Главное меню

Судовые двигатели

Главная Судовые двигатели внутреннего сгорания Мощность и экономичность двигателя Среднее индикаторное давление газа. Индикаторная и эффективная мощность двигателя
Среднее индикаторное давление газа. Индикаторная и эффективная мощность двигателя

Площадь внутри теоретической индикаторной диаграммы ди­зеля, построенной в координатах рV, представляет собой в некотором масштабе теоретическую работу Li’, совершаемую газами внутри цилиндра за один цикл. Работа Li совершается перемен­ным давлением.

Для удобства вычислений вводится понятие среднего теорети­ческого индикаторного давления газа рi’, под которым понимают условное среднее постоянное давление в цилиндре, действующее на поршень в течение одного его рабочего хода и совершающего ту же работу Li'.

К определению среднего теоретического индикаторного давления

Другими словами, если площадь индикаторной диаграммы заменить равновеликой площадью прямоугольника, по­строенного на основании Vs, то высота этого прямоугольника и бу­дет представлять собой в некотором масштабе рi’ (рис. 207, а):

Li = piVs (147)

Среднее теоретическое индикаторное давление рi’  можно опре­делить, используя теоретическую диаграмму цикла. При помощи планиметра или другим способом определяют площадь диаграммы F мм2. Затем, разделив площадь на длину диаграммы l мм (l = Vs), получают значение рi' в масштабе ординат рi' = F / l. Зная масштаб давления b, находят рi' = F / lb.

При отсутствии планиметра площадь F можно определить при­ближенно методом средних ординат. Длину диаграммы l=Vs делят на 10 равных частей (см. рис. 207, б); затем условно прини­мают, что ординаты давлений p1, p2, p3, …, p10, заключенные вну­три контура индикаторной диаграммы и расположенные посере­дине длины между вертикальными границами участка, постоянны для каждого отдельного участка. Тогда рi находят по выражению:

Среднее теоретическое индикаторное давление рi' может быть также вычислено по параметрам, характеризующим работу двига­теля и определяемых в расчете цикла. Из уравнения (147)

где L1 — работа газа на участке cz' при V = const и L1 = 0;

L2—работа газа на участке z'z (горение происходит при р = const)

Данное выражение для Li подставляют в уравнение (148) и, произведя ряд преобразований, получают расчетную формулу для определения рi' в цикле смешанного сгорания:

Выражение для рi' не учитывает потерь площади диаграммы вследствие скругления острых углов на участке сгорания сz'z и на участке перехода от расширения к выпуску из-за предварения открытия выпускного клапана, имеющих место в действительном цикле. Эти потери учитываются коэффициентом полноты диаграммы: ? = 0,95 ? 0,98. Следовательно, среднее индикаторное давление действительного цикла

рі = ?рi' (149)

Это выражение пригодно для четырехтактных двигателей. Для двухтактных рi относят к полному ходу поршня, причем для двух­тактных с прямоточно-клапанной продувкой

рi = ? рi'(1 – ?s). (149a)

Для двухтактных двигателей с другими типами продувок

рi = рi'(1 – ?s). (149б)

(уменьшение площади диаграммы в районе участка сz'z компенси­руется приростом площади в хвостовой части, поэтому ? = 1).

По опытным данным, рi принимают для судовых четырех­тактных двигателей равным 0,65—0,85 Мн/м2, для двухтактных 0,55—0,85 Мн/м2 и для двигателей с наддувом 0,75—2,2 Мн/м2.

Действительная индикаторная работа газа в цилиндре за один цикл по аналогии с формулой (147)

Li = рiVs. (150)

Если коленчатый вал одноцилиндрового четырехтактного дви­гателя делает п об/сек, то за 1 сек в его цилиндре совершается n/2 цикл/сек. В цилиндре двухтактного дизеля при п об/сек его коленчатого вала совершится п цикл/сек. Зная работу газа за один цикл Lі дж и количество циклов в секунду, определяют работу, совершаемую газом внутри цилиндра за секунду, т. е. мощность, называемую внутренней или индикаторной. Для четырехтактного двигателя Ni = Li n/2 , Для двухтактного двигателя Ni = Li n.

Общую формулу для четырехтактных и двухтактных двигате­лей получают, введя коэффициент тактности k, равный 0,5 для четырехтактных и единице для двухтактных простого действия.

Следовательно, индикаторная мощность в одном цилиндре

Часть индикаторной мощности двигателя Ni расходуется па преодоление сил трения между деталями, на привод навешенных вспомогательных механизмов и на преодоление сопротивления впуска и выпуска. Общая потеря мощности обозначается Nм и называется мощностью механических потерь. Следовательно, мощ­ность, которую двигатель отдает потребителю (она называется эффективной и обозначается Nе), будет меньше индикаторной Ni на величину мощности механических потерь Ne = NiNм.

Для учета механических потерь в поршневых ДВС пользуются понятием механического к. п. д. ?м, который представляет собой отношение эффективной мощности дизеля Nе к индикаторной Ni и показывает ту долю индикаторной мощности, которая отдается потребителю ?м = Ne / Ni, откуда Nе = ?м Ni.

Подставив значение Ni из формулы (151), находят

Произведение pіpм = pэ называется средним эффективным давле­нием газа в цикле и представляет собой условное постоянное давление, действующее на поршень за цикл и совершающее ра­боту, равную полезной работе на фланце коленчатого вала.

По опытным данным, на режиме полной мощности ре состав­ляет для четырехтактных двигателей без наддува 0,55—0,62 Мн/м2 и с наддувом 0,7—2 Мн/м2; для двухтактных без наддува 0,4— 0,55 Мн/м2 и с наддувом 0,7—2,0 Мн/м2.

Таким образом, эффективная мощность двигателя

Мощность, затраченная на преодоление сил сопротивления в двигателе,

Разность pi pэ показывает ту часть рi которая затрачивается на преодоление сил сопротивления в двигателе.

Значение ?м зависит от качества смазки двигателя, его быстро­ходности, величины pz, теплового состояния двигателя и его ре­жима работы. С уменьшением нагрузки ?м уменьшается и при холостом ходе становится равным нулю. В этом случае вся раз­виваемая в цилиндре мощность расходуется на преодоление сил внутреннего сопротивления двигателя.

Механический к. п. д. судовых ДВС ?м = 0,75?0,85 и несколько выше у четырехтактных двигателей. При наддуве к. п. д. возра­стает, достигая 0,9 у четырехтактных двигателей.