Что такое коэффициент тактности

Методы определения мощности дизеля

Известны несколько способов определения мощности дизеля. На практике наибольшее распространение получили два способа — это определение мощности с помощью пиметра и определение мощности по индикаторным диаграммам.

Определение мощности с помощью пиметра производится у дизелей, не имеющих индикаторных приводов. Пиметр показывает среднее по времени давление газов в цилиндре — Р_т. Между Р_т (по времени) и Р_i (по ходу поршня) существует зависимость, определенная для конкретного дизеля и построенная по результатам стендовых испытаний. Пиметр, который применяли при стендовых испытаниях конкретного дизеля, и полученная графическая зависимость Р_i от Р_т должны находиться на судне. После замера Р_т по графику определяют Р_i и далее мощность цилиндра и двигателя определяют по известным формулам.

Механики, проработавшие многие годы на дизелях, не имеющих индикаторных приводов, попав на судно с ГД, имеющим индикаторные приводы, испытывают определенные затруднения при индицировании ГД. Приведенная ниже информация может помочь механику быстрее вникнуть в суть индицирования и порядок его выполнения.

Индицирование ГД и определение его основных параметров проводится в соответствии с требованиями заводской инструкции или судовладельца, но не реже, чем через 400 часов работы.

Кроме этого, индицирование должно производиться в следующих случаях:

Давление в конце сжатия Р_с следует измерять согласно заводской инструкции. При отсутствии указаний в инструкции измерение надо производить при выключенном ТНВД и мощности дизеля, не превышающей 75% номинальной, либо определение Р_с производится по развернутой индикаторной диаграмме.

Перед снятием индикаторных диаграмм необходимо проверить правильность установки индикаторных приводов, состояние и работу самого индикатора, смазать его.

Правильность установки индикаторных приводов проверяется с помощью диаграмм сжатия. Нормальная установка индикаторного привода — это когда линия расширения в точности совпадает с линией сжатия. Расположение линии расширения ниже или выше линии сжатия свидетельствует о том, что эксцентрик индикаторного привода необходимо разворачивать по или против направления вращения распределительного вала.

При снятии индикаторных диаграмм индикатор сильно нагревается, и ему надо периодически давать остыть.

На снятой индикаторной диаграмме должны быть указаны название судна, дизель (правый, левый или др.), номер цилиндра, дата и время снятия диаграммы, масштаб пружины индикатора, число оборотов коленвала дизеля в минуту, длина и площадь диаграммы, значение Р_i, P_z, Р_с, t° выпускных газов, скорость судна.

Определение мощности дизеля по индикаторной диаграмме проводится в следующей последовательности:

Источник

Индикаторная работа, среднее индикаторное давление и индикаторная мощность.

Тепловую и механическую напряженность и эффективность процессов преобразования химической энергии топлива в механическую работу двигателей внутреннего сгорания принято ха­рактеризовать показателями, которые подразделяются на две группы: индикаторные и эффективные показатели. Первые характеризуют совершенство осуществляемого цикла по теплоиспользованию и связаны с качеством организации процессов, вторые дополнительно учитывают степень механического совершенства двигателя.

Индикаторной работой называется полезная работа, совершаемая газами в цилиндре двигателя в течение тактов расширения и сжатия.

(9.1)

В процессе расширения с подводом тепла при p=const совер­шается работа

(9.2)

Работа в политропном процессе расширения определяется из выражения

.

(9.3)

Рисунок 9.1. К определению индикаторной работы

Работа в политропном процессе сжатия равна

(9.4)

; ; ;

и подставляя (8.2), (8.3), (8.4) в уравнение (8.1), получим вы­ражение для определения индикаторной работы расчетного цикла:

(9.5)

Для определения индикаторной работы действительного цикла необходимо учитывать значение коэффициента полноты диаграммы =0,92 0,97, при этом меньшее значение относится к двигателям с разделенными камерами сгорания.

Так как индикаторная работа зависит от размеров цилиндра, то она не может характеризовать совершенство рабочего процесса двигателя. Параметром, пригодным для оценки совершенства рабочего процесса, является удельная индикаторная работа. Эта величина представляет собой отношение индикаторной работы за цикл к рабочему объему цилиндра и имеет размерность давле­ния, поэтому ее называют средним индикаторным давлением.

