.

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:

Ni = Pmi FS n60mi, кВт,

  • Pmi — среднее индикаторное давление в цилиндре, kПА;
  • F = πD2 / 4 — площадь поршня, м2;
  • S — ход поршня, м;
  • n — частота вращения коленчатого вала, об/мин;
  • i — число цилиндров;
  • m — коэффициент тактности (m = 1 для 2-тактных ДВС и m = 2 для 4-тактных двигателей).

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

Ni =Pmi·Vs·n0,06mi, кВт,

  • где Vs=FS — рабочий объем цилиндра, м³

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 давление измеряется в кг/см2, то формула индикаторной мощности может быть записана в виде:

Ni = PmiFSn·10460·75mi,   или   Ni = Pmi·Vs·n0.45mi, илс

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

Ni = Pmi·Vs·n0.441mi, илс.

В практике часто используется другая разновидность этой формулы:

Ni =C · pmi·n·i, илс,

  • где С = Vs/(0,441m) — постоянная цилиндра.

В практике эксплуатации мощность определяется порознь для каждого цилиндра путем нахождения pmi по индикаторным диаграммам. Диаграммы снимаются с каждого цилиндра на установившемся режиме работы двигателя. Полная мощность двигателя рассчитывается суммирование

Ni =Σ Niц.

Эффективная мощность двигателя Ne 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 Nм:

Ni =Ni  Nм

По аналогии с зависимостью (2) можно записать:

Ni = pe·Vs·n0.441mi, элс,

  • где Ре — среднее эффективное давление, бар.

Среднее эффективное давление меньше среднего индикаторного давления на величину pм:

pe = pmi  pм.

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

Как следует из формулы (1), основными факторами, определяющими мощность двигателя, являются:

  • Площадь поршня F, равная F = πD2 /4;
  • Ход поршня S;
  • Частота вращения n;
  • Коэффициент тактности m;
  • Число цилиндров i;
  • Величина среднего индикаторного давления Pmi.

Наиболее существенное влияние на Ni оказывает диаметр D, входящий в формулу (1) в квадрате. В судовых малооборотных дизелях этот параметр достиг величины D = 0.960+1.080 мм. Увеличение диаметра цилиндра вызывает увеличение веса двигателя, его габаритов, из-за чего растут силы инерции, давление на подшипники коленчатого вала, ухудшаются условия охлаждения цилиндров (из-за увеличения толщины материала поршня, втулки, крышки) и смазки цилиндропоршневой группы. Дальнейшее увеличение диаметра требует решения проблем прочности, теплоотвода и смазки.

Ход поршня и частота вращения связаны с выбранным для двигателя диаметром цилиндра. Так, у малооборотных двигателей долгие годы наблюдалось соотношение S = (1,7 ÷ 2,0)D, а n определялось при заданных размерах D и S допустимым уровнем центробежных сил и средними скоростями движения поршня, равными Cm = 6,5 ÷ 7,0 м/сек. В 80-е годы наметилась тенденция создания дизелей с S/D > 2 и с пониженной частотой вращения при повышенной до 8,0-8,5 м/сек средней скорости поршня. Примером могут служить длинноходовые модели фирмы Бурмейстер и Вайн: в одном из двигателей S70 МС при D = 400+650 мм, S = 2800 мм, S/D = 1,0+1,2, n = 350+750об/мин, средняя скорость движения поршня равна Cm = 8,5 м/сек.

У среднеоборотных дизелей диаметры цилиндров достигли значений D = 400 ÷ 650 мм, отношение S/D = 1,0+1,2, n = 350 ÷ 750 об/мин при Cm = 7+10 м/сек.

Индикаторная мощность увеличивается пропорционально числу цилиндров. Максимальное число цилиндров у рядных двигателей достигает i = 10÷12, у V-образных — 20÷24. Увеличение числа цилиндров ограничивается длиной двигателя и технологическими трудностями изготовления достаточно жесткого коленчатого вала.

При прочих равных условиях, мощность 2-тактного дизеля (m = 1) в 2 раза больше, чем 4-тактного (m = 2). В действительности при m = 1 часть хода поршня теряется на продувку цилиндра, за счет чего снижается коэффициент ηн, отнесенный ко всему ходу. При этих условиях Nim=1 = (1,75÷1,85) Nim=2.

Постоянное возрастание индикаторной мощности у современных двигателей обеспечивается увеличением среднего индикаторного давления Pmi путем форсирования дизелей наддувом и сжиганием большего количества топлива в том же объеме цилиндра. Максимальная цилиндровая мощность у современных малооборотных дизелей достигает Neц = 5 000 ÷ 7 760 элс, у среднеоборотных — 1 500÷1 800 элс в цилиндре.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Март, 23, 2015 15395 0
Читайте также