Главное меню
Судовые двигатели
Главная 
Судовые двигатели внутреннего сгорания Мощность и экономичность 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 L i ’, совершаемую газами внутри цилиндра за один цикл. Работа L i совершается переменным давлением.
Для удобства вычислений вводится понятие среднего теоретического индикаторного давления газа р i ’, под которым понимают условное среднее постоянное давление в цилиндре, действующее на поршень в течение одного его рабочего хода и совершающего ту же работу L i ‘.
Другими словами, если площадь индикаторной диаграммы заменить равновеликой площадью прямоугольника, построенного на основании V s , то высота этого прямоугольника и будет представлять собой в некотором масштабе р i ’ (рис. 207, а):
L i = p i ’ V s (147)
Среднее теоретическое индикаторное давление р i ’ можно определить, используя теоретическую диаграмму цикла. При помощи планиметра или другим способом определяют площадь диаграммы F мм 2 . Затем, разделив площадь на длину диаграммы l мм ( l = V s ), получают значение р i ‘ в масштабе ординат р i ‘ = F / l . Зная масштаб давления b , находят р i ‘ = F / lb.
При отсутствии планиметра площадь F можно определить приближенно методом средних ординат. Длину диаграммы l=V s делят на 10 равных частей (см. рис. 207, б ); затем условно принимают, что ординаты давлений p 1 , p 2 , p 3 , …, p 10, заключенные внутри контура индикаторной диаграммы и расположенные посередине длины между вертикальными границами участка, постоянны для каждого отдельного участка. Тогда р i находят по выражению:
Среднее теоретическое индикаторное давление р i ‘ может быть также вычислено по параметрам, характеризующим работу двигателя и определяемых в расчете цикла. Из уравнения (147)
где L 1 — работа газа на участке cz’ при V = const и L 1 = 0;
L 2 —работа газа на участке z’z (горение происходит при р = const)
Данное выражение для L i ’ подставляют в уравнение (148) и, произведя ряд преобразований, получают расчетную формулу для определения р i ‘ в цикле смешанного сгорания:
Выражение для р i ‘ 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
р і = ? р i ‘ (149)
Это выражение пригодно для четырехтактных двигателей. Для двухтактных р i относят к полному ходу поршня, причем для двухтактных с прямоточно-клапанной продувкой
р i = ? р i ‘(1 – ? s ). (149 a )
Для двухтактных двигателей с другими типами продувок
р i = р i ‘(1 – ? s ). (149б)
(уменьшение площади диаграммы в районе участка сz’z компенсируется приростом площади в хвостовой части, поэтому ? = 1).
По опытным данным, р i принимают для судовых четырехтактных двигателей равным 0,65—0,85 Мн/м 2 , для двухтактных 0,55—0,85 Мн/м 2 и для двигателей с наддувом 0,75—2,2 Мн/м 2 .
Действительная индикаторная работа газа в цилиндре за один цикл по аналогии с формулой (147)
L i = р i V s . (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 L і дж и количество циклов в секунду, определяют работу, совершаемую газом внутри цилиндра за секунду, т. е. мощность, называемую внутренней или индикаторной. Для четырехтактного двигателя N i = L i n /2 , Для двухтактного двигателя N i = L i 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 N i расходуется па преодоление сил трения между деталями, на привод навешенных вспомогательных механизмов и на преодоление сопротивления впуска и выпуска. Общая потеря мощности обозначается N м и называется мощностью механических потерь. Следовательно, мощность, которую двигатель отдает потребителю (она называется эффективной и обозначается N е ), будет меньше индикаторной N i на величину мощности механических потерь N e = N i — N м .
Для учета механических потерь в поршневых ДВС пользуются понятием механического к. п. д. ? м , который представляет собой отношение эффективной мощности дизеля N е к индикаторной N i и показывает ту долю индикаторной мощности, которая отдается потребителю ? м = N e / N i , откуда N е = ? м N i .
Подставив значение N i из формулы (151), находят
Произведение p і p м = p э 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 р е составляет для четырехтактных двигателей без наддува 0,55—0,62 Мн/м 2 и с наддувом 0,7—2 Мн/м 2 ; для двухтактных без наддува 0,4— 0,55 Мн/м 2 и с наддувом 0,7—2,0 Мн/м 2 .
Таким образом, эффективная мощность двигателя
Мощность, затраченная на преодоление сил сопротивления в двигателе,
Разность p i — p э показывает ту часть р i которая затрачивается на преодоление сил сопротивления в двигателе.
Значение ? м зависит от качества смазки двигателя, его быстроходности, величины p z , 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.