Если работу газов за цикл выразить в джоулях, а рабочий объем цилиндра в кубических метрах, то среднее индикаторное давление, выраженное в мегапаскалях, будет равно

(9.6)

Если же индикаторную работу выражать в килограммометрах, а рабочий объем в метрах кубических, то среднее индикаторное давление определяется в килограммах на сантиметр квадратный:

(9.7)

Из выражения (9.6) видно, что графически в координатах р—V среднее индикаторное давление может быть определено (в соответствующем масштабе) высотой прямоугольника, равновеликого по площади диаграмме цикла и имеющего в основании отрезок, соответствующий рабочему объему (Рисунок 9.2). Поэтому среднее индикаторное давление представляет собой условное постоянное избыточное давление, действующее на поршень и осуществляющее за один ход работу, равную индикаторной.

Рисунок 9.2. К определению среднего индикаторного давления

Если обе части уравнения (9.5) разделять на рабочий объем цилиндра, то, имея в виду, что

,

получим выражение для среднего индикаторного давления расчет­ного цикла:

(9.8)

Среднее индикаторное давление действительного цикла опреде­ляется с учетом коэффициента полноты индикаторной диаграммы:

(9.9)

Величина среднего индикаторного давления в мегапаскалях или в килограммах на сантиметр квадратный на номинальном режиме работы составляет:

1) для четырехтактных дизелей:

— с неразделенными камерами сгорания без наддува 0,64 1,03 (6,5 10,5);

— с неразделенными камерами сгорания с наддувом до 2.45 (до 25,0);

2) для двухтактных дизелей 0,34 1,47 (3,5 15,0). Индикаторной мощностью двигателя называется мощность, соответствующая индикаторной работе.

Если частота вращения коленчатого вала равна п, то количество циклов за секунду у четырехтактных двигателей составляет

(9.10)

а у двухтактных двигателей равно

то с учетом коэффициента тактности двигателя имеем

(9.11)

Очевидно, что индикаторная мощность двигателя (в киловаттах) с числом цилиндров i будет равна

Источник

Работа и мощность двигателей: среднее индикаторное давление

В процессе расширения, под воздействием расширяющихся газов, поршень перемещается и тепловая (внутренняя) энергия газов преобразуется в механическую работу. Величина этой работы за один цикл определяется произведением силы давления газов на перемещение поршня, равного его ходу. Однако сила давления газов на поршень непостоянна и уменьшается в период перемещения поршня. В процессе сжатия воздуха в цилиндре перемещение поршня связано с затратой механической работы. Величина этой работы равна произведению силы давления воздуха и перемещения поршня. Причем эта сила также непостоянна и увеличивается по мере приближения поршня к мертвой точке.

Полезная механическая работа равна разности работ расширения и сжатия. Эта работа, полученная внутри цилиндра двигателя за один цикл, называется индикаторной работой Ai. При определении Аi используют индикаторную диаграмму, показывающую в масштабе величину давления в цилиндре при любом положении поршня; диаграмму снимают с помощью индикатора давления.

На рис. 15 представлена индикаторная диаграмма двухтактного двигателя. Заштрихованная площадь диаграмммы (в масштабе) как раз и равна индикаторной работе. Индикаторную работу можно определить следующим образом: сначала при помощи планиметра найти площадь диаграммы F мм2 И измерить длину диаграммы l мм; разделив F на l, получим среднюю высоту h мм; площадь прямоугольника высотой h равна площади диаграммы. Так как площади равны, то и величины работ равны. Разделив высоту h на масштаб пружины индикатора m мм2/бар, получим среднее давление на цикл.

Среднее давление в цилиндре за цикл называется средним индикаторным давлением Pi бар (10 5 H/m2):

При подсчете Pi четырехтактного двигателя следовало бы учитывать отрицательную площадь диаграммы, ограниченную кривыми процессов впуска и выпуска (рис. 16). Практически эта отрицательная работа, связанная с насосными потерями, не учитывается, так как величина ее очень мала. У четырехтактного двигателя рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала и среднее индикаторное давление Рi за цикл будет в два раза меньше, чем у подобного ему двухтактного двигателя. Однако для возможности сравнения четырехтактных и двухтактных двигателей при определении Рi четырехтактного двигателя процессами впуска и выпуска пренебрегают. При расчете мощности это обстоятельство учитывается введением в знаменатель формулы коэффициента тактности z = 2. Для двухтактного двигателя z = 1.

Итак, мощность цилиндра двигателя (кВт)

При условии равенства среднего индикаторного давления всех цилиндров мощность двигателя равна (i – число цилиндров)

и обозначив неизменную для конкретно рассматриваемого двигателя величину:

представим мощность выражением

Среднее индикаторное давление и средняя скорость поршня это основные характеристики двигателя. Среднее индикаторное давление является показателем тепловой напряженности двигателя. Средняя скорость поршня характеризует его динамическую напряженность и является основным показателем моторесурса.

Среднее индикаторное давление составляет у дизелей (бар):

Средняя скорость поршня у мощных малооборотных дизелей достигает:Сm = 5÷6,8 м/с.

Средняя скорость поршня у среднеоборотных Сm = 8÷10 м/с.

Эффективная мощность двигателя, т.е. мощность, передаваемая потребителю, меньше индикаторной на величину механических потерь, при передаче мощности от цилиндра к фланцу коленчатого вала. Эти потери учитываются механическим коэффициентом полезного действия ɳ м:

Произведение Pi ɳ м = Ре носит название среднего эффективного давления. Учитывая это, эффективную мощность (кВт) двигателя можно выразить формулой:

Источник

Что такое коэффициент тактности

Главное меню

Судовые двигатели

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 ‘.

L _i = p _i ’ V _s (147)

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:

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

Для двухтактных двигателей с другими типами продувок

р _i = р _i ‘(1 – ? _s ). (149б)

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

L _i = р _i V _s . (150)

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

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.

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.

Источник

Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

В идеальном поршневом двигателе подводимое тепло частично превращается в полезную работу, частично отдается холодному источнику.

В реальном двигателе тепло, выделяющееся при сгорании топлива, частично переходит в так называемую “эффективную” работу; остальная часть составляет тепловые потери двигателя. Под эффективной работой понимают полезную работу, совершаемую двигателем на фланце отбора мощности.

Тепловой баланс судового дизеля и его составляющие

Характер распределения тепла в двигателе по основным статьям может быть оценен на основе внешнего теплового баланса. Баланс составляется по данным экспериментальных исследований двигателя на различных установившихся режимах его работы (когда стабилизируется тепловое состояние). Тепловой баланс может быть абсолютным, выраженным в абсолютных единицах (ккал/час, кДж/час), или удельным, когда каждая составляющая баланса относится к единице мощности двигателя. В обоих случаях баланс можно выразить в % или долях от общего количества тепла, способного выделиться от сгорания всего топлива, подаваемого в цилиндры.

Уравнение баланса тепла имеет вид:

При прочих равных условиях, баланс тепла в 2-х и 4-тактных дизелях примерно одинаков. Однако, учитывая более высокий уровень форсировки по наддуву современных 4-тактных ДВС, можно отметить дальнейшее уменьшение в них доли Q_охл (до 10 ÷ 18 %).

В современных силовых установках теплоходов теплота, уходящая с газами и с водой, частично утилизируется, что повышает КПД всей установки. Возможности утилизации тепла охлаждающей воды ограничены ввиду невысокого температурного уровня — максимальная температура ее не превышает 65 ÷ 85 °C. Это тепло обычно используется для опреснения забортной воды в вакуумных опреснительных установках. Принципиально это тепло можно использовать в рефрижераторных установках на рефрижераторных судах или для подогрева питательной воды в контуре утилизационного турбогенератора.

Тепло уходящих газов используется для наддува двигателя в газовой турбине; после турбины тепло газов утилизируется в утилизационных котлах. Котлы могут давать горячую воду или пар низкого давления (2 ÷ 7 бар) для бытовых нужд, пар для работы вспомогательных механизмов (в том числе для утилизационного турбогенератора) или разогрева нефтепродуктов. По данным фирмы Зульцер, путем утилизации тепла выпускных газов полезное теплоиспользование можно повысить на

Индикаторная и эффективная мощность двигателя

Мощность, соответствующая индикаторной работе цикла, называется индикаторной мощностью. Мощность двигателя равна сумме мощностей всех цилиндров. Если принять, что во всех цилиндрах — одинаковое среднее индикаторное давление, то индикаторная мощность двигателя простого действия, равная индикаторной работе в 1 сек, может быть найдена по формуле:

Если давление дано в мегапаскалях ( p_mi МПа), то формулу можно записать в виде:

В практике эксплуатации современного морского флота, в отчетной документации по сей день широко используется внесистемная единица измерения мощности – лошадиная сила (1 л. с. = 75 кгм).

Для перевода лошадиных сил в киловатты (в международную систему единиц) необходимо иметь в виду, что 1 л. с. = 0,736 кВт.

Если среднее индикаторное давление измеряется в барах ( P_mi бар), то формула несколько изменяется:

В практике часто используется другая разновидность этой формулы:

В практике эксплуатации мощность определяется порознь для каждого цилиндра путем нахождения p_mi по индикаторным диаграммам. Диаграммы снимаются с каждого цилиндра на установившемся режиме работы двигателя. Полная мощность двигателя рассчитывается суммированием моностей цилиндров:

Эффективная мощность двигателя N_e соответствует эффективной работе в единицу времени на фланце отбора мощности. Это есть полезная мощность, отдаваемая потребителю. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности механических потерь двигателя N_м :

По аналогии с зависимостью (Формула 5) можно записать:

Среднее эффективное давление меньше среднего индикаторного давления на величину p_м :

Величина p_м — некоторое условное давление, постоянное на протяжении всего рабочего хода поршня, идущие на покрытие механических потерь двигателя.

Как следует из формулы 3, основными факторами, определяющими мощность двигателя, являются:

Постоянное возрастание индикаторной мощности у современных двигателей обеспечивается увеличением среднего индикаторного давления p_mi путем форсирования дизелей наддувом и сжиганием большего количества топлива в том же объеме цилиндра. Максимальная цилиндровая мощность у современных малооборотных дизелей достигает N_eц = 5 490 ÷ 6 950 кВт (7 470 ÷ 9 450 элс), у среднеоборотных — 1 100 – 1 325 кВт (1 500 ÷ 1 800 элс) в цилиндре.

Определение среднего индикаторного давления

Рис. 1 Индикаторная диаграмма двигателя 6L80GF (Т/х «Капитан Димов», 31.07.89, n = 94,5 об/мин )

После определения площади диаграммы p_mi рассчитывается по формуле:

В электронных системах определения нагрузки цилиндра могут быть сняты развернутая и нормальная (рис. 2) индикаторные диаграммы. Среднее индикаторное давление в таких системах определяется методами приближенного интегрирования. Все необходимые расчеты выполняются по программе без участия механика.

Рис. 2 Нормальная 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 p_i 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:

Работа расширения газов при постоянном давлении P_z от точки “z₁“ до точки “z” цикла равна:

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

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

Подставляя значения слагаемых правой части, можно получить:

P b V b / P z V z = T b / T z = V z / V b n 2 – 1 = 1 / ε m 2 – 1 ;

P a V a / P c V c = T a / T c = V c / V a n 1 – 1 = 1 / ε m I – 1 ;

Тогда теоретическое давление расчетного цикла определится как (с учетом соотношения

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” ξ теоретической индикаторной диаграммы:

Теоретической диаграмме придается форма, возможно более близкая к реальной; скругление диаграммы производится от руки (рис. 3).

Рис. 3 Скругление теоретической индикаторной диаграммы

Для 4-тактных двигателей коэффициент скругления, учитывающий уменьшение площади диаграммы в результате скругления, лежит в пределах:

В 2-х тактных двигателях с неуправляемым выпуском, когда выпускные окна закрываются позже продувочных, Рабочие процессы дизелей процесс сжатия начинается после закрытия выпускных окон (рис. 4, а).

