книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие
.pdfДля количественной оценки необходимо располагать опыт ными данными, которые обычно представляются в виде зави симостей
|
= f |
( ff-де) |
ч |
Ртр |
|
(Яде) |
|
или |
|
(Ст ) |
|
Ртр = * |
|
||
_ Злдв |
средняя скорость поршня; |
||
Здесьcm =-tj^ s2- м/сек - |
|||
30 |
|
|
|
5 - ход поршня. |
|||
На рис. 50 показана |
одна из |
таких зависимостей для |
|
Рис. |
30. Зависимость |
р__ |
от средней |
скорости |
поршня |
||
дизеля |
• |
|
в ш ц р |
я йЕ- |
|
||
двигателя |
размерности «V. |
При |
пдв -0 |
р |
|
>• 0 , |
что объяс- |
|
оо |
|
|
' те |
|
|
|
няется наличием трения покоя. Так как пользоваться графи ками не всегда удобно, их иногда заменяет аналитическими зависимостями. Так, рассматриваемая кривая может быть приближенно заменена ломаной, состоящей из отдельных пря мых, каждая из которых описывается уравнением вида
Ртр = а + 6Сш • |
(99) |
Очевидно, что для каждого участка коэффициенты а и
вразличны, причем
|
а - отрезок, отсекаемый прямой |
на оси ординат; |
|
|
в - угловой коэффициент. |
|
|
|
Более того, на некоторых участках ломаной |
коэффициент |
|
а |
может принимать отрицательное |
значение, |
что свиде |
тельствует о быстром увеличении среднего давления трения при возрастании оборотов.
Совершенно очевидна полная зависимость коэффициентов а и в от конструктивных особенностей двигателей. Доста точно сослаться на такой пример: при переходе от двигате
ля 8ЧН^ к бЧН^ увеличение диаметра коленчатого |
вала, а |
||
следовательно |
окружной скорости, замена сплава подиипников |
||
с баббита |
на |
свинцовистув бронзу, изменение конструкций |
|
навесных |
вспомогательных агрегатов и т .д . привели |
к суще |
|
ственному изменению коэффициентов а й в . |
|
||
В табл. 4 |
приведены ориентировочные значения |
коэффици |
|
ентов для некоторых корабельных дизелей различного конст руктивного оформления и быстроходности.
|
|
Т а б л и ц а 4 |
Ориентировочные |
значения коэффициентов для |
|
определения р |
некоторых дизелей |
в диапазоне |
ид* " |
~ 1.1)Яд*м<ш. |
|
Марка дизеля |
а |
в |
I |
г |
3 |
8ЧН§§ (9Д) |
0,6 |
0,1 |
тгт
|
|
|
Продолжение табл. 4 |
|
I |
2 |
3 |
6ЧН ^ |
(типа Д-42) |
-1 .7 |
0,49 |
Т2ЧН ^ |
(типа М-50) |
0,25 |
0,1 |
6Д Л |
(37Д) |
0,5 |
0,125 |
ДН |
(типа Д100) |
0,35 |
0,12 |
типа ДН |
(40Д, ПД45 |
0,357 |
0,1358 |
и д р .) |
|
||
|
|
|
|
типа ЧН |
|
-0,87 |
0,17 |
Мощности, потребляемая компрессором и отдаваемая на вал дизеля турбиной
В зависимости от схемы наддува компрессоры и турбины могут иметь с дизелем кинематическую или газовую связь (двигатели со свободным турбокомпрессором). При определе нии механических потерь по уравнению (95) необходимо учи тывать мощности (средние давления или работу) только тех турбин и компрессоров, которые связаны с валом дизеля ки нематически и потому либо отдают (турбины), либо потребля ют часть индикаторном мощности, развиваемо! дизелем (ком прессоры).
Расчет мощности турбины и компрессора, равно как и вы бор параметров, характеризующих их работу и эффективность изложены в пособии по основам теории газотурбинного надду ва дизеле! [5];
122
Работа насосных ходов
Как ухе известно, линии давлений впуска и выпуска в цилиндре четырехтактного дизеля могут иметь различное взаимное расположение в зависимости от соотношения давле
ний |
перед цилиндром р |
и за |
цилиндром р г , а также ве |
||
личины гидравлических |
потерь |
в клапанах. |
Суммарная рабо |
||
та, |
совершаемая за ходы выпуска и наполнения, может быть |
||||
как |
отрицательной, |
так |
и положительной. |
|
|
|
Если давление |
в цилиндре |
в процессе |
выпуска больме, |
|
чем давление во время наполнения, - работа насосных ходов отрицательная, в равенстве (95) , N*,. и ркх имеет отрицательные значения и суммируются с затратами на тре
ние. |
Это имеет место при |
рг =» pVJ< и рг =• ркц (диаграммы |
на |
рис. |
31). |
|
|
|
Если давление в цилиндре при выпуске на больней части |
||
пути |
поршня оказывается |
меньше, чем при наполнении, то |
ра |
бота насосных ходов положительная, минусовый знак перед соответствующими членами равенства (95) сохраняется и Ьнж, Ннх , рях суммируются с затратами на трение. Положитель ная работа насосных ходов бывает в тех редких случаях, когда давление наддува много больше давления газа за ци линдрами, и наблюдается, как правило, только в двигателях
без газовых |
турбин (с механическим приводом компрессора |
|||
от вала дизеля). |
|
|
|
|
Среднее |
давление насосных ходов в кГ/смг |
или кГм/м3 |
||
|
я |
vh |
|
( 100) |
имеет ту же физическую |
сущность, что и |
, |
и при нали |
|
чии опытных диаграмм насосных ходов получается как частное от деления площади диаграммы на основание Vfc с учетом масштабов.
При отсутствии опытных данных, но при известных значе-
Т23
Рис. 31. Диа граммы насос ных ходов при различных от ношениях гхк
а для
* » ' ■
6 ДЛЯ
— =1
Рки. 1 •
в для
12*
ниях рг и рт среднее давление насосных ходов может быть ориентировочно оценено с помощью равенства
Р«* |
р" - рГ , |
(1М) |
где рС€п=0,8*0,9 - коэффициент, |
характеризующий |
среднюю |
за ход наполнения величину гидравлических потерь во впуск ных клапанах;
д^ м/7-1,1*1,2 - коэффициент, характеризующий осредненную величину гидравлических потерь в клапанах за ход вы
пуска;
аП
рц - осредненная величина давления в цилиндре за
процесс впуска; рц - осредненная величина давления в цилиндре за
процесс выпуска.
Другими словами, названные коэффициенты учитывают от
личие |
площадей под линиями |
выпуска и наполнения, |
эквива |
||||||
|
|
|
|
|
|
лентных соответству |
|||
|
|
|
|
|
|
ющим работам, от |
|||
|
САС |
|
|
|
площадей |
под линия- |
|||
|
0,2 ,о |
|
|
|
ми рг и ркц . |
||||
|
|
0 ■ — |
|
|
|
Если |
Х*пР |
||
- |
0,2 |
|
|
|
>ХеилРг> то среднее |
||||
- |
0, |
6 - |
|
|
|
давление |
насосных хо |
||
|
|
|
дов - величина поло |
||||||
|
1, |
0 - |
|
|
|
||||
- |
|
|
|
жительная, |
и наобо |
||||
- |
1,4 ■ |
|
|
|
рот. |
|
|
|
|
|
|
|
Ориентировочное |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
- ‘•“ оФ |
|
|
^ рг/р,^ |
значение |
и знак рЯх |
||||
|
|
можно также |
оценить |
||||||
|
|
Рис. 32. Зависимость среднего |
с помощью графика |
||||||
|
|
на рис. |
32, |
постро |
|||||
давления насосных |
ходов от |
отноше |
|||||||
ния Рг /Ркц |
|
|
енного |
на |
основании |
||||
|
|
о - по данным Д. А. Портнова, |
обработки |
опытных |
|||||
|
|
• - |
по данным |
заводских |
испытаний |
диаграмм |
насосных |
||
(обработка автора) |
|
||||||||
ходов.
125
При известном рмх мощность насосных ходов |
определя- |
|
ется по формуле |
|
|
Nнх ~ VЬ.Пм 2 |
Ркх |
(102) |
0 ,9 |
|
|
Итак, р„~ для выполненных двигателей более всего за-
Рт
висит от отношения ■=— , которое изменяется в процессе
гхц
эксплуатации дизеля в самых широких пределах, вследствие чего величина среднего давления насосных ходов в отдель ных случаях достигает 7*9$ от и становится соизмери мой с рт)в.
§ 21. Эффективные показатели дизеля
Эффективные работа, мощность и среднее давление могут быть выражены равенствами
= |
, |
|
Ne= Nl “ N * |
♦ |
(103) |
Pe * Pi ~ Pju. ’ ^
По аналогии c i рд средним эффективным давлением называется условное, постоянное по величине давление, ко торое, действуя на поршень в течение одного хода расширевня, совершило бы работу, равную работе на валу двигателя эа один цикл
№ |
и л и |
ГиГм |
(104) |
|
|
I м * |
|
Это подтверждается рис. S3. Эффективная мощность на валу дизеля
Vh пдЛ z к |
р. л .с. |
(105) |
0,Ь5 |
|
|
U 6
В с и с т е м е CU
К* = |
Vfc П д л Z к р * к е т , |
|
0,6 |
где ре в б а р а х .
