Что такое мощность механических потерь двигателя - Авто журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое мощность механических потерь двигателя

Уфимский государственный авиационный технический университет

  • Главная
  • Новости
  • Доска объявлений
  • Издания кафедры
  • Фотогалерея
  • Карта сайта
  • Вход для авторов
  • Контакты

Последние новости:

  • ПОЗДРАВЛЯЕМ!
  • Поздравляем!
  • Новость из Барселоны
  • Поздравляем
  • Приобретение изданий кафедры

Новые объявления

  • График сдачи промежуточных результатов и зачетов по НИР и практикам магистрантами 2 курса
  • Вниманию студентов 2 курса группы ЭМД-208 и 209!
  • Вниманию выпускников!
  • Студенты гр. ЭМД-406 и ЭМД-407!
  • Магистранты 2 курса!

Трение и износ в ДВС

Исследования в области трения и износа ведутся в следующих направлениях:

1. Имитационное моделирование трения и изнашивания основных узлов трения ДВС – цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, а также моделирование работы системы смазки ДВС.

2. Исследование триботехнических характеристик и износостойкости поверхностей из алюминиевых сплавов, упрочненных методами электролитического и искрового микродугового оксидирования.

В ДВС, как и в любом механизме, есть сопряжения деталей, которые движутся относительно друг друга. Такие сопряжения называются «парами трения». Основными парами трения в ДВС являются следующие:

  • поршневые кольца – гильза цилиндра;
  • юбка поршня – гильза цилиндра;
  • коренные и шатунные подшипники коленчатого вала и подшипники распределительного вала газораспределительного механизма;
  • манжетные уплотнения переднего и заднего носков коленчатого вала;
  • кулачки распределительного вала – толкатели;
  • стержни клапанов – втулки клапанов;
  • тарелки клапанов – седла и др.

Так что же такое «механические потери» двигателя и каковы их составляющие? Под мощностью механических потерь двигателя понимается мощность, необходимая для преодоления всех сил трения и привода всех агрегатов двигателя в заданном скоростном и нагрузочном режиме:

где Nм – мощность механических потерь; Ni – индикаторная мощность двигателя; Nе – эффективная мощность двигателя.

По сути, это разность между мощностью, полученной от сгорания топлива в цилиндре (индикаторная мощность Ni), и мощностью, снимаемой с двигателя (эффективная мощность Nе). В частности, в режиме холостого хода индикаторная мощность равна мощности механических потерь, так как с двигателя мощность потребителем не отбирается и Nе = 0.

Основными составляющими механических потерь двигателя являются потери трения в цилиндро-поршневой группе – трение поршневых колец и тронка (юбки) поршня о поверхность цилиндра. В зависимости от режима работы и конструкции двигателя эта составляющая выражается 40 — 75 % от всех потерь трения в ДВС. Вторая по значимости составляющая – трение в подшипниках и уплотняющих устройствах коленчатого вала, исчисляющееся цифрой 10 — 15 % от всех механических потерь. Далее – потери (5 — 15 %) на привод механизма газораспределения двигателя – трение и преодоление сопротивления газов и клапанных пружин на тактах газообмена (выпуска и впуска). Около 10 % забирает на себя привод вспомогательных агрегатов – масляного насоса системы смазки, водяного насоса (помпы) и вентилятора системы охлаждения, генератора системы электрооборудования двигателя.

Мощность механических потерь сильно зависит от частоты вращения коленчатого вала, точнее, от средней скорости поршня – практически по квадратичной формуле: чем выше обороты, тем больше трение; от нагрузки при постоянных оборотах коленчатого вала они имеют практически линейную зависимости и прямо пропорциональны.

Читать еще:  Ваз 21310 троит двигатель

На кафедре ДВС разработаны имитационные модели для расчета потерь на трение и изнашивание основных узлов трения. Результаты некоторых расчетов приведены ниже.

Изменение мгновенных механических потерь в поршневых кольцах по углу поворота коленчатого вала ДВС при частоте вращения вала 5000 об/мин и полной нагрузке на двигатель

Изменение мгновенных механических потерь в КШМ по углу поворота коленчатого вала ДВС при частоте вращения вала 5000 об/мин и полной нагрузке на двигатель

Износ гильзы цилиндра по зонам за цикл

Пример расчета износа по зонам вала коренного подшипника за цикл работы двигателя

72. Какими методами можно найти мощность механических потерь?