Рис. 4 Скругление хвостовой части теоретической индикаторной диаграммы 2-тактного дизеля при неуправляемом (а) и управляемом (б) выпусков

У 2-тактных двигателей с управляемым выпуском (рис. 4, б) выпуск газов из цилиндра начинается в точке b ранее расчетной точки “b” (поскольку диаграмма замыкается по моменту начала сжатия — точке “a” ). В этом случае имеются дополнительные потери площади индикаторной диаграммы в ее хвостовой части. Коэффициент скругления находится в пределах:

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 2-тактных дизелей, выпускаемых промышленностью, среднее индикаторное давление находится в пределах:

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

Коэффициенты полезного действия и их взаимосвязь

При анализе идеальных циклов дана зависимость ( Принцип действия ДВС, основные понятия Вычисление полного объема цилиндра) для термического КПД цикла со смешанным подводом тепла:

Кроме того, в реальном двигателе имеются дополнительные потери тепла Q_mn из-за теплообмена с охлаждающей двигатель жидкостью и с окружающей средой. Все потери тепла в цилиндре реального двигателя учитываются индикаторным коэффициентом полезного действия η_i :

Связь между термическим и индикаторным КПД устанавливается с помощью относительного индикаторного коэффициента полезного действия η_io :

По аналогии с формулой 22 можно записать:

Связь между индикаторным и эффективным КПД устанавливается с помощью механического коэффициента полезного действия η_м :

Механический КПД учитывает все механические потери, входящие в долю Q_м теплового баланса двигателя. Можно написать:

Момент начала выпуска газов из цилиндра влияет на долю Q_газ тепла с уходящими газами и соответственно на индикторный КПД. У двигателей с газотурбинным наддувом угол опережения газовыпуска увеличивается для повышения мощности газовой турбины (чем больше уровень форсировки, тем больше при прочих равных условиях угол опережения газовыпуска). Это неминуемо снижает индикаторный КПД цилиндра. Однако эффективный КПД удается сохранить при форсировке двигателя на том же уровне или даже повысить главным образом за счет увеличения механического КПД.

У выполненных конструкций двигателей численные значения КПД находятся в пределах (таблица)

Удельные расходы топлива

Удельным расходом топлива называется отношение часового расхода топлива G_m к мощности двигателя. Различают удельный эффективный расход топлива g_e и удельный индикаторный расход топлива g_i :

Удельные расходы топлива, определенные в процессе эксплуатации, позволяют судить о техническом состоянии дизеля путем сравнения с паспортными параметрами по расходу топлива.

Как видно из последних формул, удельные расходы топлива обратно пропорциональны КПД и определяются теми же факторами, рассмотренными в статье Процессы газообмена в СДВС “Процессы газообмена”.

Можно написать, что объемный часовой расход воздуха на двигатель при параметрах P_s, T_s равен:

Необходимый объем воздуха для сгорания 1 кг топлива V₁ при теоретически необходимом на сгорание объеме

— теоретически необходимый объем воздуха для сгорания 1 кг топлива.

Часовой расход топлива равен отношению всего расхода воздуха на двигатель к потребному расходу на сжигание на 1 кг топлива:

Поскольку индикаторная мощность двигателя равна:

то удельный индикаторный расход топлива g_i определится равенством:

L 0 ″ = L 0 ′ ν s = μ B L o ν s ;

Подставив это значение

В последней зависимости приняты размерности величин:

Вид зависимости не изменится, если давление продувочного воздуха и среднее индикаторное давление будут иметь размерность бар или МПа.

Если расход топлива отнести к кВт-час, то при той же размерности исходных величин формула принимает вид:

У современных судовых дизелей удельные расходы топлива находятся в пределах:

g i = 156 ÷ 197 г / к В т – ч а с ( 115 ÷ 145 г / и л с – ч а с ) ;

У высокофорсированных 4-тактных двигателей удельные эффективные расходы топлива достигли 190 г/кВт-час (140 г/элс-час) и даже ниже. Согласно сообщениям ведущих дизелестроительных фирм, минимальные удельные расходы топлива достигнуты у сверхдлинноходовых малооборотных дизелей. Они составляют 166-177 г/кВт-час (122-130 г/элс-час).

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Источник