Эффективный коэффициент |
полезного действия |
|
А Се |
A L?c |
Л Т к г т о п а |
АЬг_____ |
||
Че ~ Ни 0? |
час |
Н« |
M r |
||
(105*)
(Юб)
|
представляет собой от- |
||
|
ноиение теплоты, экви |
||
|
валентной |
эффективной |
|
с м |
работе на |
валу двигате |
|
|
ля, к низшей расчетной |
||
|
теплоте сгорания |
топли |
|
|
ва, затраченного |
на |
|
|
-------------- ------------ —I |
|
выполнение этой |
работы. |
|||||
|
|
|
Гм т |
|
т ц . ч а с |
. к г т о п а |
5------------ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Рис. 33. К определению сред |
|
-> 1 е |
~ |
э ф |
||||
него |
фективная |
работа |
в кГм, |
||||||
эффективного |
давления. |
|
выполненная в цилиндре |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
дизеля за цикл, во |
всей двигателе за час или на I |
кг |
из |
||||||
расходованного топлива; |
|
|
|
|
|
|
|||
Qr , |
- расход |
топлива на |
цикл и во всем |
двигателе за |
|||||
час. |
В системе Си |
1е в дж , |
Н« в дж/кг , |
&Т е кг , |
пере - |
||||
|
|||||||||
водной коэффициент |
ккал/кГэи |
от сут ст вует . |
|||||||
|
Эффективный коэффициент полезного действия учитывает |
||||||||
как |
тепловые, |
так |
и механические потери по всем двигателе. |
||||||
|
Основной |
величиной, с помощью которой |
принято |
характе |
|||||
ризовать экономичность дизеля, является удельный эффектив
ный расход топлива |
ч а с |
|
|
9е = |
g; |
кг |
(107) |
Ыс |
л.с .-час |
|
В системе CU Ne в кет и размерность удельного эф
срективного р асход а т о п л и в а q * в кг/хвт-час, причем. qe = i , 36 qe •
Связь мехду 1£е и qe |
устанавливается |
с помощью зави |
||
симостей, аналогичных использованным для |
индикаторных по |
|||
казателей (см. формулу (94) , |
|
|
||
Че |
632’3_ |
(108) |
||
Ни. |
я е |
|
||
или. |
|
|||
3600 |
|
|||
Ч* |
(108*) |
|||
и * |
гу |
|||
|
||||
|
ни |
Я, |
|
|
|
|
/е |
|
|
Механическим коэффициентом полезного действия называ ется доля индикаторной работы (мощности, среднего индика торного давления), преобразованной в эффективную работу (мощность, среднее эффективное давление),
V |
= -Ье_ = |
. |
(109) |
|
U |
h L |
Ni |
Pi |
|
Умножая числитель |
и знаменатель уравнения (ХОб) |
для |
||
I кг израсходованного |
топлива на |
L L- , получаем |
|
|
Ч< |
A L i L L ^ h - |
И.. |
„ . |
(но) |
||
Hu |
I . |
Т . |
LM.4l |
|
||
|
L i |
l i |
Ни |
|
|
|
Это уравнение устанавливает |
связь между |
эффективным, |
||||
индикаторным и механическим коэффициентами полезного дей ствия и позволяет получить соотновение
a . (H I)
еЧм
В табл. 5 приведены значения 1 ,t[e и qe , соответ ствующие номинальным режимам работы дизелей и карбюратор ных двигателей.
Обращает на себя внимание нирокий диапазон изменения показателей, что объясняется различной форсировкой, быст роходностью и совершенством дизелей, находящихся в эксплуа тации.
Т28
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
5 |
|
|
Сравнительные |
данные по |
., |
7-[е и |
qe |
|
|
Тип |
Чм. |
Че |
л- |
* г |
*г |
|
|
двигателя |
Че л.с. час |
Че хят -час |
|||||
Четырехтакт |
|
0,3*0,45 |
0,21 *0,14 |
0,286*0,191 |
|||
ный |
0,8*0,95 |
||||||
Двухтактный |
0,75*0,85 |
0,3*0,41 |
0,21*0,155 |
0,286*0,212 |
|||
Карбюратор |
0,7 |
*0,85 |
0,225*0,3 |
0,28*0,21 |
0,38*0,286 |
||
ный |
|||||||
Более высокие |
значения ^ и це |
четырехтактных дизе |
|
||||
лей объясняются тек, что:
1)в двухтактном двигателе вследствие больших ipa температура газа в выпускном коллекторе и NT меньше, а разность N*-Nr и больше, чем у четырехтактного (см. формулу (9 5 ));
2)двухтактные двигатели меньше форсированы, что не избежно должно при прочих равных условиях приводить к уменьшению 11м .
Действительно, |
|
|
|
|
|
|
||
fj |
Ре |
Р е ____* |
*___ |
|
|
( п о \ |
||
Чм |
Pi |
Ре+Рм ~ |
i + |
?±L |
1 . 0 * |
' |
|
|
откуда |
следует, что, если |
Ре |
Ve |
|
по мощности |
|||
в двух различных |
||||||||
(или по ре |
) двигателях |
(или рм ) одинаковы, |
боль |
|||||
ше там, |
где |
больше |
(рв) . |
|
|
|
|
|
Из |
того |
же равенства |
( I I 2) |
следует, |
что |
при |
одинако |
|
вых Ме()э,) |
больше |
там, где |
меньше blJti(pJ^ ) . |
|
||||
§ 22. Размеры цилиндра и удельная мощность дизеля
Во многих случаях одной из конечных целей расчета ра-
129