МОЩНОСТЬ И ЭКОНОМИЧНОСТЬ

Различают индикаторную мощность, развиваемую газами в цилиндрах двигателей, и эффективную мощность — полезную мощность, отдаваемую потребителю энергии (гребному валу, электрогенератору и т. п.).

Эффективная мощность Ne меньше индикаторной Ni на величину механических потерь Nm, обусловленных трением подвижных деталей двигателя и затратой энергии на приведение в действие механизмов и агрегатов, навешенных на двигатель и обслуживающих его системы. Часть мощности теряется также на совершение тактов впуска и выпуска:



Индикаторная мощность может быть определена непосредственно из индикаторных диаграмм, записываемых специальным прибором—индикатором. Площадь такой диаграммы в определенном масштабе выражает работу газов в цилиндре за один рабочий цикл. По ней определяют среднее индикаторное давление за рабочий цикл ρi и с учетом размеров цилиндра двигателя, частоты вращения, тактности, количества цилиндров вычисляют индикаторную мощность двигателя (и.л.с):



где ρi - среднее индикаторное давление, кгс/м2;

D — диаметр цилиндра, м;

S — ход поршня, м;

n — частота вращения коленчатого вала, об/мин;

i — число цилиндров двигателя;

k — коэффициент тактности (для двухтактных двигателей k=l, для четырехтактных k=0,5).



Отношение эффективной мощности к индикаторной носит название механического коэффициента полезного действия (к.п.д.):



Механический к.п.д. служит для оценки конструктивных и эксплуатационных качеств двигателей. Значения механического к.п.д. при номинальных режимах и хорошем техническом состоянии дизелей находятся в пределах ηm =0,75-0,85. Меньшие значения относятся к многооборотным быстроходным дизелям, а также к дизелям малой мощности.

Для оценки двигателей часто пользуются значением среднего эффективного давления ре кгс/см2, представляющего собой произведение среднего индикаторного давления на механический к.п.д.:



Среднее эффективное давление учитывает механические потери в двигателе и позволяет определить эффективную мощность (э.л.с):



В некоторых случаях оказывается удобным пользоваться понятиями эффективной цилиндровой и литровой мощности.

Мощность, развиваемая в одном цилиндре (цилиндровая мощность), определяется из отношения



Мощность, приходящаяся на литр объема цилиндров (литровая мощность),



где Vц — объем, описываемый поршнем за один ход (между верхней и нижней мертвыми точками), л.



Эффективная мощность двигателей, приводящих в действие электрогенераторы (дизель-генераторы), часто измеряется в киловаттах (1 л.с. = 0,736 кВт). Эффективная мощность и частота вращения коленчатого вала являются основными параметрами, характеризующими судовой дизель.

В зависимости от режима работы двигателя различают номинальную, максимальную, эксплуатационную, экономическую и минимальную эффективные мощности. Такое же подразделение имеет и частота вращения главного судового дизеля, так как с ее изменением меняется и мощность двигателя.

Номинальной считается та наибольшая мощность, которую двигатель может развивать неограниченное время при установленной номинальной частоте вращения вала.

Максимальная мощность больше номинальной на 10— 20%. С такой мощностью двигатель может работать не более 1—2 ч. При этом максимальная частота вращения вала больше номинальной на 3—4%.

Эксплуатационная мощность на 10—15% меньше номинальной. При такой мощности увеличивается срок службы

дизеля.

Экономическая мощность соответствует наименьшему удельному расходу топлива.

Минимальная мощность зависит от минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала двигателя, работающего под нагрузкой. Минимально устойчивую частоту вращения обычно удается снизить только до 1/3—1/4 частоты вращения, при которой двигатель работает па номинальном режиме. Минимально устойчивая частота вращения определяет минимальную скорость хода судна и его маневренность. Сложность в уменьшении минимально устойчивой частоты вращения в основном связана с трудностью точной дозировки малых порций топлива по цилиндрам двигателя.

Оценка экономичности дизеля производится по удельному расходу топлива ge и эффективному к.п.д. ηe .

Удельный расход топлива определяется (кг/э.л.с.*ч) как частное от деления часового расхода топлива на эффективную мощность, развиваемую двигателем за это время:



где Gч — расход топлива, кг/ч;

Nе — эффективная мощность, э.л.с. У тихоходных дизелей без наддува удельный расход топлива на номинальном режиме составляет 0,170—0,185 кг/э.л.с.*ч(0,230-0,250 кг/кВт*ч), у быстроходных он достигает 0,180-0,220 кг/э.л.с.*ч (0,240-0,300 кг/кВт*ч).



Работа одной лошадиной силы в час эквивалентна в тепловых единицах 632,3 ккал. Теплота сгорания 1 кг дизельного топлива (теплотворная способность) примерно равна Qн= 10 000 ккал/кг. Исходя из этого, можно определить эффективный к.п.д. двигателя:



где Qнge — количество тепла, ккал, выделяющегося в цилиндрах двигателя за 1 ч работы на 1 л.с;

632,3 — количество тепла, ккал, теоретически необходимое для получения полезной работы в 1 э.л.с.*ч.



Таким образом, эффективный к.п.д. двигателя определяется отношением количества тепла, превращенного в полезную работу на валу двигателя, к количеству тепла, полученному при сгорании топлива. Для дизелей без наддува ηe =0,30-0,40.

По удельному расходу топлива и эффективному к.п.д. дизели являются самыми экономичными тепловыми двигателями.

Наибольшая экономичность двигателя достигается при работе с экономической мощностью. Уменьшение или увеличение мощности ведет к уменьшению эффективного к.п.д. и возрастанию удельного расхода топлива. Фактический часовой расход топлива при снижении мощности уменьшается, а при работе на максимальной мощности(режим перегрузки)резко возрастает.

В двигателе внутреннего сгорания для получения полезной работы используется только часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Другая часть теряется с отработавшими газами и охлаждающей водой. Небольшое количество тепла передается от нагретых деталей двигателя в окружающую среду. Распределение тепла, выделившегося при сгорании топлива, по статьям расхода носит название теплового баланса двигателя. У современных судовых дизелей тепло, превращенное в полезную работу на валу двигателя, составляет 35—45% (для двигателей с наддувом); с охлаждающей водой уносится 15—30% тепла, с отработавшими газами уходит 25—50%, и 1—8% тепла приходится на прочие потери. Тепло отработавших газов и охлаждающей воды может быть использовано для различных полезных нужд судна, т. е. утилизировано. Наиболее просто утилизируется тепло отработавших газов в судовых утилизационных котлах.