книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие
.pdf- |
с |
выпуском |
через |
клапаны..................... 0,96*0,98; |
|||
- |
с |
выпуском |
через |
о к н а ............ . . . . . |
,1 . |
||
Выше |
отмечалось, что |
для двухтактных дизелей получен |
|||||
ная расчетом |
по формуле |
(81) |
величина р'. |
отнесена к по |
|||
лезной |
части |
рабочего объема, |
т .е . к |
, Общепринято |
|||
под средним индикаторным давлением действительного цикла
р> |
понимать удельную работу, |
отнесенную ко всему рабо |
|
чему |
объему |
. |
|
Тогда среднее индикаторное давление двухтактного ди |
|||
зеля, |
отнесенное ко всему рабочему объему, может быть най |
||
дено |
по формуле |
|
|
|
|
h = Р - Ф ( * |
~Уп) • |
Значения среднего индикаторного давления выполненных дизелей в зависимости от степени форсировки находятся в
пределах: |
|
73,6-10** -f |
- для четырехтактных . . . |
7,5*25 кг/смгили |
|
* 2^5-10м н /м .г , |
|
39,2-10** |
- для двухтактных . . . . . . |
4*16 кг/см2 или |
|
т157-10н и /м х . |
|
|
Меньшие значения р. |
двухтактных дизелей в сравнении |
|
счетырехтактными объясняются двумя причинами:
1)трудностью форсировки двухтактных двигателей вследствие более тяжелых температурных условий работы порш невой группы из-за отсутствия специальных насосных ходов, способствующих охлаждению поршня;
2)использованием части рабочего объема цилиндра
под продувочные окна, вследствие чего рабочий ход завер шается до прихода поршня в НМТ.
Совпадение расчетного значения среднего индикаторного давления с действительным целиком определяется правиль
ностью выбора исходных величин |
и коэффициентов, особенно |
|||
показателей политроп сжатия |
n t |
и расширения |
п 2 . |
|
Завышение n t и и 2 приводит |
к уменьшению |
UL |
и р[ , |
|
выбор заниженных гц и н 2 - |
к получению нереально |
больших |
||
ПС
V АС3
V
Рис. 28.
К выбору коэф
фициента полноты диаграммы двух
тактного дизеля.
п - С t : О Я и О Т О Ч
НО .. lanaHHoS;
о - • голевой схемой газообмена.
Уж»
т
'I I I
b'i и p • . Ошибка в определении среднего индикаторного дав ления существенно влияет на точность расчета всех осталь ных индикаторных и эффективных показателей.
Индикаторная мощность
Индикаторной мощностью называется секундная работа газа во всех цилиндрах дизеля.
Если мощность измеряется в лошадиных силах, то рас четное соотношение мохет быть записано на основании сле дующих рассуждений:
- работа газа в одном цилиндре за один цикл с уче том формулы (75)
|
|
|
|
L* |
* |
PH0*Vk к Гм |
; |
|
|||
|
- |
работа |
газа |
в |
z |
цилиндрах |
за |
один оборот |
вала |
||
|
|
|
|
l ] “ °* = P lW'Vh ZK , |
|
|
|||||
где |
я |
- число тактности, т .е . количество рабочих |
ходов |
||||||||
за I |
оборот |
вала дизеля; |
|
|
|
|
|||||
|
я |
« 0 ,5 - |
для |
четырехтактных, |
|
|
|
||||
|
я |
- I |
- |
для |
двухтактных; |
|
|
|
|||
|
- |
работа |
газа |
во всех z |
цилиндрах в секунду |
|
|||||
|
|
|
|
Lz.ce‘ = P ; i 0 4 z * |
п Я6 |
|
|
||||
|
|
|
|
60 |
|
|
|||||
|
- секундная работа в лошадиных силах |
|
|||||||||
|
и |
_ % n At Z K |
|
.. Vh Пдв z к |
|
(35) |
|||||
|
|
|
0,46 |
|
: |
|
0,45 |
л -с- ’ |
|
||
где |
VH |
- |
в м3, |
р; |
- |
в кГ/см2. |
|
|
|
||
|
В системе СМ мощ ност ь |
изм еряет ся е в а т т а х |
|||||||||
{джоуль/секунда). Так как 1 кГм. = 9,8дж , то i л . с. |
= |
||||||||||
х75яГм/сек=7&'9,8=* 0,736к е т . давление измеряет ся вн /м г
и л и барах: {5ар~105 и /м г. Тогда 1 кГ/смг=9,& -iO4 н/м 2=
*0,98 бар.
