Что такое КПД двигателя? 3 фактора, влияющих на эффективность работы двигателя. От чего зависит кпд

Физика
От чего зависит кпд - Как определить, чему равен показатель? Непосредственное измерение Чему равен КПД теплового двигателя Методы определения КПД Повышение КПД двигателя

Люди изобрели различные механизмы, с помощью которых можно поднимать тяжелые грузы на определенную высоту. Например, были изобретены ворота для подъема ведер с водой из колодцев и домкраты для подъема автомобилей. С помощью лебедок и наклонных уровней египтяне построили великолепные пирамиды.

Какой КПД (в процентах) имеет паровая машина, от чего зависит?

Первые локомотивы были негибкими и неэффективными. Несовершенные конструкции привели к созданию дешевого эффективного топлива.

В данной статье представлен подробный анализ степени производительности пара. От чего зависит этот параметр и как он рассчитывается? Кроме того, сравниваются характеристики двигателей внешнего и внутреннего сгорания и приводятся примеры решения задач по расчету характеристик.

Каков средний коэффициент полезного действия?

Производительность локомотива зависит от ранга экспортируемого пара и конструкции самого двигателя. На протяжении многих лет средняя производительность машин неуклонно росла.

Обратите внимание, что эта производительность также зависит от общих размеров машины, двигателя, используемого в качестве движущей силы, и от того, сколько пара выходит в атмосферу.

Например, производительность зимнего отопления, локомотивов и пароходов может быть увеличена до 70-90%, поскольку пар из выхлопных газов передается в систему отопления.

Каков КПД идеальной конструкции?

Идеальный локомотив — это тот, где температура пара, обеспечиваемая котлом, равна температуре используемого пара. Рабочая температура пара не должна снижаться из-за разницы с температурой окружающей среды.

Степень эффективности идеального локомотива не должна превышать 50 %. Эта функция рассчитывается в соответствии с Авторитетом Карно и идеальной машиной.

Эта функция также учитывает только избыток избыточных функций усталости, которые выходят в атмосферу. Если отработанные пары направляются на другие машины или отопление, степень эффективности увеличивается на 10-15%.

Обратите внимание, что эта производительность также зависит от общих размеров машины, двигателя, используемого в качестве движущей силы, и от того, сколько пара выходит в атмосферу.

Понятие «КПД двигателя»

Сначала рассмотрим, что такое производительность и как это понятие учитывается применительно к двигателю автомобиля. Степень производительности является причиной эффективности конкретной машины с точки зрения преобразования затраченной энергии в полезные проекты. Цена выражается в процентах.

В случае двигателей внутреннего сгорания это преобразование тепловой энергии, продукта сгорания топлива в роликах двигателя. Степень производительности в данном случае указывает на фактически выполненную механическую работу. Он напрямую связан с количеством энергии, которую плунжер получает от сгорания топлива. На этот параметр также влияет конечная мощность, передаваемая блоком на коленчатый вал.

Вас могут заинтересовать специализированные статьи, в которых подробно описываются и анализируются двигатели внешнего сгорания.

Что такое роторные прыщи Ванкеля? О функциях этого двигателя вы можете узнать из специализированной статьи.

Читайте также специализированные статьи с подробным описанием двигателя Ибадуллаева.

От чего зависит КПД

Ошибочно полагать, что производительность дизельного или бензинового двигателя может каким-то образом приближаться к 100%. На самом деле, последняя строка зависит в первую очередь от потерь.

  1. Потери при сгорании топлива стоит рассматривать первостепенно. Всё топливо, которое поступает в мотор, не может полностью сгорать, поэтому его часть просто улетает в выхлопную трубу. Потери в данном случае составляют около 25 %.
  2. Тепловые потери находятся на втором месте по значению. Получение тепла невозможно без энергии. Следовательно, энергия теряется при образовании тепла. Поскольку в случае с двигателем внутреннего сгорания тепло образуется с избытком, возникает необходимость в эффективной системе охлаждения. Однако тепло выделяется не только при сгорании топлива, но также во время работы самого мотора. Это происходит за счёт трения его деталей, поэтому часть энергии он теряет самостоятельно. На эту группу потерь приходится около 35 — 40 %.
  3. Последняя группа потерь имеет место в ходе обслуживания дополнительного оборудования. Расход энергии может идти на кондиционер, генератор, помпу системы охлаждения и прочие установки. Потери в данном случае составляют 10 %.

Распределение кинетических потерь

Для бензиновых агрегатов средний показатель составляет 20%, в то время как другие добавляют не более 5-7%, поэтому страшно представить, что остается. Таким образом, из 10 литров топлива на 100 км пути только 2,5 литра используются для полезной работы, а остальные 7-8 литров расходуются впустую.

Коэффициент полезного действия: дизель или бензин?

При сравнении производительности бензиновых и дизельных агрегатов сразу бросается в глаза более низкая производительность первого агрегата. Производительность бензинового двигателя составляет всего 25-30%. Если мы говорим о соответствующем дизеле, то в данном случае процент составляет 40%. При использовании турбокомпрессора речь может идти о 50 %. Если дизельный двигатель используется с современной системой впрыска топлива в сочетании с турбиной, то КПД в 55% является приемлемым (читайте о работе турбины).

Хотя конструктивно силовые агрегаты схожи, различия в характеристиках существенны и зависят от принципа образования топливно-воздушной смеси и дальнейшего применения зажигания заряда. Другим важным фактором является тип используемого топлива. Скорость бензиновых двигателей выше, чем у дизельных версий, но потери гораздо выше, так как полезная энергия тратится на тепло. В результате эффективность преобразования энергии бензина в механическую значительно ниже, большая часть которой просто рассеивается в атмосфере.

Крутящий момент и мощность

Исходя из того же кубизма, мощность бензинового двигателя больше, чем у дизельного, но обороты должны быть выше, чтобы достичь На максимальных скоростях потери и расход топлива выше. Не следует забывать и о крутящем моменте, поскольку именно сила, передаваемая двигателем на колеса, приводит автомобиль в движение. Поэтому максимальный крутящий момент в бензиновых двигателях достигается при более высоких оборотах.

Что делает двигатель более мощным? Узнайте больше об этом в нашем экспертном материале.

Дизельные двигатели могут достигать максимального крутящего момента на более низких оборотах и потреблять меньше дизельного топлива для выполнения полезной работы. В результате дизельные двигатели работают лучше, а топливо расходуется более экономно.

По сравнению с бензином, дизельное топливо выделяет больше тепла при более высоких температурах сгорания. Он также имеет более высокую цену устойчивости к денатурации.

Эффективность бензина и солярки

Углеводороды дизельного топлива тяжелее, чем углеводороды в бензине. Гораздо более низкий КПД бензиновых двигателей обусловлен сгоранием бензинового топлива и большего количества его энергетических компонентов. Преобразование тепла в полезную механическую энергию в дизельном двигателе происходит более полно, поэтому сжигание того же количества топлива в час позволяет дизельному двигателю выполнять больше работы.

Не следует также упускать из виду создание условий, необходимых для полного сгорания смеси, и особенности процесса впрыска. В дизельных двигателях впрыск топлива происходит отдельно от воздуха. Это связано с тем, что он впрыскивается непосредственно в цилиндр во время последнего цикла сжатия, а не во впускной коллектор. В результате достигается более высокая температура и каждая порция топлива сжигается максимально.

Сэди Карнаух доказал, что максимальный КПД, который может быть достигнут при использовании идеального теплового двигателя, определяется следующим уравнением

КПД электродвигателей

Электродвигатели переменного тока дополняют движение станков, насосов, вентиляторов и других механизмов, используемых в тяжелой и легкой промышленности. Поскольку рентабельность производства напрямую зависит от себестоимости продукции, на которую сильно влияет эффективность работы оборудования, КПД и мощность электродвигателя являются основными параметрами, на которых основывается выбор приводного устройства.

Принцип работы электродвигателей основан на преобразовании энергии тока, протекающего через обмотку статора, которая создает магнитное поле при вращении ротора. КПД электродвигателя — это отношение механической мощности вала (p2) к полной мощности, поглощаемой сетью (p1), выраженное в процентах.

Производительность двигателя.

Формула показывает, что чем ближе этот параметр к единице измерения, тем выше эффективность оборудования.

Факторы, влияющие на величину КПД

Норма прибыли никогда не равна 1 из-за неизбежных потерь, которые снижают эффективную мощность. Их можно разделить на три группы.

Электрические потери зависят от степени зарядки двигателя и являются результатом нагрева обмотки статора, вызванного действием тока на преодоление электрического сопротивления проводников, составляющих обмотку статора. Поэтому максимальный КПД электродвигателя достигается, когда нагрузка на двигатель составляет 75% от максимального расчетного значения.

Магнитные потери обусловлены неизбежным перемагничиванием активного железа в статоре и роторе и возникновением в них вихрей.

Третья группа обусловлена трением в подшипниках, в которых вращается вал, и сопротивлением, оказываемым воздухом на крыльчатку вентилятора и сам ротор (якорь). Из-за щеточно-коллекторного узла КПД двигателей постоянного тока немного ниже, чем у короткозамкнутых двигателей. Это также справедливо для асинхронных двигателей с обмоткой фазы из-за повышенного трения щеток в контактном кольце.

Способы повысить КПД двигателя

Обратите внимание, что фактические характеристики могут незначительно отличаться от значений, указанных на табличке типа двигателя. Для расчета КПД электродвигателя в реальных условиях эксплуатации необходимо учитывать неравномерность распределения фазных питающих напряжений. В зависимости от величины асимметрии, снижение эффективной мощности может достигать 5-7%.

Повышение эффективности электродвигателей возможно только за счет снижения потерь и контроля качества электросети.

Механические потери можно уменьшить, используя более качественные подшипники и устанавливая крыльчатки вентиляторов из современных материалов для снижения сопротивления воздуха. Нагрев обмоток можно уменьшить, используя обмотки из рафинированной меди с меньшим сопротивлением.

Снижение магнитных потерь и минимизация эффектов вихревых токов в активном железе может быть достигнуто за счет использования высококачественной электромагнитной стали с надежной изоляцией по всему сердечнику. Кроме того, ведутся работы по разработке оптимальной геометрии зубцов статора, что позволит повысить концентрацию магнитного поля.

На самом деле, производительность асинхронных электродвигателей может быть немного увеличена за счет оптимизации энергопотребления путем использования преобразователей частоты. Следует помнить, что при использовании для привода машин с более низким КПД производительность двигателей с КПД 98% значительно снижается.

Чтобы сделать заказ, позвоните менеджеру kabel.rf® по телефону +7 (495) 646-08-58 или напишите нам, указав модель двигателя, назначение и および動作条件を備えた[email protected]にメールでアプリケーションを送信してください. Наши менеджеры помогут вам выбрать подходящую марку, учитывая ваши желания и потребности.

Трансформаторы, в отличие от электрических машин, не содержат движущихся частей и допускают незначительные механические потери мощности. Низкое энергопотребление обусловлено тепловым нагревом устройства.

Максимально возможный КПД идеального теплового двигателя

Садикарно предложил идеальный газовый двигатель как идеальную тепловую машину в качестве рабочего. Идеальная модель Карно работает в круге (круг Карно), состоящем из двух изотерм и двух прилипаний.

Круг Карно:.

Рисунок 2.Круг Карно:.

  • Адиабатический процесс — это термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q=0) ;
  • Изотермический процесс — это термодинамический процесс, происходящий при постоянной температуре. Так как у идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры, то переданное газу количество тепла Q идет полностью на совершение работы A (Q = A).

Сэди Карнаух доказал, что максимальный КПД, который может быть достигнут при использовании идеального теплового двигателя, определяется следующим уравнением

В зависимости от типа Карно можно рассчитать максимальный КПД тепловой машины. Чем больше разница между температурой нагрева и низкой температурой, тем больше выход.

Какие реальные КПД у разных типов двигателей

Примеры показывают, что двигатели внутреннего сгорания (дизельный вариант) и газовый топливный газ имеют самый высокий КПД (40-50%).

Фактическая производительность теплового двигателя:.

РИСУНОК 3. Фактическая производительность тепловой машины:.

Что касается термодинамики (раздел физики, изучающий закономерность взаимопревращения внутренней и механической энергии и передачи энергии от одного тела к другому), то она состоит из одного нагревателя, холодильника и рабочего тела.

КПД теплового двигателя (машины)

Тепловая машина — это машина (агрегат), в которой энергия, излучаемая рабочим удлинителем, преобразуется в механическую.

Рабочие обычно представляют собой газ или пары (например, пары бензина, водяной пар).

Тепловые двигатели работают в замкнутом контуре. Это означает, что процесс преобразования энергии и относительной теплопередачи регулярно повторяется, и рабочее тело циклически движется к своему исходному состоянию.

К тепловым двигателям относятся:.

  1. поршневые (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания);
  2. роторные/турбинные (газовые или паровые турбины АЭС и ТЭЦ);
  3. реактивные (авиация);
  4. ракетные (космическая техника).

Используя положения предыдущего параграфа, степень производительности тепловой машины можно сформулировать как отношение полезной работы, выполненной в цикле, к энергии (количеству тепла), предоставленной энергоносителем (нагревателем).

Тип (1) может быть преобразован следующим образом.

Конверсия

Q1 — количество тепла, полученное двигателем от нагревателя во время цикла Q2. Количество тепла, отданного двигателем охладителю (холодильнику) в течение цикла — Q1 — Q2, является количеством тепла, использованного при производстве проекта.

Предположим, что Q1 = Q2, т.е. не осталось ничего, что могло бы совершить полезную работу — вся энергия «вылетела в трубу». Производительность также будет равна нулю. Если Q2 = 0, т.е. вся энергия отдана на полезную работу (без потерь), то оценка будет 1.

Однако это теория, и на практике она тоже не является нереальной. В первом случае двигатель просто бесполезен, во втором — идеален, но невозможен.

Ниже приведены значения производительности для различных типов тепловых машин.

Цена

Наибольшая эффективность наблюдается в тепловых машинах на основе тепла (процесс назван по имени французского инженера, открывшего это явление в 1824 году). В термодинамике она представляет собой круговую окружность, содержащую две стадии расширения и сжатия рабочего тела.

В обеих фазах два процесса чередуются между изотермическим (развивающимся при постоянной температуре) и адиабатическим (развивающимся без теплообмена с окружающей средой). Максимальная эффективность достигается здесь благодаря тому, что тела с разной температурой не соприкасаются. Это означает, что без работы нет теплопередачи.

КПД механизма — по какой формуле вычисляют

Люди изобрели различные механизмы, с помощью которых можно поднимать тяжелые грузы на определенную высоту. Например, были изобретены ворота для подъема ведер с водой из колодцев и домкраты для подъема автомобилей. С помощью лебедок и наклонных уровней египтяне построили великолепные пирамиды.

При использовании этих устройств они редко задумываются об их эффективности. В качестве примера рассмотрим эти цифры для наклонных уровней.

Нагрузка

Принцип расчета оценок за работу остается прежним. Вам необходимо найти полезную рабочую причину для общей энергии расходов. Другими словами, снова используйте общий вид (1) и сделайте соответствующие преобразования.

Поднимите (или, точнее, толкните или потяните) тело массой m на высоту h. При стабильной скорости подъема полезная работа равна произведению силы тяжести (Mg) на высоту (H).

Затраченный проект определяется произведением силы отталкивания или притяжения на длину уровня L. Обратите внимание, что силы импульса (силы притяжения) используются для преодоления сил трения FTR.

Поэтому эффективность такого простого механизма может быть рассчитана по следующим типам

Сила трения

Простой анализ показывает, что производительность наклонной поверхности обратно пропорциональна силе трения и длине рампы. Последнее зависит от угла наклона рампы. Чем больше угол, тем меньше рампа.

Оцените статью
Uhistory.ru