книги из ГПНТБ / Ченцов В.Н. Тепломеханическое оборудование автономных источников электроснабжения конспект лекций

72

где

тепло,

соответствующее

введенному в

дизель

топливу

при его полном сгорании ( т . е . низшая теплотворность

топлива);

тепло,

превращенное в

полезную работу;

тепло,

соответствующее

несгоревшему

топливу;

тепло,

содержащееся в

отработавших продуктах

с г о ­

рания;

тепло,

отданное стенкам цилиндров;

тепло, эквивалентное механическим потерям.

Механические

потери полностью переходят в тепло QT

. Тепло

^лт?и

@тр

в

основном

передается охлаждающей

жидкости.

Часть

тепла

Q.cm

+ йГр

передается в масло и часть передается

в

окружающую

среду.

Тепло

& м , уносимое из двигателя с

маслом,

и тепло Q.s

,

уносимое

охлаждающей жидкостью,

являются

р а с ­

четными для проектирования элементов систем охлаждения

и

смаз ­

ки дизеля .

К

M

к

as=f5-re%

73

Существенным

резервом повышения

экономичности

дизеля

я в ­

ляется использование энергии продуктов сгорания

в турбинах,

устанавливаемых

на

дизелях ( с м . р и с . І

и §

17) .

Капитальные

исследования вопросов теплообмена

дизелей

со

средой и уравнений

теплопередачи проведены проф.Н.Р.Бризшнгом.

§

8.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЕЙ

Понятие

о характеристиках

дизеля

динамических

процессов:

-

увеличивается температура цилиндров вследствие увеличе­

ния частоты

циклов;

-

сокращается время смесеобразования и сгорания топлива;

-

уменьшается

наполнение

цилиндров воздухом

вследствие

у в е ­

личения сопротивлений всасывания

и температуры

цилиндров;

- увеличивается интенсивность организованных вихрей в ци­

линдре ;

-

возрастает

давление впрыска

топлива;

-

существенно

возрастают

потери на трение и

насосные

п о ­

данной фиксированной

нагрузке .

Нагрузка на дизель при фиксированном скоростном

режиме

определяется крутящим моментом потребителя

мощности,

переда­

ваемым на коленчатый

в а л . Развиваемый дизелем

крутящий момент

определяется средним

эффективным

давлением

ре

на

поршни

ди ­

з е л я . Давление ре определяется

в основном

дозой

впрыскиваемого

топлива. Увеличение

нагрузки на

дизель при

фиксированном

ско ­

-

увеличивается термическая и механическая напряженность

работы

дизеля;

-

уменьшается наполнение цилиндров

воздухом

вследствие у в е ­

личения температуры

цилиндров;

-

увеличивается

доза впрыскиваемого

топлива

за счет увели -

74

чения

продолжительности

впрыска,

следовательно, существенно

изменяется коэффициент

избытка воздуха о і ;

-

уменьшается доля

индикаторной мощности, затрачиваемая

телем

на специально оборудованных

стендах .

В процессе испыта­

ний замеряются

следующие

параметры:

-

часовой

расход

топлива

Сч

и

расход

масла

с

помощью

взвешивания расходных

баков;

-

эффективный

крутящий момент

M

с

помощью

гидравличе­

ского

или электрического

тормоза;

-

обороты

п

коленчатого

вала

в

минуту;

- иногда снимается индикаторная диаграмма действительного

цикла;

-

температура и расход охлаждающей воды

и масла,

п о з в о ­

ляющие

проконтролировать

тепловой

баланс

дизеля;

75

- тѳипература, давление и расход

газов на

входе в дизель

и на выходе из него и т . д .

Указанные параметры снимаются на

различных

нагрузках и

вычисляется как произведение эффективного крутящего

момента

на

скорость вращения

коленчатого

в а л а .

уу =М

tt)= —

= —-— л с

^ 1 '

Ѵ е

* Ш

60-75

716,1

В формулу

момент

М£

подставляют в

килограммометрах, а

обороты

п -

в оборотах

в

минуту.

I

Механический к . п . д .

вычисляется

по формуле

( 3 7 ) .

Удельный

эффективный

расход

топлива

вычисляется по

формуле

=

А

&

/ѵ е

'

где

' 0Ч

- часовой

расход

топлива

дизелем в

граммах.

Эффективный к . п . д . вычисляется

по формуле

(38) .

Нагрузочные

характеристики

дизелей

Нагрузочными характеристиками

дизеля

называются

графи­

ческие изображения изменения индикаторной мощности

N-

часо ­

вого

ß v

и

удельного

£ е

расхода

топлива, а

также

механиче­

ского

т^м и

эффективного

rjs

к . п . д .

в

зависимости

от

эффек­

тивной

мощности дизеля

/V

при

фиксированном скоростном

режиме. Нагрузочные

характеристики

дизеля

представлены

на

р и с . 1 7 .

Особенностью

дизеля

является

практическое постоянство

механических

и насосных потерь при

изменениях

нагрузки

на ди­

з е л ь ,

но

при

фиксированном

скоростном

режиме.

Опыты

показали

улучшением технико-экономических показателей

(механического

к . п . д .

и

удельного расхода топлива

де

) ,

но

не

беспре ­

дельно .

Увеличение

эффективной нагрузки

Ng

,

как

было

указано

выше,

сопровождается увеличением впрыскиваемой

дозы

топлива

з а счет увеличения

продолжительности

впрыска. Вследствие умень­

шения

коэффициента

избытка воздуха оі

(заряд

воздуха

умень­

зеля,

а доза

топлива

возрастает)

и увеличения продолжитель­

ности

впрыска

условия сгорания

топлива

ухудшаются.

В

определенный

момент

увеличения

нагрузки

топливо начинает

ние расхода топлива, т . е .

увеличение эффективной мощности

Ng.

Из характеристик следует, что номинальной является эффек­

тивная

мощность NeH0M

, при которой расход

топлива р е

близок

к минимальному,

а

эффективный к . п . д . в

соответствии

с

формулой (38) близок к максимальному.

Дизель должен иметь

запас мощности до величины Мемакс

,

ной мощности сопровождается сильным

перегревом

дизеля,

интен­

сивным смолообразованием вследствие

неполного

сгорания

топли­

в а , ухудшением условий смазки и сгорания масла. Указанные я в ­

По ГОСТу 491-55

^ е

м а к е = 1

, 1 Л / е н а м

.

Из нагрузочных

х а ­

рактеристик следует,

что

работа

дизеля

на

режимах малых

на ­

удельных

расходов топлива

де

и

низких

значений эффективного

к . п . д . 7г *

На график нагрузочных характеристик могли быть нанесены

графики

эффективного к . п . д .

r } g

и

график

крутящего

момента

нагрузки

М е

. Эффективный

к . п . д .

Г]г

в

соответствии

с

формулой

(38)

близок к максимальному

на

режиме мощности NgMM .

Крутящий

момент нагрузки

изменяется

пропорционально

эффектив-

Скоростные характеристики

дизелей

Скоростными характеристиками дизеля называются графические

изображения

изменения

эффективной

мощности

Ng

, эффективного

крутящего момента

Mg

, часового

G4

и

эффективного

расхода

топлива

О

в зависимости от скорости вращения коленчатого

вала

дизеля

при неизменном положении органов управления пода­

чей

топлива

в дизель . Скоростные характеристики

снимаются на

стенде

испытания

дизелей путем изменения

эффективного

крутя ­

дать положительным

фактором устойчивости. Понятие о факторе

устойчивости

будет

рассмотрено в §

14.

Скоростные

характери ­

стики дизеля

представлены на р и с . 1

8 , В

качестве исходного

при­

нят скоростной режим, характеризующийся

высокими

оборотами

п^.

одоление

этих

потерь, поэтому эффективная мощность не мак­

симальна. Из-за

повышенной температуры цилиндров (по причине

высокой

частоты

рабочих цикловj, а также

и з - з а большого р а з ­

режения

всасывания наполнение цилиндров

воздухом мало, топливо

79

сгорает не

в

лучших

условиях, по этой причине и

и з - з а больших

механических

потерь

удельный эффективный

расход

топлива

де

достаточно

высок.

Уменьшение оборотов коленчатого

вала

до величины / ^ в с л е д ­

ствие увеличения крутящего момента

Mе

нагрузки

приводит

к

крутящего

момента

M g

приводит к уменьшению

оборотов до

в е ­

личины

nz

, соответствующих

минимальному удельному расходу

топлива

Çg . Этот скоростной

режим характеризуется

наиболее

благоприятными условиями

смесеобразования

и сгорания. Мощность

Ne существенно

снижается за

счет уменьшения оборотов колен­

чатого

вала от величины

п3

до

величины

пг

, несмотря

на

некоторое

увеличение

крутящего

момента.

Скоростной режим,

соответствующий

/7,об/мин,

характери­

зуется

максимальным крутящим

моментом

М е

м а н с .

Дальнейшее

т о р ­

становится впрыск, уменьшается доза топлива,

слишком

понижает­

ся температура

в конце сжатия, уменьшаются организованные

вих­

ри . Указанные причины приводят к снижению крутящего момента

дизеля,

он

может заглохнуть,

т . е . скоростные

режимы

на

оборо­

т а х , меньших

nt

,

являются

неустойчивыми.

Скоростные

характеристики, снятые при полной подаче

топли­

в а ,

называются

внешними. Если

органы топливоподачи

обеспечи­

вают частичные дозы топлива, то и скоростные

характеристики

называются

частичными.

Максимальные обороты дизеля также ограничиваются пределом

дымности

(при

очень

высоких оборотах топливо

не успевает

с г о ­

р а т ь ) . Внешние

характеристики

ограничиваются

пределом

дымности

при

меньших

оборотах, чем

частичные.

Экономические

характеристки

дизелей

Экономичность дизеля в основном определяется удельным эф ­

фективным расходом

топлиза

де . Поэтому

экономическими

харак ­

теристиками

называют

графические

изображения

зависимости

р а с ­

хода

топлива

Çe

от

эффективной

мощности Ne

и скорости

п

вращения

коленчатого

вала

дизеля .

Из графиков

расхода

д

на