Судовые двигатели

Тепловой баланс работы двигателя

Как это следует из рассмотрения рабочего цикла двигателя, тепло, вы­деляющееся при сгорании топлива, не все переходит в полезную механи­ческую работу — часть тепла уносится с охлаждающей водой, с отработав­шими газами, а также незначительная часть тепла теряется от неполноты сгорания топлива в окружающую среду и переходит в тепло, эквивалентное кинетиче­ской энергии выпускных газов (если она не используется). Тепловой баланс двигателя (рис. 150) распределяет тепло, выделив­шееся при сгорании топлива, по статьям его расхода. Составляется тепловой баланс двигателя при различных режимах его ра­боты по данным испытаний. Обычно состав­ляют удельный тепловой баланс, т. е. отне­сенный к 1 э. л. с. ч в ккал или в процентах.

Схема теплового баланса двигателя

Уравнение удельного теплового ба­ланса состоит из следующих слагаемых:

где qт — располагаемое тепло топлива, вводимого в цилиндр двигателя,

на 1 э. л. с. ч;

qe — тепло, превращенное в эффективную работу 1 л. с. в течение 1 ч;

qохл — тепло, уносимое охлаждающей водой;

qг — тепло, уносимое отработавшими газами;

qн.б — невязка баланса, равная сумме остальных неучтенных потерь. Слагаемые уравнения теплового баланса равны:

Располагаемое тепло


где Gохл — расход охлаждающей воды в кг/ч;

t1 и t2 — температуры охлаждающей воды при входе и выходе из дви­гателя;

с? — теплоемкость воды.

Количество тепла, эквивалентное работе трения движущихся деталей двигателя, передается охлаждающей воде, циркулирующей в полостях охлаждения и в маслохолодильнике, а потому отдельно не учитывается. Ко­личество тепла от трения, не перешедшее в охлаждающую воду, включается в невязку баланса.

Тепло, уносимое отработавшими газами,

где Тг и Т0 — температуры отработавших газов в выпускном коллек­торе и свежего заряда, поступающего в цилиндр в °К.

Значение qг можно определить, пользуясь приближенной формулой для подсчета тепла, уносимого отработавшими газами 1 кг сгоревшего топлива:

Остаточный член теплового баланса — невязка баланса определяется как разность

Рассмотренное распределение тепла определяет так называемый внеш­ний тепловой баланс, который обычно составляется при испытании двига­теля. Распределение тепла, выделяемого в цилиндре, на слагаемые, учиты­вающие тепло, превращенное в индикаторную работу, тепло, переданное охлаждающей воде в различные периоды цикла, тепло, уносимое с отработав­шими газами, тепло, потерянное вследствие неполноты сгорания, тепло, отданное в окружающую среду, и тепло, эквивалентное кинетической энер­гии отработавших газов, называется внутренним тепловым балансом дви­гателя. На рис. 150 показана схема внешнего теплового баланса двигателя с разбивкой слагаемых его на отдельные внутренние составляющие, к числу которых относятся:           qi —тепло, эквивалентное индикаторной работе; qcт — тепло, передаваемое стенкам двигателя; qмех — тепло, эквивалент­ное механическим потерям; qвг — тепло, эквивалентное полной энергии выпускных газов, qтр — тепло, эквивалентное работе трения поршня и поршневых колец; qкин — тепло, эквивалентное кинетической энергии выпускных газов; qл — тепло, теряемое в окружающую среду; qн.сг — тепло, эквивалентное неполноте сгорания топлива; qкол — тепло, передан­ное в охлаждающую воду в выпускном коллекторе.

Современные судовые дизели имеют следующие значения слагаемых теплового баланса при номинальном режиме их работы: qе = 35?45%; qохл = 15?28%; qг = 25?50%; qн.б = 1?8%.

При форсировке двигателя, как по числу оборотов, так и по среднему эффективному давлению удельный унос тепла охлаждающей водой умень­шается, а удельный унос тепла выпускными газами возрастает. Объясняется это тем, что с увеличением нагрузки и числа оборотов вала двигателя про­должительность процесса сгорания возрастает за счет догорания его на линии расширения.