Удельный расход воздуха двигателя

Удельный расход воздуха двигателя

Главное меню

Судовые двигатели

Для расчета мощности компрессора по формуле (3.5) требуется знать G в для степени повышения давления р 2 / р 1 определяемой типом двигателя. Расчет массового расхода воздуха через двига­тель относится к важнейшим предпосылкам для проектирова­ния компрессора. Сначала выполняется прикидочный расчет массового расхода воздуха исходя из мощности двигателя и при­нятого коэффициента избытка воздуха для сгорания.

С целью упрощения последующие расчеты будут выполняться применительно к работе двигателя на жидком топливе, при этом принимается, что нагнетатель сжимает только воздух; при нагне­тании смеси объем топлива не учитывается по сравнению с объ­емом воздуха. Массовый расход воздуха определяется исходя из минимально потребного количества воздуха для полного сгора­ния L , коэффициента избытка воздуха ? и массового расхода топлива G топ :

G в = С топ ? L кг/с, кг/ч.

Аналогично удельному расходу топлива g e = G топ /N e можно определить удельный расход воздуха

Например, для двигателя с принудительным зажиганием, имеющего ? = 1, удельный расход воздуха составит: 0,25 ? кг топлива / л. с. ч. ? 1 ? 14,5 кг воздуха / кг топлива = 3,62 кг воздуха / л. с. ч..

Для расчета массового расхода воздуха целесообразнее использовать удельный индикаторный расход топлива g i , т. е. расход топлива, отнесенный к индикаторной мощности, так как его значение не изменяется так сильно, как значение эффектив­ного расхода топлива g i :

Для газойля L равняется 14. 14,3; для бензина — приблизительно 14,5 кг воздуха/кг топлива. Меха­нический к. п. д. двига­теля ? m при полной на­грузке в зависимости от размеров двигателя и ча­стоты вращения составляет 0,75 . 0,85.

Удельный расход топ­лива является в принципе величиной, обратной к. п. д. Взаимосвязь между удель­ным расходом топлива (безразлично, индикаторного, эффективного или отнесенного к мощности совершенного двигателя) и к.п.д. ? выражается следующим уравнением:

При низшей теплоте сгорания 4,1868?10 7 Дж/кг (10 000 ккал/кг) зависимость между к. п. д. и массовым расходом топлива прини­мает вид:

По приведенному выше определению, ? — это суммарный коэффициент избытка воздуха, т. е. определяемый исходя из общего расхода воздуха G в (включая массовый расход воздуха на продувку). Для лучшего отличия эту величину будем далее обозначать ? с . Взаимосвязь между коэффициентом избытка воз­духа ? и индикаторным расходом топлива g i видна из табл. 3.1.

Во второй и третьей графах этой таблицы приведены сред­ние значения удельных расходов топлива по литературным и экспериментальным данным, а в четвертой графе — полученные при расчете по эмпирической формуле Ваншейдта ? i = ? i0 ? 1/? , в которой принято ? i0 = 0,33, и по уравнению (3.8). При этом г); о является теоретическим значением, которое получается для коэффициента избытка воздуха, равного единице.

На рис. 3.4 табличные значения показаны графически. Приведенные значе­ния следует рассматривать лишь как ориентировочные, поскольку остались неучтенными влияния степени сжатия (сорт топлива), способа сгорания (у дизеля — предкамера, непосредственный впрыск) и размеров цилиндра.

Читайте также:  Как часто менять топливный фильтр на инжекторном двигателе

Приведем примеры расчета удельного расхода воздуха по уравнению (3.7) для двигателей различных типов.

Четырехтактный двигатель с принудительным зажиганием без наддува: g в = 0,238?1,1?14,5/0,8 = 4,75 кг/кВт?ч [3,49 кг/(л. с. ч)].

Четырехтактный дизель малых размеров с предкамерой, без наддува: g в = 0,232?1,3?14,3/0,8 = 5,34 кг/кВт?ч [3,93 кг/(л. с. ч)].

Четырехтактный дизель средних размеров без наддува и без продувки: g в = 0,197?1,7?14,3/0,82 = 5,84 кг/кВт?ч [4,3 кг/(л. с. ч)].

Для четырехтактного дизеля с наддувом и продувкой суммарный коэффи­циент избытка воздуха складывается из коэффициента избытка воздуха для сгора­ния и коэффициента продувочного воздуха: g в = 0,190 (1,8 + 0,4) 14,3/0,85 = 7,03 кг/(кВт?ч) [5,17 кг/(л. с. ч)];

для двухтактного дизеля больших размеров с продувкой (без наддува): g в = 0,1835 (2,2 + 1,0) 14,3/0,85 = 9,88 кг/(кВт?ч) [7,27 кг/(л. с. ч)].

