Меню

Формула определения мощности дизеля

Мощность и КПД дизеля

Мощность дизеля можно определить по индикаторной диаграмме.

Предполагая, что рабочие циклы в многоцилиндровых двигателях протекают примерно одинаково и только смещены на угол (фазу) сдвига кривошипов коленчатого вала, можно считать, что мощность, развиваемая в отдельных цилиндрах, тоже одинакова, а мощность дизеля в целом равна сумме мощностей всех цилиндров.

Выражение для подсчета индикаторной мощности двигателя можно получить, вычислив работу Ь, выполненную газами в одном цилиндре за полный цикл:

Где Р1ср — среднее индикаторное давление, Н/м2 или Па; — площадь поршня, м2; £ — ход поршня, м. Площадь поршня определяется по формуле кИ2

где Б — диаметр поршня, м.

Среднее индикаторное давление получают в результате замены площади индикаторной диаграммы равновеликим прямоугольником, у которого ордината называется среднеиндикаторным давлением.

Тогда работа, выполненная во всех цилиндрах дизеля за 1 мин:

где п — частота вращения коленчатого вала, об/мин; 1 — число цилиндров дизеля; т — тактность дизеля (т = 2 — для двухтактного и т = 4 — для четырехтактного двигателя).

Индикаторная мощность дизеля определяется по формуле где 103 — коэффициент для перевода мощности в киловатты.

Для получения индикаторной диаграммы применяют специальные приборы — индикаторы. В тихоходных ДВС (до 700 об/мин) используют механические индикаторы, а в быстроходных — электрические.

В зависимости от конструкции ДВС и его форсировки среднее индикаторное давление Р;, МПа, может меняться в широких пределах:

Четырехтактные двигатели ПД1М. 1,070

Индикаторная мощность, полученная за счет работы газов в цилиндре двигателя, при передаче на коленчатый вал расходуется на трение поршней, подшипников шатунно-поршневой группы, на привод газораспределительного механизма, топливные насосы высокого давления, водяные, масляные и топливные насосы и другие механизмы, без которых невозможна работа дизеля. Эти затраты работы называются механическими потерями Ьи, и соответствующая им мощность называется мощностью механических потерь Ыы. Аналогично индикаторной работе где Ри — среднее давление механических потерь.

Среднее эффективное давление Ре представляет собой условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную эффективной работе за цикл или это эффективная работа Ье за цикл, отнесенная к рабочему объему цилиндра:

Эффективная мощность подсчитывается так же, как и индикаторная, но вместо среднего индикаторного давления Р, в формулу подставляется среднее эффективное давление Ре.

Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим КПД:

Для современных дизелей т|м = 0,8 .0,88.

Отношение эффективной работы к количеству теплоты, подведенной с топливом, называется эффективным КПД-дизеля и обозначается ту

где qe — удельный эффективный расход топлива, г/(кВтч); QH — низшая теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг.

При оптимальной нагрузке дизеля г\е = 0,39.0,43.

Эффективный, индикаторный и механический КПД связаны между собой соотношением Г\е = Л.Лм-

Эффективность работы ДВС часто оценивают вместо КПД двигателя удельным расходом топлива qe, т.е. расходом топлива на единицу его полезной (эффективной) работы, выраженным в г/(кВт-ч) или г/(л.с.ч). Удельный расход топлива определяется экспериментально при испытаниях двигателя, где измеряется расход топлива G дизелем за единицу времени работы, кг/ч, с постоянной мощностью Ne, кВт или л. с. Тогда qe = G/Ne. Современные тепловозные дизели имеют qe на уровне 200.220 г/(кВтч), или 150. 180 г/(л.с.-ч).

Источник



Индикаторная и эффективная мощности

Индикаторной мощностью N i называют мощность, развиваемую газами внутри цилиндра двигателя. Единицами измерения мощности являются лошадиные силы (л. с.) или киловатты (квт); 1 л. с. = 0,7355 квт.

Читайте также:  Пылесос для маникюра какую мощность брать

Для определения индикаторной мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление p i т. е. такое условное постоянное по величине давление, которое, действуя на поршень в течение только одного такта сгорание—расширение, могло бы совершить работу, равную работе газов в цилиндре за весь цикл.

Это давление p i можно подсчитать по полезной площади индикаторной диаграммы (на рис. 1 и 2 она заштрихована). Для карбюраторных двигателей величина р i составляет 8—12 кг/см 2 , а для дизельных — 7,5—10,5 кг/см 2 .

Если известно p i, то индикаторную мощность четырехтактного двигателя можно выразить следующей формулой:

где p i — среднее индикаторное давление, кг/см 2 ;
V л — сумма рабочих объемов всех цилиндров (литраж) двигателя дм3 или л;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Литраж двигателя определяется по формуле:

где π — постоянное число, равное 3,14;
D — диаметр поршня, дм;
S — ход поршня, дм;
i — число цилиндров двигателя.