Формула (85) в системе СИ и/иеет вид
»/ *
N;^
если
\ - в м 3,
и ли
Vh Пдв z к |
р. |
* |
К67П , |
(Я 5*) |
|
= — |
* --------- |
|
|||
0,6
Pi - е Бар,
. = Vk n „ z x |
, еа т т |
|
1 |
60 |
1 |
если
р . - В n /jL L Z .
Индикаторный коэффициент полезного действия и удельный индикаторный расход топлива
Индикаторным к. п. д. называется отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе (т. е. работе газа в цилиндре дизеля), к низшей расчетной теплоте сгорания топ лива, затраченного на выполнение этой работы,
|
|
|
П: |
A ll |
|
члс |
. г кг топа |
|
(8 6 ) |
|
|
|
|
и : |
A li |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
н« |
С |
Н и |
|
|
|
Здесь |
г ч а с |
т кг т опл |
|
|
|
|
|
|
||
т ц |
|
|
|
|
выпол |
|||||
L. , |
L i |
, |
Ll |
- индикаторная работа в кГм, |
||||||
ненная |
в цилиндре |
за цикл, в двигателе |
за час или |
на |
I кг |
|||||
израсходованного топлива; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Gr |
, 0 Г |
- расход |
топлива |
в цилиндре |
на |
цикл |
||
и на весь двигатель за час. |
|
|
|
|
|
|
||||
Ъ системе CU: Li в дж , |
Ни в дж/кг. Очевидно, что |
|||||||||
переводной коэффициент А - |
|
ккал/кГм в этом случае |
||||||||
отсутствует .
Таким образом, индикаторный к. п. д. характеризует степень использования теплоты топлива, введенного в ци-
лжндр дизеля, или долю низие1 расчетной теплотворной спо собности топлива, преобразованной в индикаторную работу.
Индикаторный к. п. д. учитывает все тепловые потери за весь цикл:
X) потери теплоты с выпускными газами, покидающими цилиндр;
2)теплообмен с внеиней средой;
3)неполноту сгорания топлива к концу хода расши
рения.
Следует обратить внимание на то, что коэффициент ис пользования теплоты (§ 12) также учитывает тепловые поте
ри. |
Однако |
4 г |
учитывает |
потери |
только за период сгорания, |
||||||
в то |
время |
как |
riL |
- за |
весь |
цикл. |
Кроме того, |
и сам со |
|||
став потерь в этих двух случаях несколько различается. |
|||||||||||
|
Выведем формулу для |
расчета |
|
по ухе известным па |
|||||||
раметрам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ранее |
в формулах (86) и (75) |
было показано, |
что |
|
||||||
|
* |
A L ? |
|
l l |
P ilO 'V b |
, |
|
|
|||
|
4i |
HUG? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
откуда |
|
|
|
А Уь |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
4i |
iO" |
|
|
|
(87) |
||
|
|
|
|
' hu g? |
A |
|
|
|
|||
|
Величину рабочего объема можно выразить из уравнения |
||||||||||
состояния |
для количества молей |
воздуха |
Мкц , |
которое мог |
|||||||
ло бы разместиться |
в объеме VH |
при условии, |
если |
давле |
|||||||
ние и температура в цилиндре будут |
такие же, как на |
вхо |
|||||||||
де в цилиндр, |
т .е . |
ркц и Т*ц , |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Р,Ц1 0 Ч Я = Ш М )1ЧТЖ1< , |
|
|
|
|||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
<«*) |
Если теперь обратиться к исходному соотношению для коэффициента наполнения (13), то можно записать
к |
нЧ |
1 |
(89) |
|
*ч |
||||
« |
|
в цилиндре. |
||
где М« - действительное количество воздуха |
||||
Подставляя равенства (88) и (89) в уравнение (87), |
||||
получаем |
|
|
|
|
& Ч & |
М* Т |
|
|
|
|
1*ч |
(90) |
||
U2.1 |
GT РхцЧл Ни Р; |
|||
|
||||
К
Если учесть, что -^-=оС 10, т .е . соответствует коли честву воздуха, размещаемого в цилиндрах на каждый кило грамм израсходованного топлива, то окончательно получим
Чь = |
ОС l c |
Т;к ц |
(91) |
|
Н-и-Цн рхц |
||||
|
|
|||
То же уравнение в системе СИ |
|
|||
|
|
т; |
(91*) |
|
|
|
-4Й-Р. |
||
|
п*Чя |
о* г * |
|
|
|
гхц |
|
||
Необходимо подчеркнуть, |
что уравнение (91) нельзя под |
|||
вергать формальному анализу, |
так как это приведет к совер |
|||
шенно неправильным |
выводам. |
Например, на первый взгляд |
||
может показаться, |
что увеличение |
должно вызвать умень |
||
шение rii • Абсурдность такого заключения станет очевидной, если вновь проследить ход вывода уравнения и установить, что пропорционально увеличится и заряд воздуха в ци линдре дизеля, а следовательно, и коэффициент избытка воз духа оС .
