Экономическая характеристика машины

Выше был отмечен факт зависимости расхода энергии и КПД от скоростного и нагрузочного режимов, связанных с производительностью машины П. Аппроксимируем зависимость абсолютного расхода энергии усеченным степенным рядом:

Тогда выражение удельного расхода энергии примет вид: где С₀, С, С₂ -постоянные усеченного ряда, определяемые из характеристики расхода энергии G (n). Например: при П = О G — G_xx - абсолютный расход энергии на холостом ходу, при П = П_йпт, g = g_min, G_om = g_mia П₍««. Откуда С_а = G_xx,.

f.

Г = оСо = —**;

^L/1 Omin' ° - j-r)

^Аопт Таким образом, приведенное аппроксимирующее выше выражение g будет включать барьерную функцию С₀/П и отвечать начальным условиям g — —> оо при П = 0.

Показатели увеличение удельного и абсолютного расхода энергии примут вид:

Последняя зависимость показывает, что функция абсолютного перерасхода энергии АС (П) будет расти при удалении от оптимального по экономичности режима. В качестве примера рассмотрим идеализированную гиперболическую характеристику (рис. 5.11) удельного расхода энергии насоса или компрессора (без аккумулятора) с регулируемым.

Рис. 5.11. Идеализированная зависимость удельного расхода энергии g от производительности П при управлении перепуском рабочего тела на впуск.

перепуском рабочего тела, у которых затрачиваемая мощность постоянна:

где С = G_om = g_minn_011T — параметр экономичности машины, характеризующий расход энергии на оптимальном по экономичности режиме работы машины.

При гиперболической характеристике g (FI) возрастание удельного расхода энергии по сравнению с минимальным g_min при отклонении от оптимальной производительности П_()||Т. машины удельный перерасход энергии будет:

где k_n =—коэффициент загрузки, равный отношению.

^опт текущей производительности к ее значению на оптимальном режиме.

Применяя подобную оценку к двигателям, рассчитаем по идеализированной гиперболической зависимости рост удельного расхода энергии Ag в процентах от g_min в зависимости от степени загрузки по мощности:

и представим результаты в табл. 5.2.

Таблица 5.2.

Рост удельного расхода энергии в зависимости от степени загрузки двигателя.

Анализируя табл. 5.2, можно отметить, что при снижении степени загрузки k_w машины до 50% происходит увеличение удельного расхода энергии на 100% (т.е. вдвое). Даже использование машины с 75% загрузкой от оптимальной производительности вызывает увеличение удельного расхода энергии на 30% по сравнению с минимально возможным расходом. При снижении степени загрузки машины до 10% происходит рост удельного расхода энергии примерно в 10 раз. Таким образом, увеличение абсолютного расхода энергии AG зависит от важной энергетической характеристики машины — расхода энергии на оптимальном режиме работы машины:

и величины отклонения производительности машины от оптимальной П_опт — П, которую можно охарактеризовать коэффициентом загрузки k_n = k_w < 1.

Повышение экономичности машин связано с возможностью смещения режима работы двигателя по статической характеристике по отношению к расчетному номинальному режиму работы. Проектирование двигателей производится таким образом, что режим работы, указываемый как номинальный, располагается вблизи наиболее экономичной зоны. Номинальная мощность установленного двигателя, как правило, выбирается исходя из необходимости сокращения времени разгона или кратковременного приема пиковой нагрузки. В связи с этим номинальная установленная мощность двигателя оказывается заведомо большей, чем это необходимо для работы в установившемся режиме работы, что и приводит часто к снижению его экономичности на режимах частичной мощности. Поэтому значительный неиспользуемый на установившемся режиме запас мощности двигателя по сравнению с его номинальным режимом работы приводит к увеличению потерь и перерасходу энергии из-за работы в неэкономичном режиме. Вот почему повышение экономичности расхода энергии на установившихся режимах возможно за счет снижения номинальной установленной мощности двигателя и повышения коэффициента его загрузки (т.е. степени использования номинальной мощности).

Проиллюстрируем эти положения на примере ДВС, экономические показатели которого не зависят однозначно от мощности W, а определяются как скоростным режимом со, так и нагрузкой (крутящим моментом). На рис. 5.12 показаны параметрические кривые равного снижения экономичности расхода топлива g_c двигателя дизель-электрического агрегата автосамосвала БелАЗ-549. Цифры на параметриче;

Рис. 5.12. Экономическая характеристика дизель-электрического агрегата автосамосвала БелАЗ-549.

ских кривых соответствуют значениям (постоянным) возрастания удельного расхода топлива в процентах по отношению к минимальному расходу.

в зависимости от степени использования номинальной мощности ДВС k_w и скорости коленчатого вала со. Анализ показывает, что при изменении режима работы экономичность двигателя может ухудшаться более чем в два раза при той же используемой мощности.

Пунктирной линией с точками показана скоростная экономическая характеристика двигателя, движение по которой обеспечивает минимальное возрастание расхода энергии при отклонении от режима максимальной экономичности. Экономическая характеристика строится из точки максимальной экономичности машины в направлении минимального градиента расхода энергии:

координатами которого служат частные производные критерия оптимальности по мощности W и скорости со. Обеспечение работы МА по статической экономической характеристике необходимо предусматривать уже на стадии проектирования при выборе параметров передаточного механизма. Показанные на рис. 5.12 характеристики наблюдаются у ДВС, у которых минимальный удельный расход топлива отмечается не в режиме максимальной мощности, принимаемом за номинальный режим работы W,_IOM, а на экономичном режиме W_onT < W_HOM. Особенно значительный рост удельного расхода топлива g; у ДВС наблюдается левее точки экономичного режима работы W_om. На холостом ходу при мощности W = 0 удельный расход топлива g_e бесконечно велик. Таким образом, основным фактором, вызывающим снижения экономичности машин, является низкий коэффициент загрузки двигателя k_w в эксплуатационных условиях.