Эффективной мощностью N e называют мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя. Она меньше индикаторной мощности N i на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе (трение поршней о стенки цилиндров, шеек коленчатого вала о подшипники и др.) и приведение в действие вспомогательных механизмов (газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора и др.).

Для определения величины эффективной мощности двигателя можно воспользоваться приведенной выше формулой для индикаторной мощности, заменив в ней среднее индикаторное давление p i средним эффективным давлением р е (р е меньше p i на величину механических потерь в двигателе).

На практике эффективную мощность N е определяют путем испытания двигателя на тормозных стендах (электрических или гидравлических), пользуясь следующей формулой:

где М е — крутящий момент двигателя, кгм, равный произведению окружной силы на маховике на радиус маховика;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Эффективная мощность повышается с увеличением крутящего момента и числа оборотов коленчатого вала (до некоторого предела).

Эффективная мощность и крутящий момент тем больше, чем больше:

  1. литраж двигателя (т. е. диаметр и число цилиндров, длина хода поршня);
  2. наполнение цилиндров, которое повышается при усовершенствовании камер сгорания, уменьшении сопротивления впускной и выпускной систем, снижении подогрева горючей смеси, установке многокамерных карбюраторов и общем улучшении конструкции двигателя;
  3. степень сжатия, так как при ее повышении увеличивается скорость горения рабочей смеси, повышается температура и давление газов в начале такта сгорание — расширение, уменьшается количество тепла, уходящего с отработавшими газами и охлаждающей жидкостью.

Предельные значения степени сжатия ограничиваются свойствами применяемого топлива — октановым числом бензина.

Эффективная мощность изменяется с изменением угла опережения зажигания. Наивыгоднейшая величина этого угла зависит от числа оборотов коленчатого вала, нагрузки двигателя, сорта топлива и состава смеси.

Эффективная мощность тем больше, чем меньше потери на трение в двигателе и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя.

Литровой мощностью называют наибольшую эффективную мощность, получаемую с одного литра рабочего объема цилиндров двигателя.

Литровая мощность карбюраторных двигателей современных легковых автомобилей достигает 40—50 л. c. / л.

Одним из способов повышения, эффективной мощности двигателя без существенного увеличения его веса является наддув. Так, Ярославский моторный завод производит V-образные четырехтактные дизельные двигатели с турбонаддувом: 8-цилиндровые ЯМЗ-238Н (300—320 л. с.) и 12-цилиндровые ЯМЗ-240Н (500—520 л. с.).

Читайте также:  Мощность аккумулятор айфон 11 промакс

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

Источник

20 Мощность тепловозного дизеля

§ 8. Мощность тепловозного дизеля

Из школьного курса физики известно, что механической мощностью N. например, машины называют физическую величину, равную отношению механической работы Ам к промежутку времени t, в течение которого она совершена, т.е. N = Ам/t. Мощность обычно измеряют в ваттах (Вт). Как уже отмечалось ранее (см. § 2), эта единица измерения была названа в честь создателя первой в мире работоспособной паровой машины английского инженера Джеймса Уатта. В природе такая физическая величина как мощность отсутствует. Ее придумали люди, например, для сравнений и оценки возможностей животных или машин, выполняющих какую-либо работу.

Механической работой Ам в физике называют величину, равную произведению модуля вектора силы F и длины перемещения (пути) S, умноженному на косинус угла между этими направлениями. Сразу же оговоримся, что применительно к рабочим процессам, протекающим в цилиндрах дизелей, направления действия силы газов на поршень и его перемещения совпадают, соответственно, величина , а такого угла, как известно, равняется 1. Следовательно, механическую работу Ам можно определить из выражения Ам = F∙S, а механическую мощность — по формуле N = F∙S/t. Итак, для определения мощности тепловозного дизеля нужно, как минимум, установить величины F, S и t. Перейдем к реальным рабочим процессам, протекающим в тепловозных дизелях.

При политропном расширении газов, например, во время третьего такта в четырехтактном дизеле, под их давлением Р поршень (рис. 17) перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Давление газов Р не является векторной величиной, т.е. силой, так как равномерно действует на всю поверхность днища поршня площадью . Для определения силы давления газов F в одном цилиндре дизеля достаточно перемножить величины Р и . Механическая работа Ам, совершаемая в одном цилиндре диаметром D за один ход поршня, определяется как произведение силы давления газов на пройденный поршнем путь, т.е. расстояние между мертвыми точками S (ход поршня).

