teplotekhnika (852911), страница 87
Текст из файла (страница 87)
(15. ІОО)],мгле/Ул.(15.112)Среднее значение литровой мощности у современных карбюраторных двигателей лежит в пределах 15-40 кВт/л, а у дизелей 8-25 кВт/л.Коэффициенты полезного действия двигателей. В подразд. 5.3 рассматривалось применение системы коэффициентов полезного действияэнергетических установок для сравнения их термодинамической эффективности.
Экономичность действительного рабочего цикла двигателяоценивают индикаторным КПД, представляющим собой отношение полезной работы, полученной в цилиндре двигателя, к затраченной теплоте.При известной индикаторной мощности двигателя работа в цилинд-ре равна 3600А/,, а затраченная теплота топлива В 0% (здесь В расход топлива, кг/ч; О: - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг).Индикаторный КПДі_ звоом, 'Во:Индикаторный КПД, помимо термодинамических потерь, учитываети потери, вызванные отклонениями линий сжатия и расширения от адиабат и т.д. Величина этих дополнительных тепловых потерь в действительном рабочем цикле определяется относительным индикаторнымКПД по (5.8)1101: пі/пі'Для большинства двигателей 110,.
= 0,75 + 0,85. Экономичность всегодвигателя оценивается эффективным КПД, учитывающим как тепло454вые, так и механические потери. Он равен отношению полезной работына валу ко всей затраченной теплоте [см. (5.13)]:е_ звоо/уе °ВодПоскольку Не = пмехА/і, то в соответствии с (5.12)“в= “ды-"межДля карбюраторных двигателей це = 0,2 + 0,28, для дизелей це = 0,3 + 0,4.Изменение эффективного, индикаторного и механического КПД дизеля в зависимости от его нагрузки (при п = сопЅІ) показано на рис. 15.75.Как видно из рисунка, индикаторный КПД с изменением нагрузки меняется мало.
Эффективный и механический КПД изменяются от максимума, соответствующего эксплуатационной нагрузке двигателя, до нуляпри холостом ходе двигателя.Для оценки экономичности двигателя часто используют также удельный расход топлива, т.е. расход топлива, приходяшегося на І кВт~ч работы на валу двигателя, кг/(кВт-ч),(15.113)38=В/І\їе.Используя (5.13) и (15.113), получаем уравнение, связываюшее де ипе,_ 36008е “пе(15.114)ДУЭффективный удельный расход топлива 38 для различных типов двигателей при работе на номинальном режиме колеблется в следующихпределах:в карбюраторных двигателях - 0,285-0,380 кг/(кВт'ч);в дизелях - 0,220-0,280 кг/(кВт-ч).11,966040Рис. 15.75.
Зависимость индикаторного, механического иэффективного КПД дизеля отнагрузки200/15І////°_пе//20406080 п,/~,,,,%455Из (15.114) видно, что максимальному пе соответствует минимальный удельный расход топлива. Этот режим работы двигателя называетсяэкономическим.Тепловой баланс двигателя. Распределение теплоты, выделившейся вцилиндре двигателя при сгорании топлива, на полезно затраченную инеиспользуемую теплоту, обусловленное тепловыми потерями, называется тепловым балансом двигателя. Его составляют по результатам исследований и относят к І кг топлива или к І ч работы двигателя [см.(6.17)].В тепловой баланс не входит составляющая, характеризующая механические потери. Эти потери обусловлены работой трения и в виде теплоты входят в состав потерь с охлаждающей водой и маслом.
Остальнаяих часть учитывается остаточным членом теплового баланса. Составляющие теплового баланса могут быть определены по результатам балансовых испытаний двигателя.Располагаемая теплота, получаемая при сжигании топлива, кДж/ч,определяется по формулеОг=30їҐ(15.115)Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя, кДж/ч,2,: 3600^Ъ(15.116)Теплота, теряемая с выпускными газами, кДж/ч,(15.117)Ог=мгсъгг_мзсъуз,где Мг, М3 - количество соответственно выпускных газов и свежего заряда, кг/ч; съ, с; - массовые изобарные теплоемкости соответственно выпускных газов и свежего заряда, кДж/(кг- К); іг, із - температуры соответственно выпускных газов и свежего заряда, °С.Теплота, теряемая с охлаждающей водой, кДж/ч,98 = МВСМ; - 4,),(15.118)где Мв - расход охлаждающей воды через систему охлаждения, кг/ч; сВ массовая теплоемкость воды, кДж/(кг-К); Ґв, Ґ; - температуры охлаждающеи воды соответственно на входе в двигатель и выходе из него.Теплота, теряемая со смазочным материалом, кДж/ч,(15.119)Ом: Ммсм(/;1_(м),где Мм - расход масла через смазочную систему, кг/ч; см - массовая теплоемкость масла, кДж/(кг- К); Ґм, Ґ; - температуры масла соответствен.но на входе в двигатель и выходе из него, °С.Потерю теплоты из-за неполноты сгорания, кДж/ч, определяют только при ос < І:456он=418<1-а›втіпв,(15.120)где а - коэффициент избытка воздуха; Ьтіп - количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг; В - расходтоплива, кг/ч.При коэффициенте избытка воздуха ос > І эта потеря незначительна иее обычно включают в остаточный член теплового баланса [см.
формулу(6.17)]. В остаточный член также входят: теплота, теряемая во внешнююсреду излучением, часть механических потерь и погрешность в определении отдельных составляющих теплового баланса:(15.121)00ст=0г<0е+08+0м+0нуЕсли составляющие теплового баланса выразить в процентах от всейрасполагаемой теплоты От, то (6.17) примет видЧе+ЧГ+Чв+ЧМ+ЧН+ЧОСТ= 100%.(15.122)Примерные значения составляющих теплового баланса карбюраторных двигателей и дизелей приведены в табл.
15.3.Способы повышения мощности. Из (15.1 1 І) следует, что мощность двигателя можно повысить увеличением: І) диаметра цилиндра В, а следовательно, и его рабочего объема У ; 2) числа цилиндров і; 3) частоты вращения двигателя п; 4) среднего эффективного давления ре.Первые два способа повышения мощности связаны с увеличениемразмеров и массы двигателя.Максимальная частота вращения, на которую проектируют двигатель, в большинстве случаев не превышает для карбюраторных двигате-лей 8000 мин-', для дизелей 4000 мин-Ё Повышенные частоты враще-ния позволяют существенно уменьшить массу и размеры двигателей, чтоособенно важно для двигателей, применяемых в подъемно-транспорт-Таблица 15.3Относительные составляющие теплового баланса двигателей внутреннегосгоранияСоставляющая балансаКоличество теплоты, %КарбюраторныйДизельдВИГаТеЛЬТеплота, эквивалентная эффективной работе20-2830-42Потеря теплоты с охлаждающей жидкостьюПотеря теплоты с масломОстаточный член теплового баланса15-202-43-1015-352-53-8Потеря теплоты с отработавшими газами35-4525-35457ных машинах.
Однако необходимо иметь в виду, что увеличение частотывращения влияет на износ деталей двигателей и уменьшает их моторесурс. Поэтому увеличение мощности двигателя за счет повышения п невсегда может быть оправдано.Среднее эффективное давление ре = ріпм. Ее можно увеличить повышением механического КПД и среднего индикаторного давления. Повысить среднее индикаторное давление можно только путем увеличенияработы, производимой газами в Цилиндре двигателя, в результате чеговозрастает площадь индикаторной диаграммы. Это достигается повышением степени сжатия и увеличением максимального давления ра или увеличением массы заряда за счет подачи его в цилиндр при давлении больше атмосферного.При повышении степени сжатия площадь индикаторной диаграммыувеличивается незначительно, одновременно возрастает максимальноедавление цикла ра, что в свою очередь приводит к увеличению массыдвигателя.Принудительное наполнение цилиндра свежим зарядом повышенного давления называется наддувом.
При наддуве в рабочем объеме цилиндра увеличивается масса воздушного заряда, а следовательно, возрастаети количество топлива, которое можно сжечь за каждый рабочий цикл.Процесс сгорания при этом не ухудшается и не возникает теплового перенапряжения стенок камеры сгорания. Вследствие сжигания в Цилиндре большого количества топлива при наддуве увеличиваются ширина индикаторной диаграммы и ее площадь, а следовательно, и среднее индикаторное давление рі.На рис.
15.76 для сравнения приведена индикаторная диаграмма дизеля без наддува и с наддувом. При наддуве среднее индикаторное давление р*,*., может быть увеличено с 0,7 до 2,5 МПа.Мощностные параметры двигателей при наддуве оценивают так называемой степенью наддува Ж, представляющей отношение среднего эфриА=УЦ:-Рис."ц'г-[Є ц458АИ,_уг15.76. Индикаторная диа-грамма двигателя с наддувом и безнаддувафективного давления в двигателе с наддувом р'; к этому же давлению вдвигателе без наддува ре при работе на номинальном режиме:Ж" = р'е'/ре.(15.123)Степень наддува приближенно можно выразить как отношение давления наддува рн к давлению окружающей среды:М = (РБ/РЖ",(15.124)где п - показатель политропы сжатия нагнетателя.С ростом давления воздуха в нагнетателе повышается и его температура, в результате чего снижается удельная мощность двигателя.
В современных двигателях при давлении наддувочного воздуха более 0,15 МПарекомендуется применять промежуточное охлаждение воздуха.Степень сжатия в двигателях с наддувом обычно меньше, чем в двигателях без наддува. Это позволяет избежать значительного повышениямаксимального давления цикла.С помошью наддува мощность можно повысить не только в дизелях,но и в карбюраторных двигателях.Применение наддува позволяет создать серию двигателей одного типоразмерного ряда с разными мощностями без изменения основных деталей и узлов базового двигателя. Наддув является одним из самых эффе-ктивных и универсальных способов повышения мощности двигателя.Схемы наддува двигателей. В четырехтактных двигателях применяютмеханический, газотурбинный и инерционный наддувы.При механическом наддуве (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
