Механические потери двигателя. Составляющие механических потерь. Среднее давление механических потерь. Механический КПД

Индикаторная работа. развиваемая в цилиндрах, не может быть полностью передана потребителю механической энергии из-за наличия в двигателе механических потерь.

Затрата работы на преодоление механических потерь    может быть выражена через мощность механических потерь:

(10.1)

где N _Тр - потери на трение в деталях и узлахдвигателя;

N_всп - потери на привод вспомогательных механизмов, об­служивающих двигатель;

N_нх   - потери на смену рабочего тела (так называемые «на­сосные»);

N_вент -вентиляторные потери;

N_nг - потери на перетекание рабочего тела из одной полости в другую в двигателях с раздельными камерами сгорания;

N_{на г} - потери на привод нагнетателя, если он приводится во вращение от коленчатого вала двигателя через механическую передачу.

Рассмотрим коротко перечисленные виды потерь.

Потери на трение зависят от качества обработки и состояния поверхности сопряженных деталей, качества смазки и вязкости масла в масляном слое между трущимися поверхностями, от величины усилия, действующих на трущиеся пары, и относительной скорости трущихся поверхностей

.

Рисунок 10.1. Диаграммы насосных ходов дизелей с наддувом при различных Р_К  и Р_Р

Основные мероприятия по сни­жению механических потерь направлены в первую очередь на сни­жение потерь на трение, которые составляют 65—75% от всех ме­ханических потерь.        

Потери на привод вспомогательных механизмов, обслуживаю­щих двигатель, складываются из потерь на привод водяных, масляных и топливных насосов, на привод механизма газорас­пределения, на привод вентилятора, если он установлен в системе охлаждения и приводится во вращение через механическую пере­дачу от коленчатого вала, а также на привод вспомогательного генератора, обслуживающего двигатель, и различных датчиков системы автоматики дизель-генератора.

Потери на привод вспомогательных механизмов составляют 12—17% от всех механических потерь.

Потери на смену рабочего тела обусловлены процессами на­полнения и выпуска рабочего тела и зависят от гидравлических сопротивлений систем впуска и выпуска и от отношения давлений на впуске и выпуске. Они составляют 12—15% от всех механи­ческих потерь.

Работа, затраченная на смену рабочего тела, равна разности работ наполнения и выталкивания:

Lнх = Lнап - Lвыт

(10.2)

 

На диаграмме  (Рисунок 10.1) работа наполнения в четырех­тактном двигателе, выполняемая поршнем при его движении от в.м.т. к н.м.т., изображена площадью под прцессом наполнения. Работа выталкивания, представленная на диаграммах площадью под процессом выпуска, выполняется порш­нем при его движении от н.м.т. к в.м.т.

Для дизеля с наддувом (Рисунок 10.1, а), когда давление наддува выше противодавления на выпуске, т. е. при P_K > P_P работа на­полнения может оказаться больше работы выталкивания отрабо­танных газов, т. е. работа насосных ходов выражается положи­тельной величиной.

Для дизеля без наддува (Рисунок 10.1, б) или с наддувом, когда давление наддува меньше противодавления на впуске, т. е. при Р_P > Р_K, работа насосных ходов выражается отрицательной вели­чиной.

Вентиляционные потери вызываются вихревыми движениями и перетеканием газов в картере при перемещении поршней и дру­гих деталей кривошипно-шатунного механизма, а также аэроди­намическим сопротивлением, возникающим в результате враще­ния с большими окружными скоростями маховика, коленчатого вала и прочих деталей. Кроме того, за вращающимся коленчатым валом увлекаются в движение масляная пена, воздух и капли масла, на что также требуется затрачивать энергию. Для частич­ного уменьшения вентиляционных потерь устанавливают масло-отражательный щиток, предназначенный для того, чтобы отсекать тянущийся за вращающимся валом масляный шлейф. Маслоотражательный щит располагают по днищу картера на небольшом расстоянии от коленчатого вала.

Потери на перетекание рабочего тела из одной плоскости в дру­гую имеют место в двигателях с разделенными камерами сгора­ния, к которым относятся дизели предкамерные, вихрекамерные и двигатели с камерой сгорания в поршне. Величина этих потерь за­висит от относительного объема дополнительной камеры и от ско­рости перетекания газов, определяемой площадью сечения соедини­тельного канала.

Потери на привод нагнетателя имеют место только в том слу­чае, когда нагнетатель соединен механической передачей с ко­ленчатым валом. Величина этих потерь равна величине, потреб­ляемой нагнетателем, и зависит от степени повышения давления в нагнетателе, от расхода воздуха и от конструктивного исполне­ния самого нагнетателя.

Баланс мощностей любого двигателя может быть выражен че­рез индикаторную N₁ и эффективную N_е мощности и мощность механических потерь N_м:

N1  = Nе + Nм

(10.3)

Абсолютное значение мощности механических потерь не харак­теризует конструктивное совершенство двигателя, так как за­висит от размеров и мощности последнего. Для оценки степени совершенства двигателя используют понятия среднего давления механических потерь Р_м и механического КПД .

Среднее давление механических потерь — величина условная и представляет собой часть среднего индикаторного давления, ко­торая идет на преодоление механических потерь. На индикаторной диаграмме в координатах р—V условное среднее давление меха­нических потерь представляет собой величину, равную высоте прямоугольника, площадь которого в соответствующем масштабе равна работе механических потерь за один цикл (Рисунок 10.2).

Между средним давлением механических потерь и мощностью механических потерь существует зависимость

(10.4)

Механический коэффициент полезного действия есть отношение величин мощностей двигателя (эффективной к индикаторной) или величин средних давлений (эффективного к индикаторному):

, или .

(10.5)

Данные     зависимости могут быть представлены в следующе виде:

,

(10.6)

Или

.

(10.7)

              

.Рисунок 10.2 К определению условного среднего давления механических потерь.

 

Если проанализировать полученные выражения, то можно легко установить, что при работе двигателя на холостом ходу, когда р_е == 0, механический КПД , а при увеличении полезной н, грузки, т. е. при   он стремится к единице Кроме того, увеличение среднего индикаторного давления при неизменных механических потерях приводит к росту механическо­го КПД, что может быть достигнуто путем форсирования двига­теля, например увеличением давления наддува, повышением тем­пературы рабочего тела и др.

 

Рисунок 10.3. Влияние температуры масла на мощность, затраченную на продольные трения

Численное значение механического КПД для дизелей без над­дува лежит в пределах 0,75—0,85, а для дизелей со свободным газотурбинным наддувом — в пределах 0,80—0,90.