Описание: File0128

Рис. 17. Схема цилиндра дизеля:

S – ход поршня; ne – частота вращения вала; P – давление газов

Как уже отмечалось, механической мощностью N называют скорость совершения механической работы Ам. Применительно к тепловозному дизелю эта скорость, в первую очередь, зависит от числа тактов (т.е. числа ходов поршня) за единицу времени (в секунду, так как Вт = Н∙м/с). За каждый оборот коленчатого вала поршень в цилиндре совершает два хода от одной мертвой точки до другой. Следовательно, при прочих равных условиях скорость совершения механической работы в цилиндре дизеля напрямую связана с частотой вращения вала дизеля nе. Число ходов поршня в цилиндре дизеля за 1 мин будет определяться величиной 2nе, а за 1 с — 2nе/60.

Итак, мощность одного цилиндра двигателя при условии, что его коленчатый вал вращается с постоянной частотой nе = const, может быть определена по следующей формуле:

, Вт, (1)

где 2nе/60 — число ходов поршня за 1 с.

Описание: File0129

Рис. 18. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля:

Рi — индикаторное давление; Ре — эффективное давление; Рz — давление газов; Ро — атмосферное давление; Рм — давление газов на преодоление механических потерь в дизеле; f — площадь индикаторной диаграммы; S — ход поршня

Читайте также:  Как определить проектную мощность здания школы

Вспомним, что в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) из четырех ходов поршня, необходимых для осуществления рабочего цикла, только один (третий) является рабочим. В двухтактном из двух ходов поршня лишь во втором газами совершается механическая работа. Влияние тактности на мощность обычно учитывают с помощью коэффициента : для четырехтактных дизелей принимают , двухтактных . Также несложно учесть влияние на мощность дизеля изменение числа его цилиндров z. С учетом величин и z формула (1) примет вид:

, Вт (2)

Несколько сложнее обстоит дело с оценкой влияния на мощность дизеля давления газов Р. Обратимся к индикаторной диаграмме (Р-V-диаграмме), например, четырехтактного дизеля, изображенной на рис. 18 штриховыми линиями. Третий (рабочий) такт — расширение газов, происходит по линии 3—3’—3″—4. Давление газов Р плавно меняется по политропическому закону (линия 3″—4) с Рz до атмосферного Р, т.е. уменьшается примерно в 100 — 140 раз. Как же при расчете мощности дизеля учесть переменную величину давления газов Р за третий такт? Данную задачу, разумеется, можно решить путем интегрирования dР/dV, но это сделает формулу по определению мощности малопригодной для практического использования.

Как мы уже знаем, механическая работа определяется как произведение силы и величины перемещения (пути). Площадь f индикаторной диаграммы, очерченная линией 2—3—4

(см. рис. 18), эквивалентна полезной механической работе газов, которую они совершают за цикл. Если измерить площадь f Р-V-диаграммы специальным прибором, например, планиметром, то среднее давление газов за цикл можно определить, разделив величину f на перемещение поршня S, с учетом масштаба индикаторной диаграммы. Такое давление называют индикаторным (внутрицилиндровым):

где m — масштаб давлений Р-V-диаграммы, мм/Па.

Следует отметить, что измерять прибором величину f во многих случаях бывает неудобно. Поэтому специалисты в области дизелестроения предложили для практического использования условный параметр — среднее индикаторное давление Рi,. Величиной Рi называют условное постоянное в течение хода поршня давление в цилиндре, равное высоте (в соответствующем масштабе) прямоугольника (см. рис. 18), основанием которого является величина хода поршня S, а площадь равна площади ( реальной индикаторной диаграммы, очерченной линией 2—3—4.

В соответствии с формулой (2) индикаторная (внутрицилиндровая) мощность тепловозного дизеля Ni, будет равна:

, кВт, (4)

где 1/10 3 — коэффициент размерности, с помощью которого Вт переводятся в кВт.

Однако полезная (или эффективная) мощность Nе дизеля, измеряемая на коленчатом вале и идущая на привод потребителей механической энергии, всегда будет меньше индикаторной мощности Nе 3 ), то формулу (6) можно заметно упростить:

, кВт, (8)

где 100/3 — коэффициент, зависящий от единиц измерения; Ре — эффективное давление. МПа; Vh — рабочий объем цилиндра тепловозного дизеля, м 3 ; nе — частота вращения вала дизеля, об/мин; z — число цилиндров; — тактность дизеля.

Эффективная мощность является основной характеристикой дизеля, так как для потребителя (эксплуатационника) наиболее важна, прежде всего, выходная мощность двигателя, которую можно использовать для выполнения определенной работы.

Необходимо также отметить, что одним из основных направлений развития отечественного и зарубежного дизелестроения является увеличение агрегатной эффективной мощности тепловозных дизелей. Остановимся на этом более подробно.

Параметры основных типов дизелей магистральных тепловозов

Источник

Adblock
detector