Индикаторная и эффективная мощность 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 L, выполненную газами в одном цилиндре за полный цикл:

L = PicpFS,

где Picp – среднее индикаторное давление, Н/м² или Па;

F – площадь поршня, м²;

S – ход поршня, м.

Площадь поршня определяется по формуле:

F = πD² / 4

где D – 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:

L = Picp* πD² / 4*S_ni*2*/τ,

где п – частота вращения коленчатого вала, об/мин;

    i – число цилиндров дизеля;

    τ – тактность дизеля (τ = 2 – для двухтактного и τ = 4 – для четырехтактного двигателя).

Индикаторная мощность дизеля определяется по формуле:

N_i = 2P_i*V_h*ni / 60*10³τ = P_i*V_h*ni / 30*10³τ

где 10³ – коэффициент для переводамощности 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 P_i 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 L_М, и соответствующая им мощность называется мощностью механических потерь N_М. Аналогично индикаторной работе:

L_М = V_h Р_М ,

где Р_М — среднее давление механических потерь.

Среднее эффективное давление Р_е представляет собой условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную эффективной работе за цикл или это эффективная работа L_е за цикл, отнесенная к рабочему объему цилиндра:

Р_{е =} L_е / V_h

Эффективная мощность N_e подсчитывается так же, как и индикаторная, но вместо среднего индикаторного давления P_i в формулу подставляется среднее эффективное давление Р_е.

Коэффициент полезного действия дизеля.

Механическим КПД называется – отношение эффективной мощности к индикаторной.

Ƞ_М = N_e / N_i

Для современных дизелей ƞ_м = 0,8...0,88.

Эффективным КПД дизеля – называется отношение эффективной работы к количеству теплоты подведенной с топливом, и обозначается ƞ _e:

ƞ_e = 3600 / q_e*Q_h,

где q_e – удельный эффективный расход топлива, гДкВт ч);

    Q_h – низшая теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг.

При оптимальной нагрузке дизеля ƞ_e = 0,39 - 0,43.

Эффективный, индикаторный и механический КПД связаны между собой соотношением ƞ_e = ƞ_i ƞм

Эффективность работы ДВС часто оценивают вместо КПД двигателя удельным расходом топлива q_e, 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 N_e, кВт или л.с.

Тогда, q_e = G/N_e.

Современные тепловозные дизели имеют q_e на уровне 200 - 220 г(кВт.ч), или 150 - 180 г/(л.с. ч.).