Меню

Что такое мощность квт дизеля

К вопросу о реальной мощности дизельных генераторов: чем отличается кВт от кВА?

Дизельные генераторы – очень сложные агрегаты со множеством характеристик, каждая из которых призвана решать конкретную задачу. Поэтому в корне неправильно сводить выбор такого важного в хозяйстве агрегата, как миниэлектростанция, к двум ключевым показателям – стоимости и мощности. Так поступают лишь те, кто не обладает достаточными знаниями в области генераторной техники. Подобный подход неизбежно оборачивается проблемами, всплывающими в разное время: либо сразу после первого запуска, либо в ходе эксплуатации. Это и недостаток мощности, и невозможность беспрерывной работы устройства, и чрезмерное потребление горюче-смазочных материалов.

В чем отличие между кВт и кВА

Обе эти измерительные единицы являются характеристиками мощностей генераторного оборудования, и основное различие между ними заключено в том, какую именно мощность характеризуют кВА (кило Вольт-Ампер) и кВт (кило Ватт).

В цепи с постоянным электротоком все достаточно просто. Поступая из определенного источника, ток перемещает заряды в направлении к электрополю. Чтобы рассчитать, сколько должен выдавать дизельный генератор во время нагрузки, достаточно умножить показатель силы электротока на показатель снижения напряжения при нагрузке: Р (Ватт) = I (Ампер) * U (Вольт).

Но в ИПБ мы имеем дело с переменным током, в которой все работает абсолютно иначе. Здесь вводится такое понятие, как мгновенная мощность, величину которого можно получить, умножив мгновенную величину переменных электротока на величину напряжения. При этом активная мощность, выделяющаяся в нагрузке и измеряемая в кВт, равна среднему показателю мгновенной мощности за определенный период.

Если же напряжение сети имеет синусоидальную форму, при активной (омической) нагрузке активная мощность = произведению текущих показателей тока и напряжения. Это значит, что ее рассчитывают примерно также, как мощность в цепи постоянного электротока. P( Ватт) = U действит. * I действит.

Итак, поскольку принцип работы генератора построен на производстве тока переменной величины, стандартный закон Ома для расчета реальной мощности неприменим. Единицей измерения реальной мощности, характеризующей активную составляющую полной мощности ДГ, является в кВА (киловольт-Ампер). В полную мощность включена также реактивная составляющая, характеризующаяся комплексным числовым значением.

Чтобы правильно выбрать дизельный генератор, требуется точно знать, оборудование какой мощности вы собираетесь к нему подключать. В случае, если это энергоемкие потребители, то основной единицей измерения будет кВА, если их мощность средняя или низкая, тогда стоит ориентироваться на более привычные нам кВт.

Как определяется мощность ДГ в кВт?

Итак, теперь нам понятно, что мощность ДГ – не такая простая величина, как кажется. Но очень часто об этой особенности не знают продавцы и владельцы агрегатов, сдающие их в аренду. Консультируя покупателей/арендаторов, они попросту выдают кВА за кВт. И тогда получается, что электростанция реальной мощностью 120 кВт «превращается» в агрегат с мощностью 150 кВт. При этом недобросовестные компании не забывают выставлять клиентам более высокий счет за якобы более мощную технику, а при эксплуатации это выливается в проблемы, связанные с перебоями, а иногда и поломкой дорогостоящего оборудования. Причина – подключение потребителей с большей суммарной мощностью, чем может выдавать данный агрегат.

Если у вас возникнут сомнения по поводу достоверности сведений о том, сколько реально должен выдавать генератор при нагрузке, вы можете сами легко ее определить. Для этого вам необходимо знать всего две цифры, указанные на информационной табличке:

  • показатель полной мощности в кВА;
  • коэффициент, обозначающийся φ (разница фаз между напряжением и силой электротока).

Для среднего по мощности ДГ коэффициент cos φ, как правило, равняется значению 0,8. Путем умножения активной составляющей мощности в кВт на показатель полной мощности вы получите показатель активной мощности в кВт. Так, получаем активную мощность ДГ на 150 кВА = 120 кВт.

Об эксплуатации дизельных генераторов

От типа двигателя ДГ зависит возможность или невозможность их продолжительного применения в качестве основного элемента питания.

К первому типу относятся полупрофессиональное оборудование, использующееся краткосрочно в непредвиденных ситуациях — внезапная поломка, стихийнге бедствие и т.д. Такие ДГ стоят недорого, но и их эффективность гораздо ниже в сравнении с профессиональными агрегатами. Главной причиной невозможности их применения в качестве долгосрочного источника энергии является большой объем потребляемого горючего. В качестве резервных источников электропитания могут применяться ДГ производства стран Европы, Турции и даже Китая. Как правило, их устанавливают на дачах, в частных домовладениях и на прочих объектах, где отключение центрального электроснабжения не несет за собой катастрофических последствий.

Профессиональные ДГ промышленного класса изначально рассчитаны на продолжительную непрерывную и высокоэффективную работу. Такое оборудование стоит достаточно дорого (в несколько раз выше полупрофессиональных аналогов), поэтому в определенных случаях его аренда может быть более экономически обоснованной, чем покупка.

К такому сегменту относятся агрегаты производства компаний Cummins, FPT, ТСС, Азимут. Использование данного оборудования, способного выдерживать большие нагрузки и выдавать действительно качественный ток, оправдывает себя там, где не должно быть даже коротких перерывов в энергообеспечении – например, на объектах здравоохранения, производственных, строительных или коммерческих предприятиях. Сделать выбор агрегата необходимой мощности вы всегда сможете, имея точное представление о том, сколько тока должен выдавать ДГ, и какая разница между кВА и кВт.

Читайте также:  Среднее значение плотности потока мощности падающей волны

Источник



МОЩНОСТЬ ДИЗЕЛЯ

СРЕДНЕЕ ИНДИКАТОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Во время перемещения поршня давление газов в цилиндре изменяется. Сила давления газов на поршень в связи с этим также является величиной переменной. Работа, как мы знаем, равна произведению силы да путь (перемещение). Таким образом, работа газов за рабочий цикл может быть подсчитана как сумма произведений давления в цилиндре на каждом маленьком участке (где это давление можно принять постоянным) на перемещение поршня на этом участке. Эта сумма соответствует площади индикаторной диаграммы. Таким образом, площадь диаграммы, очерченная линией 3—4—5—3 (см. рис. 25), выражает полезную работу газов, которую они совершают в цилиндре за один рабочий цикл. Однако оценивать работу цикла по площади индикаторной диаграммы во многих случаях неудобно. Поэтому введено понятие среднего индикаторного давления. Условно приняли, что величина этого давления не изменяется, т. е. является постоянной (рис. 29) в течение ходапоршня.

Индикаторная диаграмма

Рис. 29. Определение среднего индикаторного давления

Тогда графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту заштрихованного прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы, а основание равно длине диаграммы. Средним индикаторным давлением называют условное, постоянное по величине давление, при котором работа за один цикл равна работе газов в цилиндре. В тепловозных дизелях среднее индикаторное давление pi находится в пределах 0,58—1,76 МПа (6—18 кгс/см2). Прежде чем перейти к подсчету работы и мощности дизеля, выясним, что такое энергия.

ПОНЯТИЕ ОБ ЭНЕРГИИ

Слово энергия происходит от греческого слова energia, что значит действие, деятельность. Различают энергию кинетическую и потенциальную. Кинетической энергией обладает любое движущееся тело: поезд, вода, ветер, пуля. Потенциальной, или скрытой, энергией обладает тело, находящееся на высоте. Поднимем, например, боек молота на некоторую высоту и будем удерживать его в этом положении посторонней силой. На поднятие бойка нам пришлось затратить работу, которую нетрудно подсчитать, если его массу умножить на высоту подъема. Пока боек поднят, он обладает запасом потенциальной энергии, накопленной по мере того, как его поднимали. Если теперь отпустить боек, то во время падения потенциальная энергия переходит в кинетическую (энергию движения). Исчезнуть энергия не может: она только переходит из одного вида в другой. Это утверждение основано на известном законе сохранения энергии. На первый взгляд кажется, что когда, например, катящийся с горки вагон останавливается, то запас его кинетической энергии куда-то «исчезает». На самом деле кинетическая энергия переходит в тепловую при трении деталей тормозных устройств. Мы не замечаем этого потому, что нагревание окружающей среды незначительно. Зато мы можем увидеть покраснение тормозных колодок при резком торможении поезда.
Каждый вид энергии может переходить в другой, причем определенное количество «исчезнувшей» энергии одного вида даст эквивалентное (равноценное) ему количество энергии другого вида. Иными словами, каждая единица теплоты может дать строго определенное количество работы, и, наоборот, каждая единица работы может дать определенное количество теплоты.
При работе двигателя внутреннего сгорания каждый килограмм жидкого топлива при сгорании выделяет определенное количество теплоты. Тепловой эффект любого вида топлива, в частности дизельного, характеризуется теплотой сгорания, т. е. тем количеством теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг данного топлива.
Чем же измеряется теплота сгорания топлива? Количество теплоты измеряют в джоулях подобно тому, как сила измеряется в ньютонах, а длина — в метрах. Установлено, что 1 кг дизельного топлива при полном сгорании способен выделить тепла до 42 500 кДж (10 151 ккал). Сходство между теплотой и работой в том, что они подобны. Это вытекает из одного из основных законов термодинамики— науке о превращении теплоты и работы друг в друга.

ПОДСЧЕТ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ ДИЗЕЛЯ

Работа поршня определяется произведением силы, действующей на поршень, на пройденный путь. Перемещения поршня ограничиваются его крайними положениями. Как упоминалось выше, ход поршня и диаметр цилиндра — величины, весьма важные для дизеля. Если площадь поршня умножить на среднее индикаторное давление, то получим среднюю силу, приложенную к поршню. Если теперь эту силу умножить на расстояние, проходимое поршнем от верхней до нижней мертвой точки, то найдем работу, которую совершают газы, действующие на поршень, за один ход в одном цилиндре.
Поясним это примером. Пусть среднее индикаторное давление равно 0,98 МПа (10 кгс/см2) , а площадь поршня 0,08 м2 (800 см2) . Тогда сила, действующая на поршень такого дизеля, составит 0,98 X 0,08 = 78,4 кН = 78 400 Н (или 800X10 = 8000 кгс).
Пусть ход поршня равен 330 мм, или 0,33 м (дизели типа Д50). Работа, которую произведет газ при движении поршня из верхней мертвой точки к нижней, будет равна произведению силы на величину перемещения, т. е. на ход поршня: 78400X0,33 = 25 872 Н-м (или 8000X0,33 = 2640 кгс-м).
Мы подсчитали работу, которую совершает газ в одном цилиндре за один рабочий ход поршня. В четырехтактном дизеле рабочий ход происходит в течение двух полных оборотов коленчатого вала. Значит, за один оборот вала в среднем совершается работа в два раза меньше, т. е.
25 872:2 = 12936Н-м, или 2640:2=1320 кгс-м.

Теперь подсчитаем мощность дизеля. Предположим, что коленчатый вал делает в минуту 750 оборотов, или 750X60 = 45 000 об/ч. Так как работа газа за один оборот вала составляет в нашем случае 12 936 Н-м, то, следовательно, за 1 ч она будет равна
12 936X45 000 = 582120 000 Н-м (т. е. 582 120 000 Дж, так как Н-м = Дж), или 1320Х X45000 = 59 400 000 кгс-м.
Мощностью называется работа, выполненная в единицу времени (в секунду). Если за 1 с будет совершена работа в 736 Н-м (75 кгс-м) , то эту мощность условно называют одной лошадиной силой (0,736 кВт, или 736 Вт = 75 кгс -м/с). Значит, работа, выполненная при мощности 736 Вт (1 л. с.) за 1 ч, будет равна 736X Х3600 = 2 649 600 Н-м (= Дж), или 75X3600 = 270 000 кгс-м.
Следовательно, индикаторная мощность в киловаттах одноцилиндрового двигателя определится, если работу в джоулях за 1 ч разделить на 3600 с: 582 120 000 : 3600 = 162 кВт, а в лошадиных силах, если величину часовой работы 59 400 000 кгс-м разделить на 270 000, т. е. 59 400 000:270 000 = 220 л. с .
Однако полезная, или эффективная, мощность, измеряемая (реализуемая) на коленчатом валу, будет меньше индикаторной, так как часть мощности расходуется на преодоление сопротивлений в трущихся частях шатунно-кривошипного механизма и на привод вспомогательных механизмов (насосы, воздуходувка и др.).
Величина этих потерь зависит от величины зазоров, качества обработки деталей, температуры и вязкости масла и в среднем для номинального режима работы может быть принята равной около 20%. Тогда для нашего случая эффективная мощность для одного цилиндра равна 162 X 0,8 = 130 кВт, пли 220X0,8= 176 л. с, а для шести цилиндров дизеля в 6 раз больше, т. е. 780 кВт, или 1056 л. с. Мощность современных тепловозных дизелей достигает 2210, 4400 кВт (3000, 6000 л. с.) в одном агрегате.

Читайте также:  Параллельное соединение одинаковых резисторов мощность

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ДИЗЕЛЯ

Непрерывное увеличение мощности тепловозных дизелей — одно из важнейших направлений развития тепловозостроения как в нашей стране, так и за рубежом. Однако решение этой задачи значительно осложняется тем, что тепловоз является транспортной машиной, размеры которой ограничены габаритом подвижного состава, а вес — нагрузками на рельсы. Увеличение размеров цилиндра или их числа повышает вес дизеля. Поэтому осуществлять дальнейший рост мощности тепловозных дизелей только за счет этого нельзя. Практика показывает, что для V-образных дизелей число цилиндров должно быть не более 20.
Как же увеличить мощность дизеля при тех же габаритных ограничениях?
Одним из путей является применение двухтактного дизеля, у которого рабочий цикл, как указывалось выше, осуществляется за один оборот коленчатого вала. Иными словами, в двухтактном двигателе при тех же размерах и той же быстроходности совершается в единицу времени в два раза больше рабочих циклов, чем в четырехтактном. Казалось бы, что при одинаковом рабочем объеме и той же частоте вращения вала мощность двухтактного дизеля должна быть в 2 раза больше мощности четырехтактного дизеля. Однако практически она возрастает только в 1,5— 1,7 раза, так как часть мощности приходится расходовать на привод нагнетателя воздуха, необходимого для пуска и продувки цилиндров; кроме того, часть хода поршня, при котором совершается расширение газа, приходится на период, когда открываются выпускные окна (клапаны) и газы в это время почти не совершают полезной работы.
Другой путь повышения мощности — увеличение частоты вращения вала дизеля. Чем быстрее будет вращаться коленчатый вал, тем большее число рабочих циклов в единицу времени будет выполнено и тем большая работа будет произведена в единицу времени. Однако возможность увеличения частоты вращения вала дизеля ограничивается прочностью отдельных деталей его и интенсивностью их износа, который возрастает с ростом скорости движения деталей. Скорость же деталей шатунно-кривошипного механизма зависит не только от частоты вращения вала, но и от величины хода поршня, поэтому принято при определении быстроходности двигателя исходить из средней скорости поршня, которая у современных дизелей достигает 10—12 м/с. Третий путь предусматривает повышение мощности дизеля увеличением работы, выполняемой в цилиндрах двигателя в течение каждого рабочего цикла. А чтобы увеличить эту работу, надо сжечь в цилиндрах больше топлива. Но для этого потребуется больше воздуха . Весовое количество воздуха, которое может уместиться в цилиндре, возрастает с увеличением давления и понижением температуры воздуха. Повысить давление воздуха перед поступлением в цилиндры двигателя внутреннего сгорания можно с помощью наддува.

Источник

Моторист-рулевой

МОЩНОСТЬ И ЭКОНОМИЧНОСТЬ

Различают индикаторную мощность, развиваемую газами в цилиндрах двигателей, и эффективную мощность — полезную мощность, отдаваемую потребителю энергии (гребному валу, электрогенератору и т. п.).

Эффективная мощность Ne меньше индикаторной Ni на величину механических потерь Nm, обусловленных трением подвижных деталей двигателя и затратой энергии на приведение в действие механизмов и агрегатов, навешенных на двигатель и обслуживающих его системы. Часть мощности теряется также на совершение тактов впуска и выпуска:

Читайте также:  Увеличение мощности двигателя лифан

Индикаторная мощность может быть определена непосредственно из индикаторных диаграмм, записываемых специальным прибором—индикатором. Площадь такой диаграммы в определенном масштабе выражает работу газов в цилиндре за один рабочий цикл. По ней определяют среднее индикаторное давление за рабочий цикл ρi и с учетом размеров цилиндра двигателя, частоты вращения, тактности, количества цилиндров вычисляют индикаторную мощность двигателя (и.л.с):

где ρi — среднее индикаторное давление, кгс/м2;

D — диаметр цилиндра, м;

S — ход поршня, м;

n — частота вращения коленчатого вала, об/мин;

i — число цилиндров двигателя;

k — коэффициент тактности (для двухтактных двигателей k=l, для четырехтактных k=0,5).

Отношение эффективной мощности к индикаторной носит название механического коэффициента полезного действия (к.п.д.):

Механический к.п.д. служит для оценки конструктивных и эксплуатационных качеств двигателей. Значения механического к.п.д. при номинальных режимах и хорошем техническом состоянии дизелей находятся в пределах ηm =0,75-0,85. Меньшие значения относятся к многооборотным быстроходным дизелям, а также к дизелям малой мощности.

Для оценки двигателей часто пользуются значением среднего эффективного давления ре кгс/см2, представляющего собой произведение среднего индикаторного давления на механический к.п.д.:

Среднее эффективное давление учитывает механические потери в двигателе и позволяет определить эффективную мощность (э.л.с):

В некоторых случаях оказывается удобным пользоваться понятиями эффективной цилиндровой и литровой мощности.

Мощность, развиваемая в одном цилиндре (цилиндровая мощность), определяется из отношения

Мощность, приходящаяся на литр объема цилиндров (литровая мощность),

где Vц — объем, описываемый поршнем за один ход (между верхней и нижней мертвыми точками), л.

Эффективная мощность двигателей, приводящих в действие электрогенераторы (дизель-генераторы), часто измеряется в киловаттах (1 л.с. = 0,736 кВт). Эффективная мощность и частота вращения коленчатого вала являются основными параметрами, характеризующими судовой дизель.

В зависимости от режима работы двигателя различают номинальную, максимальную, эксплуатационную, экономическую и минимальную эффективные мощности. Такое же подразделение имеет и частота вращения главного судового дизеля, так как с ее изменением меняется и мощность двигателя.

Номинальной считается та наибольшая мощность, которую двигатель может развивать неограниченное время при установленной номинальной частоте вращения вала.

Максимальная мощность больше номинальной на 10— 20%. С такой мощностью двигатель может работать не более 1—2 ч. При этом максимальная частота вращения вала больше номинальной на 3—4%.

Эксплуатационная мощность на 10—15% меньше номинальной. При такой мощности увеличивается срок службы

Экономическая мощность соответствует наименьшему удельному расходу топлива.

Минимальная мощность зависит от минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала двигателя, работающего под нагрузкой. Минимально устойчивую частоту вращения обычно удается снизить только до 1/3—1/4 частоты вращения, при которой двигатель работает па номинальном режиме. Минимально устойчивая частота вращения определяет минимальную скорость хода судна и его маневренность. Сложность в уменьшении минимально устойчивой частоты вращения в основном связана с трудностью точной дозировки малых порций топлива по цилиндрам двигателя.

Оценка экономичности дизеля производится по удельному расходу топлива ge и эффективному к.п.д. ηe .

Удельный расход топлива определяется (кг/э.л.с.*ч) как частное от деления часового расхода топлива на эффективную мощность, развиваемую двигателем за это время:

где Gч — расход топлива, кг/ч;

Nе — эффективная мощность, э.л.с. У тихоходных дизелей без наддува удельный расход топлива на номинальном режиме составляет 0,170—0,185 кг/э.л.с.*ч(0,230-0,250 кг/кВт*ч), у быстроходных он достигает 0,180-0,220 кг/э.л.с.*ч (0,240-0,300 кг/кВт*ч).

Работа одной лошадиной силы в час эквивалентна в тепловых единицах 632,3 ккал. Теплота сгорания 1 кг дизельного топлива (теплотворная способность) примерно равна Qн= 10 000 ккал/кг. Исходя из этого, можно определить эффективный к.п.д. двигателя:

где Qнge — количество тепла, ккал, выделяющегося в цилиндрах двигателя за 1 ч работы на 1 л.с;

632,3 — количество тепла, ккал, теоретически необходимое для получения полезной работы в 1 э.л.с.*ч.

Таким образом, эффективный к.п.д. двигателя определяется отношением количества тепла, превращенного в полезную работу на валу двигателя, к количеству тепла, полученному при сгорании топлива. Для дизелей без наддува ηe =0,30-0,40.

По удельному расходу топлива и эффективному к.п.д. дизели являются самыми экономичными тепловыми двигателями.

Наибольшая экономичность двигателя достигается при работе с экономической мощностью. Уменьшение или увеличение мощности ведет к уменьшению эффективного к.п.д. и возрастанию удельного расхода топлива. Фактический часовой расход топлива при снижении мощности уменьшается, а при работе на максимальной мощности(режим перегрузки)резко возрастает.

В двигателе внутреннего сгорания для получения полезной работы используется только часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Другая часть теряется с отработавшими газами и охлаждающей водой. Небольшое количество тепла передается от нагретых деталей двигателя в окружающую среду. Распределение тепла, выделившегося при сгорании топлива, по статьям расхода носит название теплового баланса двигателя. У современных судовых дизелей тепло, превращенное в полезную работу на валу двигателя, составляет 35—45% (для двигателей с наддувом); с охлаждающей водой уносится 15—30% тепла, с отработавшими газами уходит 25—50%, и 1—8% тепла приходится на прочие потери. Тепло отработавших газов и охлаждающей воды может быть использовано для различных полезных нужд судна, т. е. утилизировано. Наиболее просто утилизируется тепло отработавших газов в судовых утилизационных котлах.

Источник