14. Мощность и к. п. д. дизеля
Рассматривая многоцилиндровые двигатели, предполагают, что рабочие процессы в цилиндрах протекают примерно одинаково и только смещены по фазам на угол сдвига кривошипов коленчатого вала. Поэтому можно считать, что мощность, развиваемая в отдельных цилиндрах, тоже одинакова; тогда мощность дизеля в целом равна сумме мощностей всех цилиндров. Различают индикаторную мощность Л^, получаемую в цилиндрах дизеля, и эффективную мощность ке, реализуемую на коленчатом валу дизеля. В технической документации, которая составляется на каждый двигатель заводом-изготовителем, указывается номинальная мощность дизеля Л^н.
Номинальная мощность — это эффективная мощность, развиваемая двигателем при нормальных условиях, т. е. при давлении воздуха 760 мм рт. ст., температуре наружного воздуха + 20°С и относительной влажности воздуха 70%- При повышении температуры и уменьшении давления воздуха мощность дизеля падает, а при понижении температуры и повышении давления мощность возрастает. С увеличением влажности воздуха мощность дизеля снижается. Изменение внешних условий (температуры идавления воздуха) может вызвать изменение мощности дизеля примерно до 8—10%- Поэтому мощность Ые и удельный расход топлива полученные при данных атмосферных условиях, пересчитывают и приводят к нормальным условиям.
Выражение для подсчета индикаторной мощности двигателя можно получить, вычислив работу выполненную газами в одном цилиндре за полный цикл:
где р; — среднее индикаторное давление, Н/м2 (Па);
/ я!)2 \
F — площадь поршня! F= ), м2;
й — диаметр цилиндра, м; 5 — ход поршня, м. Тогда работа, выполненная во всех цилиндрах дизеля за 1 мин, яО2 1 4
где п — частота вращения коленчатого вала, об/мин; I — число цилиндров дизеля.
Отсюда окончательно получаем формулу для вычисления индикаторной мощности дизеля:
рУьШ ■ 2 1'~ 60-10»тили
_ Р^кЧ 1 103-30т '
Здесь т — тактность дизеля (т = 2 для двухтактного и т = 4 для четырехтактного двигателя); 103 — коэффициент для перевода мощности в киловатты.
Среднее индикаторное давление может быть определено по индикаторной диаграмме (см. рис. 19). Для этого строится равновеликий прямоугольник, длина и площадь которого соответственно равны длине и площади индикаторной диаграммы. Затем замеряют высоту этого прямоугольника Л, и умножают ее на масштаб давления а, т. е. рг = /1*а.
Для получения индикаторной диаграммы применяют специальные приборы—индикаторы. В тихоходных двигателях (не более 500 об/мин) используют механические индикаторы, а в быстроходных — электропневматические или электрические (см. ниже). Последние два прибора дают развернутую индикаторную диаграмму — по углу поворота вала.
Среднее индикаторное давление в зависимости от конструкции двигателя и его форсировки может меняться в широких пределах. В двухтактных дизелях: 2Д100—р< = 0,794 МПа; 10Д100—р( = 1,140 МПа; 11Д45—р{ = = 1,1 МПа. В четырехтактных дизелях: ПД1М—р,= 1,07 МПа; 1А-5Д49—рг= 1,385 МПа; ЗД70—р{ = = 1,878 МПа; 1Д49—р* = 2,095 МПа.
Эффективная и индикаторная мощности связаны соотношением
дизеля" width="239" height="206">Рис 29. Изменение механического кпд двигателя внутреннего сгорания в зависимости от его нагрузкигде т]м — механический к. п д. дизеля.
Механический к.п.д. дизеля, определяемый как отношение эффективной мощности к индикаторной, характеризует механические и гидравлические потери в трущихся частях двигателя, а также затрату мощности на привод вспомогательных механизмов дизеля (топливные, водяные, масляные насосы, механизм газораспределения и др.); он зависит от конструкции и качества сборки машины и при номинальной мощности принимает значения от 0,78 до 0,9 (рис. 29).
Если двигатель приводит во вращение электрический генератор постоянного тока, то эффективную мощность можно подсчитать по показаниям электрических приборов, подключенных к выводам генератора:
Ю
Г*е~ 1000л, '
где / и С/ — соответственно ток генератора, А, и его напряжение, В; г|г — к. п. д генератора (0,9—0,95)
Эффективная мощность дизеля, установленного на тепловозах с электрической передачей,
где ,У„ — мощность, расходуемая на привод вспомогательных механизмов и машин тепловоза (вентилятор холо дильника, возбудитель, вспомога тельный генератор, компрессор и г д). Обычно N л составляет 8 12% от эффективной мощности ди-)еля.
Степень совершенства использования тепла в цилиндрах двигателя характеризуется индикаторным коэффициентом полезного действия г)г. Индикаторный к.п.д. определяется как отношение механической энергии, выработанной в цилиндрах дизеля, к теплу, внесенному в дизель с топливом за определенное время (например, за 1 ч):
3600/У,- 3600
где gl = B,/t\, ■— удельный индикаторный рас ход топлива дизелем в кг/(кВт-ч)
Наиболее полно экономичность теплового двигателя определяется эффективным коэффициентом полезного действия. Эффективным к.п.д. дизеля называется отношение выработанной им и подведенной к коленчатому валу механической энергии к количеству тепла, введенному в дизель с топливом за то же время:
3600Д/С 3600
Це <?нЯчгде ge = Bч/Nr —удельный эффективный расход топлива дизелем в кг/(кВт -ч);
Вч — расход топлива дизелем,кг/ч;
<2Н — теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг.
Эффективный, индикаторный и механический к.п.д. связаны соотношением:
Индикаторный к.п.д. в современных тепловозных дизелях составляет 0,43—0,50. Тогда, приняв средние значения г|г и т)м, получим: г|е —0.47Х Х0,85 = 0,4. В современных четырехтактных тепловозных дизелях эффективный к.п.д. достигает значения 0,42, что соответствует удельному эффективному расходу топлива 0,204 кг/(кВт-ч). Отношение индикаторного к.п.д. к термическому называется относительным к.п.д. г)0. Этот коэффициент учитывает потери тепла в реальной машине по отношению к идеальной.
