СОВЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ВЗАИМОПОМОЩИ

СТАНДАРТ СЭВ

 

СТ СЭВ 4394-83

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ПОРШНЕВЫЕ

МЕТОДЫ ПЕРЕСЧЕТА МОЩНОСТИ И УДЕЛЬНОГО
РАСХОДА ТОПЛИВА

 

 

1985

 

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 23 октября 1984 г. № 3687 стандарт Совета Экономической Взаимопомощи СТ СЭВ 4394-83 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Методы пересчета мощности и удельного расхода топлива»

введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта СССР

в народном хозяйстве СССР

с 01.07.85

в договорно-правовых отношениях по сотрудничеству

с 01.07.85

Утвержден Постоянной Комиссией по сотрудничеству
в области стандартизации

Дрезден, декабрь 1983 г.

Настоящий стандарт СЭВ распространяется на дизели промышленные, судовые и железнодорожного транспорта (далее - двигатели) и устанавливает методы пересчета мощности и удельного расхода топлива для двигателей без газотурбинного наддува и с газотурбинным наддувом.

Настоящий стандарт СЭВ не распространяется на двигатели, используемые для привода автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолетов и мотоциклов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Методы пересчета применяют:

1) для определения соответствия значений мощности и удельного расхода топлива, полученных в условиях испытаний, параметрам, указанным в технической документации на двигатель;

2) для установления максимально допустимой мощности двигателя на месте эксплуатации при отклонении атмосферных условий от стандартных условий в целях предотвращения перегрузки двигателя.

1.2. Методы пересчета мощности и удельного расхода топлива следует применять:

1) для двух- и четырехтактных двигателей без газотурбинного наддува при неизменности коэффициента избытка воздуха или неизменности температуры отработавших газов.

У двигателей при применении метода пересчета мощности и удельного расхода топлива на основе сохранения неизменности температуры отработавших газов относительная влажность воздуха не учитывается;

2) для четырехтактных двигателей с газотурбинным наддувом и газовой связью турбокомпрессора с двигателем без охлаждения и с охлаждением наддувочного воздуха при неизменности температуры отработавших газов.

Пересчет мощности и удельного расхода топлива для двигателей железнодорожного транспорта рекомендуется производить по методу, приведенному в информационном приложении 1. Допускается использование данного метода и для двигателей других назначений.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПЕРЕСЧЕТ МОЩНОСТИ И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА

2.1. Определение мощности и удельного расхода топлива должно проводиться в стандартных условиях по СТ СЭВ 1582-79.

2.2. Другие исходные условия, отличающиеся от стандартных, допускается устанавливать в следующих случаях:

1) если у двигателей без газотурбинного наддува имеется запас по температуре отработавших газов или по коэффициенту избытка воздуха;

2) если у двигателей с газотурбинным наддувом на установленной при стандартных условиях мощности не достигаются предельные значения частоты вращения турбокомпрессора и температуры отработавших газов на входе в турбину.

2.3. При исходных условиях, отличающихся от стандартных, необходимо в расчетные формулы вместо значений стандартных условий подставлять значения условий, их заменяющих. При этом должны быть обеспечены значения мощности и удельного расхода топлива, указанные в технической документации на двигатель.

2.4. При отклонении атмосферных условий от стандартных в местах испытания или эксплуатации двигателя значения мощности и удельного расхода топлива должны устанавливаться путем пересчета на эти измененные условия или приводиться от них к исходным условиям.

2.5. Мощность двигателя (Р_ех) в киловаттах при измененных атмосферных условиях определяют по формуле

Р_еx = Р_еra_x,                                                              (1)

где Р_еr - мощность при стандартных условиях;

a_х - коэффициент пересчета мощности.

2.6. Удельный расход топлива (b_fx) в граммах на киловатт-час при измененных атмосферных условиях определяют по формуле

b_fx = b_frb_x,                                                               (2)

где b_fr - удельный расход топлива при стандартных условиях, g/(kW×h);

b_x - коэффициент пересчета удельного расхода топлива.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕСЧЕТА МОЩНОСТИ И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА

3.1. Расчет значений коэффициента пересчета мощности

3.1.1. Значения коэффициента пересчета мощности (a_x) рассчитывают по формуле

a_x = k_x + 0,7(k_x - l)×(1/h_m - 1).                                           (3)

Если принять, что 0,7 (1/h_m - 1) = С, то выражение (3) примет вид

a_x = k_x(1 + C) - C,                                                 (4)

где k_х - отношение индикаторных мощностей при измененных и стандартных атмосферных условиях;

h_m - механический коэффициент полезного действия (КПД) двигателя.

Значение механического КПД, если оно не установлено, следует принимать равным 0,80.

Значение С для различных величин h_m приведено в табл. 12 информационного приложения 3.

3.1.2. Отношение индикаторных мощностей (k_x) определяют по указанным ниже формулам:

1) для двигателей без газотурбинного наддува при условии сохранения неизменности коэффициента избытка воздуха

                             (5)

2) для двигателей без газотурбинного наддува с ограничением мощности по допустимой термической нагрузке, исходя из условия сохранения неизменности температуры отработавших газов

                                         (6)

Допускается применение формулы (6) для двигателей с механическим наддувом;

3) для двигателей с газотурбинным наддувом без охлаждения наддувочного воздуха

                                        (7)

4) для двигателей с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха

                      (8)

где Р - индикаторная мощность, kW;

P_a - атмосферное давление, кРа;

j - относительная влажность воздуха, %×0,01;

jp_s - парциальное давление водяного пара, кРа;

Т_а - температура окружающего воздуха, К;

Т_сооl - температура охлаждающей воды на входе в охладитель наддувочного воздуха, К.

Примечание. Подстрочные индексы r и х относятся соответственно к стандартным и измененным атмосферным условиям.

Парциальное давление водяного пара (jp_s) находят по табл. 13 информационного приложения 3.

При использовании в соответствии с п. 2.2 для двигателей с газотурбинным наддувом других исходных условий, заменяющих стандартные условия, в формулы (7) и (8) вместо значений стандартных условий р_аr и T_аr подставляют значения заменяющих условий, принятых в качестве исходных р¢_аr и T¢_аr, причем

                                                           (9)

где p_r - степень повышения давления наддувочного воздуха на установленной мощности при стандартных условиях;

p_max - максимальная степень повышения давления наддувочного воздуха.

3.1.3. Во избежание перегрузки двигателя на месте эксплуатации следует полученные расчетным путем величины коэффициента пересчета мощности a_х больше 1 принимать равными 1. При испытаниях двигателя на стенде изготовителя допускается принимать значение a_х больше 1.

3.2. Расчет значений коэффициента пересчета удельного расхода топлива

Значения коэффициента пересчета удельного расхода топлива (b_x) рассчитывают по формуле

                                                                    (10)

3.3. Определение коэффициентов пересчета мощности a_х и удельного расхода топлива b_x по таблицам

3.3.1. Коэффициенты пересчета мощности a_х и пересчета удельного расхода топлива b_х допускается определять по таблицам, приведенным в информационных приложениях 2 и 3:

1) по табл. 2 - 6 информационного приложения 2 - для двигателей без газотурбинного наддува;

2) по табл. 7 информационного приложения 3 - для двигателей с газотурбинным наддувом без охлаждения наддувочного воздуха;

3) по табл. 8 - 9 информационного приложения 3 - для двигателей с газотурбинным наддувом и с охлаждением наддувочного воздуха;

4) по табл. 10 информационного приложения 3 - для двигателей с газотурбинным наддувом без охлаждения и с охлаждением наддувочного воздуха;

5) по табл. 11 информационного приложения 3 - для определения коэффициента пересчета удельного расхода топлива b_х двигателей без газотурбинного наддува и с газотурбинным наддувом без охлаждения и с охлаждением наддувочного воздуха.

3.3.2. Порядок определения по таблицам коэффициентов пересчета мощности и удельного расхода топлива и примеры пересчета мощности и удельного расхода топлива двигателей без газотурбинного наддува приведены в информационном приложении 2.

3.3.3. Порядок определения по таблицам коэффициентов пересчета мощности и удельного расхода топлива и примеры пересчета мощности и удельного расхода топлива двигателей с газотурбинным наддувом без охлаждения и с охлаждением наддувочного воздуха приведены в информационном приложении 3.

ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 1

МЕТОД ПЕРЕСЧЕТА МОЩНОСТИ И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ СОХРАНЕНИЯ НЕИЗМЕННОСТИ ЦИКЛОВОЙ ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ С ГАЗОТУРБИННЫМ НАДДУВОМ

1. Мощность двигателя Р_ех при испытаниях в атмосферных условиях, отличающихся от стандартных, находят по формуле (1).

Установка упора органа регулирования подачи топлива производится изготовителем при максимальной величине мощности, определенной по формуле (1).

2. Мощность, приведенную к стандартным атмосферным условиям, определяют по формуле

                                                              (11)

3. Коэффициент пересчета мощности (a¢_х) рассчитывают по формуле

                                    (12)

где D - коэффициент, учитывающий изменение плотности топлива при изменении его температуры на входе в топливный насос.

3.1. Коэффициент D подставляют в формулу (12) только при пересчете мощности двигателя на упоре органа регулирования подачи топлива при отклонении величины температуры топлива от значения, указанного в технической документации. Во всех остальных случаях D = 1.

3.2. Отношение индикаторных мощностей (k¢_x) определяют по формуле

                            (13)

Значения показателей m, n, q для двигателей без охлаждения и с охлаждением наддувочного воздуха приведены в табл. 1.

Таблица 1

Примечание. h_с - КПД охладителя наддувочного воздуха.

При отсутствии охлаждения наддувочного воздуха h_с = 0 и q = 0.

Значение КПД охладителя наддувочного воздуха (h_с) при стандартных условиях указывается в технической документации или определяется по формуле

,                                                             (14)

где T_в - температура воздуха на входе в охладитель, К;

T_int - температура воздуха на выходе из охладителя, К;

Т_cool - температура воды на входе в охладитель, К.

3.3. Коэффициент (D) учета изменения плотности топлива при изменении, его температуры на входе в топливный насос определяют по формуле

                                                              (15)

где r_fT - плотность топлива при температуре на входе в топливный насос, g/cm³.

Плотность топлива при температуре на входе в топливный насос () в граммах на квадратный сантиметр определяют по формуле

                                                (16)

где g - средняя температурная поправка на 1 К;

 - измененная температура топлива, К.

Среднюю температурную поправку (g) определяют по графику, приведенному на чертеже.

4. Удельный расход топлива (b¢_fr), приведенный к стандартным условиям, определяют по формуле

b¢_fr = b_fxa_x,                                                          (17)

где b¢_fx - удельный расход топлива, измеренный в измененных относительно стандартных атмосферных условий при мощности, определенной по формуле (1);

a_х - коэффициент пересчета мощности, определенный по формуле (12).

ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ТАБЛИЦАМ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕСЧЕТА МОЩНОСТИ a_х И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА b_x ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ БЕЗ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА

1. Определение коэффициента пересчета мощности a_х для двигателей, у которых пересчет мощности выполняется при условии сохранения неизменности коэффициента избытка воздуха (с учетом относительной влажности воздуха).

1.1. При относительной влажности воздуха j = 60 % и механического КПД двигателя h_m = 0,80 определение значения коэффициента пересчета мощности a_х проводят по табл. 2.

1.2. При величине относительной влажности воздуха меньше 60 % необходимо значению a, найденному по табл. 2, прибавить значение температурной поправки F₁, определенной по табл. 4.

1.3. При величине относительной влажности воздуха больше 60 % необходимо из значения a, найденного по табл. 2, вычесть значение температурной поправки F₂, определенной по табл. 5.

1.4. При значении механического КПД, меньшем или большем 0,80 необходимо в зависимости от найденных значений a или a + F₁ или a + F₂, округленных до второго знака после запятой, определить по табл. 6 окончательное значение коэффициента; пересчета мощности a_х, соответствующее данному КПД двигателя.

1.5. При отличии указанного значения механического КПД двигателя от значений, приведенных в табл. 6, окончательное значение (a_х) определяют в зависимости от относительной влажности воздуха по следующим формулам:

1) при j = 60 %                                                                 (18)

1) при j < 60 %                                                           (19)

1) при j > 60 %                                                           (20)

2. Определение коэффициента пересчета мощности a_х для двигателей, у которых пересчет мощностей выполняется при условии сохранения неизменности температуры отработавших газов (без учета относительной влажности воздуха).

2.1. При значении механического КПД двигателя, равном 0,80, значение a_х определяют по табл. 3.

2.2. При значении механического КПД, меньшем или большем 0,80, необходимо по найденному по табл. 3 и округленному до второго знака после запятой значения a для данных атмосферных условий определить по табл. 6 окончательное значение a_х. При необходимости a_х интерполируют или рассчитывают по формуле

                                               (21)

3. Значение коэффициента пересчета удельного расхода топлива b_х определяют по табл. 11 по окончательному значению a_х.

Таблица 2

Коэффициент пересчета мощности a_х двигателей без газотурбинного наддува

Ограничение мощности устанавливается на основе неизменности коэффициента избытка воздуха

Стандартные условия: р_аr = 100 кРа; T_ar =300 K (t_ar = 27 °C); j = 60 %; h_m = 0,80

Таблица 3

Коэффициент пересчета мощности a_х двигателей без газотурбинного наддува

Ограничение мощности устанавливается по допустимой термической нагрузке,

исходя из сохранения неизменности температуры отработавших газов

Стандартные условия: p_ar = 100 kPa; T_ar = 300 K (t_ar = 27 °C); h_m =0,80

Таблица 4

Значения температурной поправки F₁ при j_х < 60 %

Таблица 5

Значения температурной поправки F₂ при j_х > 60 %

Таблица 6

Коэффициент пересчета мощности а_х при отклонении значения механического КПД от 0,80

ПРИМЕРЫ ПЕРЕСЧЕТА МОЩНОСТИ И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА У ДВИГАТЕЛЕЙ БЕЗ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА

Пример 1. Двигатель без газотурбинного наддува с мощностью, ограниченной избытком воздуха, имеет мощность при стандартных условиях Р_еr = 500 kW и удельный расход топлива 220 g/(kW×h). Значение механического КПД двигателя h_m = 0,85. Определить максимально допустимую мощность двигателя и удельный расход топлива в местных условиях при атмосферном давлении р_ах = 86,6 кРа, температуре окружающего воздуха T_ах = 318 К (t_ах = 45 °С) и относительной влажности воздуха j_х = 80 %.

1. По табл. 2 находим для атмосферного давления p_ax = 86,6 kPa и температуры окружающего воздуха T_ax = 318 К (t_ах = 45 °С) значение a = 0,755.

2. По табл. 5 находим для температуры окружающего воздуха t_ax = 45 °С и относительной влажности воздуха j_х = 80 % температурную поправку F₂ = 0,020.

3. В соответствии с п. 1.1.3 информационного приложения 2 определяем значение (a - F₂):

a - F₂ = 0,755 - 0,020 = 0,735.

4. В соответствии с п. 1.2 информационного приложения 2 округляем полученное значение a - F₂ до второго знака после запятой и получаем

a - F₂ = 0,74.

5. По табл. 6 определяем окончательное значение a_х = 0,751.

6. Значение максимально допустимой мощности в местных условиях составит

Р_ех = P_еra_х = 500×0,751 = 376 kW.

7. Из табл. 11 для a_х = 0,75 и m_m = 0,85 определяем значение коэффициента пересчета удельного расхода топлива b_х = 1,037, тогда удельный расход топлива при местных условиях составит:

b_fx = b_frb_x = 220×1,037 = 228 g/(kW×h).

Пример 2. Двигатель без газотурбинного наддува с мощностью, ограниченной термической нагрузкой из условия сохранения неизменности температуры отработавших газов, имеет при стандартных условиях мощность Р_er = 750 kW и удельный расход топлива b_fr = 210 g/(kW×h). Значение механического КПД двигателя h_m = 0,82.

Определить максимальна допустимую мощность двигателя и удельный расход топлива b_fx в местных условиях при высоте над уровнем моря 2000 m и температуре окружающего воздуха T_ax = 318 К (t_ах = 45 °С).

Стандартные условия:

p_ar = 100 kPa;

T_аr = 300 К (t_аr = 27 °С).

Местные условия:

р_ах = 79,5 kPa;

T_ах = 318 К (t_аx = 45 °С);

h_m = 0,82.

1. Определение a_х и b_х по таблицам

1.1. По табл. 3 находим для атмосферного давления р_ах = 79,5 кРа и температуры окружающего воздуха t_ах = 45 °С значение a = 0,706.

1.2. В соответствии с п. 1.2 информационного приложения 2 округляем полученное значение a = 0,706 до второго знака после запятой a = 0,71 и по табл. 6 определяем с помощью интерполяции окончательное значение коэффициента пересчета мощности a_х для h_m = 0,82

1.3. По табл. 11 находим по округленному значению a = 0,71 с помощью интерполяции значение коэффициента пересчета удельного расхода топлива b_х для h_m = 0,82;

откуда удельный расход топлива при измененных условиях составит

b_fx = b_frb_x = 210×1,055 = 221,5 g/(kW×h).

2. Определение a_х и b_х по расчетным формулам

2.1. Коэффициент (k_x) без учета относительной влажности воздуха вычисляют по формуле (6)

откуда

a_х = 0,750 + 0,7(0,750 - 1) - (1/0,82 - 1) = 0,750 + 0,7(-0,250)×(0,220) =

 = 0,750 - 0,038 = 0,712.

2.2. По формуле (10) определяем

Тогда удельный расход топлива при местных условиях составит

b_fx = 210×1,053 = 221,13 g/(kW×h).

ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ТАБЛИЦАМ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕСЧЕТА МОЩНОСТИ a_х И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА b_x ТОПЛИВА a_х ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ С ГАЗОТУРБИННЫМ НАДДУВОМ

1. Для двигателей с газотурбинным наддувом без охлаждения наддувочного воздуха

1.1. Если значение механического КПД двигателя не указано, то его принимают равным 0,80. В этом случае значение коэффициента пересчета мощности a = a_х определяют прямым считыванием по табл. 7.

1.2. Если указано иное значение механического КПД, большее или меньшее чем 0,80, то полученное прямым считыванием по табл. 7 значение a округляют до второго знака после запятой и по нему определяют из табл. 10 окончательное значение коэффициента пересчета мощности a_х. При необходимости следует провести интерполяцию или рассчитать по формуле (3), где значение С берется по табл. 12.

2. Для двигателей с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха

2.1. Если значение механического КПД не указано и в соответствии с п. 1.1 информационного приложения 2 принято равным 0,80, а отношение температур охлаждающей воды на входе в охладитель наддувочного воздуха при стандартных и измененных условиях составляет , то значение коэффициента пересчета мощности a = a_х определяют прямым считыванием по табл. 3.

2.2. При отклонении значения механического КПД двигателя h_m от 0,80, но при отношении  полученное прямым считыванием по табл. 8 значение a округляют до второго знака после запятой и по нему из табл. 10 определяют окончательное значение коэффициента пересчета мощности a = a_х. При необходимости следует произвести интерполяцию или рассчитать по формуле (3).

2.3. Если температура охлаждающей воды на входе в охладитель наддувочного воздуха Т_coolx будет больше или меньше 300 К, то окончательное значение a_х определяют по табл. 9:

1) по значению a из табл. 8 при h_m = 0,80;

2) по значению a из табл. 10 или формуле разд. 1 при h_m ≠ 0,80.

3. Для определения значения коэффициента пересчета удельного расхода топлива b_х по табл. 11 применяют полученное значение для a_х соответственно по пп. 1.1, 1.2, 2.1 - 2.3.

Таблица 7

Коэффициент пересчета мощности a_х двигателей с газотурбинным наддувом без охлаждения наддувочного воздуха.

Стандартные условия: р_аr = 100 кРа; T_ar = 300 K (t_ar = 27 °C); h_m =0,80

Таблица 8

Коэффициент пересчета мощности a_х двигателей с газотурбинным наддувом с охлаждением надувочного воздуха.

Стандартные условия: р_аr = 100 кРа; T_ar = 300 K (t_ar = 27 °C); h_m =0,80;