ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Двигатели часто работают на различных режимах, и связь между их основными параметрами на этих режимах устанав­

Ливается характеристиками, которые обычно получают при ис­пытании двигателей. Режим работы двигателя определяется его назначением. Так, например, стационарные двигатели, соединен­ные с электрическими генераторами, работают при постоянной частоте вращения при изменении мощности от холостого хода до полной, а транспортные двигатели изменяют частоту враще­ния в зависимости от внешних сопротивлений. Режим работы двигателя может характеризоваться средним эффективным давлением Рс И частотой вращения вала двигателя П.

В двигателях Стирлинга среднее эффективное давление (в кгс/см2)

Ре = 75-60#с/(яКа).

На рис. 69 показаны экспериментальные скоростные харак­теристики четырехцилиндрового двигателя Стирлинга мощно­стью 115 л. с. при температуре рабочего тела в нагревателе 630° С и температуре воды на выходе из холодильника 40° С. Номинальная частота вращения 1500 об/мин, рабочее тело — гелий [33].

Давление Рс Заметно снижается при повышении частоты вра­щения вала двигателя, что вызвано, в первую очередь, увели­чением гидравлических потерь в нагревателе, регенераторе* охладителе и соединительных каналах, а также уменьшением времени протекания рабочего цикла.

Для определения индикаторной мощности и среднего ин­дикаторного давления рг необходимо индицировать одновремен-

■по холодную и горячую полости, так как давление в них неоди­наковое.

Эффективная мощность отличается от индикаторной на вели­чину мощности Л^гр, затрачиваемой на привод вспомогательных агрегатов и на трение в подвижных элементах двигателя,

Ме = N. — #тр.

Эти затраты обычно оцениваются средним давлением тре­ния

,ртр = 75-60ЛГтр/(пУ1г),

Или

Ртр Рг Ре*

Где

Р1= 75*60^/(пУа).

Как показывают исследования, для определенного значения П давление Р1 приблизительно пропорционально среднему дав­лению рабочего тела Рш (рис. 70) [33]. Поэтому величину Ртр Можно сравнительно точно определить путем экстраполяции кривой Ре*=((рт) (рис. 71).

Мощность механических потерь зависит также от таких фак­торов, как давление рабочего тела и количество масла в кар­тере двигателя. Давление рабочего тела и его молекулярная масса влияют на вентиляционные потери, а количество масла определяет энергию, затрачиваемую па «взбалтывание» масла, так как смазка двигателя очень часто осуществляется методом разбрызгивания.

Изменение мощности механических потерь в двигателе не строго пропорционально изменению максимального давления цикла. Поэтому экономические показатели двигателя тем луч­ше, чем выше максимальное давление цикла (рис. 72) [48]. Од­нако с повышением давления никла возрастают нагрузки на детали механизма привода, а следовательно, его размеры и масса. Для обеспечения требуемой прочности детали при повы­шении давления цикла необходимо использование дорогостоя­щих жаропрочных материалов. Одновременно с ростом давле­ния усложняется работа системы уплотнений, поэтому, как уже отмечалось выше, часто стремятся к снижению давления рабо­чего тела, что позволяет использовать для производства двига­телей обычные нержавеющие стали.

Увеличение гидравлических потерь при перетекании рабо­чего тела из одной полости цилиндра в другую вызывает сни­жение Рг при увеличении П (см. рис. 70).

Гидравлические потерн (ргидр = рг0“рг) могут быть опреде« лены или измерением разности давлений в горячей и холодной полостях при индицировании двигателя, или расчетным путем.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Рис. 71. Зависимость среднего эффективного давления р от частоты вращения вала П И среднего давлении рабочего тела Рт :

1 /г~75о об/мни; 2 — к =15(30 об/мин; 3 — п=1250 об/мин

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯРис. 72. Зависимость эффективной мощности Л’ р и эффективного к. п. д. двигателя Стирлинга от максимального давления рабочего тела ртах и частоты вращения вала П:

/“Ртах =140 к ГС/см*; 2 “ Ртах кгс/см!: 5“Ртах=й11 Кгс1сул2’ 4 ~~ Рщах^50 ктс/см2

В литературе описан метод определения р,-0 путем измерения давления при различных П [33]. В последнем случае, чтобы найти Ргидр, измеряют Pi при постоянном и высоком среднем давлении цикла Р, п при поминальной частоте вращения Пн и при п—(2/3)лн- Принимается, что полное индикаторное давление Рю На обоих режимах работы одинаковое, а потери давления, вызы­ваемые гидравлическими сопротивлениями, возрастают пропор­ционально /г2, т. е.

А» — А ~ Рт«2-

Полученные таким методом диаграммы изменения рг0 (см. рис. 70) протекают почти горизонтально и только при высоких значениях Рт наблюдается некоторое уменьшение р*о при ма­лых П, что вызвано влиянием перетекания — рабочего тела через поршневые кольца. Гидравлические потери зависят от физиче­ских свойств рабочего тела. Эти потери минимальны при ис­пользовании в качестве рабочего тела водорода.

Отмечается, что для исследованного двигателя в широком диапазоне частоты вращения отношение р*0/рт = О,22. Эта вели­чина не зависит от нагрузки и является важным показателем рабочего процесса двигателя.

Эффективный к. п. д. двигателя

VI, = ЯМ = 632ЛГ„/«?ТЯ„).

Некоторая часть теплоты топлива отводится с продуктами сгорания, а остальное ее количество расходуется в основном па нагрев рабочего тела и двигателя

“ Фвых (9вн + фдв)‘


ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

50

подпись: 50

25

подпись: 25

500 750 1000 п, ои/мии

подпись: 500 750 1000 п, ои/мии

4

подпись: 4

О

подпись: о75

О Rid +йьц,*мф

75

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Рист 73. Влияние среднего давления рабочего тела Рт и частоты вращения вала П на» распределение тепловых потоков в двигателе Стнрлиига:

1—Рт ^ЮО кгс/смг; 2 — рт=75 кгс/см3; 3~Рт =50 кгс/см3; 4 — рт =25 кгс/см2

Рис. 74. Зависимость теплоты Фвп» расходуемой на нагрев двигателей и рабочего тела,- от параметра Прт

На рис. 73 приведена зависимость количества теплоты, вы*

Деляемои при сгорании топлива, и количества теплоты, исполь-

Зуемои для нагрева рабочего тела и двигателя, от частоты вра­щения вала при различных средних давлениях рабочего тела; эта зависимость построена по результатам испытания двига­теля мощностью 115 л. с. [33].

При установившемся тепловом режиме работы двигателя теплота, затрачиваемая на его нагрев, передается в окружаю* щую среду путем излучения и теплоотдачи. Эту часть теплоты можно приближенно рассчитать, если известны температура и размеры поверхностей двигателя, излучающих теплоту. Она мо* жет быть также определена методом экстраполяции опытных данных, показывающих зависимость величины (Здв+Qbh От П и Рт- При этом используется линейная зависимость этой теплоты, от параметра Прт (рис. 74). Величина теплоты QflB+QBn при ну­левой частоте вращения вала определяет количество теплоты, получаемой двигателем.

Уменьшение частоты вращения вала двигателя по сравне* нию’с номинальной сопровождается снижением его мощности и повышением экономичности (см. рис, 72).

К. п. д. и мощность двигателя уменьшаются при увеличении температуры охлаждающей жидкости и снижении температуры нагревателя (см. рис, 25 и 26) [48], т. е. они зависят от отно­шения максимальной и минимальной температур рабочего тела. Важным показателем двигателя является коэффициент при* способляемости

^пр ^кр гаах/^крн« 122

О

подпись: о

Moo

подпись: moo2GOO njjb/MjH


Рис. 7Г>. Зависимость крутящего момента /VIкр двигателя Стирлинга от максимального давления рабочего тела ршйх и частоты вращения вала П:

} — Ртгх-А40 кгс/см2; 5-ртях=1Ю кгс/см2; 3 — ртах“80 кгс/см2; 4-ртах-50 тс/см!

Рис* 76. Влияние эффективной мощности Ne на эффективный к. п. д. 11^ двигателя Стир­линга при гс ^ const

Где max — максимальный крутящий момент двигателя при работе по внешней характеристике; AfKp „ — крутящий момент двигателя при работе па номинальном режиме.

Приспособляемость двигателя в значительной степени зави­сит от отношения гидравлических потерь к полному индикатор­ному давлению (ршPi)/Pi0.

Кгс/смг

подпись: кгс/смг

1000 2000 п, од/мин

подпись: 1000 2000 п, од/мин ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯИсследования показывают, что внешние характеристики дви­гателей Стирлинга соответствуют внешним характеристикам со­временных двигателей внутреннего сгорания. Двигатель Стир­линга имеет благоприятное протекание характеристик крутяще­го момента, т. е. с уменьшением частоты вращения вала двига­теля крутящий момент возра­стает (рис. 75) [48]. В некоторых случаях приспособляемость дви­гателя Стирлинга примерно на 50% выше, чем у карбюраторного двигателя. Это позволяет ис­пользовать двигатели Стирлинга на современных автомобилях с теми же коробками передач, что и для автомобилей с двигателями внут­реннего сгорания. Число ступе­ней передач для двигателей Стир­линга может быть меньше, так как к. п. д. его снижается на частич-

“Рис. 77. Комбинированная характеристика двига­теля Стирлинга:

“^"^тах^140 кгс/см2: 1!~РПих =5° ,сгс/’см‘

Ных нагрузках в меньшей мере, чем к. п. д. двигателя внутрен­него сгорания (рис. 76) [25].

При сравнении двигателей широко используются комбиниро­ванные характеристики, представляющие собой зависимость между многими параметрами двигателя. Такая характеристика двигателя Стирлинга приведена на рис. 77 [48]. Комбинирован­ная характеристика позволяет выявить зону наиболее экономич­ной работы двигателя.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *