Конспект лекции Экономические показатели работы двигателя

11.2. Экономические показатели

Индикаторный КПД. Термический коэффициент полезного действия цикла η_t (см. § 10.1) учитывает только одну неизбежную потерю теплоты - отдачу ее холодному источнику (потеря теплоты с выпускными газами). В реальном двигателе, кроме того, имеются потери, обусловленные наличием теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра, вызванные неполным сгоранием^: топлива и др.

Коэффициент полезного действия, учитывающий всю сумму потерь теплоты при осуществлении рабочего цикла, называется индикаторным КПД. Таким образом, индикаторный КПД оценивает степень использования теплоты в цилиндре реального двигателя и может быть представлен в виде отношения теплоты, эквивалентной индикаторной работе газов, ко всей подведенной теплоте:

(11.19)

где G_ч - часовой расход топлива на двигатель, кг/ч.

Повышение относительной доли потерь теплоты в стенки и с выпускными газами, увеличение неполноты сгорания топлива отрицательно сказываются на индикаторном КПД и, следовательно, на развиваемой двигателем мощности (при сохранении G_ч = idem). Качество сгорания топлива (скорость и полнота сгорания) во многом зависит от коэффициента избытка воздуха α, что в свою очередь определяет его влияние на индикаторный КПД, с увеличением индикаторный КПД, как правило, растет, но до определенного предела.

Механический КПД. Коэффициент, учитывающий все механические потери в двигателе, носит название механического КПД:

(10.20)

или

(11.21)

Если мощность, затрачиваемую на механические потери, обозначить через N_мех, то эффективная мощность

N_e=N_i-N_мех

(11.22)

Мощность механических потерь, кВт,

N_мех=N_тр+N_нас+N_всп+N_np

где N_тр - мощность, затрачиваемая на трение в движущихся деталях (зависит от скорости относительного перемещения, давления, вязкости масла, качества изготовления и монтажа деталей и пр.; в тронковом двигателе основой составляющей работы трения является трение колец и поршня - до 55-65 %); N_нас -мощность насосных ходов в четырехтактном двигателе; N_всп - мощность, затрачиваемая на привод навешенных на двигатель механизмов и насосов (1,5-3 %); N_пр-мощность, затрачиваемая на привод продувочного насоса или навешенного на двигатель, наддувочного агрегата, включая подпоршневые полости. Механический КПД является величиной переменной и в зависимости от N_i и N_mex составляет для двигателей: двухтактного 0,86-0,93, четырехтактного 0,85-0,95. Большие значения η_mex относятся к двигателям с газотурбинным наддувом и высоким давлением р_е.

Величина η_mex необходима для пересчета индикаторных показателей в эффективные. Определить η_mex с достаточной степенью достоверности непосредственно в судовых условиях довольно сложно, поэтому в практике эксплуатации обычно пользуются опытными данными, которые заимствуют из материалов заводских стендовых испытаний двигателя.

Эффективный КПД. Коэффициент, учитывающий все потери в двигателе, в том числе и механические, называется эффективным коэффициентом полезного действия. По аналогии с η_i эффективный КПД может быть также представлен в виде отношения теплоты, эквивалентной эффективной работе двигателя 3600N_e ко всей, подведенной теплоте:

(11.23)

Связь междуи может быть установлена, если поделить выражение (11.23) на (11.19). Тогда нетрудно установить, что но согласно выражению (11.20) Следовательно

(11.24)

Таким образом, эффективный КПД двигателя зависит от индикаторного КПД, характеризующего экономичность рабочего процесса, и механического КПД, оценивающего механические потери.

Расход топлива. Количество топлива, расходуемое двигателем в час, называется часовым расходом топлива, кг/ч,

(11.25)

где 60 п/т - число подач в час; i - число цилиндров.

Количество топлива, расходуемое двигателем в час и отнесенное к 1 кВт его мощности, называется удельным расходом топлива,
кг/кВт,

(11.26)

и эффективным

(11.27)

В выражении (11.27) заменив N_е = N_i и перенеся в левую часть, получим: , но , следовательно, или

(11.28)

Таким образом, удельный эффективный расход топлива g_e находится в прямой зависимости от g_i и обратно пропорционален

Установим связь между g_i, g_e, а также _. Для этого в формулах (11.19) и (11.23) произведем замену: G_ч/N_i = g_i; G_ч/N_e = g_e. Получим

= (11.29)

= (11.30)

Таким образом, коэффициенты полезного действия и находятся в обратной зависимости от удельных расходов топлива g_i и g_e: чем меньше расход топлива, тем вьппе КПД, и наоборот.

Средние значения удельного расхода топлива и эффективного КПД у двигателей:

g_e

кг/(кВт-ч)

малооборотных . . .

0,155-0,224

55-38

среднеоборотных .

0,170-0,224

50-38

высокооборотных . .

0,200-0,245

42-35

На удельный расход топлива существенно влияют параметры внешней среды и теплота сгорания топлива:

(11.31)

где Т₀, Т_0х, р₀, р_0х - соответственно стандартные и действительные температуры, °С, и барометрические давления, МПа; T_s, T_sx - спецификационная и действительная температуры в ресивере, °С; Q_H, Q_HX - соответственно стандартная и действительная низшая удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Литература

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с. Стр. 42-48.

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с. Стр. 54-61

Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев - М.:Транспорт, 1990. - 360 с Стр. 243-246

6