Определение мощности судового дизельного двигателя

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.

СодержаниеСвернуть

Измерение мощности дизеля
Определение мощности и расхода топлива дизелей

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 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателяиндикаторной 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 (p_{i}) \cdot площадь поршня (A) \cdot 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:

p_{i} A L m .

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 = \frac{сумма средних ординат}{число частей в диаграмме} = \frac{3 + 4 + 5 + 7 + 8 + 9 + 11 + 14 + 26 + 42}{10} = \frac{129}{10} = 12, 9 м м .

Среднее индикаторное давление:

p_{i} = средняя высота диаграммы \cdot масштаб пружины = 12, 9 \cdot 65 = 838 к П а .

Индикаторная мощность дизеля:

N_{i} = p_{i} A L m i = p_{i} L A N \cdot число цилиндров = 838, 5 \frac{1 100}{10^{3}} \frac{410^{2}}{4 \cdot 10^{6}} \frac{120}{60} \cdot 6 = 1 461, 28 к В т .

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.

Пройдите этот тест полностью на нашем сайте, по ссылке: Тренировочный Дельта тест онлайн для старших механиков

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:

N_{e} = 320 \cdot 2 π \frac{110}{60} = 3 686, 14 к В т .

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:

η_{м} = N_{e l} N_{i} .

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 = \frac{упор винта \cdot скорость хода}{мощность 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.

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 = \frac{820 000 \cdot 6}{1 852} = 2 656, 59 м о р с к и х м и л ь .

Скольжение винта = \frac{теоретическое расстояние - действительное расстояние \cdot 100}{теоретическое расстояние} = \frac{(2 656, 59 - 2 400) \cdot 100}{2 656, 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 R_t можно определить из выражения:

R_{t} = ρ S v^{n},

где:

ρ – плотность воды, кг/м³;
S – смоченная поверхность корпуса судна, м²;
v – скорость уз.

Смоченная поверхность примерно равна длине судна в квадрате, а водоизмещение равно длине судна в кубе. Смоченная поверхность примерно равна водоизмещению (D^2/3).

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:

R_{t} = D^{2 / 3} v .

Мощность винта:

\approx R_{t} v \approx D^{2 / 3} v^{2} \approx D^{2 / 3} v^{3} или \frac{D^{2 / 3} v^{3}}{N_{e}} = c o n s t .

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:

N_{e} = \frac{D^{2 / 3} v^{3}}{C} = \frac{{(15 000)}^{2 / 3} \cdot 14^{3}}{410} = 4 070 к В т .

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:

N_{e} = \frac{D^{2 / 3} v^{3}}{C},

поэтому расход топлива за сутки пропорционален:

\frac{D^{2 / 3} v^{3}}{C}

или коэффициент расхода топлива (удельный расход) равен:

\frac{D_{1}^{2 / 3} v_{1}^{3}}{расход 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:

\frac{D_{1}^{2 / 3} v_{1}^{3}}{расход топлива за сутки (B_{1})} = \frac{D_{2}^{2 / 3} v_{2}^{3}}{B_{2}} .

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

\frac{B_{1}}{B_{2}} = {(\frac{D_{1}}{D_{2}})}^{2 / 3} {(\frac{v_{1}}{v_{2}})}^{3} .

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

\frac{B L}{v \cdot 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:

\frac{Расход топлива за рейс 1}{Расход топлива за рейс 2} = \frac{B_{1}}{B_{2}} \frac{L_{1}}{L_{2}} \frac{v_{1}}{v_{2}},

и из ранее выведенного выражения:

\frac{B_{1}}{B_{2}} = {(\frac{D_{1}}{D_{2}})}^{2 / 3} {(\frac{v_{1}}{v_{2}})}^{3}

получим:

\frac{Расход топлива за рейс 1}{Расход топлива за рейс 2} = \frac{D_{1}^{2 / 3}}{D_{2}^{2 / 3}} {(\frac{v_{1}}{v_{2}})}^{3} \frac{v_{2}}{v_{1}} \frac{L_{1}}{L_{2}} .

Отсюда можно вывести основное выражение:

\frac{Расход топлива за рейс 1}{Расход топлива за рейс 2} = {(\frac{D_{1}}{D_{2}})}^{2 / 3} {(\frac{v_{1}}{v_{2}})}^{2} \frac{L_{1}}{L_{2}} .

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:

\frac{B_{1}}{B_{2}} = {(\frac{D_{1}}{D_{2}})}^{2 / 3} {(\frac{v_{1}}{v_{2}})}^{2} \frac{L_{1}}{L_{2}} = \frac{B_{1}}{290} = {(\frac{14 200}{12 250})}^{2 / 3} {(\frac{13}{15})}^{2} \frac{1 800}{2 850};

B_{1} = 1, 103 \cdot 0, 75 \cdot 0, 63 \cdot 290 = 151, 14 т .

"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-444\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-444\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-98\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-98\" })})<\/scr"+"ipt>"; .Context.AdvManager.render({\"blockId\": \"R-A-1950271-220\",\"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-220\"})})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.renderWidget({ renderTo: 'id-C-A-1950271-80', blockId: 'C-A-1950271-80' })})<\/scr"+"ipt>"; rce=sea-man.org&utm_medium=cpc&utm_campaign=educationmarine\" target=\"_blank\"> $\"Бесплатные$ <\/a><\/div>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; source=sea-man.org&utm_medium=cpc&utm_campaign=educationmarine\" target=\"_blank\"> $\"Бесплатные$ <\/a><\/div>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-432\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-432\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-83\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-83\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-64\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-64\" })})<\/scr"+"ipt>"; .Context.AdvManager.render({\"blockId\": \"R-A-1950271-304\",\"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-304\"})})<\/scr"+"ipt>"; .Context.AdvManager.render({\"blockId\": \"R-A-1950271-269\",\"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-269\"})})<\/scr"+"ipt>"; src=\"https:\/\/rbs.r-money.ru\/b\/studently_order\/66edce2a\/0ee291ef\/0ee87278-e90e-4816-a71c-c34d73f51b30.png\"><\/a><\/div>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-76\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-76\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-440\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-440\" })})<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; (!std_order_chat_initiator) { var std_order_chat_initiator = window.document.createElement(\"script\"); std_order_chat_initiator.type = \"text\/javascript\"; std_order_chat_initiator.async = true; std_order_chat_initiator.charset = \"utf-8\"; std_order_chat_initiator.src = \"https:\/\/stdntl.ru\/forms\/std-order-chat.js?a_aid=66edce2a&tag_name=std_order_chat&template_name=std_order_chat&theme=light&header=full&delay=5&corner=sq&position_header=pos-bottom-left\"; document.body.appendChild(std_order_chat_initiator); } <\/scr"+"ipt>"; ource=sea-man.org&utm_medium=cpc&utm_campaign=educationmarine\" target=\"_blank\"> $\"Бесплатные$ <\/a><\/div>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-407\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-407\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-402\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-402\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-181\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-181\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-420\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-420\" })})<\/scr"+"ipt>"; .Context.AdvManager.render({\"blockId\": \"R-A-1950271-327\",\"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-327\"})})<\/scr"+"ipt>"; source=sea-man.org&utm_medium=cpc&utm_campaign=educationmarine\" target=\"_blank\"> $\"Бесплатные$ <\/a><\/div>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-126\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-126\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.render({ \"blockId\": \"R-A-1950271-401\", \"renderTo\": \"yandex_rtb_R-A-1950271-401\" })})<\/scr"+"ipt>"; Ya.Context.AdvManager.renderWidget({ renderTo: 'id-C-A-1950271-129', blockId: 'C-A-1950271-129' })})<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; crossorigin=\"anonymous\"><\/scr"+"ipt><\/ins> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});<\/scr"+"ipt>"; class='fas fa-caret-down'> Сноски

Измерение мощности судового дизельного двигателя

Измерение мощности дизеля

Определение мощности и расхода топлива дизелей