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:

	ge 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