Мощность и экономичность дизеля

/ Литература / Тепловозы: Основы теории и конструкция / Мощность и экономичность дизеля

За один цикл в цилиндре совершается полезная работа, соответствующая на индикаторной диаграмме (рис. 4.8) площади, ограниченной линиями сжатия, сгорания и рас-

Тепловозы- основы теории
Рис. 4.8. Определение характеристик цикла по индикаторной диаграмме ширения. Площадь же, ограниченная линиями впуска и выпуска, обычно из-за ее малой величины не учитывается. Площадь индикаторной диаграммы можно заменить равновеликим по площади прямоугольником 1-2-3-4 с тем же основанием. Тогда высота этого прямоугольника будет условным, постоянным в течение хода давлением. Его так и называют средним индикаторным давлением. Среднее индикаторное давление р, - это такое условное постоянное давление, которое, действуя на протяжении одного хода поршня, совершает работу, равную индикаторной работе 1_, за весь цикл.

Полезная работа газов в цилиндре, называемая индикаторной работой, за цикл будет равна Ь1=УнРы Дж. Так как р, = 1_,/\11„ Па, то, другими словами, р,- есть работа газов за цикл, отнесенная к единице рабочего объема цилиндра. Мощность 1V,-, развиваемая газами в цилиндрах двигателя, называется индикаторной. Если измерить ее в кВт, то р, V* пг А/,= , , (4.1)

30 103т v '

где р, - среднее индикаторное давление, Па; п - частота вращения, об/мин; Ун - рабочий объем, м3; т - тактность (число тактов за цикл) двигателя (для четырехтактного т = 4, для двухтактного т = 2); г - число цилиндров двигателя.

Индикаторная мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя, при передаче на коленчатый вал двигателя частично затрачивается на трение поршней в цилиндрах, трение в подшипниках и на работу топливных, масляных и водяных насосов, воздушного нагнетателя и других агрегатов и узлов, размещенных на двигателе, обслуживающих его и имеющих привод от его коленчатого вала.

Эти затраты работы называются механическими потерями Ь№ и соответствующая им мощность - мощностью механических потерь Л/„. Если представить работу потерь в виде 1-м = Улрм, то величину р„ можно назвать средним давлением механических потерь (см. рис. 4.8).

Мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, называется эффективной мощностью. Она равна Л/е = Лг,- - Л/„. При определении Л/е вводят понятие о среднем эффективном давлении ре.

Эффективная работа за цикл Ье = = 1; - и = (р1--рм)Уи = РеУи, откуда ре = р1 - рм.

Среднее эффективное давление представляет собой условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода поршня, совершает работу, равную эффективной работе за цикл. Иными словами, это эффективная работа за цикл, отнесенная к объему цилиндра (ре - Ье/\/н) ■ Среднее эффективное давление характеризует полезную работу двигателя с учетом не только тепловых потерь (они учитываются р,), но и механических.

Эффективная мощность Ые подсчи-тывается так же, как и индикаторная, но вместо среднего индикаторного давления р,- в формулу подставляется значение среднего эффективного давления ре.

Анализ формулы мощности двигателя (4.1) позволяет дать сравнительную оценку двух- и четырехтактных дизелей.

В двухтактном двигателе по сравнению с четырехтактным при одинаковых размерах цилиндров и равной скорости вращения за одно и то же время происходит вдвое больше рабочих циклов и теоретически может быть получена вдвое большая мощность. В действительности же из-за недоиспользования части хода поршня, занятой окнами, затрат мощности на продувку и несовершенство очистки цилиндра от газов мощность двухтактного цикла при одинаковых параметрах процесса превышает мощность четырехтактного не в 2, а примерно в 1,5-1,7 раза.

Наряду с повышенной мощностью двухтактные двигатели имеют большую равномерность вращения коленчатого вала и более простой газораспределительный механизм. Благодаря указанным преимуществам на тепловозах широко применяют двухтактные двигатели. Однако форсирование мощности при ограниченных габаритах легче осуществить в четырехтактном цикле из-за возможности использовать простую схему турбо-наддува и меньшей теплонапряжен-ности дизеля. У четырехтактных дизелей с наддувом удалось получить лучшие параметры теплового процесса и больший к.п.д., а значит, и меньший расход топлива, чем у двухтактных.

По этим причинам на современных и перспективных мощных тепловозах предусматривается использование четырехтактных дизелей.

Индикаторный, механический и эффективный к.п.д. Отношение количества теплоты, преобразованного в работу газов в цилиндре двигателя, к количеству теплоты, введенному в двигатель с топливом, называется индикаторным к.п.д. двигателя н,-.

Если на 1 кВт в 1 ч расходуется кг, топлива, а теплота сгорания топлива 0_п, кДж/кг, то количество теплоты, введенной в цилиндр в расчете на 1 кВт в 1 ч, равно giQн, кДж. Работа 1 кВт в 1 ч эквивалентна 3600 кДж. Тогда и,==,?600 . Зна-чения индикаторного к.п.д. дизелей находятся в пределах 0,44-0,50. Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим к.п.д.: г|м = Ые/'М. Для современных дизелей г)„ = 0,80-^-0,88. Механический к.п.д. обычно увеличивается с повышением нагрузки двигателя.

Отношение количества теплоты, эквивалентного эффективной работе дизеля, к количеству теплоты, подведенному с топливом, называется эффективным к.п.д. дизеля и обозначается У]/.

где - удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт-ч).

При оптимальной нагрузке дизеля ^ = 0,394-0,43.

Эффективный, индикаторный и механический к.п.д. связаны между собой: г|(.= Г1,Г|м.

Для оценки эффективности работы д.в.с. часто вместо к.п.д. двигателя используют величину удельного эффективного расхода топлива т. е. расхода топлива на единицу его полезной (эффективной) работы [в кг/(кВт-ч) или кг/(л.с.-ч)]. Удельный расход определяется экспериментально при испытаниях двигателя: измеряется общий расход топлива в дизелем за единицу времени (кг/ч) при работе с постоянной мощностью Ые (кВт). Тогда я<"=С/Лг<, [кг/(кВт>ч) или кг/(л.с.-ч)].

Современные тепловозные дизели на расчетных режимах имеют удельные расходы топлива ge на уровне 200-220 г/(кВт-ч) [150-160 г/(л.с.-ч.)].

⇐ | Рабочие циклы дизелей | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Тепловой баланс дизеля | ⇒