Пример термодинамического расчета основных параметров газопоршневого двигателя FG51P1

Исходные данные:

Технические характеристики данного двигателя приведены в табл. 7.1.

Решение:

1. Принимаем коэффициент избытка воздуха α=0,9.

2. В качестве параметров исходного состояния заряда на впуске для двигателей без наддува принимают параметры окружающей среды Т_о = 27 ºС = =288 К; Р_о = 0,1 МПа.

3. Давление остаточных газов 0,125 МПа.

4. Температуру остаточных газов принимаем Т_г = 677 ºС = 950 К.

5. Температура выхлопных газов принимается по характеристикам двига-

теля из табл.7.1 = 560 ºС.

6. Величина подогрева свежего заряда ΔТ = 8 К.

7. Потери давления ΔР во впускных органах двигателя ΔР = 0,008 МПа; Р_а=0,092 МПа.

8. Коэффициент остаточных газов. Принимаем

9. Величина температуры заряда в конце впуска Т_а для двигателей с искровым зажиганием при номинальных параметрах работы может лежать в пределах Т_а=320 – 370 К. Принимаем Т_а=330 К.

10. Коэффициент наполнения :

для четырехтактных двигателей при работе на номинальном режиме = 0,7-0,9.

11. Низшая теплота сгорания природного газа:

МДж/м³ = 43388 кДж/кг.

12. Количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива, рассчитывается в кмолях и зависит от элементарного состава топлива:

кмоль/кг,

где С, Н, О – массовые доли углерода, водорода и кислорода в 1 кг. Элементарный состав бензина: C =0,855; H =0,145; О =0.

13. Индикаторный КПД:

Принимается Р_i =1,11.

14. Удельный индикаторный расход топлива:

кг/(кВт·ч) = 0,312 м³/(кВт·ч).

15. Эффективный КПД η_е.

Значения механического КПД для двигателей лежат в пределах h_м = 0,75 – 0,90. Принимаем h_М = 0,8:

.

16. Удельный расход топлива :

кг/(кВт·ч) = 0,389 м³/(кВт·ч).

17. Зная вырабатываемую электрическую мощность генератором, находим мощность на валу электродвигателя:

кВт.

18. Часовой расход топлива В_Т двигателем определяется по формуле:

кг/ч = 19,6 м³/ч.

19. Тепловой баланс двигателя FG Wilson серии FG51P1.

Определение составляющих теплового баланса позволяет оценить эффективность рабочего процесса двигателя, рассчитать величины тепловых потерь в системе охлаждения и с отработавшими газами; наметить пути использования этой теплоты.

Общий вид уравнения теплового баланса:

Q_Т= Q_П+Q_ОХЛ+Q_Г+Q_НС+Q_ОСТ,

где Q_Т – теплота, вносимая в цилиндры двигателя с топливом,

кДж/ч = 189,2 кВт·ч;

Q_П – теплота, превращенная в полезную (эффективную) работу,

Q_П=Q_Т ·η_e=681192·0,266=181197 кДж/ч = 50,3 кВт·ч;

Q_Г – теплота, выносимая с отработавшими газами,

кВт·ч.

Расход выхлопных газов 10,2 м³/мин = 0,17 м³/с (по данным завода изготовителя)

кг/с.

кВт·ч,

где - коэффициент пропорциональности.

Q_НС – теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива (при α <1)

Q_НС=Δ ·В_T=4338,8·15,7=68119 кДж/ч =18,9 кВт·ч.

Q_ОСТ – неучтенные потери, учитывающие количество теплоты, теряемое вследствие теплового излучения в окружающую среду; количество теплоты, соответствующее неиспользованной кинетической энергии отработавших газов; количество теплоты, соответствующее потерям на трение и на привод вспомогательных механизмов, а также другие потери. Данные потери составляют обычно от 3 до 10 %, от количества теплоты, введенной в двигатель с топливом. В рассматриваемом примере примем величину данных потерь в размере 7 %.

кВт·ч.

Q_ОХЛ – теплота, отведенная в систему охлаждения:

кВт·ч.