0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Энергетические показатели работы двигателя

Коэффициент полезного действия

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта») [1] . КПД является безразмерной величиной и часто выражается в процентах.

Содержание

  • 1 Определение
  • 2 Другие похожие показатели
    • 2.1 КПД котлов
    • 2.2 Тепловые насосы и холодильные машины
  • 3 Литература
  • 4 Примечания

Определение [ править | править код ]

Математически КПД определяется как

η = A Q , >,>

где А — полезная работа (энергия), а Q — затраченная энергия.

Если КПД выражается в процентах, эту формулу иногда записывают в виде

η = A Q × 100 % >times 100%> .

Здесь умножение на 100 % не несёт содержательного смысла, поскольку 100 % = 1 . В связи с этим второй вариант записи формулы менее предпочтителен (одна и та же физическая величина может быть выражена в различных единицах независимо от формул, где она участвует).

В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько затрачено энергии.

КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле

η = Q 1 − Q 2 Q 1 -Q_<2>>>>> ,

где Q 1 > — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q 2 > — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен

η k = T 1 − T 2 T 1 =-T_<2>>>>> .

Другие похожие показатели [ править | править код ]

Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.

КПД котлов [ править | править код ]

КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.

Тепловые насосы и холодильные машины [ править | править код ]

Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.

Эффективность машин характеризует холодильный коэффициент [en]

ε X = Q X / A >=Q_ >/A> ,

где Q X >> — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

ε Γ = Q Γ / A =Q_/A> ,

где Q Γ > — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

В идеальной машине Q Γ = Q X + A =Q_ >+A> , отсюда для идеальной машины ε Γ = ε X + 1 =varepsilon _ >+1>

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент

ε = T X T Γ − T X > over -T_ >>>> ,

где T Γ > , T X >> — температуры горячего и холодного концов, K [2] . Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное АВТОНОМНОЕ образовательное

учреждение высшего образования

«Севастопольский государственный университет»

Институт кораблестроения и морского транспорта

Гоголев Г.В.

Расчет и построение теоретической

Индикаторной диаграммы судового двс

Рекомендовано

Учебно-методическим советом института

в качестве методических указаний

для студентов очной и заочной форм обучения

специальности

26.05.06 – Э ксплуатация судовых энергетических установок и

очной и заочной форм обучения

ББК 39.46

Рецензенты: К.В. Перепадя, к.т.н., доцент каф. ОиК

В.А. Очеретяный, к.т.н., доцент каф. ЭМСС

Г.В. Гоголев , В.В. Душко

Расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы судового ДВС: методические указания к практическому занятию по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания». – Севастополь: ФГАОУВО «СевГУ», 2016. – 12 с.

Рассматривается расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы судовых двухтактных и четырехтактных дизельных двигателей.

Пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения Севастопольского государственного университета, института кораблестроения и морского транспорта, специальности 26.05.06 – Эксплуатация судовых энергетических установок.

Выполнение практической работы направлено на изучение следующих профессионально-специализированных компетенций (Конвенция ПДНВ):

Читать еще:  Что такое турбопоршневой двигатель

ПСК-6 – Основные принципы конструкции и работы механических систем, включая судовой дизель.( Эксплуатация главных установок и вспомогательных механизмов и связанных с ними систем управления)

© Гоголев Г.В., Душко В.В. 2016

© Издание ФГАОУВО «СевГУ», 2016

Список принятых условных обозначений………………

Введение

Тепловой расчет двигателя завершается построением индикаторной диаграммы рабочего процесса в координатных осях p — V (давление – объём). Индикаторная диаграмма, изображенная в этих осях, представляет собой зависимость давления газов в цилиндре от его объема. При построении индикаторной диаграммы следует помнить, что рабочий процесс в четырехтактных двигателях происходит за два оборота коленчатого вала, т.е. за четыре хода поршня двигателя, а в двухтактных – за один оборот коленчатого вала, т.е. за два хода поршня.

