В условиях эксплуатации среднее индикаторное давление Pi, определяется путем снятия и планиметрирования индикаторных диаграмм (рис. ниже). После определения площади диаграммы Pi рассчитывается по формуле:
Рис. 2 Индикаторная диаграмма двигателя 6L80GF (Т/х «Капитан Димов», 31.07.89, n = 94,5 об/мин )В электронных системах определения нагрузки цилиндра могут быть сняты развернутая и нормальная (рис. ниже) индикаторные диаграммы. Среднее индикаторное давление в таких системах определяется методами приближенного интегрирования. Все необходимые расчеты выполняются по программе без участия механика.
Рис. 3 Индикаторная диаграмма, снятая электронной системой MALIN 3000При теоретических расчетах среднее индикаторное давление может быть найдено с помощью теоретической индикаторной диаграммы (путем ее планиметрирования по аналогии с рассмотренным выше) или расчетным путем. Расчетная зависимость для определения Pi впервые выведена проф. Е.К.Мазингом на основе общих уравнений термодинамики.
Как известно, работа политропного сжатия рабочего тела от точки «а» до точки «с» цикла с показателем политропы n1 определяется равенством:
Lсж=nI—1—1 PcVc—PaVa
Работа расширения газов при постоянном давлении Pz от точки «z1«до точки «z» цикла равна:
Lp=PzVz—Vc
Работа политропного расширения в теоретическом цикле от точки «z» до точки «b» с показателем политропы n2определится как:
Lp=n2—1—1 PzVz—PbVb
Индикаторная работа теоретического цикла равна алгебраической сумме работ расширения и сжатия:
Li=Lp+Lp+Lсж
Подставляя значения слагаемых правой части, можно получить:
Li=PzVcVzVc—1+PzVzn2—1·1—PbVbPzVz—PcVcn11·1—PzVzPcVc
Так как:
Pz=λPc;Vz=ρVc;PbVb/PzVz=Tb/Tz=Vz/Vbn2—1=1/εm2—1PaVa/PcVc=Ta/Tc=Vc/Van1—1=1/εmI—1
То:
Li=λPcρVc·1n2—1·1—1σn2—1—PcVc·1n1—1·1—1εn1—1+λPcVc·ρ—1
Или:
Li=PcVc·λρ·1n2—1·1—1δn2—1—1n1—1·1—1εni—1+λρ—1
В 4-тактном двигателе среднее индикаторное давление определяется равенством (1-3): Pi = Li / Vs. Тогда теоретическое давление расчетного цикла определится как с учетом соо
sea-man.org
Среднее индикаторное давление цикла
– это условное постоянное избыточное давление, действующее на поршень в течении хода расширения и создающее работу, равную индикаторной.
По значению 
делают заключение о степени эффективности рабочего цикла двигателя. Чем выше
, тем больше степень использования рабочего объема цилиндра.
Двигатель с искровым зажиганием (4 такта):
Без наддува 
С наддувом 
Двигатель с искровым зажиганием (2 такта):
Дизельный двигатель:
Без наддува 
С наддувом 
Индикаторная мощность – это суммарная работа действительных циклов за единицу времени.
; 
–число рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду;
–частота оборотов коленвала;
–число ходов поршня;
–тактность двигателя;
–мощность одного цилиндра;
, где 
–литровая мощность 
–рабочий объем двигателя.
Для сравнения различных двигателей по мощности используется литровая или удельная мощность – мощность, получаемая с одного литра рабочего объема двигателя (степень форсирования двигателя).
Индикаторный КПД – отношение тепла, превращенного в индикаторную работу двигателя ко всему затрачиваемому теплу.
–теплотворная способность топлива (теплота сгорания).
, 
В отличии от термического КПД, индикаторный КПД оценивает степень использования тепла в действительном цикле с учетом всех тепловых потерь (неполное сгорание топлива, потери тепла в стенке цилиндра, догорание топлива в процессе расширения или в конце процесса расширения и т.д.).