Главный вывод, который может быть сделан на основании анализа уравнения (91) сводится к утверждению, что увели
чение Pi |
исключительно за счет совершенствования цикла, |
||
т. е. при |
неизменных прочих |
величинах, |
входящих в это ра |
венство, |
приведет к пропорциональному |
возрастанию q c . |
|
В заключение параграфа введем понятие удельного инди |
|||
каторного |
расхода топлива^ |
кг |
(92) |
|
|
||
|
Ni |
л .с .-ч а с |
|
|
|
||
115
Здесь G4TaC кг/час - часовой расход топлива на двигатель.
Так как в системе СУ Ni вт (кет), размерность удельного индикаторного расхода т оплива q* будет иной: кг/вт-ч и л и кг!квт-ч .
Если уравнение (.86; переписать в виде
4i = |
A LT 9 |
|
|
|
Ни Gl*c |
|
|
||
а затем заменить |
|
|
|
|
А 1 Т |
н а |
W i - 6 3 2 . 3 |
|
( 9 3 ) |
получим |
|
|
|
|
Vi • 632,3 |
|
6 3 2 , 3 |
632,3 |
(94) |
ч а с |
|
гЫс |
|
|
Hu С) |
|
Ни От |
Ни qt |
|
|
|
Hi |
|
|
В равенстве (93) коэффициент 632,3 ккал/л. с. носит название теплового эквивалента одной лошадиной силы в час.
Уравнение (94) устанавливает обратно пропорциональную зависимость между индикаторным к. п. д. и удельным инди каторным расходом топлива и при наличии одной из этих ве личин позволяет вычислить другую.
В |
сист еме СУ т епловой экви ва лен т / кет - ч |
|||
равен |
3600 кдэю /квт -ч |
и , |
т а к к а к Ни к д ж /к г = |
|
= Ии ккал /кг ■949 кдж /ккал, |
|
|
||
|
|
3600 |
(94*) |
|
|
4i |
я- |
н : |
|
|
|
|||
Удельный индикаторный расход топлива на номинальной мощности для выполненных двигателей различной конструкции, форсировки и быстроходности находится в пределах
g .-0 ,I6 0 |
f 0,130 |
кг/л. с. час. |
В сист еме СУ |
|
|
дг.*-У,36* qi кг/квт-час |
0,21В -f 0,177 кг/кет - час, |
|
что соответствует |
индикат орном у к . п . д . |
|
у. =0,39 -г |
0,09 . |
|
116
§20. Мощность и среднее давление механических потерь
Вэффективную (полезную) работу на валу дизеля преоб разуется только часть индикаторной работы, выполняемой га зами в цилиндре дизеля. Другая часть индикаторной работы расходуется на преодоление различных сопротивлений, кото рые принято называть механическими потерями, хотя это и
не совсем строго, так как |
часть этих |
сопротивлений являет |
ся результатом полезной работы, выполняемой агрегатами |
||
двигателя. |
|
|
В общем случае, если |
представить, |
что четырехтактный |
двигатель имеет кинематическую связь с турбиной и надду вочным компрессором (рис. 29), то работу (мощность, сред нее давление) механических потерь можно представить как алгебраическую сумму следующих составляющих:
|
^ м ^т р + ^ e c n .ju + Ьк~Lт L* |
|
|
|||
|
^тр+Мвсп.м'*' |
« г * | |
(95) |
|||
|
-Рм-* Рт„ + Рясп.м *Pjc~Pt ~ P hdc |
|
|
|||
|
|
Здесь 1/т„ |
, N ^ , p ' p - |
работа, |
||
|
|
мощность и среднее |
давление |
|||
|
|
трения в сочленяющихся подвиж |
||||
|
|
ных деталях дизеля; |
|
|||
|
|
Ьвсям1 Nвеп.м 1 Ptcn.M |
~ работа, |
|||
|
|
мощность и среднее давление, |
||||
Рис. 29. Схема кине |
затрачиваемые на привод навес |
|||||
матической связи поршне |
ных вспомогательных |
механизмов |
||||
вого двигателя с турбо |
||||||
компрессором. |
дизеля; |
|
|
|
||
X - |
компрессор, |
LK |
|
, р* |
" работа, |
|
Т - |
турбина. |
|
||||
мощность и среднее давление, |
||||||
|
|
|||||
затрачиваемые на привод компрессора, |
имеющего кинематичес |
|||||
кую связь с валом дизеля; |
|
|
|
|
||
Л 7
L T , NT , |
p r |
- работа, мощность м среднее |
давление, |
отдаваемые турбиной на вал дизеля; |
|
||
1-нж “• Чкх ■» Рнх |
~ Работа* мощность и среднее |
давление |
|
насосных ходов в четырехтактном дизеле. |
|
||
В случае, |
если |
LMX> 0 , эта работа отдается |
на вал, |
вследствие чего в равенстве минусовый знак.
