4.Основные показатели работы двс.

Работу ДВС можно характеризовать многими показателями. Следует прежде всего кратко остановиться на важнейших па­раметрах рабочего процесса двигателей.

Давление в начале сжатия зависит от степени наддува. В четырехтактных двигателях, работающих без наддува, оно равно всего 0,085—0,09 МПа, а в двухтактных - 0,106—0,125 МПа.

В четырех- и двухтактных двигателях с наддувом абсолютное давление вначале сжатия достигает 0,25 МПа и выше. Температура рабочего тела в начале сжатия лежит в пределах 320—390 К.

Сжатие рассматривается как политропный процесс, протекающий со средним значением показателя по­литропы Степень сжатия лежит чаще всего в пределах 11—13, но в отдельных типах двига­телей достигает 15—16. Давление в конце сжатия, как уже отмечалось, может достигать МПа. Температура рабочего тела в конце процесса сжатия топлива, по условиям надежного самовоспламенения топлива, должна быть не ниже 760—800 К. Процесс сгорания

сопровождается значительным ростом давления и температуры в цилиндре. Так, величина максимального давления может достигать , а температура в конце сгорания составляет 1,8—2 тыс. К.

В теоретическом цикле принимается, что процесс сгорания происходит частично при постоянном объеме, а частично-при постоянном давлении. В действительности же в цилиндре происходят сложные термодинамические, в том числе физические и химические, процессы сгорания топлива, протекающие во Рис. 30. График изменения

времени и связанные с явлениями давления в цилиндре при

теплообмена. сгорании топлива

На рис. 30 показана развернутая диаграмма изменения давления в цилиндре по оси абсцисс указаны градусы угла поворота мотыля до в. м. т. и после нее.

Если, рассматривать давление как функцию угла поворота мотыля, то процесс самовоспламенения и сгорания топлива можно разделить на 4 фазы. Первая фаза охватывает период от момента начала фактического поступления топлива в цилиндр (точка 1) до момента начала резкого нарастания давления (точ­ка 2). Точка 2 соответствует отрыву линии давления 1—2—3 от линии сжатия 1—2—6. Первая фаза - это время задержки самовоспламенения, в течение которого происходят физико-химические процессы подготовки топлива к самовоспламенению и сго­ранию и отсутствует видимое нарастание давления. Продолжительность периода составляет 0,001—0,005 с. За это время в цилиндре накапливается от 15-30 (для тихоходных дизелей) до 100% (для быстроходных дизелей) подаваемого в цилиндр топлива. Важно, чтобы первая фаза занимала как можно меньше времени. Первая фаза соответствует углу 1 поворота мотыля.

Вторая фаза характеризует период резкого нарастания давления (линия 2—3). В это время происходят воспламенение и сгорание части впрыснутого топлива при положении поршня около в. м. т., когда он имеет малую скорость. Процесс сгорания во второй фазе носит, неуправляемый характер. Продолжительность процесса увеличивается при большом периоде задержки самовоспламенения. В этом случае наблюдается «жесткая» работа двигателя, характеризующаяся высоким давлением сгорания, стуком, быстрым износом подшипников и другими нежелательными явлениями: Жесткость работы двигателя определяется величиной ᴧр/ᴧφ; желательно, чтобы она не превышала 0,35 МПа/град. Поэтому очень важно иметь наименьшую величину периода задержки самовоспламенения, зависящую от качества топлива. За период второй фазы мотыль поворачивается на угол ІІ.

Третья фаза соответствует периоду, в течение которого топливо, впрыснутое в цилиндр, воспламеняется немедленно по выходе из форсунки вследствие высокой температуры в камере сгорания. Давление в цилиндре в это время (линия 3—4) чаще всего немного возрастает или остается постоянным. Изменение давления в третьей фазе зависит от характера подачи топлива в цилиндр и носит поэтому управляемый характер,. При нормальных условиях в это время сгорает до 60% всего топлива. Чем больше топлива сгорает в третьей фазе, тем совершеннее процесс сгорания. Продолжительность третьей фазы характеризуется углом /// поворота мотыля.

Четвертая фаза характеризуется догоранием топлива в период расширения (линия 4—5). Период догорания короче у тихоходных двигателей и длительнее - у быстроходных. Догорание по линии расширения приводит к повышению температуры отработавших газов и увеличению потери теплоты с охлаждающей водой. В течение четвертой фазы мотыль поворачивается на угол IV.

