Toorotsessi analuusi naidisulesanded (0)

Analüüsitava mootori  algandmed :
B & W K90 GF 
Silindri võimsus  Ns = 2300 kW
Pöörete arv  n = 110 p/min; silindri  diameeter  0,9 m; kolvikäik S = 1,8 m
Surveaste   ε = 13,5 
Turbokompressori filtrite rõhulangus  ∆pf = 392 Pa
Rõhulangus õhujahutil  ∆põj = 1962 Pa (∆põj = 980… 2900 Pa)
Välisõhu rõhk  p0 = 1,013·105 Pa
Masinaruumi temperatuur  20 oC, õhu suhteline niiskus φ0 = 70 %
Merevee temperatuur 14 0C 
NB !!!  Kõik ülejäänud vajalikud algandmed võib valida antud mootori tüübile 
lubatud piirides.
Ülesanne 1
Mootor töötab raskekütusel kütteväärtusega Qa = 41 418 kJ/kg. Leida, 
kuidas muutuvad energeetilised ja ökonoomilised näitajad, kui mootorit  
ekspluateeritakse madalama kütteväärtusega kütusel  Qa = 40 287 kJ/kg.
Diiselmootori  tööd saab hinnata järgmiste näitajate alusel:
1. Indikaatornäitajad
- keskmine indikaatorrõhk
- mootori indikaatorvõimsus
- mootori indikaatorkasutegur
2. Efektiivnäitajad
- keskmine efektiivrõhk
- mootori efektiivvõimsus
- mootori efektiivkasutegur
3. Kütusekulu
- kütuse tunnikulu
- kütuse indikaatorerikulu
- kütuse efektiiverikulu.
Saadud tulemuste puhul teha järeldused kuidas muutuvad:
a) kütusekulu
b) mootori pöörded
c) heitgaaside temperatuur
d) mootori  termiline  koormus.
Energeetiliste näitajate võrdlemiseks leiame arvutuslikult keskmised 
indikaatorrõhud (pi) võrreldavate kütuste  kasutamisel .
Lahendus:
Arvutusliku keskmise indikaatorrõhu võime leida kütteväärtust (Qa), mootori 
indikaatorkasutegurit (ηi) ja kütuse tsüklilise kogust (gts) siduva tuletatud 
valemi järgi:
Q
p
a
0
0 01
g η
i = 
ts i  [MPa],          
Vs
1. Arvutame silindri töömahu Vs; 
2
2
V
D
1
3 4 × 9
0
s = 
S =
8
1 = 1
1 4  [m3]
4
4
2. Arvutame  gts – tsükli kütusekoguse, 
G
g
õ
ts = 
G
, kus
0
α – liigõhutegur
Gõ on tsükli koguse kütuse põlemiseks vajalik õhu mass, 
Go on tsüklilise kütuse põlemiseks teoreetiliselt vajalik õhu mass;
 Mootori nimirežiimil võetakse arvestuslik liigõhutegur:
- madalate pööretega mootoritel   1,8…2,2
- keskmiste pööretega mootoritel 1,6…2,0
- kiirete pööretega mootoritel       1,4…1,8

tsüklilise koguse kütuse põlemiseks vajaliku õhu massi leiame Gõ valemi 
järgi:
1
                     Gõ = Vs ηv γs  1+
, selleks arvutame
6
1
d
1
silindri täiteteguri ηv  ja  õhu tiheduse  γs

ηv on silindri täitetegur, mille leiame arvutuslikult:
ε
p
T
1
13 5
9
1 2
a
s
⋅105
1
   η
×
×
×
×
×
v= 
88
0
6
ε −
 kus
1
p
T
1 γ
s
a
12 5
9
1 8
r
⋅105 1+ 0
0 7
ε = 13,5 on surveaste (prototüübi järgi). 
pa - rõhk silindris  täiteprotsessi lõpus, mille võib leida ülelaadimisõhu rõhu 
kaudu:
pa = 0,96 ps ≈ 1,92 · 105 [Pa] on, peab jääma vahemikku pa = (0,96…1,05) ps. 
Arvestustes  võetakse ps vastavalt mootori prototüübile, antud juhul 
ps = 1,98 · 105 [Pa]. 
  
