Механический коэффициент полезного действия

Механический коэффициент полезного действия, равный отношению среднего эффективного давления к среднему индикаторному, оценивает механические потери в двигателе:

Механический к. п. д. можно выразить и через мощности двигателя:

Таким образом, механический к. п. д. показывает в долях единицы или в процентах ту часть индикатор­ной мощности, которая передается на фланец коленчатого вала.

Анализ механических потерь в двигателе, выполненный нами ранее, позволяет сделать заключение, что значение механического к. п. д. двига­теля зависит: от степени быстроходности двигателя, от величины давления газов цикла и динамики его изменения, от качества изготовления и сборки деталей двигателя, от качества смазочного масла, от теплового состояния двигателя и режима загрузки его, от мощности навешенных вспомогатель­ных механизмов и от сопротивлений во впускной и выпускной системах двигателя.

При прочих равных условиях механический к. п. д. двигателя является функцией отношения среднего эффективного давления к максимальному давлению цикла; чем больше это отношение, тем выше механический к. п. д.

При уменьшении нагрузки на двигатель (сохраняя при этом число оборотов вала неизменным) мощность механических потерь N_mex примерно остается постоянной, а потому относительное ее значение возрастает и ме­ханический к. п. д. падает.

На рис. 105 приведены кривые изменения механического к. п. д. ?_т при полной нагрузке (сплошные кривые) и при 30 % нагрузки (пунктирные кри­вые) двигателя с воспламенением от сжатия (кривая В; ? = 16) и двигателя с воспламенением от искры (кривая А; ? = 6). Данные кривые показывают, что при уменьшении нагрузки на двигатель при неизменном числе оборотов ?_т значительно падает. Следует заметить, что при холостом ходе двигателя N_e== 0) из формулы (139а)

Таким образом, режим работы холостого хода можно охарактеризовать как режим, при котором механический к. п. д. равен нулю.

При одном и том же р_е (как это видно из рис. 105) с увеличением числа оборотов двигателя (скоростная характеристика) ?_т падает, что объясняется более интенсивным относительным ростом мощности механических потерь N_мех, чем эффективной мощности двигателя.

При работе двигателя с наддувом значение ?_т изменяется в зависимо­сти от системы и степени наддува. Если двигатель переводится на работу с газотурбинным наддувом, то, как показывают опытные данные, мощность механических потерь N_мех при этом остается неизменной. Обозначим отно­шение ?_н = p_?н / p_?, (степень наддува), где р_а — давление в цилиндре в начале сжатия без наддува, а р_?н—с наддувом. Можно принять, что отношение N_in/ N_iтакже равно ?_н, где N_in — индикаторная мощность двигателя с наддувом, а N_i — без наддува.

Если двигатель имел до наддува механический к. п. д. т. ?_m, то при газо­турбинном наддуве он будет иметь:

Полученная формула показывает, что с повышением степени наддува при газотурбинном наддуве механический к. п. д. двигателя возрастает.

В том случае, когда газотурбонагнетатель кинематически связан с валом самого двигателя, отношение ?_К = N_к / N_i может быть больше, меньше или равно отношению ?_T = N_T/ N_i в зависимости от степени использования энергии отработавших газов двигателя. Здесь N_к — мощность, потребляе­мая наддувочным компрессором, а N_T —мощность, развиваемая турбиной.

В этом случае, т. е. когда газотурбонагнетатель связан кинематически : валом двигателя, условный механический к. п. д. будет равен

где ?_т^д—механический к. п. д. собственно двигателя.

При ?_T > ?_К разность (?_Т — ?_К) называется положительным небалансом, а при ?_т<?_к(?_к — ?_Т) называется отрицательным небалансом.

Судовые дизели имеют следующие значения механического к. п. д.

Механический КПД двигателя

Автор: Владимир Егоров Источник: icarbio.ru 24022 1 Индикаторная мощность, развиваемая тепловым двигателем, не может быть в полной мере реализована из-за потерь на преодоление трения и на привод вспомогательных механизмов, но, чтобы улучшить топливную экономичность двигателя, необходимо точно знать все эти потери. Для удобства их оценки введено понятие механического КПД ηm. Механический КПД Отношение эффективной мощности двигателя к индикаторной. Наиболее значительная часть потерь вызвана трением в цилиндре, меньшая – трением в хорошо смазываемых подшипниках и приводом необходимого для работы двигателя оборудования. Потери, связанные с поступлением воздуха в двигатель (насосные потери), весьма важны, так как они возрастают пропорционально квадрату частоты вращения двигателя. Потери мощности, необходимые для привода оборудования, обеспечивающего работу двигателя, включают мощность на привод механизма газораспределения, масляного, водяного и топливного насосов, вентилятора системы охлаждения. При воздушном охлаждении вентилятор подачи воздуха является неотъемлемым элементом двигателя при его испытаниях на стенде, в то время как у двигателей жидкостного охлаждения при проведении испытаний вентилятор и радиатор часто отсутствуют, а для охлаждения используют воду из внешнего контура охлаждения. Если потребляемую мощность вентилятора двигателя жидкостного охлаждения не учитывать, то это дает заметное завышение его экономических и мощностных показателей по сравнению с двигателем воздушного охлаждения. Другие потери на привод оборудования связаны с генератором, пневмокомпрессором, гидронасосами, необходимыми для освещения, обеспечения работы приборов, тормозной системы, рулевого управления автомобиля. При испытании двигателя на тормозном стенде следует точно определить, что считать дополнительным оборудованием и как его нагружать, поскольку это необходимо для объективного сопоставления характеристик разных двигателей. В частности, это относится к системе охлаждения масла, которое при движении автомобиля охлаждается обдувом масляного поддона воздухом, отсутствующим при испытаниях на тормозном стенде. При испытании на стенде двигателя без вентилятора не воспроизводятся условия обдува трубопроводов воздухом, что вызывает повышение температур во впускной трубе и ведет к уменьшению величины коэффициента наполнения и мощности двигателя. Размещение воздушного фильтра и величина сопротивления выпускного трубопровода должны соответствовать реальным условиям работы двигателя в автомобиле. Эти важные особенности необходимо учитывать при сопоставлении характеристик различных двигателей или одного двигателя, предназначенного для применения в различных условиях, например, в легковом или грузовом автомобиле, тракторе или для привода стационарного генератора, компрессора и т. д. Механический КПД различных двигателей Двигатель Механический КПД Бензиновый ДВС, четырёхтактный 0,75 – 0,90 Дизельный ДВС, четырёхтактный 0,70 – 0,85 Двигатель типа Рикардо с гильзовым газораспределением до 0,92 Поршневой, бесшатунный ДВС до 0,94 Двигатель Ванкеля до 0,92&nbsp Роторно-лопастной двигатель (РЛД) 0,65 – 0,95 Примечание. Подробнее о механических потерях в бензиновом и дизельном двигателях в статье «Сравнение механических потерь в бензиновом и дизельном двигателях». При уменьшении нагрузки двигателя его механический КПД ухудшается, так как абсолютная величина большинства потерь не зависит от нагрузки. Наглядным примером служит работа двигателя без нагрузки, т. е. на холостом ходу, когда механический КПД равен нулю и вся индикаторная мощность двигателя расходуется на преодоление его потерь. При нагрузке двигателя на 50% или менее удельный расход топлива по сравнению с полной нагрузкой значительно возрастает, и поэтому использовать для привода двигатель, имеющий большую, чем это требуется, мощность, совершенно неэкономично. Механический КПД двигателя зависит от типа используемого масла. Применение в зимнее время масел повышенной вязкости приводит к росту расхода топлива. Мощность двигателя при больших высотах над уровнем моря падает вследствие уменьшения давления атмосферы, однако его потери практически не меняются, вследствие чего удельный расход топлива возрастает аналогично тому, как это имеет место при частичной нагрузке двигателя. Стоит заметить, что высокий механический КПД не является гарантией высокого эффективного КПД двигателя. Последнее обновление 02.03.2012 Опубликовано 17.02.2011 Наверх Читайте также Комментарии

Электродвигатели — КПД

КПД электрического двигателя представляет собой отношение выходной мощности на валу к входной электрической мощности.

КПД электрического двигателя при измерении мощности на валу в ваттах

Если выходная мощность измеряется в ваттах (Вт) , тогда КПД можно выразить как

η _м

4 вых. P _в                  (1)

, где

η _M = Эффективность двигателя

P _OUT = Фафт Вернут (WATT, W)

P _{в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в в . к двигателю (Ватт, Вт)}

Электрический КПД двигателя, когда выходная мощность на валу измеряется в лошадиных силах

Если выходная мощность измеряется в лошадиных сил (л.с.) , эффективность может быть выражена как

η _M = P _OUT 746 / P _В (2)

, где

P_{. л.с.)}

P _in = электрическая мощность двигателя (Ватт, Вт)

Первичные и вторичные потери сопротивления позвонил

потери меди . Потеря меди варьируется в зависимости от нагрузки пропорционально текущей квадрате — и может быть выражена как

P _CL = R I ² (3)

Где

P _CL

P

P

= обмотка статора – потери в меди (Вт, Вт)

R = сопротивление (Ом)

I = ток (А, ампер)

Потери в стали

Эти потери являются результатом рассеивания магнитной энергии, когда магнитное поле двигателя воздействует на сердечник статора.

Блуждающие потери

Блуждающие потери – это потери, остающиеся после первичных медных и вторичных потерь, потерь в стали и механических потерь. Наибольший вклад в паразитные потери вносят энергии гармоник, возникающие при работе двигателя под нагрузкой. Эти энергии рассеиваются в виде токов в медной обмотке, гармонических составляющих потока в железных частях, утечки в многослойном сердечнике.

Механические потери

Механические потери включают трение в подшипниках двигателя и вентиляторе для воздушного охлаждения.

NEMA Design B Электрические двигатели

Электрические двигатели, построенные в соответствии с NEMA Design B, должны соответствовать эффективности ниже:

Power (HP)	Минимальная эффективность 1)	Минимальная номинальная эффективность 1)	1)	1)	1)	1)	. 4	78,8
5 — 9	84,0
10 — 19	85.5
20 — 49	88.5
50 — 99	90.2
100 — 124	91.7
> 125	92.4

¹⁾ NEMA, конструкция B, одна скорость 1200, 1800, 3600 об/мин. Открытые двигатели с защитой от капель (ODP) или полностью закрытые двигатели с вентиляторным охлаждением (TEFC) мощностью 1 л.с. и более, которые работают более 500 часов в год.

Как рассчитать КПД двигателя

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Кевин Бек

Цель двигателя — заставить что-то двигаться. Часто это что-то представляет собой ось, вращательное движение которой может быть преобразовано в поступательное движение, как в автомобиле, или иным образом использовано для выполнения механической работы (которая имеет единицы энергии).

​ мощность ​ (энергия в единицу времени) для двигателя обычно поступает от электричества, конечным источником которого может быть угольная электростанция, ветряная мельница или батарея солнечных батарей.

Прикладная физика может быть использована для определения ​ КПД двигателя, ​, который является мерой доли энергии, вложенной в механическую систему, что приводит к полезной работе. Чем эффективнее двигатель, тем меньше энергии теряется в виде тепла, трения и т. д., и тем больше конечная экономия средств для владельца бизнеса в производственном сценарии.

Мощность, энергия и работа

​ Энергия ​ Физика принимает различные формы: кинетическая, потенциальная, тепловая, механическая, электрическая и другие. Работой называется количество энергии, затраченное на перемещение массы м ​ на расстояние ​ x ​ с применением силы ​ F ​. Работа в СИ (метрической) системе осуществляется в ньютон-метрах или джоулях (Дж).

​ Мощность ​ это энергия в единицу времени. Вы можете потратить определенное количество джоулей, пересекая парковку, но если вы бежите и преодолеваете расстояние за 20 секунд, а не ходите пешком и тратите на это две минуты, ваша выходная мощность соответственно выше в примере со спринтом. Единицей СИ является ватт (Вт) или Дж/с.

Типовые значения КПД двигателя

КПД — это просто выходная (полезная) мощность, деленная на входную мощность, с разницей в потерях из-за несовершенства конструкции и других неизбежных факторов. Эффективность в этом контексте представляет собой десятичную дробь в диапазоне от 0 до 1,0, а иногда и в процентах.

Обычно, чем мощнее двигатель, тем более эффективным он должен быть. Эффективность 0,80 хороша для двигателя мощностью от 1 до 4 л.с., но для двигателей мощностью 5 л. с. и более нормально стремиться к значению выше 0,90.

Формула КПД электрического двигателя

КПД часто обозначается греческой буквой эта ( η ​) и рассчитывается по следующей формуле:

η = \frac{0,7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i}

Здесь ​ л.с. ​ = мощность двигателя в л.с., ​ load ​ = выходная мощность в процентах от номинальной мощности и ​ ​ P ​ _i ​= потребляемая мощность в кВт.

• Постоянный коэффициент 0,7457 используется для преобразования лошадиных сил в киловатты. Это потому, что 1 л.с. = 745,7 Вт или 0,7457 кВт.

​ Пример ​: Учитывая двигатель мощностью 75 л.с., измеренную нагрузку 0,50 и входную мощность 70 кВт, каков КПД двигателя?

\begin{align} η &= \frac{0,7457 \;\text{кВт/л.с.} × 75 \;\text{л.с.} × 0,50}{70 \;\text{кВт}} \\ &= 0,40 \end{align}

Формула расчета мощности двигателя

Иногда вам дают КПД в задаче и просят найти решение для другой переменной, например входной мощности. В этом случае вы перестраиваете уравнение по мере необходимости.

​ Пример: ​ При КПД двигателя 0,85, нагрузке 0,70 и двигателе мощностью 150 л.с. какова входная мощность?

\begin{align} η &= \frac{0,7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i} \\ \text{Поэтому} \;P_i &= \frac{0,7457 × \text{ л.с.} × \text{нагрузка}}{η} \\ &= \frac{0,7457 \;\text{кВт/л.с.}×150 \;\text{л.с.}×0,70}{0,85} \\ &= 92,1 \ ;\text{кВт} \end{aligned}

Калькулятор КПД двигателя: альтернативная формула

Иногда вам даются параметры двигателя, такие как его крутящий момент (сила, приложенная к оси вращения) и количество оборотов в минуту. минута (об/мин). Вы можете использовать отношение η ​ = P / P _i ​, где ​ P ​ _​ мощность для определения P ​ _i определяется как ​ I ​ × ​ В ​, или ток, умноженный на напряжение, тогда как ​ P ​ _o равен крутящему моменту ​ ​ х 6 τ ​ скорость ω .