–в современных двигателях.
Индикаторный удельный расход топлива.
– удельный расход топлива – масса топлива, расходуемая двигателем на единицу индикаторной мощности за час.
Взаимосвязь между основными параметрами, характеризующие рабочие циклы (формула Стечкина).
|
|
Формула является основной при анализе влияния различных факторов на 
.
–тактность двигателя; 
– коэффициент избытка воздуха;
– стехиометрический коэффициент;
– частота оборотов коленвала в секунду;
– плотность смеси на входе в двигатель;
– коэффициент наполнения;
– рабочий объем цилиндра;
– число цилиндров;
– индикаторный КПД. 
Влияние различных факторов на индикаторные параметры.
Степень сжатия.
Начиная с 
темп роста
снижается. Поэтому в двигателе с искровым зажиганием из-за необходимости использования высокооктановых топлив, увеличение степени сжатия более 12 не целесообразно.
Форма камеры сгорания.
Форма камеры сгорания определяет величину потерь тепла в стенке в процессе сгорания. С уменьшением отношения 
, уменьшается
. Минимальному отношению
соответствуетполусферическая камера сгорания.
–коэффициент камеры сгорания
Размеры цилиндра.
–относительное изменение 
по сравнению с
с
.
Род применяемого топлива.
–теплотворность свежей смеси – оценивает влияние рода топлива на индикаторные параметры.
; 
| Вид топлива |
|
| Бензин | 3,5 |
| Дизтопливо | 3,4 |
| Природный газ | 3,1 |
| Метанол | 3,6 |
| Этанол | 3,7 |
Состав смеси.
При анализе влияния состава смеси на индикаторную мощность используется отношение индикаторного КПД к 
, поскольку
и отдельное рассмотрение влияния этих величин на мощность не имеет смысла.
наблюдается при
. Не совпадение составов на максимальную мощность и максимальную экономичность объясняется тем, что с обогащением смеси
до
падает менее сильно, чем возрастает
. Поэтому несмотря на падение экономичности, возрастает общее количество превращенного в работу тепла, что приводит к росту мощности. Влияние
на
учитывается коэффициентом состава смеси: 
.
studfiles.net
Действительная индикаторная диаграмма
Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной.
Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Действительные и расчетные индикаторные диаграммы: а — карбюраторного двигателя; б — дизеля
(сплошная линия — расчетный цикл, пунктирная линия — реальный цикл)
Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня).
Как уже отмечалось в разделе 4.1, точки с и z', полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из расчетной индикаторной диаграммы (пунктирная линия b'bb").
В результате площадь действительной индикаторной работы (штриховые линии) оказывается меньше расчетной (сплошные линии).
Для получения действительной индикаторной диаграммы используют коэффициент скругления φi.
Значения коэффициента скругления в зависимости от типа четырехтактного двигателя от 0,92 до 0,97.
Индикаторные показатели
Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров. К индикаторным показателям относятся: индикаторная мощность Ni, среднее индикаторное давление рi, индикаторный КПД ηi, удельный индикаторный расход топлива gi.
Среднее индикаторное давление
Среднее индикаторное давление — это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:
, (4.1)
где Li — работа газов за один цикл в одном цилиндре,
pi — среднее индикаторное давление,
F — площадь поршня,
S — ход поршня,
Vh — рабочий объем цилиндра.
Тогда
,(4.2)
т.е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования рабочего объема цилиндра.
Значения рi могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам.
При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:
,(4.3)
где L'yz + L'zb — индикаторная работа расширения расчетного цикла дизеля,
L'ac — работа сжатия.
Работа процесса сгорания (кривая yz) при постоянном давлении рассчитывается по формуле
,(4.4)
Так как
и 
,
то
.
Работа процесса расширения (кривая zb) рассчитывается по формуле
,(4.5)
После преобразования, учитывая, что
и 
получим
Работа сжатия (кривая ас) рассчитывается по формуле
=
(4.6)
Подставив полученные выражения для отдельных участков цикла из уравнений (4.4), (4.5) и (4.6) в уравнение (4.3) и вынеся за скобки произведение рсVс, получим выражение для общей работы расчетного цикла:
Подставив последнее выражение в уравнение (4.2), получим
где p'i — среднее индикаторное давление расчетного цикла.
Так как Vc/Vh = (1/ε – 1), то окончательно для дизеля
Для двигателей с принудительным воспламенением ρ=1, Vb/Vz = ε, поэтому уравнение примет вид
Так как работа (и среднее индикаторное давление) действительных циклов на самом деле меньше, чем расчетных циклов, то с учетом коэффициента скругления φi индикаторной диаграммы
С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь Fi:
где mр — масштаб диаграммы по оси ординат;
l — длина диаграммы по оси абсцисс.
poznayka.org
Cтраница 1
Среднее индикаторное давление является показателем мощности двигателя. Пониженное значение среднего индикаторного давления при постоянном наддуве 1016 мм рт. ст. свидетельствует о том, что двигатель не развивает требуемой мощности. Это может происходить по причинам, связанным с неисправностями в двигателе ( пункты 1, 2, 3, 4 данного раздела), и требует тщательного выяснения и устранения. [1]
Среднее индикаторное давление - давление, численно равное такому условному постоянному по знамению избыточному давлению, которое, действуя на поршень, совершает за один его ход работу, равную работе газов в цилиндре за один цикл. [2]
Среднее индикаторное давление измеряется при помощи весов-динамометра следующим образом. При работе одноцилиндрового двигатедя на топливе стрелка динамометра показывает среднее эффективное давление. При прекращении подачи топлива и вращении одноцилиндрового двигателя электромотором стрелка динамометра показывает среднее давление трения. [3]
Среднее индикаторное давление ( Р, кгс / см2) есть условное постоянное давление, действующее на поршень в течение рабочего хода. [4]
Среднее индикаторное давление р, представляет собой такое условно-постоянное давление, которое, действуя на поршень, в течение одного хода совершает работу, равную работе газов за весь цикл. Графически оно определяется высотой прямоугольника ( рис. 22.6), площадь и основание которого соответственно равны площади и длине индикаторной диаграммы. [6]
Среднее индикаторное давление можно определить ( в некотором масштабе) как высоту h равновеликого прямоугольника, построенного на индикаторной диаграмме, с основанием, равным длине диаграммы, так как объем, проходимый поршнем, Vn для данного компрессора ( при постоянных Fun) пропорционален длине хода поршня S. На рис. IV-4 площадь прямоугольника заштрихована. [7]
Среднее индикаторное давление pi является основной характеристикой двигателя. [8]
Среднее индикаторное давление - это условное постоянное по величине давление, действующее на поршень в течение такта расширения, которое может совершить работу, равную работе газов в цилиндре за один рабочий цикл. [9]
Среднее индикаторное давление представляет собой условное постоянное давление, под действием которого поршень за один ход совершает работу, равную работе всего теоретического цикла. [10]
Среднее индикаторное давление можно определить ( в некотором масштабе) как высоту h равновеликого прямоугольника, построенного на индикаторной диаграмме, с основанием, равным длине диаграммы, так как объем, проходимый поршнем, Vn для данного компрессора ( при постоянных F и л) пропорционален длине хода поршня S. На рис. IV-4 площадь прямоугольника заштрихована. [11]
Среднее индикаторное давление, развиваемое в цилиндре двигателя, определяют по индикаторной диаграмме, которая снимается с помощью индикатора. По этой же диаграмме определяют давление сжатия и давление сгорания ( см. гл. [12]
Среднее индикаторное давление определяют отношением площади щдикаторной диаграммы к длине диаграммы, умноженной на мае-птаб пружины. [13]
Среднее индикаторное давление в компрессоре, характеризующее затрату работы на сжатие воздуха в цилиндре, определяется планиметрированием площади индикаторной диаграммы компрессора по формуле ( 88), так же как это делается при определении среднего индикаторного давления в двигателе. [14]
Среднее индикаторное давление зависит в основном от следующих параметров. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
В процессе расширения, под воздействием расширяющихся газов, поршень перемещается и тепловая (внутренняя) энергия газов преобразуется в механическую работу. Величина этой работы за один цикл определяется произведением силы давления газов на перемещение поршня, равного его ходу. Однако сила давления газов на поршень непостоянна и уменьшается в период перемещения поршня. В процессе сжатия воздуха в цилиндре перемещение поршня связано с затратой механической работы. Величина этой работы равна произведению силы давления воздуха и перемещения поршня. Причем эта сила также непостоянна и увеличивается по мере приближения поршня к мертвой точке.
Полезная механическая работа равна разности работ расширения и сжатия. Эта работа, полученная внутри цилиндра двигателя за один цикл, называется индикаторной работой Ai. При определении Аi используют индикаторную диаграмму, показывающую в масштабе величину давления в цилиндре при любом положении поршня; диаграмму снимают с помощью индикатора давления.
На рис. 15 представлена индикаторная диаграмма двухтактного двигателя. Заштрихованная площадь диаграмммы (в масштабе) как раз и равна индикаторной работе. Индикаторную работу можно определить следующим образом: сначала при помощи планиметра найти площадь диаграммы F мм2 И измерить длину диаграммы l мм; разделив F на l, получим среднюю высоту h мм; площадь прямоугольника высотой h равна площади диаграммы. Так как площади равны, то и величины работ равны. Разделив высоту h на масштаб пружины индикатора m мм2/бар, получим среднее давление на цикл.
Среднее давление в цилиндре за цикл называется средним индикаторным давлением Pi бар (105 H/m2):
При подсчете Pi четырехтактного двигателя следовало бы учитывать отрицательную площадь диаграммы, ограниченную кривыми процессов впуска и выпуска (рис. 16). Практически эта отрицательная работа, связанная с насосными потерями, не учитывается, так как величина ее очень мала. У четырехтактного двигателя рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала и среднее индикаторное давление Рi за цикл будет в два раза меньше, чем у подобного ему двухтактного двигателя. Однако для возможности сравнения четырехтактных и двухтактных двигателей при определении Рi четырехтактного двигателя процессами впуска и выпуска пренебрегают. При расчете мощности это обстоятельство учитывается введением в знаменатель формулы коэффициента тактности z = 2. Для двухтактного двигателя z = 1.
Итак, мощность цилиндра двигателя (кВт)
При условии равенства среднего индикаторного давления всех цилиндров мощность двигателя равна (i – число цилиндров)
Учитывая, что :
и обозначив неизменную для конкретно рассматриваемого двигателя величину:
представим мощность выражением
Среднее индикаторное давление и средняя скорость поршня это основные характеристики двигателя. Среднее индикаторное давление является показателем тепловой напряженности двигателя. Средняя скорость поршня характеризует его динамическую напряженность и является основным показателем моторесурса.
Среднее индикаторное давление составляет у дизелей (бар):
Средняя скорость поршня у мощных малооборотных дизелей достигает:Сm = 5÷6,8 м/с.
Средняя скорость поршня у среднеоборотных Сm = 8÷10 м/с.
Эффективная мощность двигателя, т.е. мощность, передаваемая потребителю, меньше индикаторной на величину механических потерь, при передаче мощности от цилиндра к фланцу коленчатого вала. Эти потери учитываются механическим коэффициентом полезного действия ɳм:
Произведение Piɳм = Ре носит название среднего эффективного давления. Учитывая это, эффективную мощность (кВт) двигателя можно выразить формулой:
mirmarine.net
Индикаторная диаграмма двигателя представляет собой рабочий цикл, а площадь, ограниченная ею (в определенном масштабе),− индикаторную работу цикла.
