Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 54

В результате получим окончательное выражение для среднего теоретического индикаторного давления смешанного цикла:

               .                                                                (3.20)

Из выражения (3.20) следует, что р_i прямо пропорционально р_с и находится в функциональной зависимости от безразмерных параметров рабочего цикла ε, λ, ρ, σ, а также от n₁ и n₂.

Среднее индикаторное давление р'_i не зависит от основных размеров цилиндра: диаметра D и хода поршня S (так как отнесено к единице объема V_s), что удобно для расчетов. Действительное среднее индикаторное давление р_i четырехтактных двигателей меньше расчетного вследствие скруглений действительной индикаторной диаграммы на участке процесса сгорания cyz и в конце расширения (точка b), а также в связи с отклонением действительных процессов сжатия и расширения от политропных.

Таким образом, действительное среднее индикаторное давление следует определять по формуле:

                                                              ,                     (3.21)

где ζ = f_д /f_т – коэффициент скругления индикаторной диаграммы, который представляет собой отношение площади действительной индикаторной диаграммы f_д к площади теоретической индикаторной диаграммы f_т.

Для четырехтактных двигателей ξ = 0,90 – 0,96.

Скругление диаграммы (рис. 3.23) у точки с на действительной индикаторной диаграмме объясняется опережением подачи топлива; у точек у и z – конечной скоростью сгорания топлива и, наконец, в конце хода расширения у точек b и а — предварением открытия выпускного клапана.

В двухтактных двигателях р', полученное по формуле (20), относится к полезному ходу поршня V_s(1 – φ). Обычно принимают, что хвостовая часть диаграммы полностью компенсирует потери на скругление, т. е. ζ = 1. Тогда действительное среднее индикаторное давление двухтактных двигателей, отнесенное к полному ходу поршня, может быть определено как:

                                                          .                 (3.22)

Для предварительных расчетов долю хода поршня φ, потерянную на высоту окон при контурной системе продувки, прнимают равной φ_в (относят к выпускным окнам), а при прямоточно-клапанной – φ_п (относят к продувочным окнам).

Значения среднего индикаторного давления p_i характеризующего степень совершенства рабочего цикла, для судовых четырехтактных двигателей без наддува р_i = 0,65 – 0,85 МПа, с наддувом p_i = 0,9 – 2,7 МПа; для двухтактных двигателей без наддува p_i = 0,6 – 0,8 МПа; с наддувом – p_i = 0,8 – 1,7 МПа.

Индикаторной мощностью называется мощность, соответствующая индикаторной (внутренней – в цилиндре) работе замкнутого цикла.

Индикаторная работа цикла, КДж:

                                                .       (3.23)

Индикаторная мощность одного цилиндра N_i, определяют с учетом тактности z и частоты вращения двигателя по формуле, кВт:

                                               ,      (3.24)

где n – частота вращения, мин^-1; z – коэффициент тактности.

Для четырехтактных z = 0,5; для двухтактных z = 1.

Если число цилиндров i, то мощность двигателя, кВт:

                                         . (3.25)

Последняя формула позволяет оценить влияние основных конструктивных параметров на N_i.

Академик Б. С. Стечкин предложил формулу:

                                           ,  (3.26)

где γ_к – плотность поступающего воздуха; α – коэффициент избытка воздуха; η_i, η_н – КПД индикаторный, коэффициент исполнения; L'_o – теоретически необходимое количество воздуха в кг на 1 кг топлива.

3.12. Среднее эффективное давление и эффективная мощность ДВС

К эффективным показателям двигателя относятся средне эффективное давление p_e, эффективная мощность N_e, эффективный КПД η_е и удельный эффективный расход топлива b_e.