Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Измерение мощности судового дизельного двигателя

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Мощность судового двигателя обычно измеряется в лошадиных силах или киловаттах и представляет собой количество работы, которое двигатель может выполнять за определенное время. Определение мощности двигателя измеряется на валу и может быть определена разными способами в зависимости от типа двигателя и стандартов измерения.

Для определения мощности судового двигателя необходимо измерить крутящий момент (вращающую силу), которую двигатель генерирует, и скорость вращения (обороты в минуту). Для этого обычно используются специализированные измерительные устройства, такие как динамометры и датчики оборотов.

Мощность судовых двигателей может быть разной в зависимости от их типа и назначения. Важно также учитывать рабочие условия, эффективность и другие параметры, которые могут влиять на реальную выходную мощность двигателя.

Измерение мощности дизеля

Индикаторная мощность. В результате сгорания топлива в цилиндрах дизель развивает мощность, которая передается на вал. Развиваемая в цилиндрах мощность частично используется для привода вращающихся масс дизеля. Эта мощность измеряется механическим индикатором и ее часто называют индикаторной мощностью. Полезную мощность дизеля называют тормозной, или эффективной. На небольших дизелях ее можно измерить посредством присоединения к валу обычного тормоза. Отсюда и такое название.

Типовые индикаторные диаграммы для двух- и четырехтактных дизелей показаны на рис. 1.

Типовая диаграмма дизеля
Рис. 1 Индикаторные диаграммы дизелей:
а – двухтактного; б – четырехтактного.
1 – сгорание топливной смеси; 2 – расширение газов; 3 – выпуск газов и продувка; 4 – сжатие воздуха; 5 – атмосферная линия; 6 – всасывание воздуха; 7 – выпуск газов

Площадь диаграммы представляет собой работу, выполненную за один цикл в цилиндре, с которого снималась диаграмма. Площадь диаграммы можно измерить планиметром или путем применения правила средних ординат. При этом площадь делят по длине диаграммы и для получения средних высот. Затем эти средние высоты вычисляют с учетом масштаба пружины индикатора и по ним определяют среднее индикаторное давление в цилиндре, которое можно использовать для определения работы, совершенной в цилиндре:

работа за 1 цикл = среднее индикаторное давление (pi) ·  площадь поршня (A) · ход поршня (L).

Чтобы измерить мощность, необходимо определить значение проделанной работы, т. е. вычислить число рабочих ходов за одну секунду. У четырехтактных дизелей за один оборот вала совершается 1/2 рабочих хода (m), а у двухтактных – один.

Мощность, развиваемая в одном цилиндре, будет равна:

piALm.

Для многоцилиндрового дизеля это выражение еще нужно умножить на число цилиндров.

Пример. Индикаторная диаграмма, снятая с шестицилиндрового двухтактного дизеля, показана на рис. 2.

Диаграмма шестицилиндрового дизеля
Рис. 2 Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля (определение среднего эффективного давления).
1 – средняя ордината

Масштаб пружины (константа) индикатора равна 65 кПа/мм. Ход поршня и диаметр соответственно равны 1 100 мм и 410 мм. Частота вращения вала дизеля 120 об/мин. Чему равна индикаторная мощность дизеля?

Делим диаграмму на 10 равных частей и внутри каждой части проводим по середине ординату.

Средняя высота диаграммы = сумма средних ординатчисло частей в диаграмме = 3 + 4 + 5 + 7 + 8 + 9 +11 + 14 + 26 + 4210 = 12910 = 12,9 мм.

Среднее индикаторное давление:

 pi = средняя высота диаграммы · масштаб пружины = 12,9 · 65 = 838 кПа.

Индикаторная мощность дизеля:

 Ni = pi ALmi = piLAN · число цилиндров = 838,5 1 100103 41024 · 106 12060 · 6 = 1 461,28 кВт.

Эффективная мощность. Для измерения крутящего момента на вале дизеля обычно пользуются торсиометром (см. статью Контрольно-измерительные приборы и регуляторы“Судовые регуляторы и измерительные приборы”). Зная крутящий момент и частоту вращения, можно определить мощность на валу дизеля, которая равна произведению крутящего момента вала на частоту его вращения.

Пример. Крутящий момент на валу дизеля составляет 320 кН · м при частоте вращения вала 110 об/мин. Определить мощность на валу дизеля. Мощность определяем по формуле:

Ne = 320 · 2π 11060 = 3 686,14 кВт.

Из-за потерь мощности вследствие трения между подвижными деталями дизеля эффективная мощность всегда меньше индикаторной.

Отношение эффективной мощности к индикаторной представляет собой механический КПД дизеля:

ηм = NelNi.

Передача мощности от вала дизеля к винту происходит лишь с небольшими потерями на линии валов, в подшипниках. При вращении винта возникает продольное усилие в вале, которое передается на упорный подшипник и называется упором винта. В результате этого судно передвигается с определенной скоростью. Коэффициент полезного действия винта характеризует эффективность преобразования мощности винта:

КПД винта = упор винта · скорость ходамощность на валу дизеля.

Одной из геометрических характеристик винта является его шаг. Шаг винта – это расстояние, которое лопасть будет проходить вперед за один оборот винта, если не будет скольжения лопасти относительнo воды. Влияние гребного винта регулируемого шага (ВРШ) и руля на управляемость суднаШаг винта иногда имеет разные значения в различных точках вдоль лопасти. Поэтому в расчетах пользуются средним значением шага. Скольжение винта представляет собой частное от деления разности между тeoретически пройденным расстоянием (теоретической скоростью судна) и фактически пройденным расстоянием (фактической скоростью судна) на теоретически пройденное расстояние (теоретическую скорость судна). Скольжение винта измеряется в процентах.

Читайте также: Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

Теоретическая скорость представляет собой произведение шага винта на его число оборотов. Фактическая (действительная) скорость определяется по пути судна, пройденному в единицу времени. Возможно, что скольжение винта будет иметь отрицательное значение, например при сильном течении или ветре, которые помогают передвижению судна вперед.

Пример. Судно, следовавшее между двумя портами, прошло 2 400 морских миль за восемь дней. За рейс вал дизеля совершил 820 000 оборотов. Шаг винта – 6 м. Вычислить скольжение винта в процентах.

Теоретическое расстояние = 820 000 · 61 852 = 2 656,59 морских миль.
Скольжение винта = теоретическое расстояние  действительное расстояние · 100теоретическое расстояние = (2 656,59  2 400) · 1002 656,59 = 9,66 %. 

Определение мощности и расхода топлива дизелей

Определение мощности. Мощность, развиваемая дизелем, используется на преодоление сопротивления судна и на его передвижение с определенной скоростью. Мощность, потребляемую на перемещение судна, если известны водоизмещение и скорость, можно приближенно определить используя метод адмиралтейского коэффициента n.

Общее сопротивление судна Rt можно определить из выражения:

  Rt = ρSvn,

где:

Смоченная поверхность примерно равна длине судна в квадрате, а водоизмещение равно длине судна в кубе. Смоченная поверхность примерно равна водоизмещению (D2/3).

Для большинства грузовых судов с малооборотными и Суда и их энергетические установкисреднеоборотными двигателями коэффициент n можно принять равным двум. Плотность ρ принимают постоянного значения, так как почти все суда плавают в морской воде.

Общее сопротивление:

 Rt = D2/3v.

Мощность винта:

  Rtv  D2/3v2 D2/3v3 или D2/3v3Ne = const.

Этот коэффициент имеет постоянное значение и называется адмиралтейским.

Пример. Судно водоизмещением 15 000 т имеет скорость 14 уз. Адмиралтейский коэффициент (C) равен 410. Вычислить мощность, развиваемую двигателем.

Имеем:

Ne = D2/3v3C = (15 000)2/3· 143410 = 4 070 кВт.

Определение расхода топлива. Расход топлива дизелем зависит от развиваемой им мощности. Описанный выше метод определения мощности можно использовать для определения расхода топлива. Расход топлива представляет собой количество топлива, израсходованного в единицу времени, например, тонн в сутки.

Удельный расход топлива представляет собой количество топлива, использованного в единицу времени для выработки единицы мощности, т. е. кг/кВт · ч. Расход топлива соответствует выработанной мощности; мощность:

Ne = D2/3v3C,

поэтому расход топлива за сутки пропорционален:

 D2/3v3C

или коэффициент расхода топлива (удельный расход) равен:

 D12/3v13расход топлива за сутки (B).

Коэффициент расхода топлива имеет постоянное значение для конкретного судна, подлежащего постройке, в зависимости от скорости, водоизмещения и других параметров, т. е. коэффициент расхода топлива равен:

 D12/3v13расход топлива за сутки (B1) = D22/3v23B2.

Здесь индексы 1 и 2 соответствуют различным условиям, т. е.:

B1B2 = D1D22/3 v1v23.

Применительно к условиям данного рейса или для конкретного расстояния расход топлива за сутки, умноженный на число суток рейса, равен расходу топлива за рейс или:

BLv · 24 = расходу за рейс или за все пройденное расстояние судном (L).

Если условия часто меняются в течение рейсов или на каком-либо участке пути, тогда:

Расход топлива за рейс 1Расход топлива за рейс 2 = B1B2 L1L2 v1v2,

и из ранее выведенного выражения:

B1B2 = D1D22/3 v1v23

получим:

Расход топлива за рейс 1Расход топлива за рейс 2 = D12/3D22/3v1v23 v2v1 L1L2.

Отсюда можно вывести основное выражение:

Расход топлива за рейс 1Расход топлива за рейс 2 = D1D22/3 v1v22 L1L2.

Пример. Судно водоизмещением 12 250 т сжигает 290 т топлива, скорость судна равна 15 уз, длина пути 2 850 морских миль.

Требуется определить количество расходуемого топлива (B1) за рейс (L = 1 800 морских миль) при скорости 13 уз и водоизмещении судна D1 = 14 200 т.

Решение:

B1B2 = D1D22/3 v1v22 L1L2 = B1290 = 14 20012 2502/3 13152 1 8002 850;
B1 = 1,103 · 0,75 · 0,63 · 290 = 151,14 т.
Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Август, 28, 2023 350 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