Энергетические индикаторные показатели

Индикаторная работа и среднее индикаторное давление

Действительный рабочий цикл ДВС отображается индикаторной диаграммой, снятой при его работе с помощью механического или электронного индикатора. Такая диаграмма называется действительной диаграммой. Из термодинамики известно, что работа газов в цилиндре пропорциональна площади диаграммы.

В четырехтактном двигателе площадь диаграммы (рис. а) состоит из площади, соответствующей положительной работе, полученной за такты сжатия и расширения, и площади, представляющей собой отрицательную работу газов работу газов при осуществлении тактов впуска и выпуска. В дизелях с наддувом эта работа, как правило, составляет не более 2 % от общей полезной работы цикла. В двухтактном двигателе вся площадь индикаторной диаграммы (рис. б) представляет собой полезную индикаторную работу. Поскольку величина зависит от размеров цилиндра (величины ), то пользоваться ею как энергетическим показателем неудобно, особенно при сравнении показателей различных двигателей.

В теории поршневых ДВС такую оценку принято проводить с помощью удельной индикаторной работы цикла, представляющей собой отношение индикаторной работы к рабочему объему цилиндра.

Рис. Действительные индикаторные диаграммы Рис. Расчетная и предполагаемая

индикаторные диаграммы

.

Анализ размерностей показывает, что удельная работа цикла может быть представлена как некоторое условное постоянное давление , при котором за один рабочий ход поршня совершается полезная индикаторная работа цикла. Этот параметр принято называть средним индикаторным давлением.

Величина на рис. в показана жирной сплошной линией. Чем больше , тем больше полезной работы снимается с 1 м³ рабочего объема цилиндра, тем выше эффективность двигателя.

Индикаторная мощность и индикаторный крутящий момент.

Мощность, получаемая в одном цилиндре за один рабочий цикл - индикаторная цилиндровая мощность – определяется как ,

где - время совершенствования одного рабочего цикла, с; - коэффициент тактности, частота вращения коленчатого вала в об/мин. Подставим в формулу и получим ,

где - постоянная цилиндра.

Индикаторная мощность многоцилиндрового дизеля при условии идентичности рабочих процессов в цилиндрах определится умножением на число цилиндров .

Величина зависит от уровня форсировки дизеля наддувом и для современных судовых дизелей достигла 20…25 бар.

Крутящий индикаторный момент

, где - площадь поршня, м²; - радиус кривошипа коленчатого вала, м. При подстановке в формулу в МПа крутящий момент будет измеряться в МН∙м.

Индикаторные показатели топливной экономичности

При полном сгорании топлива количество теплоты, подведенной к рабочему телу кДж, где - низшая теплотворная способность топлива.

Удельная низшая теплота сгорания применяемых топлив для судовых дизелей составляет:

для дизельных топлив - ;

для газотурбинных топлив - ;

для моторных топлив - ;

для мазутов - .

Отношение полезной теплоты к подведенной называют индикаторным КПД.

В современных судовых дизелях достигнуты значения .

Удельный индикаторный расход топлива:

, кг/(кВт∙ч),

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

Индикаторная работа, произведенная двигателем за час кДж. Количество тепла, подведенное к рабочему телу в цилиндре за этот промежуток времени составит кДж. Индикаторный КПД

,

где 3600 кДж/(кВт∙час) – тепловой эквивалент 1 кВт∙час.

Отношение характеризует степень приближения действительного цикла к теоретическому.

Индикаторный КПД учитывает только внутренние потери в двигателе, а механический КПД – механические потери:

,

где - эффективная мощность двигателя на выходном фланце коленчатого вала, кВт; - среднее эффективное и индикаторное давление газов, МПа.

Величина механических потерь зависит от конструкции двигателя, его быстроходности, качества монтажа и т.п.

Для судовых дизелей характерны следующие значения механического КПД:

- малооборотные двухтактные

- четырехтактные среднеоборотные

- четырехтактные высокооборотные

Большие значения в указанных диапазонах соответсвуют дизелям с высоким наддувом.

В целом тепловую экономичность двигателя характеризует эффективный КПД , где - эффективный удельный расход топлива, кг/(кВт∙час).

Значения удельного расхода топлива и КПД взаимосвязаны:

Дизели , кг/(кВт∙час)

малооборотные 0,165…0,205 0,54…0,42

среднеоборотные 0,170…0,215 0,52…0,40

высокооборотные 0,210…0,225 0,41…0,38

Мощность ДВС. Индикаторная работа газов за цикл в цилиндре двигателя, МДж,

,

где - диаметр цилиндра, м; - ход поршня, м.

В общем случае за , об/мин, коленчатого вала двигателя при коэффициенте тактности осуществляется циклов, где у двухтактного дизеля и у четырехтактного.

Индикаторная цилиндровая мощность двухтактного дизеля определяется как

;

для четырехтактного дизеля

.