Физическая сущность и геометрическая интерпретация
среднего давления механических потерь |
те |
же, что и у сред |
||
него индикаторного давления. Как и |
в упомянутом случае, |
|||
такого давления в действительности |
не |
существует, в |
этом |
|
его условность. Вместе с тем понятие |
рм |
не лишено |
смыс |
|
ла, так как может рассматриваться как |
удельная работа ме |
|||
ханических потерь, т .е . как работа, отнесенная к единице
объема |
Vk |
, |
„ |
|
|
• |
|
|
Здееь рм |
я . « * |
[ ^ |
] |
Ш |
|
|||
в кГ/см2. |
рм |
|
|
|
|
|||
|
В координатах p -V |
представляет собой ординату |
||||||
прямоугольника, площадь которого в маснтабе равна LM , а |
||||||||
основание |
(рис. 33). |
|
|
|
|
|||
|
Связь между мощностью и средним давлением механических |
|||||||
потерь по аналогии с равенством |
(85) |
выражается формулой |
||||||
|
|
|
Чи |
Ун п м г к |
Рм |
Л.С. |
(96) |
|
|
|
|
0,kS |
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
рм |
в кГ/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
В системе CU |
yhnAez u |
|
|
|
|||
|
|
|
w* |
Рм |
* 6 т |
(96*) |
||
|
|
|
м “ |
0ЧЦ5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
где |
рЛ |
н Барах. |
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим более подробно составляющие механических |
|||||||
потерь. |
|
|
|
|
|
|
|
|
П 8
Трение |
|
|
Хотя в равенстве (95) затраты |
на преодоление |
трения |
в сочленяющихся деталях L'T/, и на |
привод навесных |
вспомо |
гательных механизмов ЬвсПшЛ1 выделены в особые группы, их чаще рассматривают совместно. Причина заключается в труд ности разделения этих затрат, одновременно определяемых путем эксперимента на действующем дизеле.
В дальнейшем под трением будем понимать сумму
+ |
L ЛСП.М. |
1 |
|
^TfJ = NrfJ + |
Neen.M |
•> |
(97) |
Ртр = Ртр + РвСП.ЛС •
По данным Коломенского тепловозостроительного завода им. В. В. Куйбышева общие затраты на преодоление трения в двигателях типа ЧН ^ распределяются следующим образом:
Ыт» ( № 0 % ) |
— ^ п о р ш к е е ы х ( ~ ^ 0 / о ) + ^педшипк .(2.S- Z7 /„ ) + |
||
F |
х о л е ц |
|
|
|
+ М дсп.м ( 2 .5 t Z 7 % ) |
+ N редуктора. ~ & / о ) |
• |
Трение в сочленяющихся |
подвижных деталях |
имеет харак |
|
тер жидкостного, полужидкостного или граничного и зависит, главным образом, от взаимной скорости их перемещения (обо ротов дизеля) и, очень мало, от давления (т .е . нагрузки дизеля).
Основными вспомогательными механизмами являются раз личные насосы, перекачивающие жидкости, мощность которых также зависит от скорости движения рабочих органов.
Таким образом, между мощностью трения и оборотами ди зеля существует закономерная связь.
Для качественного анализа в дальнейием будем пользо
ваться |
зависимостью |
|
|
Nr j » * A « * e , |
(98) |
где А |
- постоянная величина, характеризующая конструк |
|
тивные |
особенности дизеля. |
|
П 9