T`s – on ülelaadimisõhu temperatuur silindrisse sisenemisel
 Ts = 273+ tmv + (15…20 0C) = 273 + 14 + 20 = 307 [K].
Tegelik õhutemperatuur silindris, mis  arvestab õhu soojenemist silindrisse 
sisenemisel, võetakse 10 0C kõrgem: 
   Ts = 307 + 10 = 317 [K].
Ta – jääkgaaside ja õhu segu temperatuur täiteprotsessi lõpul: 
Ts + γ T
r
r
317 + 07
0
⋅ 650
   Ta =
= 339  [K]
1 + γ
1
r
+ 0
0 7
kus Tr = 650 K on heitgaaside temperatuur, γr – jääkgaaside tegur silindris, mis 
oleneb mootori taktilisusest ja silindri läbipuhke tüübist:
4-taktilistel ülelaadimisega mootoritel võetakse see vahemikus 0,01…0,04
4-taktilistel ilma ülelaadimiseta mootoritel vahemikus               0,04…0,06
kontuurläbipuhkega 2-taktilistel mootoritel vahemikus               0,07…0,1
otseläbipuhkega 2-taktilistel mootoritel                                       0,04…0,09

arvutame ülelaadimisõhu tiheduse γs
p
98
1
s
⋅105
   γs =
= ,
2 25 [kg/m3]
RT
287
s
⋅307
kus R = 287 J/kg× kraad on gaasi õhutegur;
d on niiskusesisaldus õhus, võetakse lähteülesandes antud masinaruumi 
õhu temperatuuri (200C) ja õhu suhtelise niiskuse (φ0 = 70 %)  järgi õhu 
niiskuse tabelist 
Teguri d leidmine õhuniiskuse ja -temperatuuri järgi
t0, C
φ0 = 70%
φ0 = 80%
φ0 = 90%
φ0 = 100%
10
0,005
0,006
0,007
0,008
20
0,010
0,012
0,013
0,015
30
0,019
0,022
0,025
0,028
40
0,034
0,039
0,045
0,050
Saadud andmete põhjal arvutame  on tsükli koguse kütuse põlemiseks vajalik 
õhu massi (Gõ): 
1
Gõ = Vs ηv γs  1+
 = 1,14×0,8×2,25× ( 1/ 1+1,61×0.01) = 2,02 [kg/ts]
6
1
d
1

arvestades põlevate ainete (C; H; S) sisaldust erinevates kütustes
          arvutame teoreetiliselt vajaliku õhu massi (G0) erinevate kütteväärtustega 
          kütuste (Qa1 ja Qa2) kütuste täielikuks põlemiseks [ kg/kg] 
  
 G0 = µõhk × L0, 
kus µõhk = 28,97 kg/mol (õhu moolmass), L0 – 1 kg kütuse põlemiseks 
teoreetiliselt vajalik õhu hulk:
1
C
H
S
O
   

L0 =
⋅
−


0 21 12
4
32
32 
Põlevate ainete (C; H; S) sisaldus kütustes:
destilleeritud kütustel Qa = 41 500 …43 300 [kJ/kg] 
                                   C – 0,863…0,865 
                                   H – 0,122…0,126 
                                   S – 0,01…0,04 
                                   O + N – 0,001…0,005 
segatud  raskekütustel Qa = 40 200…41 500 [kJ/kg]
                                  C – 0,853…0,863 
                                  H – 0,122…0,126 
                                  S – 0,020…0,080 
                       O + N – 0,03…0,05 
 Leiame teoreetiliselt vajaliku õhu hulga (L0 ): 
Kütus 1, kui Qa1 = 41 418 (kJ/kg)
1
C
H
S
O
1
86
0
5
1
0 22
008
0
0
0 05
L




⋅ 
−
 =
⋅
−
0 = 

 = 
0 21 12
4
32
32 
0 21  12
4
32
32 
    = 0,487 [kmol K]
G01 = 28,97 × 0,487 = 14,1 [kg/kg]
2. Kütus 2, kui Qa2 = 40 287 [kJ/kg]
G02 = µõhk × L02 = 
1
865
0
1
0 08
0
0 02
00
0
7
= 

28 97
⋅
−


 =13,7 [kg/kg]
0 21  12
4
32
32 

Leiame kütuse tsükkelkulu gts erinevate kütuste kasutamisel.
1. Kütus 1, kui Qa1 = 41 418 [kJ/kg]
G
0
2 2
g =
õ
ts
= ,
0 072
1
G
 [kg/ts]
2 0 ⋅14 1
01
G
2 02
2. Kütus 2, kui Q
g
õ
ts
= ,
0
a = 40 287 [kJ/kg]  
074
2
G
 [kg/ts]
0
2 ⋅13 7
02
Arvestades eelmiste lahenduste tulemusi arvutame keskmise 
indikaatorrõhu (pi) erinevate kütuste kasutamisel. 
1. Kütus 1, tsüklilise kütusehulgaga  gt = 0,072
1
s
Q
41418
p = 0
0 01 a g η
i
ts
i =
0 001⋅
⋅ ,
0 072 × ,
0 443  ≈ 1,16 [MPa],
1
1
V
1
1 4
s
kus indikaatorkasuteguri ηi leiame mootori prototüübi järgi või  arvutuslikult 
ehitatud indikaatordiagrammi järgi. 
L
α T p
0
2
e
s
i
⋅ ,
0 487 ⋅ 307 ⋅ 1
1 7
ηi =
= 3
8 15
0
= 3
8 15 ×
= ,
0 443
 