Расширение рассматривается как политропный процесс, протекающий со средним значением показателя политропы 1,2-1,3. Давление газов в конце расширени составляет 0,3-0,5МПа_, а температура 900—1100 К.

Отвод теплоты в теоретическом цикле предполагается по изохоре. В действительности он связан с процессом выпуска, а у двухтактных двигателей -также с процессом продувки. Температура отработавших газов при выходе из цилиндра у четырехтактных дизелей достигает 773—823 К, а у двухтактных - 673—723 К. Меньшие значения температур газов у двухтактных двигателей объясняется смешением газов с продувочным воздухом.

Важным показателем работы двигателя является его мощность. Мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя, называется индикаторной и обозначаетсяN_i (измеряется в кило­ваттах).

Индикаторную мощность определяют на основании индикаторной диаграммы, площадь которой изображает в некотором масштабе работу газов в цилиндре за один рабочий цикл. Если площадь индикаторной диаграммы заменить равновеликим ей прямоугольником, основание которого равно длине диаграммы, то высота последнего представит собой среднее давление газов на поршень, называемое средним индикаторным (обозначается p_i и выражается в мегапаскалях).

Для вычисления индикаторной мощности двигателя примем следующие обозначения: D - диаметр цилиндра, см; S - ход поршня, м; i - число цилиндров; п - частота вращения вала, об/мин. Работа представляет собой произведение силы на путь, а мощность - работу в единицу времени. В таком случае индикаторная мощность двухтактного двигателя простого действия будет равна (в единицах системы СИ)

Индикаторная мощность четырехтактного двигателя в 2 раза меньше. Это дает возможность написать общую формулу индикаторной мощности ДВС (1)

где z - коэффициент тактности (частота вращения, при которой совершается один рабочий ход поршня); z = 2 (для четырехтактного двигателя) и z = 1 (для двухтактного).

В современных четырехтактных дизелях, работающих с наддувом, среднее индикаторное давление достигает 2,5 МПа.

При работе без наддува оно не превышает 0,75 МПа. Современные двухтактные дизели обеспечивают среднее индикаторное давление 1—1,2 МПа и более.

Эффективная мощность двигателя равна индикаторной за вычетом мощности, расходуемой на преодоление механических потерь в двигателе и на привод вспомогательных механизмов, навешенных на двигатель. Если обозначить через мощность,. расходуемую на преодоление механических потерь и привод механизмов, то эффективная мощность будет

Потерянная мощность может быть отнесена к площади поршня в виде поправки к среднему индикаторному давлению. В этом случае получается среднее эффективное давление

где р_п — среднее давление от механических потерь и привода вспомогательных механизмов, отнесенное к 1 см² площади поршня.

Механический к. п. д. двигателя

Эффективная мощность двигателя может быть выражена по аналогии с формулой (1)

(2)

Из сравнения формул (1) и (2) получается, что

Вопросы для самоконтроля:

1.Строение, основные узлы и агрегаты, принцип действия ДВС.

2.Классификация ДВС по различным признакам.

3.Понятие о наддуве.

4. Система маркировки двигателей по ДСТУ.

5.Теоретическая индикаторная диаграмма 4-х 2-х тактного ДВС.

6. Основные обозначения и мертвые точки.

7. Главные параметры работы ДВС.

8.Граничные показатели температуры и давления, степень сжатия.

9.Развёрнутая диаграма изменения давления в цилиндрах.

10. Фазы работы ДВС.

11. Мощностьь ДВС и её расчёт.

Литература

1Артемов Г.А., Волошин В.П. и др. Судовые энергетические установки. – Л.:Судостроение, 1987.-480 с.

2Акимов П.П. Судовые автоматизированные энергетические установки.-М.: Транспорт, 1980.-352с.

3КамкинС.В., Возницкий И.В., Шмелёв В.П. Эксплуатация судовых дизелей.-М.: Транспорт, 1990.-344с.

4Гаврилов В.С., Камкин С.В., Шмелёв В.П. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок.-М.: Транспорт, 1985.-288с.

Лекция №.7

Тема: Дизельные установки

Цель: изучить распределение потерь и экономичность ДВС, характеристики разных типов наддува, схему утилизационной установки с турбогенератором