прокручиванием вала двигателя электродвигателем(само собой прогретого двигателя); мощность, потребляемая эл/двигателем, и будет мощностью механических потерь

способом «выбега» коленчатого вала; раскрутив двигатель прекратить подачу топлива(искры) и засечь время , требуемое на остановку коленчатого вала. Оно и будет характеризовать мощность механических потерь( по этому времени с использованием эмпирических выражений можно вычислить мощность механических потерь)

способом последовательного выключения цилмндров

73. Что из себя представляет механический к.П.Д и как найти его величину?

В соответствии с вышеизложенным, мощность на валу двигателя можно определить:

Здесь механический к.п.д. двигателя. Он показывает, какая часть индикаторной мощности передается на вал двигателя, т.е. учитывает механические потери мощности.

Пути увеличения механического к.п.д.:

— уменьшение числа поверхностей трения, например, уменьшение числа поршневых колец;

— снижение диаметров шеек коленчатого вала и поршневых пальцев;

— снижение средней скорости поршня Ст.

74. Как используя механический к.П.Д. Найти эффективные показатели работы двигателя?

-эффективная мощность

-среднее эффективное давление

-эффективная удельная поршневая мощность

-эффективная удельная литровая мощность

-эффективный удельный расход топлива

-эффективный к.п.д.

75. Какие пять к.П.Д. Характеризуют двс? Найдите связь между ними.

Индикаторный кпд— отношение тепла, эквивалентного работе газов, подсчитанной по индикаторной диаграмме, ко всему подведенному теплу

Эффективный кпд— показывает долю тепла преобразуемую на полезную эффективную работу, т.е на совершаемую в двигателе

Механический кпд— показывает какая часть индикаторной мощности передается на вал двигателя, т.е учитывает мех. потери мощности

Термический кпд— отношение тепла, преобразованного в полезную работу ко всему затраченному теплу

Относительный кпд— показывает степень приближения кпд цикла реального двигателя к таковому идеальному двигателю.

76. Выведите аналитическое выражение для определения индикаторного к.П.Д.

77. Что из себя представляет тепловой баланс двигателя и как вычислить его составляющие?

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, только частично преобразовывается в полезную (эффективную) работу. Значительная часть его теряется.

Картину распределения тепла, выделяющегося при сгорании топ­лива, называют тепловым балансом двигателя. Она дает наглядное представление о качестве работы двигателя.

Тепловой баланс зависит от режима работы двигателя — от частоты вращения, нагрузки и т.д.

Для любого рассматриваемого режима работы тепловой баланс может быть представлен в виде диаграммы (рисунок 3) или уравнения:

Читать еще:  Centurion сигнализация с запуском двигателя

Рисунок 3 График теплового баланса двигателя для рассматриваемого (конкретного) режима работы

где qт – все подведенное тепло;

qе — израсходованное на полезную работу;

qг — уносимое выхлопными газами;

qв — уносимое охлаждающей водой;

qн.б. — неучтенное тепло (потери на лучеиспускание, недогорание и т.д.).

При расчетах более удобно пользоваться процентным тепловым балан­сом (составляющие даются в %).

Входящие в выражение (9) величины (в %) составят:

qг-(МгСр.г.ТгLoCр.о.То),

где С и Gохл — теплоемкость и циркуляционный расход охлаждающей

жидкости (для двигателя с жидкостным охлаждением);

t2 и t1 — температуры жидкости, входящей в радиатор выходящей из него.

Неучтенные потери тепла будут:

qн.б.=qт-(qе+qв+qг)

Полная картина распределения тепла может быть получена графическим изображением теплового баланса в зависимости от режима работы двигателя, например, от частоты вращения двигателя, нагрузки и т.д.

Как видно, с уменьшением частоты вращения:

qв — увеличивается из-за увеличения продолжительности соприкосновения газов со стенками цилиндра;

qг — уменьшается из-за более полного теплоиспользования;

qе – естественно, снижается.

Потери асинхронного двигателя

Работа асинхронного двигателя, как и любой другой машины, сопровождается потерями. Потери в конечном итоге, приводят к нагреву двигателя и снижению его КПД.

КПД асинхронного двигателя, представляет собой отношение полезной мощности на выходе P2 к подводимой двигателю мощности P1, выраженная в процентах

Мощность, подводимая к двигателю

где m – количество фаз, U 1 – напряжение на статорной обмотке, I 1 – ток в статорной обмотке, cosφ 1 – коэффициент мощности двигателя

Полезная мощность на выходе P2, меньше подводимой мощности P1 на величину суммарных потерь ∑P

Потери ∑P складываются из магнитных, электрических и механических потерь

В первую очередь часть подводимой мощности P1 расходуется на покрытие магнитных Pм1 и электрических Pэ1 потерь в статоре

Электрические потери в статоре

где r1 активное сопротивление обмотки статора

Магнитные потери в статоре приблизительно определяются как

где f1 – частота тока перемагничивания, которая равна частоте тока в сети. V = 1.3-1.5. Магнитные потери в роторе малы настолько, что ими при практических расчетах пренебрегают. Это связано с малой частотой перемагничивания ротора.

Мощность, оставшаяся после восполнения потерь в статоре, называется электромагнитной и равна

Электромагнитная мощность передается ротору с помощью магнитного поля, через воздушный зазор δ. Часть электромагнитной мощности затрачивается на электрические потери в роторе, которые пропорциональны скольжению

Отсюда можно получить выражение для скольжения

Не трудно заметить, что с увеличением скольжения электрические потери в роторе также увеличиваются, а это в свою очередь вызывает уменьшение КПД.

В асинхронных двигателях с фазным ротором, присутствуют потери в щеточном узле, которые обычно добавляют к электрическим потерям в роторе

где I2 – ток ротора, Uщ – падение напряжения на пару щеток

Оставшаяся мощность называется механической

Часть механической мощности расходуется на механические и добавочные потери.

К механическим, относятся потери от трения в подшипниках, щетках и вентиляционные.

Читать еще:  Глухой стук в двигателе гранта

К добавочным потерям относят все остальные трудно учитываемые потери, которые, как правило, состоят из пульсационных и поверхностных потерь, которые возникают в зубцах ротора и статора. Приблизительное значение добавочных потерь рассчитывается по формуле

Оставшаяся мощность представляет собой полезную мощность на валу двигателя

Рекомендуем к прочтению — Построение механической характеристики асинхронного двигателя

Повышаем КПД генератора

Подавляющее большинство электрических генераторов, используемых как в быту, так и в промышленных целях, работают за счёт энергии двигателя внутреннего сгорания, в качестве топлива в котором используются бензин, дизельное топливо или газ. С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания прошло уже полторы сотни лет, но превращение сгорающего топлива в энергию по-прежнему остаётся самым эффективным способом её получения. Но на фоне всех достоинств ДВС выделяется главный его недостаток – низкий КПД и высокие потери энергии.

В среднем при использовании двигателя внутреннего сгорания на выходе можно получить лишь 20% энергии, тогда как её потери, соответственно, составляют до 80%. В эти 80% входят следующие потери:

· Потери топлива. Поршневые двигатели (как бензиновые, так и дизельные) сжигают лишь 75% всего топлива, а оставшиеся 25% в виде паров топлива вместе с продуктами его сгорания выходят через выхлопную трубу. В двухтактных двигателях топливная эффективность ещё ниже.

· Потери тепла. Современные двигатели внутреннего сгорания используют порядка 35-40% вырабатываемого тепла, а остальные 60-65% выбрасываются в окружающую среду через выхлопные газы и систему охлаждения.

· Потери механической мощности. До 10% мощности двигателя уходит на трение движущихся частей и на привод вспомогательных механизмов. Для электрогенераторов этот показатель ещё выше.

Таким образом, КПД самого эффективного двигателя внутреннего сгорания не превышает 30%. Чтобы добиться от дизельного или бензинового двигателя максимальной эффективности, необходимо воздействовать на все три типа потерь. Самостоятельно повысить КПД генератора достаточно сложно, но в руках профессионала ваш двигатель может обрести небывалую эффективность, которая достигается следующими способами:

· Внедрение дожигателя. Этот способ направлен на повышение топливной эффективности. Дожигатель преобразует неиспользованные пары топлива и продукты неполного его сгорания в топливно-воздушную смесь и отправляет её на повторное сгорание. Таким образом, удаётся добиться почти полного сгорания топлива и на 10-15% повысить общий КПД двигателя.

· Возврат части тепловых потерь.

· Использование тепла высокотемпературных продуктов сгорания для обогрева прилегающей территории или нагрева пара в парогазовой электростанции. Это не повышает КПД двигателя напрямую, но позволяет уменьшить расход энергии на работу сопутствующих устройств.

· Введение системы впрыска с регулируемой подачей воды позволяет сократить расход топлива.

· Снизить механические потери двигателя поможет использование менее вязкого смазочного материала.

Комплексное применение способов повышения эффективности двигателя может увеличить его КПД на 30-35%, то есть, в два раза и даже больше.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector