6.6. Мощность и КПД дизеля
Мощность дизеля можно определить по индикаторной диаграмме.
Предполагая, что рабочие циклы в многоцилиндровых двигателях протекают примерно одинаково и только смещены на угол (фазу) сдвига кривошипов коленчатого вала, можно считать, что мощность, развиваемая в отдельных цилиндрах, тоже одинакова, а мощность дизеля в целом равна сумме мощностей всех цилиндров.
Выражение для подсчета индикаторной мощности двигателя можно получить, вычислив работу Ь, выполненную газами в одном цилиндре за полный цикл:
I = Р/срДУ,
Где Р1ср — среднее индикаторное давление, Н/м2 или Па; — площадь поршня, м2; £ — ход поршня, м. Площадь поршня определяется по формуле
кИ2
где Б — диаметр поршня, м.
Среднее индикаторное давление получают в результате замены площади индикаторной диаграммы равновеликим прямоугольником, у которого ордината называется среднеиндикаторным давлением.
Тогда работа, выполненная во всех цилиндрах дизеля за 1 мин:
т о с •2
£ = 4р — Ли-.
где п — частота вращения коленчатого вала, об/мин; / — число цилиндров дизеля; т — тактность дизеля (т = 2 — для двухтактного и т = 4 — для четырехтактного двигателя).
Индикаторная мощность дизеля определяется по формуле
где 103 — коэффициент для перевода мощности в киловатты.
Для получения индикаторной диаграммы применяют специальные приборы — индикаторы. В тихоходных ДВС (до 700 об/мин) используют механические индикаторы, а в быстроходных — электрические.
В зависимости от конструкции ДВС и его форсировки среднее индикаторное давление Р;, МПа, может меняться в широких пределах:
Двухтактные двигатели
10Д100.................................................................................... 1,140
11Д45...................................................................................... 1,100
14Д40...................................................................................... 1,120
Четырехтактные двигатели
ПД1М..................................................................................... 1,070
1Д49 ....................................................................................... 2,095
1А-5Д49 ................................................................................. 1,385
Индикаторная мощность, полученная за счет работы газов в цилиндре двигателя, при передаче на коленчатый вал расходуется на трение поршней, подшипников шатунно-поршневой группы, на привод газораспределительного механизма, топливные насосы высокого давления, водяные, масляные и топливные насосы и другие механизмы, без которых невозможна работа дизеля. Эти затраты работы называются механическими потерями Ьи, и соответствующая им мощность называется мощностью механических потерь Ыы. Аналогично индикаторной работе
где Ри — среднее давление механических потерь.
Среднее эффективное давление Ре представляет собой условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную эффективной работе за цикл или это эффективная работа Ье за цикл, отнесенная к рабочему объему цилиндра:
Эффективная мощность подсчитывается так же, как и индикаторная, но вместо среднего индикаторного давления Р, в формулу подставляется среднее эффективное давление Ре.
Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим КПД:
Для современных дизелей т|м = 0,8 ...0,88.
Отношение эффективной работы к количеству теплоты, подведенной с топливом, называется эффективным КПД-дизеля и обозначается ту
где qe — удельный эффективный расход топлива, г/(кВтч); QH — низшая теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг.
При оптимальной нагрузке дизеля г\е = 0,39...0,43.
Эффективный, индикаторный и механический КПД связаны между собой соотношением
Г\е = Л.Лм-
Эффективность работы ДВС часто оценивают вместо КПД двигателя удельным расходом топлива qe, т.е. расходом топлива на единицу его полезной (эффективной) работы, выраженным в г/(кВт-ч) или г/(л.с.ч). Удельный расход топлива определяется экспериментально при испытаниях двигателя, где измеряется расход топлива G дизелем за единицу времени работы, кг/ч, с постоянной мощностью Ne, кВт или л. с. Тогда qe = G/Ne. Современные тепловозные дизели имеют qe на уровне 200...220 г/(кВтч), или 150... 180 г/(л.с.-ч).