Q p η
41418
m
a
s v
⋅ 1
0 98 ⋅ 8
0 86
(keskmine indikaatorrõhk pi = 1,17 MPa, selle leidsime  arvutuslikult ehitatud 
indikaatordiagrammi järgi).
2. Kütus 2,  tsüklilise kütusehulgaga  gts = 0,072 (st. tsüklilise kütuse kogust 
1
muutmata)
Q
p ts =
a
g η
i
ts
i =
⋅
⋅
×
2 (
1 )
40287
0
0 01
2
0 001
0 072
0 443  ≈ 1,127 [MPa]
1
V
1
1 4
s
NB!  Leidsime : pi1(ts1) > pi2 (ts1)
Suurendame kütuse tsüklilist kogust: gts1 = 0,072 → gts2 = 0,074 [kg/ts]
Q
40287
p
g η
i
= 0
0 01
a 2
⋅
⋅ ts i = 0
0 01⋅
⋅ 0
0 74 × ,
0 443
2
 ≈ 1,16 [MPa]
2
V
1
1 4
s
Järeldused
1. Üle minnes madalama kütteväärtusega kütusele (kütuse tsükli kogust ja 
liigõhutegurit α suurendamata) väheneb keskmine indikaatorrõhk ja seega ka 
mootori indikaatorvõimsus 
2. Keskmine indikaatorrõhk ja energeetilised näitajad ei vähene, kui 
suurendada tsükli kütusekogust. 
3. Tsükli kütusekoguse suurendamisega muutuvad energeetilised näitajad 
võime leida seosest:  
= B
g
h
ts
n ⋅60 [kg/ tsükkel] , kust näeme ,et gts suurenemisega 
z
a) suureneb kütusekulu (Bh)
b) tõuseb  heitgaaside temperatuur
d) tõuseb mootori termiline koormus.
Ülesanne 2
Ilmastikutingimuste mõju mootori ekspluatatsioonilistele näitajatele  
(diiselmootor   B & W, algandmed samad mis eelmises ülesandes)
1. Välisõhurõhu langus: p01 = 1,013·105 Pa
                                       p02=   0,933·105 Pa.
Leida:
1. Keskmise indikaatorrõhu muutus 
2. Mootori pöörete muutus
3. Kütusekulu muutus.
Lahendus
Leiame:
1. Õhurõhk kompressorisse  sisenemisel pärast filtrit.
a. Normaalsel välisrõhul:
p0 = p01 – ∆pf = 1,013 × 105 – 392 = 1,009 × 105 [Pa]           
b. Langenud rõhul: 
p01 = p02 –∆pf = 0,933 × 105 – 392 = 0,929 × 105 [Pa]
2. Rõhk pärast kompressorit (pärast välisrõhu langemist)
pk1 = πk × po1 = 1,98 × 0,29 × 105 [Pa] 
kus πk  on rõhutõusu tegur kompressoris.
5
p
p
k
s + ∆pöh. j
98
1
⋅10 +1962
k = 
 [Pa]
5
p
p
0
1 09 ⋅10
0
0
pk on rõhk pärast kompressorit.
Õhurõhk pärast õhujahuteid ressiivrisse jõudmisel:
ps1 = pk1 – ∆p õh.j = 1,84 × 105 – 1962 = 1,82 × 105 [Pa]
Õhutihedus ressiivris:
5
p
82
1
s
⋅10
1 =
s1 = 
2 06  [kg/m3]
RT
187
s
⋅307
kus R = 287 J/kg×kraad (gaasitegur); Ts = 273 + tmv + 20 (0C) = 307 [K]
Et silindri täitetegur praktiliselt ei sõltu õhu parameetritest ressiivris, siis 
värske õhu mass silindris võrdub:
1
G
= ,
1
1 = Vs ηt γs1 × 
85
1 +
 [kg]
1 61⋅ ,
0 01
Välisõhurõhu langusega liigõhutegur väheneb:
G
8
1 5
 = 
1
= 8
1 ,
g G
0 072
ts
⋅14 1
0
kus gts on ühe töötsükli kütusekulu, kui mootor töötas kütusel kütteväärtusega 
Qa = 41 418 kJ/kg;
G0 – tsüklilise kütuse põlemiseks teoreetiliselt vajalik õhu mass [kg/kg].
Liigõhuteguri  langemine  kütusekoguse vähendamiseta toob kaasa 
põlemisprotsessi halvenemise, heitgaaside temperatuuri tõusu ja 
indikaatorkasuteguri vähenemise: 
Indikaatorkasuteguri (ηi ) ↔ f (α ) [%]
α = 2,0 vähenemisega α = 1.84 -ni  korral 
indikaatorkasuteguri (ηi ) väärtus väheneb ligikaudu 3%  ehk 
0,97 korda.
    
Välisrõhu muutumise mõju mootori tööle analüüsimiseks kasutame keskmise 
indikaatorrõhu tuletatud valemit. 
1. Indikaatorrõhk pärast rõhu langemist:
Q
41418
p = 0
0 01× a γ
il
× s × × i
t
= 0
0 01×
× 0
2 6 × 8
0 × ,
0 24 ≅ 1
1 6
1
 [MPa]
G
14 1
0
i
2. Keskmine indikaatorrõhk normaalrõhu korral:
p0 = 1,013·105 [Pa]
41418
0 443
p
⋅ ,
2 25 ⋅ 8
0 ⋅
i = 0,001
 = 1,17 [MPa]
14 1
2
1
1 7 − 1
1 6
Indikaatorrõhu vähenemine välisrõhu langemisel:     
⋅100 =0,8%.
1
1 7
Keskmise indikaatorrõhu langus (jäika labadega  sõukriviga transportlaeva 
püsiva süvise ja muude muutumatute tingimuste korral) kutsub esile võlli 
pöörlemissageduse languse, mida ligikaudselt võib leida valemiga:
p
1
1 6
i1
n = n ×
= 110
≅ 109
2
1
 [p/min], kus lähteandmete põhjal n
p
1
1 7
1 = 110 p/min
i
Kütuse indikaatorerikulu muutub järgmiselt:
3600
3600
gi =
= 1
0 96
1
Q
 [kg/kWh]
a ×
41418
i
× ,
0 443
3600
3600
gi =
= 2
0 02
1
[kg/kWh]
' *
41418 × ,
0 429
Q ×η i
a
1
0 96
Kütuse  erikulu suurenes: ∆ = 0,202 ± 
1
× 00 = 3% .
1
0 96
Ülesanne 3 
Analüüsida mootori tööd merevee temperatuuri tõusul 14…30 0C, eeldades, 
et samal ajal on tõusnud ka välistemperatuur t0 = 40 0C ja õhuniiskus ϕ0 = 
90% ja õhujahutid töötavad mereveel (algandmed eelmisest ülesandest nr.2)
Ülesande lahendamisel tuleb arvestada:
1. Merevee temperatuuri muutus avaldab mõju ülelaadimisõhu temperatuurile 
ja peamasina jahutusvee temperatuurile. 
2. Ülelaadimisõhu minimaalne temperatuur mereveega  jahutuse korral  saab 
reeglina olla 
Ts = Tm.v.+ (10…15 0C) K.
3. Merevee kõrge temperatuuri korral tema jahutusefekt võib väheneda nullini 
ja ülelaadimisõhu temperatuur hakkab tõusma.
4. Õhu ülejahutuse korral, allapoole kastepunkti temperatuuri, õhus sisalduv 
niiskus kondenseerub ja mootori silindrisse sattuv  kondensaat  tekitab kütuses 
olevate väävliühenditega metallile agressiivse väävelhappe.
Seepärast peab ülelaadimisõhu temperatuur pärast jahutit oleks 5…10 0C 
kõrgem veeauru kastetilgatemperatuurist.
5. Soovitatavad ülelaadimisõhu temperatuurid vastavalt ülelaadimisrõhule, 
välistemperatuurile ja välisõhu niiskusele on kindlaks määratud katseliselt ja 
antakse teatmikes tabeli või nomogrammina.
6. Kõrge välistemperatuuri ja niiskusega piirkonna meredel 
( troopikas )töötades ülelaadimisõhu temperatuur reeglina tõuseb, sest ka 
merevee temperatuur on neis piirkondades kõrgem.
Arvestades eelnevate ülesannete algandmeid ja lahendustulemusi, kus
 ps = 1,98 × 105 Pa, t0= 40 0C ja 
ϕ0 = 90%, 
leiame, etveeauru  kastetilga temperatuuri nendel tingimustel on ligikaudu 
510C  ehk 324 K
Tkt.= tkt.+ 273= 51 + 273 = 324 [K].
Seega veeaurude kondenseerumise vältimiseks peab ülelaadimisõhu 
temperatuur olema:
Ts = Tkt.+ (5…10 0C) = 56 ...610C = 324 + (5…10 0C) = 329…334 [K].
Õhu tegelik temperatuur ressiivris:
Ts= Tmv.+ (10…15 0C) = 30+ 273 + 10= 313 K (40 0C).
Tegelik temperatuur on lubatust madalam ca 26…30 K.
Kui me ei vähenda (õhu temperatuuri tõstmiseks) jahutit läbiva veevoolu 
hulka, tekib õhu kondenseerumisest niiskus ∆d = d0 – ds,
 d0  -  õhu niiskus välisõhu  parameetritel  φ0, t0 ja p0,  d0  -  õhu õhu 
kondenseerumisest niiskus ∆d = d0 – ds,
 
