражения (11.12) подсчитывают мощность каждого цилиндра, а мощность двигателя находят как сумму цилиндровых мощностей:
Ni=1iNiцЭффективную мощность Ne определяют, основываясь на полученном в ходе расчета или испытаний значении Ni и известном из данных стендовых заводских испытаний значении механического КПД ηмех:
Ne=Niηмех (11.14)
Если; заменить Nе и Ni их выражениями (11.12) и (11.13), то найдем
pe=piηмех (10.5)
Эффективная мощность, и вращающий момент двигателя Мe, Нм, связаны выражением
Ме=9550NenЕсли в этой формуле заменить Nе через выражение (11.13), то получим
Ме=9550Cpe nin=Apei (11.16)
Таким образом, вращающий момент, определяющий нагрузку двигателя, и среднее эффективное давление, характеризующее нагрузку цилиндра, находятся в прямой зависимости.
Согласно выражению (11.16) мощность, кВт,
Ne=Men9550=1.046⋅10-4Men (11.18)
На этой зависимости основан метод определения мощности Ne при стендовых заводских испытаниях двигателя. На стенде двигатель подсоединяют к тормозному устройству (обычно к гидравлическому тормозу) и измеряют частоту вращения и поглощаемый тормозом вращающий момент.
Литература.

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с. Стр. 40-42.
Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с. Стр. 51-55
Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев – М.:Транспорт, 1990. - 360 с Стр. 238-241

Приложенные файлы

  • docx file138
    Размер файла: 68 kB Загрузок: 0