Расчетная индикаторная диаграмма строится по значениям давлений и объемов в характерных точках расчетного цикла (a, b, c, d, y, z, f) и значениям показателей политроп сжатия и расширения (n 1, n 2). В качестве примера на рисунках 3.1 и 3.3 представлены индикаторные диаграммы 4- и 2-тактных двигателей соответственно.

Полученная расчетная (теоретическая) индикаторная диаграмма в дальнейшем будет исходным материалом для динамического и прочностного расчетов двигателя.

Список принятых условных обозначений

ДВС– двигатель внутреннего сгоранияV– объем цилиндра текущий
ВМТ– верхняя мертвая точкаVc– объем камеры сжатия
НМТ– нижняя мертвая точкаpa– давление в начале сжатия
p к – давление наддува (после компрессора)p т– давление перед турбиной турбокомпрессора
Δp к– сопротивление впускного трактаps– давление наддувочного воздуха перед органами впуска
pz– максимальное давление сгоранияа– начало процесса сжатия
p с – давление в конце сжатияb– открытие выхлопного клапана
pr– давление остаточных газов в цилиндре в конце процесса выпускаd– открытие продувочных окон (клапанов)
Δpr– аэродинамическое сопротивление выпускного трактаb ′– закрытие выхлопного клапана
p – атмосферное давлениеS– ход поршня
p 1 – среднее давление процесса сжатияp е – среднее эффективное давление
p 2 – среднее давление процесса расширенияpi – среднее индикаторное давление
p м – среднее давление механических потерьbi– индикаторный удельный расход топлива bi,
Vs– рабочий объем цилиндраVa– полный объем цилиндра

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС

Графическое изображение рабочего цикла, т.е. диаграмма, показывающая изменение давления р в цилиндре в зависимости от объёма цилиндра V (или хода поршня S) за цикл называется нормальной индикаторной диаграммой. Такую диаграмму снимают на работающем дизеле при помощи специального прибора – индикатора.

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление pi, индикаторная мощность Ni, индикаторный удельный расход топлива bi, и индикаторный к.п.д. h i.

Если бы давление было выражено в паскалях, а объем цилиндра в м 3 , то полезная работа была бы представлена заштрихованной площадью внут­ри индикаторной диаграммы (заштрихованная пло­щадь рисунок. 1.1 пропорциональна полезной работе цикла). Эту работу принято называть индикатор­ной работой — Li, Дж.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индикаторным давлением pi. Следовательно под средним индикаторным давлением подразумевается условное постоянное давление pi, действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла. Графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы, а основание – длине диаграммы. На рисунке 1.1 показана геометрическая интерпретация опреде­ления pi. Если площадь индикаторной диаграммы (косая штриховка) преобразовать в равновеликую площадь прямоугольника с длиной, рав­ной Vh (отмечено вертикальной штриховкой), то высота этого прямоу­гольника будет равна pi.

Среднее индикаторное давление, как удельная работа цикла, от­ражает эффективность использования рабочего объема цилиндра — чем больше pi, тем больше Дж полезной работы снимается с 1 м 3 рабочего объема цилиндра, тем выше эффективность двигателя как источника механической работы.

Мощность, получаемая в одном цилиндре за один рабочий цикл — ин­дикаторная цилиндровая мощность, определяется как:

,

где — время совершения одного рабочего цикла, с;

m, n -коэффициент тактности и частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Принимая , получим:

,

где -постоянная цилиндра.

Индикаторная мощность многоцилиндрового дизеля при условии идентичности рабочих процессов в цилиндрах определится умноже­нием правой части формулы на число цилиндров i:

.

Для расчета прочности коленчатого вала требуется определить крутящий индикаторный момент двигателя — М i. Расчетная формула для М i имеет вид:

,

где, кроме известных параметров — площадь поршня, м 2 ;

-радиус кривошипа коленчатого вала, м. При подстановке в фор­мулу pi. в МПа крутящий момент будет измеряться в МН∙м.

Показатели работы двигателя поддразделяются на индикаторные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре и эффективные (внешние), учитывающие помимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расширения газов через поршень и кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал двигателя.

Эффективная мощность двигателя определяется площадью индикаторной диаграммы 1, или равной ей площадью 3, механические потери – площадью 2.

Рисунок 1.1 – Теоретическая индикаторная диаграмма

При условии полного сгорания цикловой подачи топлива gц количество теплоты, подведенной к рабочему телу в цикле, составит , кДж ( — низшая удельная теплота сгорания топлива, КДжкг). Теплота, эквивалентная полезной работе цикла Q i=L i, кДж.

Читать еще:  Что такое двигатели sochi

Отношение полезной теплоты к подведенной называют индика­торным КПД:

.

Физический смысл индикаторного КПД состоит в том, что его численное значение, выраженное в долях от единицы или в процентах, показывает, какая часть от выделившегося при сгорании топлива тепла преобразована в полезную механическую работу в рабочем цикле. В современных судовых дизелях достигнуты значения h i = 0,53…0,55 (53…55%).

Индикаторный КПД отражает степень преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу. Затраты топлива на получе­ние полезной работы оцениваются показателем, получившим наиме­нование удельный индикаторный расход топлива:

,

где Gч — расход топлива на двигатель, кг/ч (часовой расход топлива). Очевидно, что g i имеет размерность кг/(кВт∙ч). Физический смысл удель­ного индикаторного расхода топлива ясен из его размерности: значе­ние g i показывает, сколько кг топлива затрачивается на получение 1 кВт∙ч полезной индикаторной работы.

Теоретическую индикаторную диаграмму строят по данным расчета рабочего цикла.

Дата добавления: 2019-01-14 ; просмотров: 1327 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Оценочные показатели протекания рабочего цикла двигателя

Одним из основных показателей, характеризующим протекание рабочего цикла двигателя, является индикаторная (полезная) работа цикла W*. Индикаторная работа цикла W* представляет собой количество механиче­ской энергии, которое можно затратить для привода некоторого внешнего устройства, связанного с двигателем, в течение времени совершения одного цикла. Если циклы непрерывно повторять, то получают большое количе­ство индикаторной работы. В этом случае в течение всего времени работы двигателя можно приводить связанное с ним устройство в движение.

Работа, совершаемая над любым телом, представляет собой количество механической энергии, переданной этому телу в результате механического взаимодействия. В передаче энергии участвуют, как минимум, два тела, одно из которых получает механическую энергию, а второе — отдает ее.

Работа, совершаемая над телом, как известно из физики, определяется по формуле:

W = PS cosa,

Где Р — сила, приложенная к телу; S перемещение тела; а — угол между направлениями векторов действия силы и перемещения.

Для определения индикаторной работы Wi одного цикла необходимо вычислить работу сжатия И^ж и работу расширения Wpacm. Далее, вос­пользовавшись выражением (15.109), можно определить величину индика­торной работы Wi.

При сжатии поршень прикладывает к рабочему телу силу, равную

Где Рсж — давление рабочего тела в процессе сжатия; Fn площадь поршня.

В процессе сжатия (линия а-с; рис. 15.20) давление рабочего тела непрерывно изменяется (увеличивается). Поэтому сила Р, приложенная к поршню, также в процессе сжатия непрерывно изменяется.

Для упрощения расчетов полагают, что сжатие рабочего тела проис­ходит при некотором условном постоянном давлении Рсж = Idem (линия 1-2; рис. 15.20). Тогда в соответствии с выражением (15.111) работа сжатия равна:

= РсжРп5cos а = РсжРп5, [а = 0]. (15.113)

Произведение площади поршня Fn на перемещение 5 представляет собой рабочий объем цилиндра двигателя V^:

Vh = FnS = ^-S. (15.114)

Объединяя выражения (15.113) и (15.114), получим:

WC3K=pC3KVh. (15.115)

Произведение (15.115) имеет геометрическую интерпретацию — оно чис­ленно равно площади фигуры 1 — 2— DE (рис. 15.20). С другой стороны работа сжатия И^ж эквивалентна площади фигуры EACDE. Условное давление сжатия Рсж определяется таким образом, чтобы были равны площадь условной фигуры 1 — 2— DE и площадь EACDE под линией сжатия а-с.

В процессе расширения давление рабочего тела также переменно. По­этому пользоваться выражением (15.111) для определения работы расши­рения Wpacm нельзя. Поэтому для упрощения расчетов полагают, что про­цесс расширения также происходит при некотором постоянном условном Давлении ррасш рабочего тела (линия 3-4; рис. 15.20). Тогда аналогично выражению (15.113) можно записать:

Ррасш-Рi S cos А PpacuiFnS, [а = 0]. (15.116)

В процессе расширения поршень перемещается под действием силы давления рабочего тела.

Площадь фигуры е—4—3D эквивалентна работе расширения Wpacmi по­лученной в процессе расширения рабочего тела при некотором постоянном давлении рраСш- Реально работа расширения WP&CU1 эквивалентна площа­ди фигуры DCZBE (рис. 15.20). Поэтому величину условного среднего давления расширения ррасш определяют таким образом, чтобы площадь фигуры е — 4

3— D была равна площади фигуры DCZBE.

На основании выражения (15.109) можно записать:

W^i = wn — ирасщ hqk =

= РрасшV^ —РсжУн = (Ррасш — Рсж)^. (15.117)

Исходя из геометрических построений можно утверждать, что величина индикаторной работы Wi эквивалентна площади фигуры 1 — 2—3—4 (рис. 15.20). Реально индикаторная работа Wi эквивалентна площади фи­гуры ACZB.

Принятые выше допущения позволяют получить простую зависимость для определения индикаторной работы:

Где Pi = рРасш — Рсж — условное среднее индикаторное давление рабочего тела.

Условное среднее индикаторное давление р» геометрически представля­ет собой высоту прямоугольника 1-2-3-4 (рис. 15.20).

Среднее индикаторное давление р* является вторым оценочным пара­метром протекания рабочего цикла двигателя:

V_Wt_ wt _ Ж, _ Wt

Рх — Vh Va Vc в • V. — Vc Vc(E 1) (15Л19)

Чем больше среднее индикаторное давление р», тем больше индикатор­ная работа Wi.

Пусть коленчатый вал двигателя вращается с частотой п [мин»»1]. За 1 оборот коленчатого вала поршень совершает 2 хода. Следовательно, за 1 мин поршень совершит следующее количество ходов:

Читать еще:  Ветреный двигатель как пишется

В четырехтактном двигателе рабочий цикл происходит за 4 такта (хода) поршня, а в двухтактном — за два хода поршня. Таким образом, за 1 мин в двигателе совершается следующее количество рабочих циклов:

В — — — — [Циклов] Т Т [ мин J ‘

Где т — тактность двигателя, т. е. количество ходов, осуществляемых порш­нем в течение одного цикла, (т = 2 или 4).

Работа, затраченная А на сжатие газа

Работа, совершённая газом Полезная (индикаторная) в процессе расширения работа цикла

Рис. 15.21. Условная схема определения индикаторной работы цикла

Тогда число рабочих циклов за 1 секунду равно:

Тогда за время T (с) в двигателе будет совершено следующее число циклов:

R 2п t

Из последнего выражения определим продолжительность протекания одного цикла (Bt = 1):

В течение одного цикла совершается индикаторная работа Разделив индикаторную работу Wi на продолжительность протекания одного цикла t, получим выражение для определения индикаторной мощности одноци­линдрового двигателя:

Индикаторная мощность, определяемая по формуле (15.120), является третьим оценочным параметром протекания рабочего цикла двигателя.

Индикаторная работа Wi представляет собой ту часть работы расши­рения Wpacn,, которую можно использовать для привода любой машины (рис. 15.21).

Проанализируем выражение (15.121). Мощность характеризует произ­водительность двигателя. Чем больше мощность двигателя, тем большую работу он выполняет в единицу времени, т. е. выше его производительность. Из выражения (15.121) следует, что для увеличения мощности двигателя необходимо:

• увеличить среднее индикаторное давление р*;

• увеличить рабочий объем цилиндра V^;

• увеличить частоту вращения коленчатого вала п.

Для увеличения среднего индикаторного давления р» необходимо умень­шить величину Рсж или увеличить величину ррасш. Уменьшить величину Рсж практически невозможно, так как рабочее тело поступает в цилиндр двигателя с окружающей среды с определенными значениями парамет­ров состояния (давления и температуры). Поэтому для увеличения р» необходимо увеличивать величину ррасш, которая зависит от количества сгораемого в цилиндре двигателя топлива. Чем больше топлива сгорает, тем больше выделяется энергии в тепловой форме. Чем больше энергии в тепловой форме сообщается рабочему телу, тем большее его давление ррасш в процессе расширения. В двигателе это можно сделать путем увеличения рабочего объема цилиндра Vh. В этом случае в цилиндр бензинового двигателя будет поступать больше горючей смеси. В дизельном двигателе при увеличении рабочего объема цилиндра увеличивают цикловую подачу топлива Комментарии к записи Оценочные показатели протекания рабочего цикла двигателя отключены

статья Синхронный двигатель при частотном регулировании

Анализ свойств синхронного явнополюсного двигателя при регулировании частоты вращения изменением частоты питающего напряжения для режимов работы при постоянном токе возбуждения и постоянном коэффициенте мощности. Энергетические показатели двигателя.

Нажав на кнопку «Скачать архив», вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку «Скачать архив»

РубрикаФизика и энергетика
Видстатья
Языкрусский
Дата добавления24.03.2016
Размер файла270,1 K
  • посмотреть текст работы
  • полная информация о работе

Подобные документы

Относительное сопротивление цепи якоря. Регулирование частоты вращения. Какие методы используют для изменения частоты вращения двигателя независимого возбуждения. Жесткость механической характеристики шунтового электродвигателя. Потери энергии в меди.

презентация [5,4 M], добавлен 21.10.2013

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре. Выбор силового электрооборудования. Структурная схема объекта регулирования. Описание схемы управления электропривода, анализ статических и динамических режимов.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.01.2014

Статические преобразователи частоты. Управляемые реверсивные выпрямители. Схемы замещения асинхронного двигателя при питании от источников напряжения и тока. Характеристики двигателя в разомкнутой системе. Электромагнитная мощность и момент двигателя.

презентация [134,3 K], добавлен 02.07.2014

Принцип работы и устройство асинхронного двигателя. Способ измерения электромагнитного момента асинхронного двигателя. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Изменение скольжения, числа пар полюсов, частоты источника питания двигателя.

реферат [397,1 K], добавлен 16.05.2016

Асинхронный двигатель: строение и разновидности. Вращающееся магнитное поле. Принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Регулирование частоты вращения путем вращения и скольжения. Тормозные режимы работы асинхронного двигателя.

презентация [352,5 K], добавлен 19.10.2014

Назначение, описание конструкции и системы возбуждения вертикального синхронного двигателя. Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора, ротора, крестовин и вала, системы возбуждения. Расчет электромагнитного ядра и его оптимизация на ЭВМ.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 06.04.2012

Устройство асинхронной машины: статор и вращающийся ротор. Механическая характеристика асинхронного двигателя, его постоянные и переменные потери. Методы регулирования частоты вращения двигателя. Работа синхронного генератора в автономном режиме.

презентация [9,7 M], добавлен 06.03.2015

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector