Нагрузочные характеристики: 1. Нагрузочные характеристики двигателей

Содержание

1. Нагрузочные характеристики двигателей

Нагрузочной характеристикой двигателя внутреннего сгорания называется комплекс зависимостей часового, удельного эффективного расходов топлива и других показателей двигателя от его нагрузки при постоянной частоте вращения коленчатого вала.

В качестве показателя величины нагрузки могут выступать эффективная мощность, крутящий момент или, чаще всего, среднее эффективное давление. Иногда характеристику строят по аргументу, представленному в относительных величинах, например в процентах от максимальной (номинальной) мощности. На характеристику, кроме графиков расходов топлива, обычно наносят также кривые часового расхода воздуха, коэффициента наполнения, коэффициента избытка воздуха и других показателей двигателя.

Рис. 3.1. Зависимость показателей дизеля от нагрузки при n = const

агрузочная характеристика может сниматься как при регулировке топливного насоса высокого давления (ТНВД), установленной заводом изготовителем, так и с демонтированным устройством ограничения хода рейки ТНВД.

Во втором случае цикловая подача топлива лимитируетсянаибольшей производительностью плунжерной пары насоса, что дает возможность обеспечить переобогащение смеси, выявить предел дымления и определить максимальную эффективную мощность, которую может развить дизель при данной частоте вращения коленчатого вала (

рис. 3.1

). На наиболее экономичном режиме (точка 1) дизель работает при полном бездымном сгорании при коэффициенте избытка воздуха α =1,5…2,0. С увеличением нагрузки, а следовательно, и расхода топлива G_T смесь обогащается, коэффициент α приближается к значениям 1,2…1,3, что приводит к неполноте сгорания топлива и возникновению дымления из-за появления в отработавших газах несгоревших углеродистых частиц — сажи (точка 3). Достижение максимальной мощности (точка

4) связано с переходом к еще более богатым смесям, коэффициент избытка воздуха при этом приближается к значению α =1, отработавшие газы приобретают черную окраску, удельный эффективный расход топлива существенно повышается.

Дальнейшее увеличение цикловой подачи топлива приводит к еще большему ухудшению сгорания и падению мощности. Работа дизеля на режимах, сопровождающихся дымлением, не допускается. Режим номинальной мощности, определяемый (устанавливаемый) заводом-изготовителем, должен гарантировать бездымную работу дизеля (точка 2).

Анализ нагрузочной характеристики дизеля

Нарис. 3.2. представлена нагрузочная характеристика дизеля. Часовой расход топлива G_T с увеличением нагрузки р_е при n=const возрастает, так как при перемещении органа управления топливного насоса увеличивается цикловая подача топлива. До нагрузки примерно 70…75% от максимальной (р

е=0,5 МПа) зависимость G_T= f(p_e) близка к линейной. При меньших нагрузках вследствие появления неполноты сгорания крутизна кривой G_T несколько увеличивается.

Часовой расход воздуха G_B у дизеля с ростом нагрузки при n=const, должен быть практически постоянным. Однако увеличение нагрузки сопровождается общим возрастанием тепловой напряженности двигателя, особенно заметным при больших нагрузках и при максимальной мощности. По этой причине увеличивается подогрев свежего заряда, плотность его снижается, что приводит к некоторому уменьшению G_B и соответственно коэффициента наполнения η_V.

Рис. 3.2. Нагрузочная

характеристика дизеля

оэффициент избытка воздуха α снижается от α = 5,0…6,0 на холостом ходу (р_е=0) до α =1,75 на режиме наименьшего удельного эффективного расхода топлива (при р_е= 0,56 МПа), поскольку наибольшая полнота сгорания топлива достигается, как правило, при α =1,6…1,8. Для получения максимальной (или номинальной) мощности смесь должна быть обогащена до α_Н=1,2…1,4 (в зависимости от типа камеры сгорания и способа смесеобразования). У исследуемого дизеля α_Н =1,5.

Минимальный удельный эффективный расход топлива, равный 230 г/(кВт ч), наблюдается при р_е= 0,56 МПа. При меньшей нагрузке экономичность двигателя ухудшается, так как увеличивается относительная доля механических потерь (механический КПД η

М падает). При больших нагрузках удельный расход топлива возрастает из-за увеличения неполноты сгорания топлива. На номинальном режиме g_e=235 г/(кВтч).

Нагрузочные характеристики

Двигатели, предназначенные для привода генераторов, компрессоров, насосов и т.п. должны работать так, чтобы частота вращения вала привода при изменениях нагрузки изменялась возможно меньше. Поэтому работу таких двигателей оценивают по характеристикам, полученным при постоянной частоте вращения. Эти характеристики называют нагрузочными. Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя показана на рис.14.3.

Рис.14.3.

При увеличении внешней нагрузки и открытии дроссельной заслонки вследствие уменьшения гидравлического сопротивления карбюратора снижается разрежение во впускном трубопроводе, расход горючей смеси, а, следовательно, и часовой расход топлива увеличиваются, что и обусловливает повышение крутящего момента и мощности.

В области малых и средних нагрузок карбюратор должен обеспечивать приготовление горючей смеси так называемого экономического состава, который изменяется от _эк= 0,7 — 0,85 на холостом ходу до_эк= 1,1 — 1,2 вблизи полной нагрузки. Наименьший эффективный удельный расход топлива достигается при максимальном значении произведения_i_мна режиме, предшествующем включению экономайзера. В диапазоне нагрузок 80 — 100% от полной, несмотря на продолжающийся рост_м, эффективный расход топлива увеличивается из-за снижения_iвследствие перехода к обогащенным (мощностным) составам смеси.

Нагрузочные характеристики определяют при различных, постоянных для каждой характеристики частотах вращения последовательным увеличением подачи топлива в пределах изменения нагрузки от нуля до соответствующей полной подачи или подачи, больше полной.

Нагрузочная характеристика дизеля представлена на рис.14.4.

Рис. 14.4

По сериям нагрузочных характеристик дизеля можно построить его скоростные, регулировочные и многопараметровые характеристики.

В дизеле повышение вырабатываемой механической энергии, требуемое при росте внешней нагрузки, достигается увеличением подачи топлива в цилиндр. На дизеле без наддува подача воздуха не регулируется. Количество воздуха, поступающего в цилиндр, с ростом нагрузки в небольшой мере (тем меньшей, чем выше частота вращения) снижается в основном из-за увеличения подогрева заряда в процессе впуска. Последнее связано с увеличением температуры деталей.

Широкий диапазон изменения состава смеси при изменении нагрузки иллюстрирует один из основных классификационных признаков дизеля — качественное регулирование.

При построении нагрузочной характеристики часто используют отношения абсолютных значений параметров к соответствующим их значениям на номинальном режиме.

Регулировочные характеристики позволяют уточнить влияние отдельных элементов регулировки и параметров режима работы двигателя на мощность и удельный расход топлива. По регулировочным характеристикам определяют, в частности, влияние угла опережения зажигания (рис.14.5) или впрыска топлива (рис.14.6), коэффициента избытка воздуха (рис.14.7), давления или продолжительности впрыска и т.п. на мощность и экономичность двигателя.

Кроме рассмотренных характеристик при анализе работы двигателя используют и другие (характеристики холостого хода, пусковые и т.п.).

Способы расчета характеристик двигателей являются приближенными, поэтому действительные характеристики получают при испытании двигателей на специальных стендах. Результаты испытаний приводят к одним и тем же атмосферным условиям по формулам в соответствии с действующими ГОСТами.

Рис.14.5

Рис.14.6

Рис.14.7

Статья о нагрузке+характеристике из The Free Dictionary

Нагрузка+характеристика | Статья о нагрузке+характеристике от The Free Dictionary

Нагрузка+характеристика | Статья о нагрузке+характеристике из The Free Dictionary

Слово, не найденное в Словаре и Энциклопедии.

Возможно, Вы имели в виду:

Пожалуйста, попробуйте слова отдельно:

загрузить характеристика

Некоторые статьи, соответствующие вашему запросу:

Не можете найти то, что ищете? Попробуйте выполнить поиск по сайту Google или помогите нам улучшить его, отправив свое определение.

Полный браузер ?

▲
Платформа для переноса нагрузки
Переключатель нагрузки
Блок переключения нагрузки
Матрица преобразования нагрузки
Маски-ловушки для загрузки
загрузить
загрузить
загрузить
загрузить на
загрузить (что-то)
загрузи нас
загрузить нас в
загрузить нас на
загрузить нас
Переменная нагрузки
загрузить воду
Водопровод загрузки
загрузить водный самолет
загрузочная ватерлиния
Длина ватерлинии нагрузки

Подвеска грузового колеса и торсионного вала
загрузить с
Загрузить слово и ноль
Немедленная загрузка указателя рабочей области
Нагрузка Х
Нагрузка Y
нагрузить тебя
загрузить вас в
загрузить вас на

загрузить тебя
Загрузка+характеристика
Загрузка, сборка и упаковка
погрузочно-транспортное оборудование
погрузочно-разгрузочные
погрузочно-сменный маневр
Тест нагрузки и переключения
Проблема кластеризации с балансировкой нагрузки
Переключатель балансировки нагрузки
Балансировка нагрузки/отказоустойчивость
Статья
Менеджер маршрутов на основе нагрузки

несущий
несущий
несущий
несущий
Несущий элемент
несущая перегородка
несущая плита
Несущая стена
Несущая стена
Несущая стена
Несущая стена
несущий
выключатель нагрузки
несущая лента
грузоподъемность
Грузовое оборудование
кривая нагрузка-прогиб
нагрузочный бандаж для сердечно-легочной реанимации
Лента раздаточная для сердечно-легочной реанимации
нагрузочный бандаж для сердечно-легочной реанимации
▼

Сайт: Следовать:

Делиться:

Открыть / Закрыть

Типы и характеристики нагрузки — MB Drive Services

Типы и характеристики нагрузки

Тип нагрузки важен для определения размеров оборудования ЧРП и выбора наиболее подходящей топологии ЧРП [1]. Иногда тип нагрузки определяет, какой тип выпрямителя (внешнего каскада) требуется. Кроме того, тип нагрузки может повлиять на некоторые параметры и функции, которыми должен обладать частотно-регулируемый привод. Поэтому, возможно, стоит более подробно остановиться на типах нагрузки и их характеристиках.

Нагрузку, т. е. приводимое оборудование, можно классифицировать по нескольким критериям. Интересующие категории, среди прочего:

– характеристика крутящего момента

– динамическое поведение

– момент инерции

– потребность в активном торможении

– эластичность колонны валов

– поведение при кручении и боковом движении и чувствительность к вибрации

Профили нагрузки

Профиль нагрузки описывает крутящий момент нагрузки как функцию скорости, часто называемый «характеристикой крутящий момент-скорость» или «кривой крутящий момент-скорость».

Характеристика крутящий момент-скорость

Характеристика крутящий момент-скорость описывает момент нагрузки как функцию скорости вращения. Профили нагрузки обычно классифицируются по следующим группам:

– квадратичный крутящий момент (квадратный крутящий момент, переменный крутящий момент)

– линейный крутящий момент

– постоянный крутящий момент

– обратный крутящий момент

– комбинация вышеуказанных характеристик крутящего момента

– специальный крутящий момент характеристика (определяется пользователем)

Обратите внимание, что приведенная выше классификация является упрощением. Реальная характеристика крутящего момента может не совсем соответствовать категории. Однако по многим соображениям такой грубой классификации достаточно. Например, такие правила, как потребность в энкодере, будут учитывать профиль крутящего момента нагрузки, минимальную непрерывную скорость и пусковой крутящий момент в качестве входных данных. Для приложений, требующих высокого пускового крутящего момента и работы на более низкой скорости в течение длительного периода времени, вероятно, потребуется энкодер. На самом деле не имеет значения, является ли нагрузка идеальным чисто постоянным крутящим моментом или имеет высокий пусковой момент, который либо падает, либо еще больше увеличивается при более высоких скоростях.

Рисунок 1a: Квадратичная (квадратичная) нагрузка крутящего момента Рисунок 1b: Постоянная нагрузка крутящего момента

Довольно часто огибающие момента нагрузки представляют собой комбинацию категорий момента нагрузки. Например, центробежные компрессоры имеют квадратный профиль крутящего момента. Однако это справедливо только для запуска до минимальной скорости. После этого давление на выходе и поток контролируются процессом. Огибающая может представлять собой сочетание квадратичного крутящего момента от состояния покоя до минимальной скорости, постоянного крутящего момента в непрерывном рабочем диапазоне и обратного крутящего момента в диапазоне ослабления поля (узкий диапазон для компрессоров, но достаточно широкий для некоторых других применений).

На всех этих рисунках 1a, 1b и 2 показана зависимость момента нагрузки от скорости. Требуемый крутящий момент двигателя должен быть больше, чтобы обеспечить дополнительный крутящий момент для ускорения. Запуск двигателя ЧРП объясняется в [2].

Рис. 2: Момент нагрузки во время и после пуска Рисунок 3: Пуск двигателя при квадратичной нагрузке крутящего момента

На рисунке 3 показан запуск двигателя с частотно-регулируемым приводом из состояния покоя до номинальной скорости. Нагрузка имеет квадратичный профиль крутящего момента. Крутящий момент двигателя имеет почти постоянное смещение в процессе пуска, т. е. имеет место почти постоянное ускорение. Это обычное поведение при использовании рампы задания скорости. Обратите внимание, что рисунок находится в области скорости, а не во временной области. Он показывает двигатель и крутящий момент нагрузки во время пуска, но из этого рисунка нельзя увидеть, сколько времени занимает пуск.

Динамическое поведение

Параграф о характеристиках крутящий момент-скорость рассматривает работу в установившемся режиме или пуск и торможение с ограниченной динамикой. Теперь обратимся к динамическим аспектам.

Многие приложения не требуют никакой динамики. Скорость изменения скорости и крутящего момента настолько мала, что с точки зрения частотно-регулируемого привода это можно рассматривать как квазистационарное состояние. Насосы, вентиляторы или компрессоры являются типичными приложениями с низкой динамикой и практически без перегрузок.

С другой стороны спектра находятся высокодинамичные приложения, такие как, например. определенные испытательные стенды. В некоторых приложениях скорость меняется не очень быстро, но крутящий момент нагрузки изменяется весьма значительно. Примерами являются экструдеры, дробилки, некоторые конвейеры и т. д. Приводы прокатных станов являются чемпионами по динамике.

Рисунок 4a: ЧРП для высоких динамических характеристик Рисунок 4b: ЧРП для приложений со средней/низкой динамикой Методы управления двигателем

, такие как прямое управление крутящим моментом (DTC), обеспечивают высочайший динамический отклик и высокую статическую и динамическую точность.

Момент инерции

Момент инерции (часто называемый просто «инерцией» и обозначаемый буквой «J») важен для пуска и торможения. Чем больше инерция, тем медленнее скорость изменения скорости (как разгона, так и торможения!). Следовательно, приложения с большим моментом инерции требуют более длительного времени запуска, чем приложения с меньшей инерцией при приложении того же ускоряющего момента.

Момент инерции также определяет количество энергии, хранящейся во вращающейся массе. Кинетическая энергия есть произведение инерции на квадрат угловой скорости.

E_kinetic = ½ ⋅ Дж ⋅ ω²

На рисунках ниже показан пуск с малой и большой инерцией. ЧРП и двигатель имеют одинаковые номинальные характеристики в обоих случаях.

Рисунок 5a: Запуск системы с «низкой инерцией» Рисунок 5b: Запуск системы с «высокой инерцией»

Инерция влияет не только на скорость ускорения, но и на эффективность торможения. Чем больше инерция, тем медленнее скорость торможения, т. е. больше время торможения. Для торможения груза до полной остановки кинетическая энергия, соответствующая начальной скорости, должна быть:

(a) регенерируется в сеть

(b) рассеивается в виде тепла/потери

Это подводит нас непосредственно к следующему пункту – необходимости активного торможения.

Обратите внимание, что момент инерции может быть выражен в разных единицах измерения, и легко сделать ошибку. Будьте осторожны, соответствует ли значение wr² или GD². Другой темой является также преобразование между единицами СИ и имперскими единицами.

Необходимость активного торможения

Для некоторых нагрузок требуется активное торможение, в то время как другие могут просто двигаться по инерции. Каковы факторы принятия решения?

Многие грузы могут просто остановиться. Это означает, что привод перестает обеспечивать какой-либо крутящий момент (момент двигателя снижается до нуля), а приводимое оборудование замедляется из-за момента нагрузки и потерь в системе. Например, насосы практически никогда не требуют активного торможения. Их инерция довольно мала, а момент нагрузки при погружении в жидкость довольно высок → насос останавливается очень быстро (обычно менее чем за 2 секунды). Компрессоры также обычно останавливаются из-за снижения стоимости. По сравнению с насосами спуск по инерции занимает гораздо больше времени, но обычно это не проблема. В любом случае, компрессорные службы не должны останавливаться очень часто. Другое применение без необходимости активного торможения, например. экструдер.

Другие приложения требуют активного торможения. Причины:

(i) практические аспекты

(ii) энергоэффективность

(iii) соображения безопасности

(iv) технологические требования

(v) принцип применения

(i) Практические аспекты

Одной из причин может быть, например. неприемлемо долгий выбег. Такие приложения, как определенные испытательные стенды, будут очень ограничены, поскольку им придется долго ждать (в минутах) остановки приводимого оборудования. Типичными примерами являются испытательные стенды с компрессорами или воздуходувками. Активное торможение используется для сокращения времени торможения и повышения производительности.

Активное торможение может быть реализовано как торможение с потерями для малой тормозной способности, резистивное торможение с тормозным прерывателем или рекуперативное торможение. Выбор зависит от частоты торможения, требуемой мощности торможения, времени торможения и т. д.

(ii) Энергоэффективность [3]

Энергоэффективность может быть мотивом для рекуперативного торможения. Регенеративное торможение становится особенно привлекательным с технической и коммерческой точки зрения, особенно когда периоды торможения длиннее и торможения более частые. Как объяснялось, доступная кинетическая энергия говорит о том, сколько доступно для регенерации. Обратите внимание, что система (обычно сеть) должна быть способна поглощать энергию. Чем больше инерция, тем больше энергии сохраняется во вращающейся массе и тем больше потенциал для рекуперативного торможения при поддержке подключения к сети. Принцип рекуперативного торможения в простом виде изображен на рисунке 6. Рисунок скорее подходит для тягового транспортного средства или сервопривода, но в качестве иллюстрации он достаточно хорош.

Рис. 6: Принцип рекуперации энергии (любезно предоставлено АББ)

(iii) Соображения безопасности

Для некоторых применений недопустимо останавливать их на выбеге из соображений безопасности. Может быть установлен срок, в течение которого груз должен быть остановлен. Когда торможение критично для безопасности, обычно используются резервные тормозные системы (например, независимое электрическое и механическое торможение).

(iv) Требования к процессу

Некоторые процессы требуют поддержания постоянной или почти постоянной скорости при динамических изменениях нагрузки. В таком случае требуется активное торможение для сохранения баланса (пример: прокатные станы). Для этой цели часто используется рекуперативное торможение. Для экстремальной динамики может иметь смысл сочетание рекуперативного торможения и резистивного торможения.

(v) Принципы применения

В некоторых приложениях активное торможение (часто рекуперативное) является неотъемлемой частью функциональности. Обычно это нагрузки, способные приводить машину в генераторный режим. Примерами являются нисходящие конвейеры, шахтные подъемники, краны и т. д.

Рис. 7: Конвейер для тяжелых условий эксплуатации (любезно предоставлено АББ)

Эластичность

Хотя колонна валов обычно представляет собой стальную конструкцию, она не обладает бесконечной жесткостью. Компоненты, такие как, например. Муфты должны допускать определенное смещение и не могут быть полностью жесткими. На самом деле муфты обычно представляют собой секции с наименьшей жесткостью и демонстрируют кручение.

Рис. 8: Линия приводного вала двигателя компрессора (редукторная система)

Торсионное и боковое поведение

Крутильная вибрация является общей проблемой [4]. Однако некоторые приложения, особенно турбомашины, особенно чувствительны из-за очень низкого собственного демпфирования и соответствующего большого усиления. Крутильные колебания влияют на срок службы механических компонентов. Чрезмерное напряжение кручения приводит к усталости или даже к механическим повреждениям. Для получения дополнительной информации обратитесь к нашей серии статей о крутильных колебаниях.

Для чувствительных приложений рекомендуется «проверка устойчивости к кручению», чтобы избежать неблагоприятного взаимодействия между системой управления ЧРП и наиболее критической формой режима кручения.

Также необходимо учитывать боковую вибрацию. Боковой анализ довольно сложен, так как он учитывает не только роторную систему, но и подшипники, фундаменты и т. д.

Сводка по типам и характеристикам нагрузки преобразователь), аппаратные параметры частотно-регулируемого привода (например, влияние высокого крутящего момента на низкую выходную частоту), а также некоторые опции (например, тормозной прерыватель).

Поскольку частотно-регулируемые приводы используются практически в любых промышленных приводах двигателей, можно найти практически все типы профилей момента нагрузки.