К вопросу о зависимости относительных индикаторных к. п. д. от распространения мощности между машиной и турбиной судовых комбинированных установок Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 80 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1955 г.

К ВОПРОСУ О ЗАВИСИМОСТИ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ИНДИКАТОРНЫХ к. п. Д. ОТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОЩНОСТИ МЕЖДУ МАШИНОЙ И ТУРБИНОЙ СУДОВЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ УСТАНОВОК

А. М. ПОДСУШНЫЙ

На величину относительного индикаторного к.п.д. цилиндров поршневой машины, следовательно, и на величину относительного индикаторного к.п.д. машины в целом оказывают влияние следующие факторы: а) степень расширения пара, б) перепад давления, в) состояние пара, г) число оборотов машины и другие факторы.

С уменьшением степени расширения пара при сохранении постоянной начальной температуры пара средняя температура стенок цилиндров увеличивается, что ведет к уменьшению теплообмена между паром и стенками цилиндров, т. е, к увеличению относительного индикаторного к.п.д цилиндров и, следовательно, машины. Из обработки результатов испытаний судовых комбинированных установок [1; 2; 3] зависимость относительных индикаторных к.п.д. от степени расширения пара можно представить в виде кривых, приведенных на рис. 1» Из графиков видно, что относительный инди-

Рнс. 1. Зависимость индикаторного к.п.д. от общей степени расширения пара

"каторный к.п.д. ЦНД машины 3-го расширения, например, увеличился при приключенной турбине отработавшего пара с 0,70 до 0,82, а без турбины отрабо-

тавшего пара—соответственно с 0,50 до 0,53. Такой сравнительно большой рост относительного индикаторного к.п.д. ЦНД объясняется главным образом увеличением противодавления за машиной, вызванного приключением турбины отработавшего пара, что уменьшило температурный перепад на машину и цилиндры, а отсюда и потери от теплообмена. Общий относительный индикаторный к.п.д, установки возрастает при этом с 0,715 до 0,750.

При уменьшении перепада давления на цилиндр также возрастает относительный индикаторный к.п.д. цилиндра. Например, Даниловский [1) указывает на основании обработки опытных данных, что при неизменном начальном давлении пара перед машиной 14,1 ama повышение противодавления за машиной от 0,20 ama до 1,5 ama вызовет повышение относительного индикаторного к.п.д. машины с 0,675 до 0,890, в основном за счет повышения относительного индикаторного к.п.д. ЦНД. При работе перегретым паром относительный индикаторный к.п.д. цилиндров возрастает по сравнению с работой насыщенным паром в основном за счет уменьшения теплообмена между паром и стенками цилиндров. При увеличении противодавления за машиной рабочий процесс пара в поршневой машине смещается в область повышенных параметров, не достигая области большого насыщения. Следовательно, относительный индикаторный к.п.д. машины при этом возрастает.

На основании обработки опытных данных испытаний комбинированных судовых установок, а также опытных материалов эксплуатации и литературных материалов, приходим к заключению, что зависимости относительных индикаторных к.п.д. цилиндров и турбины отработавшего пара от относительной мощности турбины можно выразить графиком на рис. 2, тле обозначено:

<Пк

Рис. 2. Зависимость индикаторных к-,п.д. от нагрузки ТНД

'Циа — относительный индикаторный к.п.д. ЦВД; Щид — относительный индикаторный к.п.д. ЦСД; ■Цшд — относительный индикаторный к.п.д. ЦНД;

'Чет — относительный внутренний к.п.д. турбины отработавшего пара: гцт— относительный индикаторный к.п.д. турбины отработанного пара, вводимый для приведения турбины к единому механическому к.п.д. и определяемый по Голынскому [5] из выражения:

~4im — "Цвт

"Члип-'Чппг

"Цлш

где

¡3 — коэффициент, учитывающий протечки пара через переключательный клапан в главный холодильник; "Цмт — механический к.п.д. турбины;

r¡пт — механический к.п.д. передачи от турбины к гребному валу,

включая и гидромуфту; '<]мм — механический к.п.д. машины, принимаемый за механический к.п.д. всей установки.