 ds  -  sõltub suhtelisest niiskusest φ0  ja ülelaadimisõhu parameetritest ps ja ts.
Vastavalt niiskuse nomogrammile on antud parameetritel d0 = 44 gr/kg ja 
ds = 25 gr/kg.
Järelikult ∆d = d0 – ds = 44 – 25= 19 gr /kg.
Vastavalt algtingimustele tekib B & W mootoril  võimsusega Ne = 2162 kW; 
ge = 0,217 kg/kWh;
G0= 14,0 [kg/kg] antud tingimustel ühes tunnis läbib silindrit kondenseerunud 
veehulk :
Gkv.= geNeαεG0 ∆d = 0,217 × 2162 × 3,2 × 14,0 × 0,019 = 398 [kg], 
kus αε = α × ϕa = 2 × 1,6 = 3,2 (αε – summaarne  liigõhutegur; ϕa – 
läbipuhketegur).
Et kondensaati ei tekiks, peab õhu temperatuur ressiivris olema ca Ts = 328 K.
Ülelaadimisõhu tihedus sellel temperatuuril (Ts = 328 K):
p
98
1
s
⋅105
γs =
= 01
2
 [kg/m3]
RT
287
s
×328
Silindrisse antav õhukogus saadud tihedusel:
•
•
•
1
1
G
η γ
õ = vs ×
t ×
s ×
= 1
1 4 × 8
0 × ,
2 01×
= ,
1 76 [kg/ts]
1 + ,
1 6d
1 + ,
1 61× ,
0 045
Kui silindrisse antava kütuse kogust ei  muudeta , siis liigõhutegur väheneb:
•
•
G
76
1
õ
= 76
1
. 
g G
0 072
ts
× ,
14 0
0
Liigõhuteguri  •
1
= 76  korral moodustab indikaatorkasutegur ηi umbes 95% ηi 
-st liigõhuteguri α = 2,0 korral (vt. nomogrammi α–ηi). 
•
i
= 9
0 5 i = 9
0 5 × ,
0 443 = ,
0 42.
  
Keskmine indikaatorrõhk :
•
Q
•
•
•
41418
0 42
p
γ η
i =
0
0 01 a
i
s
t
= 0
0 01
0
2 1× 8
0 ×
= 1
1 7 [MPa].
Q
1 ,
4 0
1 76
0
Lahendusest  selgub , et vaatamata liigõhuteguri ja indikaatorkasuteguri 
vähenemisele, keskmine indikaatorrõhk oluliselt ei muutunud (tmv = 140, 
keskmine indikaatorrõhk oli praktiliselt sama). See on seletatav  sellega, et 
indikaatorkasuteguri ja liigõhuteguri suhe  i
α  ei muutunud.
Tingimused maksimaalse indikaatorrõhu ja indikaatorkasuteguri saamiseks ei 
ole ühesed.
p
i
i = f( α ), ηi = f(α) , seega indikaatorkasutegur ja liigõhutegur mõjutavad 
indikaatorrõhu muutust erinevalt.
Indikaatorkasutegur η
i
i ja suhe  α  suurused olenevad kütuse omadustest, 
kütuse ja õhu segust , segu  moodustumise  kvaliteedist jne.
Teame, et liigõhuteguri vähenemisel põlemisprotsess halveneb.
Suhe  i
α  on kõige suurem, kui liigõhutegur on võimalikult väike (rikas segu).
Indikaatorkasutegur ηi tõuseb maksimaalsuuruseni kütuse täielikul põlemisel. 
Seepärast väikese liigõhuteguri korral indikaatorkasutegur väheneb.
Teisest küljest, liigõhuteguri suurel vähenemisel suhe  i
α  suureneb 
maksimaalselt ja ka indikaatorrõhk peaks olema maksimaalne (vt. tööprotsessi 
forsseerimisnäitajat). 
Tegelikult diiselmootor ei reageeri sellisele režiimile, sest tekib kütuse 
mittetäielik põlemine, mistõttu indikaatorkasutegur väheneb ja soojuskoormus  
tõuseb.
Kütuse indikaatorerikulu:
•
3600
3600
gi =
= ,
0 207
•
Q η
[kg/kWh].
41418
a i
× ,
0 42
0 207 − 1
0 96
Kütuse indikaatorerikulu suurenes   ∆gi =
6
5
1
0 96 1
× 00
Lõunameredes sõites kaasneb merevee temperatuuri tõusuga reeglina 
ülelaadimisõhu ja mootori jahutusvee temperatuuri tõus. Näiteks merevee 
temperatuuri tõus 20 kraadilt 30 kraadile tingib õhutemperatuuri tõusu 
ressiivris ca 6 0C ja jahutusvee temperatuuritõusu 5 0C. Sellised 
temperatuuritõusud võivad põhjustada mootori  termilise  ülekoormuse 13…
14%.
Ülesanne 4
Diiselmootori töö avariilise õhujahuti korral.
Õhujahutite väljalülitamisel õhurõhk ressiivris jääb endiseks, sest õhurõhk 
ressiivris oleneb ainult rõhulangusest õhujahutis:
p = p − p
∆
s
k
õj .
•
5
p
p
s =
s =
98
1
⋅10  [Pa],
Jahutite väljalülitamisel õhutemperatuur ressiiveris on võrdne 
õhutemperatuuriga pärast turbokompressorit:
nk − 1
1 6 1
−
•
T
 [K],
s = Tk =
n
T
k = 293× 9
1 8 ,16 = 378
0
k
kus nk = 1,6…1,8 on kompressiooni polütroobitegur, πk – rõhu tõusu aste 
kompressoris; T0 = t0 + 273 = 20 + 273 = 293 [K]. 
Õhu ja põlemisgaaside temperatuur silindris paisumisprotsessi lõpul:
0
•
T
T
s +
288
r r
+ 07
0
× 650
Ta =
= 405  [K]
1 + γ
1
r
+ 07
0
kus 
0
T
T
s =
•
s + 10 = 378 + 10 = 388  [K]
Silindrisse antava õhukoguse arvutamisel tuleb arvestada : 
silindri täiteaste praktiliselt ei sõltu õhu parameetritest täiteprotsessi algul, 
siis võib arvestada, et täiteaste ei muutu: ηt = 0,8.
- Õhu tihedus muutub: 
•
p
98
1
s
⋅105
γ s =
= 82
1
•
 [kg/m3]
RT
287
s
×378
Õhukogus silindris:
•
0
o
1
1
G
γ η
õ =
•
vs s t
= 1
1 4 × 8
1 2 × 8
0
= 5
1 6  [kg/ts]
1 + 6
1 1d
1 + 6
1 1× 0
0 1
Vajaikk liigõhutegur kütuse põlemisel sellise õhukogusega:
•
•
G
5
1 6
õ
= 5
1 6 .
g G
07
0
1
ts
×14 0
0
Normaaltingimustel α = 2.
Arvestades liigõhuteguri suurt langemist väljalülitatud õhujahuti korral, võib 
oodata põlemisprotsessi halvenemist, s.t indikaatorkasuteguri vähenemist, 
kütuse indikaatorkulu, heitgaaside temperatuuri ja põlemistemperatuuri tõusu.
Temperatuur kompressiooni lõpus:
n 1
1
T
T ε
c =
−
a
= 405×13 5
, 0,373 =  1069   [K]
Maksimaalne põlemistemperatuur leitakse põlemisvõrrandi järgi:
ξ Q
z
a
•
(C0 + 3,
8 15λ T = β C´ T
v
) c z p z
α L 1
( + γ )
0
r
Laengu keskmine molaarne soojussisaldus:
C
T
v =
19 27 + 00
0
25 •
c =
19 27 + ,
0 0025 10
× 69 =
94
21
 [kJ/(kmol·K]
Põlemisproduktide ja jääkgaaside keskmine isobaarne molaarne soojussisaldus:
+ α −
+ α −
2 ,
0 49 (
1
1
9 27
36 (
1 25
C =
T + 3
8 15 = 28 3
, 7 + 0
0 03 T
2
p
4
z
z
α ⋅10
Paneme saadud tulemused põlemisvõrrandisse ja selle lahendamisel saame:
−2 ,
9 2 +
29 22 + 4 × 0033
0
×74880
T
 [K]
z =
= 2077
2 × 00
0
33
Liigõhuteguri  •
5
1
6  korral on indikaatorkasutegur umbes 0,93% 
indikaatorkasuteguri väärtusest juhul, kui α = 2, seega 
•
i =
93
0
i =
9
0 3× ,
0 43 = ,
0
412
Keskmine indikaatorrõhk:
•
•
Qa • η
41418
0 412
pi = 001
0
γsη i
t
= ,
0 001
× 82
1
8
0 = 14
1
•
 [MPa]
G
14 0
56
1
0
Mootori pöörded õhujahuti väljalülitamisel:
•
•
p
14
1
n =
i
n
=110
=10 ,
8 6  [p/min]
p
1
1 7
i
Kütuse indikaatorkulu:
•
3600
3600
gi =
• =
= ,
0 21 [kg/kWh]
Q η
41418 × ,
0 412
a i
Saadud tulemustest võib teha järgmised järeldused:
Õhujahutite täielikul väljalülitamisel
1. Muutuvad mootori energeetilis-majanduslikud näitajad vähenevad
1
1 7 − 1
1 4
-    keskmine indikaatorrõhk väheneb 
= 5
2
6
1
1 7 1
× 00
0 211 − 1
0 96
kütusekulu suureneb 
= ,
7 %
6
1
0 96 1
× 00
2. Ressiivris kasvab õhutemperatuuri tõusuga 10 0C võrra mootori 
soojakoormus ca 14%. 
Ülesanne 5
Leida masinaruumi temperatuur ( tmr ) tõusu mõju diiselmootori tööle 
üleminekul temperatuurilt    t1mr = 20 0C temperatuurile  t2mr = 40 0C.
( Ülesande algandmed  vastavad Ülesandele nr.1)
Masinaruumi temperatuuri tõusul tuleb arvestada:
1. Kui õhutemperatuur enne turbokompressorit (s.o. masinaruumis) tõuseb 
arvestuslikust kõrgemale, siis õhutemperatuuri iga 3 tõusukraadi vähendab 
mootori võimsust ligi 1%. Olenevalt mootori tüübist võib see näitaja olla 
erinev.
2. Õhutemperatuur kompressorist ressiivrisse sisenemisel oleneb õhu 
jahutusest, s.o. merevee temperatuurist, millega õhku jahutatakse, ja 
masinaruumi temperatuurist, mis troopikalaiustel võib olla 35…40 0C.
3. Reeglina hoitakse õhutemperatuur pärast õhujahutit 8…10 0C kõrgem 
jahutusvee temperatuurist.
4. Madala õhutemperatuuri korral on oht, et õhuniiskus hakkab intensiivselt 
kondenseeruma. 
Lahendus
Turbokompressori tööks vajalik võimsus  leitakse kompressori võimsuse 
valemi järgi:
k
 k 1-
G 
N
RT0 π
- )
1
k =
•
k
k
 k

k -1

ηk 
kus πk on rõhutõusu aste kompressoris; 
k – õhu adiabaaditegur;
 R – õhu gaasitegur; 
•
T0  – õhutemperatuur kompressorisse sisenemisel; 
ηk – kompressori kasutegur (0,75…0,84); 
V γ η n ×i ×ϕ × z
G
s s t
a
k – õhukulu sekundis (Gk=
) ; V
60
s – silindri töömaht m3; 
γs  – õhutihedus enne silindrit kg/m3; 
ηt – silindri täiteaste; i – silindrite arv; 
ϕa  – läbipuhketegur; z – diiselmootori taktilisus. 
Kompressori poolt tarbitava võimsuse valemist võib järeldada:
Mida kõrgem on õhutemperatuur kompressorisse sisenemisel  •
T0 , seda suurem 
on kompressori  tarbitav võimsus (sama rõhutõusu astme πk korral 
kompressoris).
Kui masinaruumi temperatuuri tõusuga tsüklilise kütuse hulka ja mootori 
pöördeid ei vähendata (n = const), tõuseb kompressori tarbitav võimsus ja 
muutuvad teised näitajad nagu: 
1. Turbokompressori pöörete arvu ntk vähenemine 
2. Ülelaadimisõhu rõhu ps vähenemine
3. Õhutiheduse γs vähenemine,
4. Õhukulu Gk vähenemine,
5. Liigõhuteguri α vähenemine,
6. Heitgaaside temperatuuri Tg tõus,
7. Gaaside rõhu pT vähenemine enne  turbiini  
8. Gaaside kulu GT vähenemine turbiinile
Olenevalt diiselmootori töörežiimist, turbokompressori ehitusest ja 
eelnimetatud parameetrite muutuse ulatusest ning eriti gaaside parameetrite Tt , 
pt , Gt  muutustest enne turbiini võib turbiini poolt arendatav võimsus väheneda 
või kasvada.
±k
1
−
k
T
T
N =
R T 1
kT
−π
)G η
T
T T
T
T
k −1
T
T
kus kT on adiabaaditegur; RT – gaasitegur; TT – gaaside temperatuur enne 
turbiini; 
pT
T = 
 – gaasi paisumistegur turbiinis (gaasi rõhkude suhe enne ja pärast 
p0T
turbiini; 
GT – gaasikulu läbi turbiini; ηT – turbiini kasutegur.
Gaasikulu läbi turbiini ajaühikus võib leida valemiga:
g N
G
G
g
L
α ϕ
T =
k +
t =
e
e (28 97
a + )
1
3600
0
kus gt – on kütusekulu sekundis [kg/s].
Analüüsides  eespool  toodud turbiini võimsuse ja gaasikulu võrrandeid, võib 
näha, et kui gaaside temperatuuri tõus TT (mõõdukas temperatuuri tõus)ja rõhu 
tõus enne turbiini pT ning gaasikulu GT vähenemine kutsuvad esile turbiini 
võimsuse NT vähenemise, siis turbokompressori pöörded vähenevad.
Kui aga gaaside temperatuuri tõus on gaaside rõhu ja kulu langusega võrreldes 
tunduvalt suurem, siis turbiini võimsus võib tõusta ja turbokompressori 
pöörded ntk suurenevad.
Reaalse mootori ekspluatatsioonis toimub õhu temperatuuri T”0 tõusuga 
masinaruumis reeglina turbokompressori pöörete langemine, millega langeb ka 
rõhu tõusuaste kompressoris πk ja ülelaadimisrõhk ps. Viimase vähenemine 
võib esile kutsuda mootori termilise koormuse suurenemise ja selle vältimiseks 
tuleb vähendada mootorile antavat tsüklilist kütuse hulka.
Arvulise näite analüüsimise lihtsustamiseks eeldame , et õhurõhu tõusu aste 
kompressoris ja jahutusaste ei muutu.
Leiame õhutemperatuuri pärast kompressorit erinevatel masinaruumi 
temperatuuridel :
1. Kui masinaruumi temperatuur on T0”  ≅  20 + 273 = 293 K ja kompressori 
surve polütroobi aste (on võetud) nk = 1,6: 
n
1
k
−
1
 6
1 
−
T
T π
 