На рис. 6 показаны индикаторные диаграммы рабочего цикла двигателей. В четырехтактных двигателях площадь диаграммы, определяющая работу за цикл (рис. 16, а), состоит из площади, соответствующей положительной индикаторной работе, полученной за такты сжатия и расширения, и площади, соответствующей работе газов при осуществлении тактов выпуска и впуска.
Рисунок 6 Индикаторные диаграммы рабочего цикла:
а — четырехтактного двигателя, б — двухтактного двигателя; в — выпуска и
впуска четырехтактного двигателя; г — выпуска и впуска комбинированного четырехтактного двигателя
В поршневых двигателях на очистку и наполнение затрачивается работа, которая будет отрицательной (рис. 6, б). В комбинированных двигателях эта работа может быть как отрицательной, так и положительной (рис. 6, г). Работу газов в период газообмена обычно относят к механическим потерям в двигателе.
В двухтактных двигателях вся площадь индикаторной диаграммы определяет полезную индикаторную работу (рис. 6, б). Чем больше индикаторная работа Li, тем лучше использование рабочего объема Vh цилиндра двигателя.
Если принять, что на поршень действует некоторое условное постоянное давление рi, совершающее в течение одного хода поршня работу, равную работе Li, газов за цикл, то
Li = piVh
Это условное давление pi принято называть средним индикаторным давлением. Среднее индикаторное давление численно равно высоте прямоугольника с основанием, равным рабочему объему Vh, и площадью, равной площади индикаторной диаграммы.
Так как полезная индикаторная работа при заданных размерах цилиндра пропорциональна давлению рi„ совершенство рабочего процесса можно оценивать по среднему индикаторному давлению. Чем больше давление рi, тем больше работа Li и, следовательно, рабочий объем цилиндра используется лучше. Максимальные значения среднего индикаторного давления в различных двигателях зависят от многих факторов: способа смесеобразования; осуществляемого цикла; коэффициента избытка воздуха; наполнения цилиндра и др.
Зная среднее индикаторное давление pt (МПа), рабочий объем цилиндра Vh (л), число цилиндров i и частоту вращения п (об/мин) коленчатого вала, можно определить индикаторную мощность (кВт) двигателя
где τ − тактность двигателя, для четырехтактных двигателей τ = 4, для двухтактных двигателей τ = 2.
Произведение iVh представляет собой рабочий объем двигателя.
С увеличением pi и п возрастают индикаторная мощность и степень использования рабочего объема цилиндра. Давление pi можно повысить, улучшив наполнение цилиндра путем увеличения давления рк. Увеличение частоты вращения п ограничено ростом износа основных деталей и различными потерями. Поэтому частоту вращения выбирают главным образом в зависимости от размеров и назначения двигателя. Двигатели, которые должны обладать большим Сроком службы, при условии, что их размеры и масса не имеют большого значения, как, например, двигатели, устанавливаемые на электростанциях и крупных судах, выполняют с малой частотой вращения вала. Транспортные двигатели − железнодорожные, тракторные и особенно авиационные и автомобильные − для обеспечения малой массы и компактности конструкции делают быстроходными.
12
studfiles.net
Под индицированием понимается снятие с последующей обработкой индикаторных диаграмм, представляющих собой графическую зависимость развиваемого в рабочем цилиндре давления в функции хода поршня S или пропорционального ему объема цилиндра Vs (см. рис. 1 и 2).
Диаграммы снимаются с каждого рабочего цилиндра с помощью специального прибора — индикатора поршневого типа «Майгак». Наличие диаграммы позволяет определить важные для анализа рабочего процесса параметры Рi, Рс и Рмакс. Диаграмма на рис. 1 типична для двигателей, при эксплуатации которых главная задача состояла в снижении уровня механической напряженности и содержания в выхлопе окислов азота. Для этого, как уже ранее отмечалось, осуществляется более поздний впрыск топлива и сгорание происходит с меньшим ростом давления и температур в камере сгорания.
Рис. 1 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ KL-MCЕсли же главная цель состоит в повышении экономичности двигателя, то сгорание организуется с более ранней подачей топлива и, соответственно, большим ростом давлений. При наличии электронной системы управления подачей топлива такая перестройка легко осуществляется.
На диаграмме рис. 2 четко видны два горба — сжатие и затем сгорание. Такой характер достигнут за счет еще более поздней подачи топлива. На рисунках приведены два вида диаграмм — свернутая, по которой определяется среднее индикаторное давление, и развернутая, позволяющая визуально оценить характер развития процессов. Подобные диаграммы можно получить при использовании поршневого индикатора «Майгак», для которого необходимо наличие индикаторного привода, позволяющего
Рис. 2 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ SMCсинхронизировать вращение барабана индикатора с движением поршня индицируемого цилиндра. Подключение привода позволяет получить свернутую диаграмму, планиметрированием площади которой определяется среднее индикаторное давление, представляющее собой некоторое среднее условное давление, действующее на поршень и совершающее в течение одного хода работу, равную работе газов за цикл.
Pi = Fинд.д/ L m, где Fинд.д — площадь диаграммы, пропорциональная работе газов за цикл, L — длина диаграммы, пропорциональная величине рабочего объема цилиндра, m — масштабный множитель, зависящий от жесткости пружины поршня индикатора.
По Pi подсчитывается индикаторная мощность цилиндра Ni = C Pi n, где η — число оборотов 1/мин и С — постоянная цилиндра. Эффективная мощность Ne = Ni ηмех кВт, ηмех -механический кпд двигателя, который можно найти в документации по двигателю.
Перед тем, как приступить к индицированию, проверьте состояние индикаторного крана и привода. Возможные ошибки в их состоянии проиллюстрированы на рис. 3.
Гребенка (рис. 2) снимается при ручном управлении шнуром, отсоединенным от индикаторного привода. Наличие гребенки позволяет оценить стабильность циклов и более точно замерить Рмакс. Если пики одинаковы, то это свидетельствует о стабильной работе топливной аппаратуры.
Важно отметить, что поршневые индикаторы обладают малой частотой собственных колебаний. Последняя должна,как минимум, в 30 раз превышать число оборотов двигателя. В противном случае индикаторные диаграммы будут сниматься с искажениями. Поэтому применение
Рис. 3 Ошибки в настройке привода индикаторапоршневых индикаторов ограничивается 300 об/мин. Индикаторы со стержневой пружиной обладают большей частотой собственных колебаний и их применение допускается в двигателях с частотой вращения до 500-700 об/мин. Однако, в таких двигателях индикаторный привод отсутствует и приходится ограничиваться снятием гребенок или развернутых диаграмм, по которым среднее индикаторное давление не определить.
Второе ограничение касается величины максимального давления в цилиндрах. В современных двигателях с высоким уровнем форсировки оно достигает 15-18 МПа. При используемом в индикаторе «Майгак» поршне для дизелей диаметром 9,06 мм максимально жесткая пружина ограничивает Рмакс = 15 МПа. При такой пружине точность измерения весьма низкая, так как масштаб пружины составляет 0,3 мм на 0,1 МПа.
Существенно также, что работа по индицированию довольно утомительна и трудоемка, а точность результатов невысока. Малая точность обусловливается ошибками, возникающими из-за несовершенства индикаторного привода и неточности обработки индикаторных диаграмм при их ручном планиметрировании. Для сведения — неточность индикаторного привода, выражающаяся в смещении ВМТ привода от ее истинного положения на 1°, приводит к ошибке примерно в 10%.
Рекомендуется к прочтению:Контроль и регулирование рабочих процессов, измерительные приборыЭлектронные индикаторы
Декабрь, 23, 2017 768
sea-man.org
, 