На рис. 2 область относительной мощности турбины отработанного

пара —— от 0,35 до 0,40 построена экстраполяцией. Nik

Приняв эту зависимость к.п.д. от распределения мощности между машиной и турбиной судовой комбинированной установки, по тепловым расчетам для частного случая начальных параметров пара 25 ama и 380"С. получаем зависимость относительного индикаторного к.п.д. машины 3-го расширения от противодавления по рис. 3. Расчет проделан при числе оборотов машины, равном 120 об/мин. Полученные расчетные точки вполне хорошо описываются уравнением гиперболы:

G £■ с в 1 (!

Рис. 3. Зависимость индикаторного к.п.д. машины от противодавления

'Им

: 0,865

0,11

Р%м +0,46

(1)

По тепловым расчетам комбинированных установок, проделанным для различных начальных параметров пара при различном распределении мощности между машиной и турбиной и при принятой зависимости к.п.д. цилиндров от распределения мощности, получается зависимость относитель-84

ного индикаторного к.п.д. комбинированной установки от относительной загрузки поршневой машины, представленная на рис. 4. Эта зависимость з рассматриваемых пределах загрузки поршневой машины достаточно точно описывается уравнением гиперболы

Ък>

■£,75 0,74 Q73 •472

аи

0,70

1 1 ..... "!' ................Г................ 1 ! ©

ч ® - ® Q г Ф

---® г Г

© 1 , 1 !

да i i i 1

,Рис. 4. Зависимость индикаторного к.п.д. установки от относительной загрузки поршневой машины

*г№

0,80

31(1,16-Ф,)

(2)

Здесь за аргумент принято отношение индикаторного теплоперепада поршневой машины к индикаторному теплоперепаду всей комбинированной установки

, Н 1м

" Нш

являющееся характеристикой распределения мощности между машиной и турбиной без учета разницы в количестве работающего пара в отдельных цилиндрах машины и в турбине. Если в данном случае перейти от

относительной загрузки

Nu, N¡k

машины NiM

'¿i к относительной мощности машины

то зависимость -¡¡¡к от

Nik

примет вид:

=0,80

_1_

31 (1,2 — N¡m ¡N¡k )

(3j

Из сравнения (2) и (3) видно, что эти зависимости очень близки. Важной особенностью уравнения (2) является то обстоятельство, что оно не зависит от начальных параметров пара, так как тепловые расчеты для построения рис. 4 проделаны для различных начальных параметров пара от 15 ama и 300°С до 50 ama и 420°С.

Для приближенного рассмотрения ряда вопросов, не требующих высокой точности, в интервале ^ =0,50 — 0,80 зависимость (2) можно представить как прямолинейную:

Y(tt = 0,685 + 0,148(1 —

(4)

Анализируя уравнение (4), приходим к выводу, что при выключенной турбине отработанного пара = 1) относительный индикаторный к.п.д. поршневой машины при вакууме в главном холодильнике 95°/0 остается таким же, как при обычном для машин 3-го расширения вакууме 85°/0. Это обстоятельство, с одной стороны, подтверждает установившееся мне-

ние, что углубление вакуума поршневых машин 3-го расширения свыше 85°/0 является бесполезным, а с другой стороны, при = 1 относительный индикаторный к.п.д. комбинированной установки становится равным таковому для машины 3-го расширения при ее нормальной работе, причем его значение в этом случае

= Т/Д»=0,685

соответствует значению гцм, получаемому в работах ЦНИИМФ [4]. Полученные зависимости могут в значительной степени облегчить исследования судовых комбинированных установок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Данилове к и й Г. И. Повышение эффективности судовых паросиловых уста, ловок. ВНИТОВТ, 1935.

2. ..\Verft-Recderoi-Haien". № 3, 1928, № 13, 1933, № 23-24, 1935.

3. С е м е к а В. А. н К у т ь и н Л. Н. Выбор типа паросиловых установок морских судов, подлежащих постройке с установками 1500 и.л.с. и .меньше. ЦНЙИМФ, Ленинград, 1950.

4. Г о л ы н с к и й А. В. Теория и тепловой расчет судовых паровых машин. Морской транспорт", 1951.