k




n k
293
k
98
1
 ,
1 6
×

378
0
[K]
(Eeldasime, et õhu jahutusaste ei muutu : 
Tk − T 378
s
− 307
Ex =
= 8,
0 3.
Tk − T 378− 293
0
2. Õhutemperatuur pärast kompressorit, kui masinaruumi temperatuur 
T0” = 40 + 273 = 313 [K]
n
1
k −
1 6
1
−
•
T
T π
k
n k
31
k
= 3
9
1
× 8
1 6
40
= 4
0
[K].
Õhutemperatuur õhu ressiivris:
•
Ts = Tk − E (T
x
k − T ) = 404 −
83
0
404 −
313 = 328
0
 [K].
Ülelaadimisõhu tihedus:
p
98
1
s
⋅105
γs =
= 01
2
 [kg/m3].
RT
287
s
×328
Tsükkelõhu hulk silindris:
•
1
1
G
η γ
õ
=vs × t × s ×
= 1
1 4 × 8
0
× 0
2
1×
= 8
1 6
6
1
1d
1 + 6
1
1× 0
0
1
 
[kg/ts.]
Tsükli kütusehulka muutmata liigõhutegur väheneb:
•
G
8
1 6
õ
= 8
1 4  
g G
7
0 2
ts
×14 0
0
Liigõhuteguri vähenemisega halveneb segu moodustumine ja kütuse põlemine 
silindris.  Viimasega  kaasnevad mootori ökonoomilis-energeetiliste näitajate 
halvenemine, heitgaaside ja soojuskoormuse  tõus.
Eelmises näites leidsime (vt. eelmises ülesandes nomogrammi ηi – α), et α = 
1,84 juures on ηi väärtus umbes 97%, võrreldes väärtusega juhul, kui α = 2,0.
•
ηi = 9
0 7 × ,
0 443 = ,
0 43
Keskmine indikaatorrõhk:
•
•
Q
a
•
41418
0 43
p
γ η
i =
00
0
1
s
× i
i
= 00
0
1×
× 01
2
× 8
0 ×
= 145
1
•
 [MPa]
G
a
14 0
84
1
0
indikaatorrõhk vähenes:
1
1 7 − 1
1 45
∆pi =
1
2
1
1 7 1
× 00
Mootori pöörete arv väheneb:
•
•
p
1
1 45
n =
i
n
=110
=108 8
,  [p/min].
p
17
1
i
Kütuse indikaatorerikulu: 
•
3600
3600
gi =
= ,
0 202
•
Q η
 [kg/kW·h]
41418
a i
× ,
0 43
Kütuse indikaatorerikulu muutus 
0 202 − 1
0 96
∆gi =
= 0
3 6 %.
1
0 96 1
× 00

Document Outline

• pa = 0,96 ps ≈ 1,92 · 105 [Pa] on, peab jääma vahemikku pa = (0,96…1,05) ps. 
• Arvestustes võetakse ps vastavalt mootori prototüübile, antud juhul 
• ps = 1,98 · 105 [Pa]. 
  • Ülesanne 4