Полученные величины удельного расхода воздуха являются ориентировоч­ными и могут отклоняться как в большую, так и в меньшую сторону.

В уравнении (3.5) для определения мощности компрессора G в заменяется на g в N е :

Приме р. Двигатель с принудительным зажиганием, механическим над­дувом (без продувки) имеет следующие параметры: N е = 200 кВт; H ад = 4 ? 10 4 Н?м/кг (соответствует давлению наддува 1,55 бар); ? к = 0,55. Тогда мощность компрессора

Источник

Удельный расход воздуха двигателя

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ САМОЛЁТА ИЛ-86

2.1. Сила тяги и удельный расход топлива самолёта ИЛ-86

На самолете ИД-86 установлено четыре двигателя НК-86, которые на взлетном режиме при частоте вращения ротора высоко­го давления 7400 об/мин дают тягу 520кН. Это обеспечивает са­молету высокую тяговооруженность

Благодаря большой тяговооруженности и четырем силовым установ­кам обеспечивайся высокая безопасность полета. При отказе одного двигателя обеспечивается безопасность продолжения взле­та на трех двигателях.

При отказе одного двигателя обеспечива­ется возможность продолжения полета на трех двигателях. При отказе двух двигателей обеспечивается возможность продолжения полета и безопасная посадка, на ближайшем аэродроме.

Для улучшения посадочных характеристик двигатели оборудо­ваны системой реверсирования тяга.

Следует учитывать потери силы тяги при установке двига­телей на самолет. Эти потери объясняются уменьшением расхода воздуха за счет каналов воздухозаборников, уменьшением скорости истечения газа из реактивного сопла за счет реверса и откло­нения оси сопла от оси самолета.

Тяга двигателя зависит от расхода воздуха и соотношения скорости истечения газа из реактивного сопла и скорости полета самолета.

где GB – расход воздуха, равный ≈ 300 кг/с;

W – скорость истечения газа из реактивного сопла, равная ≈ 500м/с,

V – скорость полета самолета.

q – ускорение свободного падения, равное 9,81м/с .

Из формулы видно, что чем больше секундный расход воз­духа и больше удельная тяга, тем больше реактивная тяга. Рас­ход воздуха через двигатель зависит от сжатия воздуха динамической и степени сжатия компрессора , а скорость истечения газа из реактивного сопла зависит от степени расширения газа на турбине и степени расширения газа на реактивном, сопле

Читайте также:  Мерседес 124 602 двигатель характеристики

Удельным расходом топлива ( C р) называется часовой расход топлива в килограммах, необходимый для получения 1 H тяги двигателя в 1ч.

где С h — часовой расход топлива, кг;

2.2. Дроссельная характеристика двигателя самолёта ИЛ-86

Дроссельной характеристикой двигателя называется зависи­мость тяги, удельного расхода топлива и температуры газов перед турбиной от частоты вращения ротора турбины.

На режиме малого газа 55% (25-40° РУД) двигатель работа­ет устойчиво, обеспечивая минимальную тягу 6 кн, при этом ре­жиме вся энергия газов расходуется на вращение двигателя. Тя­га двигателя при этом небольшая из-за малой частоты вращения, а следовательно, небольшого расхода воздуха и степени сжатия компрессора, а также малых скоростей истечения газа из реак­тивного сопла (рис.4). Часовой расход топлива невелик, но удельный (из-за малой тяги) довольно значительный и достигает 0,1

При увеличении режима работы двигателей увеличивается количество подаваемого топлива, мощность и частота вращения ротора турбины, что привело к увеличению степени сжатия комп­рессора, росту расхода воздуха и скорости истечения газов из реактивного сопла.

Удельный расход топлива в процессе увеличения РУР будет уменьшаться, так как двигатель рассчитан на крейсерский режим работы ( n = 80 – 90% ВД), где КПД его будет максимальным. При выходе двигателя на взлетный режим часовой расход топлива, температура газов и частота вращения ротора турбины становят­ся максимальными. Это дает максимальные значения степени сжа­тия компрессора, расхода воздуха, скорости истечения газа из реактивного сопла и тяги, которая при n = 94,5% (115° РУД) равна 130 кН.

Рис. 4. Дроссельная характеристика двигателя

Рис. 5. Скоростная характеристика двигателя

При закрытии клапанов перепуска из-за увеличения расхода воздуха через турбину реактивная тяга увеличивается, а удель­ный расход топлива уменьшается (см. рис.4).

При включении реверса тяги возникает обратная тяга, дос­тигающая 40 кН. При включении реверса на большой скорости об­ратная тяга будет больше, чем на малых скоростях.

