Индикаторная и эффективная мощность поршневого двигателя

Площадь индикаторной диаграммы характеризует собой полезную индикаторную работу одного цикла ℓ_Ц. Чем больше ℓ _Ц, тем больше степень использования заданного рабочего объема цилиндра Vц.

Величина ℓ_Ц в двигателе заданных размеров определяет степень эффективности рабочего процесса с точки зрения развиваемой индикаторной работы.

Для данного объема V_ц работа ℓ_ц эквивалентна так называемому среднему индикаторному давлению Р_ср и может быть выражена в виде произведения этого давления на объем цилиндра:

(6.1)

где d_ц — диаметр цилиндра;

S — ход поршня.

Средним индикаторным давлением называется некоторое условное постоянное давление на поршень, которое, действуя в течение хода поршня, создает работу, равную индикаторной. Следовательно, если заменить площадь индикаторной диаграммы равновеликим прямоугольником с основанием, равным длине диаграммы, то высота этого прямоугольника в масштабе будет представлять собой среднее индикаторное давление.

Мощность, передаваемая парогазом на поршень за ходы расширения и сжатия, называется индикаторной мощностью N,. Другими словами, индикаторная мощность – мощность, соответствующая индикаторной работе диаграммы.

Для машины, делающей п об/мин, мощность, развиваемую в i-ом цилиндре, найдем по формуле

(6.2)

Для многоцилиндрового двигателя с числом цилиндров, равным т, и числом рабочих ходов за один оборот кривошипа, равным i, общая мощность двигателя будет

(6.3)

В действительном же рабочем процессе имеется ряд дополнительных потерь, в результате чего работа будет иметь меньшее значение, чем в идеальном цикле.

Степень использования тепла в действительном рабочем процессе определяется коэффициентом полноты индикаторной диаграммы η_ц, представляющим собой отношение площадей действительной и теоретической индикаторных диаграмм. Для торпедных поршневых двигателей η=0,85—0,90. С учетом этого действительную индикаторную мощность можно определить по формуле

(6.4)

Мощность, передаваемая на вал двигателя, называется эффективной, она меньше индикаторной на величину мощности трения N_тр, т. е

(6.5)

В мощность трения входят потери мощности на трение всех деталей двигателя и мощность, затрачиваемая на работу вспомогательных механизмов и приборов (газораспределение, водяная помпа, распределитель смазки и др).

С увеличением отмеченных потерь увеличивается мощность трения, соответственно уменьшается полезная эффективная мощность двигателя и в результате понижается экономичность двигателя. Поэтому всегда следует стремиться к уменьшению мощности трения и к увеличению полезной работы на валу двигателя.

Мощность трения определить теоретическим путем очень трудно, так как она может изменяться в широких пределах в зависимости от размеров двигателя, числа оборотов, усилий, действующих на трущиеся детали, и пр. Поэтому при определении эффективной мощности по найденной индикаторной мощности механические потери в двигателе оцениваются приближенно выбираемым механическим КПД η_м.

Механическим кпд двигателя называется отношение эффективной мощности к индикаторной. При испытании двигателей на тормозе этот коэффициент легко определить по найденному непосредственным замером значению эффективной мощности и рассчитанной по формуле (6.4) индикаторной мощности Обычно для торпедных двигателей η_м = 0,75—0,95.

С учетом изложенного выше формулу для определения эффективной мощности поршневого двигателя можно записать так

(6.6)

Пример. Определить эффективную мощность двигателя торпеды, если известно, что Рi,= 19,7 дан/см² (дан — деканьютон), dц =144 мм, S = 150 мм, n=1440 об/мин

Решение Неизвестную величину N_e определяем по формуле (6.5), приняв т=2, 1 = 2 и среднее значение к. п д.: