 |
Лабораторная работа №7. Исследования системы газотурбинного наддува судового дизеля. 1.Цель работы. 2.Основные теоретические положения
|
|
|
|
Лабораторная работа №7
Исследования системы газотурбинного наддува судового дизеля
1. Цель работы
Исследовать процессы газотурбинного наддува дизеля на физической модели.
2. Основные теоретические положения
Повышение мощности
Работа, совершаемая газами во всех цилиндрах за единицу времени, называется индикаторной мощностью двигателя Ni.
При выводе формулы мощности Ni приняты следующие обозначения: D —диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м; Vs — рабочий объем цилиндра, м3; pi — среднее индикаторное давление; п — частота вращения, об/мин; Z — число цилиндров; i = kZ — число рабочих ходов за один оборот во всех цилиндрах, где k — коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей k = 1/2, для двухтактных простого действия k = 1).
Согласно определению среднего индикаторного давления работа, совершаемая газами в цилиндре за один цикл, Дж/цикл, (один рабочий ход поршня),
(1. 1).
Индикаторная работа всего двигателя в минуту, Дж/мин,
(1. 2).
Разделив минутную работу на 60, получим индикаторную мощность, Вт
(1. 3)
Выражение 
/4 представляет собой рабочий объем цилиндра Vs, тогда для двухтактного двигателя:
(1. 4)
|
|
|
для четырехтактного двигателя:
(1. 5)
Если выражение Sn/30 заменим на среднюю скорость поршня ст = Sn/30, то получим обобщенную формулу индикаторной мощности для любого типа двигателей, Вт,
Ni = 0, 393D2 pi сmi (1. 6).
Мощность, развиваемая двигателем на фланце коленчатого вала, называется эффективной мощностью Ne. Она будет меньше индикаторной на величину потери мощности, затрачиваемой на трение и на приведение в действие навешенных механизмов: Ne = Ni - Nm, где Nm - мощность механических потерь.
Если мощность, затрачиваемую на преодоление механических потерь, учесть в виде поправки к среднему индикаторному давлению, то получим среднее эффективное давление ре = pi — рт, где рт — среднее давление механических потерь, которое составляет: у двухтактных малооборотных дизелей 0, 10—0, 12 МПа, у четырехтактных среднеоборотных 0, 18—0, 20 МПа.
По аналогии с давлением рi давление ре представляет собой условное постоянное давление газа, которое, действуя на поршень, совершает за один его ход работу, равную полезной эффективной работе на фланце коленчатого вала двигателя. Среднее эффективное давление характеризует собой среднюю удельную эффективную работу цилиндра за цикл и является одним из важнейших технических показателей двигателя. По величине давления ре можно судить остепени нагруженности двигателя, об уровне организации процесса сгорания и совершенстве конструкции двигателя в целом.
|
|
|
Значение ре находится в пределах для двигателей без наддува: двухтактных 0, 4—0, 5 МПа, четырехтактных 0, 52—0, 65 МПа; для двигателей с наддувом: двухтактных 0, 75—1, 35 МПа, четырехтактных 0, 75—2 МПа. В отдельных двигателях (например, судовой дизель фирмы «Фудзи» типа 6MD26X) давление рe доведено до 2, 5 МПа за счет использования системы Р. Миллера в конструкции привода впускных клапанов. Система позволяет изменять фазы газораспределения во время работы двигателя, что в конечном итоге приводит к снижению тепловой и механической напряженности цилиндропоршневой группы — основных факторов, сдерживающих дальнейший желаемый рост среднего эффективного давления.
Подставив в формулу (1. 6) вместо pi значение ре получим выражение для эффективной мощности, Вт, в общем виде:
Ni = 0, 393D2 pe сmi (1. 7).
Известно, что эффективная мощность Ne, кВт, и крутящий момент двигателя Мкр, Н·м, связаны выражением
Мкр = 9554 
(1. 8)
из которого следует, что крутящий момент обратно пропорционален частоте вращения. Это означает, что если мощность двигателя достигнута за счет большой частоты вращения, то крутящий момент такого двигателя, передаваемый потребителю механической энергии (гребному винту, электрическому генератору), будет невелик.
Из выражения (1. 8) получим еще одну формулу эффективной мощности
На этой зависимости основан метод определения Ne при стендовых заводских испытаниях двигателя.
Как следует из формулы (1. 7), на эффективную мощность двигателя влияет ряд сомножителей. Кратко рассмотрим реальную возможность их увеличения. В настоящее время такая величина как диаметр цилиндра достигла своего технологического предела, как, например, в двигателе GMTA 1060, где диаметр цилиндра равен 1060 мм. Средняя скорость поршня также не может увеличиваться выше определенных значений, так как это связано с увеличением механических напряжений. Наибольшее рациональное число цилиндров для малооборотных двухтактных двигателей уже достигнуто, оно не превышает двенадцати, дальнейшее увеличение этого числа приведет к уменьшению продольной жесткости двигателя и затруднению его обслуживания.
|
|
|
Таким образом, практически единственным показателем, который в настоящее время может оказать влияние на дальнейшее увеличение мощности двигателя, является среднее эффективное давление. За последних два десятилетия благодаря непрерывному совершенствованию систем газотурбинного наддува и разработке более прочных конструкций деталей двигателей ре удалось увеличить в 2 - 2, 5 раза.
|
|
|
