Определение среднего индикаторного давления

В условиях эксплуатации среднее индикаторное давление Pi, определяется путем снятия и планиметрирования индикаторных диаграмм (рис. ниже). После определения площади диаграммы Pрассчитывается по формуле:

 

  • где Fi — площадь диаграммы, мм2;
  • ι — длина диаграммы, мм;
  • Мp — масштабный коэффициент индикатора, мм/кг/см2.
Рис. 2 Индикаторная диаграмма двигателя 6L80GF (Т/х «Капитан Димов», 31.07.89, n = 94,5 об/мин )

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

Рис. 3 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 Pi 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:

Lсж=nI11 PcVcPaVa

Работа расширения газов при постоянном давлении Pz от точки «z1«до точки «z» цикла равна:

Lp=PzVzVc

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

Lp=n211 PzVzPbVb

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

Li=Lp+Lp+Lсж

Подставляя значения слагаемых правой части, можно получить:

Li=PzVcVzVc1+PzVzn21·1PbVbPzVzPcVcn11·1PzVzPcVc

Так как:

Pz=λPc;Vz=ρVc;PbVb/PzVz=Tb/Tz=Vz/Vbn21=1/εm21PaVa/PcVc=Ta/Tc=Vc/Van11=1/εmI1

То:

Li=λPcρVc·1n21·11σn21PcVc·1n11·11εn11+λPcVc·ρ1

Или:

Li=PcVc·λρ·1n21·11δn211n11·11εni1+λρ1

В 4-тактном двигателе среднее индикаторное давление определяется равенством (1-3): Pi = Li / Vs. Тогда теоретическое давление расчетного цикла определится как с учетом соотношения: Vc / Vs = 1 / (£-1):

Pit=Pcε1·λρ·1n21·11δn211n11·11εni1+λρ1

В 2-тактном двигателе теоретическое индикаторное давление Р, отнесенное к полному ходу поршня, будет меньше давления, найденного по формуле (7). Это объясняется тем, что индикаторная работа, определяемая равенством (6), относится к полезному ходу поршня. В 4-тактном двигателе полезный ход может быть принят равным полному; в 2- тактном двигателе необходимо учитывать долю потерянного хода поршня Ψα. Тогда теоретическое давление Р определится из соотношения:

Li=PitVполезн.

Поскольку

Vполезн=VS1ψs,

то:

Pit=Pcε1·λρ·1n21·11δn211n11·11εni1+λρ1·1ψs

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” £ теоретической индикаторной диаграммы:

Pmi=Pit ς

Теоретической диаграмме придается форма, возможно более близкая к реальной; скругление диаграммы производится от руки (рис. ниже). Для 4-тактных двигателей коэффициент скругления, учитывающий уменьшение площади диаграммы в результате скругления, лежит в пределах:

ς=0.95÷0.97

В 2-тактных двигателях с неуправляемым выпуском, когда выпускные окна закрываются позже продувочных, процесс сжатия начинается после закрытия выпускных окон (рис. а). Поэтому теоретическая диаграмма замыкается в точке “b”. В процессе расширения после открытия выпускных окон давление в цилиндре не падает мгновенно — газы продолжают совершать полезную работу. Увеличение работы можно учесть, подрисовав от руки хвостовую часть диаграммы. Это приращение площади хвостовой части компенсирует потери по скруглению диаграммы в районе ВМТ. Поэтому коэффициент скругления для данного случая может быть принят равным 1: £ = 1.

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

ς=0.94÷0.96

Скругление хвостовой части теоретической индикаторной диаграммы 2-тактного дизеля
при неуправляемом (а) и управляемом (б) выпуске (рис. выше).

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 современных дизелей, выпускаемых промышленностью, среднее индикаторное давление находится в пределах:

  • Pi = 0,55 ÷ 0,7 мПа — 2-тактные двигатели без наддува;
  • Pi = 0,7 ÷ 1,95 мПа — судовые двухтактные двигатели с наддувом;
  • Pi = 0,7 ÷ 0,9 мПа — 4-тактные двигатели без наддува;
  • Pi = 1,0 ÷ 2,7 мПа — судовые 4-тактные двигатели с наддувом.

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

Август, 05, 2016 2070 0
Читайте также