2.3. Скоростная характеристика двигателя самолёта ИЛ-86

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость тяги и удельного расхода от скорости полета самолета.

При увеличении скорости полета происходит рост секунд­ного расхода воздуха через двигатель по причине увеличения суммарной степени сжатия. Суммарная степень сжатия увеличива­ется, т.к. динамическая степень сжатия увеличивается более значительно, чем уменьшается степень сжатия компрессора. Удель­ная тяга , несмотря на рост скорости истечения газов из реактивного сопла из-за более сильного увеличения скорости полета V , уменьшается. Процесс уменьшения удельной тяги идет более быстро, чем рост расхода воздуха, и поэтому тяга двигателя по скорости уменьшается, доходя до нуля, когда скорость полета будет равна скорости истечения газа W (рис.5). Удельный расход топлива при этом непрерывно увеличивается, особенно на больших скоростях, ввиду увеличения подачи топли­ва в связи с ростом расхода воздуха и уменьшением тяги двига­теля.

2.4. Высотная характеристика двигателя самолёта ИЛ-86

Высотной характеристикой двигателя называется зависимость тяги и удельного расхода топлива от высоты полета.

При стандартной атмосфере о достижением высоты 11000м температура, атмосферное давление в плотность воздуха умень­шаются, а на высотах от 11000 до 25000м температура не изменяется.

Читайте также:  Нестабильная работа двигателя лифан от мотоблока

Тяга двигателя с поднятием на высоту уменьшается (рис.6), падает расход воздуха из-за уменьшения его плотнос­ти, но до 11000м уменьшение расхода замедляется ростом степе­ни сжатия компрессора, которая увеличивается из-за уменьшения температуры наружного воздуха.

После 11000м температура наружного воздуха становится постоянной, степень сжатия не увеличивается, расход воздуха уменьшается пропорционально падению плотности (см.рис.6).

Удельная тяга (Руд) до высоты 11000м растет ввиду роста скорости истечения газов W , увеличение которой объясняется ростом степени сжатия компрессора. Поэтому из-за увеличения удельной тяги (Руд) тяга двигателя медленнее падает из-за роста расхода воздуха, а после 11000м тяга падает пропорцио­нально уменьшению плотности воздуха, так как ничто не замед­ляет ее уменьшения (рис,7), она уменьшается в 2 – 2,5раза.

Удельный расход топлива Ср с поднятием на высоту умень­шается из-за роста степени сжатия компрессора и роста КПД двигателя.

Параметры двигателя НК-86 (Н=0, V =0)

Положение РУД. гр

Часовой расход, кг/ч

Температ. за турбин.°С

Взлетный

Номинальный

0,85 номин.

0,7 номин.

0,6 номин.

0,4 номин.

Малый газ

Рис. 6. Высотная характеристика двигателя

Рис.7. характеристики двигателя

2.5. Влияние температуры и давления окружающего воздуха на тягу двигателя самолёта ИЛ-86

В зависимости от принятого закона регулирования для оп­ределенного двигателя можно получить различный характер изме­нения рабочих параметров двигателя в зависимости от температуры окружающего воздуха. Так, для двигателя НК-86 закон ре­гулирования принят по постоянной физической частоте вращений компенсатора II каскада. В соответствии с указанным законом частота вращения ротора турбины двигателя температура поддер­гивается расчетной на взлетном режима + 30°С (см.рис.7).

Несмотря на то, что с понижением температуры воздуха плотность его растет, частота вращения ротора поддерживается постоянной в результате увеличения расхода топлива, при этом температура газов перед турбиной также останется почти посто­янной. За счет повышения плотности воздуха и, следовательно, увеличения весового заряда воздуха, а также увеличения степе­ни повышения давления в компрессоре при понижении температуры на входе в двигатель тяга двигателя возрастает.

При температуре воздуха + 30°С на взлетном режиме топлив­ный насос-регулятор дает максимальную производительность.

При дальнейшем понижении температуры воздуха на входе в двигатель плотность воздуха возрастает, увеличивается потребная работа компрессора, а располагаемая работа турбины увеличиться не может, так как насос выдает максимальную про­изводительность (шайба стоит на упоре).

В связи с этим падает частота вращения, производитель­ность насоса уменьшается, уменьшается расход топлива и снижа­ется температура газов перед турбиной, а тяга двигателя в ре­зультате увеличения массового расхода воздуха остается почти постоянной.

При уменьшении давления на 20 мм рт.ст. из-за уменьше­ния расхода воздуха тяга двигателя уменьшается на 3–4%. Сте­пень сжатия компрессора не изменяется, так как давление падает по всему тракту двигателя.

Источник

Adblock
detector