План лекции

1.Индикаторный, механический и эффективный КПД.

2.Смесеобразование и камеры сгорания.

3.Наддув

4.Утилизация тепловых потерь.

1.Индикаторный, механический и эффективный кпд.

Работа ДВС сопровождается потерями. В дизелях без наддува потери теплоты с отработавшими газами составляет 25— 30% теплоты, развивающейся при полном сгорании израсходованного топлива. В тех же двигателях потери теплоты с водой, охлаждающей втулки и крышки цилиндров, поршни и выпускные клапаны, колеблются в пределах 30—33%. В дизелях с наддувом потери с отработавшими газами больше, чем в двигателях без наддува, и могут достигать 35%, но потери с охлаждающей водой не превышают 25%.

Во всех двигателях возможны потери от неполноты сгорания топлива, однако они невелики (1—3%).

Механические потери достигают 10—12% теплоты, развивающейся при полном сгорании израсходованного топлива (с учетом затраты энергии на привод навешенных механизмов). Однако фактически почти вся теплота от работы трения уносится охлаждающей водой и входит в соответствующий член теплового баланса, поэтому при составлении теплового баланса механические потери получаются весьма малыми. Обычно эти потери, как и потери теплоты в окружающую среду вместе с потерями от неполноты сгорания, рассматриваются как остаточный член теплового баланса, равный 2—5%.

Наконец, важным показателем ДВС является его экономичность. При этом следует рассматривать в отдельности к. п. д. самого двигателя и дизельной энергетической установки.

Для определения к. п. д. двигателя обозначим: G - расход топлива на двигатель, кг/ч; - удельный расход топлива на 1 кВт-ч индикаторной мощности; - удельный расход топлива на 1 кВт-ч эффективной мощности.

Индикаторным к. п. д. ДВС называется отношение теплоты, превращенной в .индикаторную работу, к теплоте, получающейся при полном сгорании израсходованного топлива. При использовании единиц системы СИ этот коэффициент будет иметь вид

Если вместо расхода топлива принять удельный расход, то формула для индикаторного к. п. д. примет вид:

Индикаторный к. п. д., учитывающий действительный процесс, происходящий в цилиндре, меньше термического к. п. д. теоретического цикла. Для суждения о степени совершенства действительного процесса по сравнению с теоретическим служит относительный к. п. д., представляющий собой отношение индикаторного к, п. д. к термическому к. п. д. теоретического цикла. Этот коэффициент выражается формулой (3)

Для большинства ДВС относительный к. п. д. равен 0,7—0,85. На основании формулы (3) индикаторный к. п. д. может быть выражен формулой

Индикаторный к. п. д. не учитывает механических потерь и затрат энергии на привод механизмов, навешенных на двигатель; эти потери оцениваются механическим к. п. д., который равен от­ношению эффективной мощности двигателя к индикаторной,

Для большинства ДВС механический к. п. д. равен 0,8—0,86. При использовании газотурбинного наддува механический к.п.д. мощных двухтактных дизелей достигает 0,9—0,91.

При одинаковом числе навешенных механизмов механический к. п. д. быстроходных двигателей ниже, чем малооборотных, так как работа трения увеличивается с увеличением скорости поршня и частоты вращения.

Наконец, эффективным к. п. д. называется отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте, развивающейся при полном сгорании затраченного, топлива. В системе СИ' он выражается формулой

При учете удельного расхода топлива эти формулы могут быть написаны в следующем виде:

₍₄₎

Таблица 3

Численные значения эффективного к. п. д, современных дизелей, а также удельного эффективного расхода топлива приведены в табл. 3.

Данные табл. 3 относятся к двигателям серийной постройки. В опытных образцах дизелей с высокой степенью наддува был достигнут эффективный к. п. д., равный 45%.

При оценке к. п. д. установок с главными среднеоборотными двигателями (400—500 об/мин) следует учесть, что такие двигатели работают на гребной винт через редуктор с передаточным отношением 3:1—6:1. К. п. д. редуктора составляет 0,95—0,97.

К. п. д. всей дизельной установки должен учитывать расходы топлива на главный двигатель, вспомогательные двигатели и вспомогательный паровой котел, а также полезные расходы электроэнергии и тепловой энергии, как это делалось при оценке экономичности паротурбинных установок. Если отмеченные расходы топлива обозначать через то общий расход топлива в установке будет равен: Низшую теплоту сгорания всех видов топлива, используемых в установке, можно считать практически одинаковой. Если, электроэнергию обозначить W, кВт, а полезную теплоту Q, Дж/ч, то к. п. д. дизельной установки выражается формулой

Если для упрощения не учитывать величину W, то к. п. д. установки может быть определён по формуле (4), в которой вместо удельного расхода топлива g_e на главный двигатель подставляется величина

g=G_уст./N_e кг/кВт -ч, т. е. полный удельный расход топлива, но отнесенный к мощности лишь главного двигателя.

При обеспечении утилизационным котлом всех потребностей судна в паре на ходовом режиме G_ycT = G_г._д+Gв.д. Если утилизационный котел обеспечивает паром не только потребителей тепловой энергии, но и турбогенератор, удовлетворяющий все потребности судна в электроэнергии, то G_ycT ⁼ G_T,_R, т. е. расход топлива сводится к расходу на главный двигатель.

Коэффициент использования теплоты в установке выражается формулой

При высокой степени утилизации теплоты отработавших газов и охлаждающей коэффициент использования теплоты в мощных со­временных дизельных установках может достигать 50%. Столь высокая экономичность не может быть достигнута в других типах теплоэнергетических установок.