5.1. Пример расчета расхода топлива

В качестве исходных данных используются только паспортные характеристики применяемого оборудования и коэффициент нагрузки.

Для дизеля Д-144-10, используемого для привода бурового станка СКБ-4, берем данные, рассчитанные в примере п. 4.3.

g_ен = 0,255 кг/кВтч;

N_н = 44 кВт;

E_x = 3,7 кг/ч;

E_н = 11,2 кг/ч;

N_{е ср} = 15,93 кВт;

H_и = 10,6 кВт/1 пог. м.

,

, кг/кВтч.

Технологическая индивидуальная норма расхода электроэнергии:

g = H_иg_e = 10,60,388 = 4,11 кг/1 пог. м, на 0,33 кг превышает 3,79 кг/1 пог. м. или на ~ 8% норму, рассчитанную в п. 4.3.

6. Нормирование расхода топлива на передвижных и стационарных дизельных электростанциях

Планирование потребления топлива в геологоразведочных организациях осуществляется на основе анализа статистических данных за предшест­вующий период. Однако, отчетные данные потребителей топлива не могут являться объективными, так как на их величину влияют: а) квалифика­ция обслуживающего персонала и зависящее от неё техническое состояние двигателей; соответствие регулировок двигателя техническим условиям, своевременное техническое обслуживание, ремонт и др.; б) режим нагруз­ки приводных двигателей; в) условия эксплуатации.

Технически обоснованный метод расчёта расхода топлива должен от­вечать следующим требованиям: а) учитывать переменный характер на­грузки, т. е. быть применимым для частичных режимов; б) для удобства пользования в расчётные формулы должны входить только те параметры двигателя, которые указываются в технических характеристиках; в) учи­тывать атмосферные условия, в которых эксплуатируется оборудование.

Часовой расход топлива (кг/ч) двигателем внутреннего сгорания можно подсчитать по формуле:

G_т = g_eN_e, (117)

где g_e - удельный расход топлива, кг/кВтч; N_e - эффективная мощ­ность двигателя, кВт.

Из формулы (5.1) видно, что в зависимости от развиваемой мощ­ности при постоянной частоте вращения часовой расход топлива изменя­ется пропорционально удельному расходу. Однако удельный расход топ­лива в зависимости от нагрузки величина непостоянная. Минимальная величина удельного расхода соответствует номинальному значению мощности (рис. 6). С уменьшением нагрузки удельный расход резко возрас­тает. Причиной резкого увеличения g_e на частичных нагрузках является уменьшение механического кпд. На режиме холостого хода, когда эф­фективная мощность равна нулю и _м = 0, величина удельного расхода топлива стремится к бесконечности.

Таким образом, для того чтобы рассчитать расход топлива на любом частичном режиме нагрузки, необходимо знать величину удельного рас­хода топлива, соответствующую данной нагрузке. Зависимость показате­лей двигателя от нагрузки при постоянной частоте вращения вала двига­теля называется нагрузочной характеристикой, которая снимается на тор­мозном стенде.

Рассмотрим методы расчёта расхода топлива, применяемые в других отраслях промышленности.

В нефтяной промышленности при эксплуатационном и разведочном бурении пользуются методикой КраснодарНИПИнефть ¹. Расход топлива дизеля (т/ст. сут) для привода технологического оборудования определяется по формуле:

, (118)

где g_ен и N_ен - номинальные значения соответственно удельного расхода топлива и мощности буровой установки; К – коэффициент использования двигателя по времени и мощности. K = K_вK_н,

где K_в – коэффициент использования двигателя по времени; K_н - коэф­фициент использования мощности.

Если формулу (118) представить в виде, описывающем часовой расход топлива, то K_в = 1 и, следовательно,

G_т = g_енN_енK_н, (119)

Так как произведение g_енN_ен = G_тн, то формулу (119) можно пере­писать в виде: G_т = G_тнK_н,

из которой следует, что часовой расход топлива на холостом ходу двига­теля равен нулю, а удельный расход топлива независимо от нагрузки - постоянная величина. Это противоречит действительности.

В формуле (118) произведение номинальной мощности на коэффициент использования есть средняя потребляемая мощность буровой уста­новки, т. е.

N_{е ср} = N_енK.

Если К  1, то N_е  N_ен, т. е. имеет место частичный режим нагрузки, при котором удельный расход топлива отличается от номинального, т. е. g_е  g_ен.

¹Инструкция по нормированию топливно-энергетических ресурсов в нефтяной промышленности. Краснодар, 1975.

Рис. 6. Нагрузочная характеристика двигателя

Таким образом, формула (118) справедлива только для номи­нального режима нагрузки при непрерывной работе (при К = 1). Для частичных режимов нагрузки в формулу (118) следует подставлять величину удельного расхода топлива, соответствующую для данного двигателя нагрузке, равной N_е.

Для этого необходимо иметь характеристику показа­телей данного двигателя в зависимости от его мощности.

Как правило, в технических характеристиках на двигатели внутреннего сгорания в справочной литературе указываются параметры, соответст­вующие режиму номинальной мощности N_ен, G_тн, g_ен, _мн и др.

Можно ли по этим данным рассчитать расход топлива на каком-то частичном режиме мощности, соответствующем средней нагрузке двига­теля за определенный период или цикл работы?

Первую такую попытку сделал в 1936 г. А.А. Вознесенский, который на основании статистической обработки нагрузочных характеристик ди­зелей различной мощности и конструкции получил формулы часового и удельного расходов топлива для любого частичного режима нагрузки, выражаемого коэффициентом нагрузки:

; (120)

, (121)

где К_н = (N_е/N_ен)100 - доля нагрузки, %.

Один из существенных недостатков формул А.А. Вознесенского то, что числовые коэффициенты являются осреднёнными величинами, не учитывающими особенностей конструкции конкретного типа дизели.

Формулы Н.А. Корсуна¹, полученные в результате статистической обработки регуляторных характеристик тракторных дизелей, имеют вид прямой (для часового расхода) и обратной (для удельного расхода) зависимостей:

; (122)

, (123)

где  и -коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя; К_н=(N_е/N_ен)100- доля нагрузки, %.

Пользоваться формулами (122) и (123) невозможно, так как число­вых значений коэффициентов, относящихся к дизелю определённого типа или конструкции, в справочной литературе нет.

__________________________________________

¹ Корсун Н.А. Определение тяговой характеристики сельскохозяйственного трактора общего назначения. - Тракторы и сельхозмашины, 1981, №6, с. 6-8

Кроме указанных выше недостатков, формулы А.А. Вознесенского и Н.А. Корсуна не учитывают влияния изменения атмосферных условий на мощность и, следовательно, на расход топлива.

Однако параболическая формула А.А. Вознесенского хорошо описы­вает характер изменения расхода топлива от нагрузки и её можно принять за основу.

Для исключения указанных выше недостатков в формулу (120) не­обходимо ввести коэффициент, характеризующий тип или конструкцию дизеля, каковым является механический кпд двигателя, и коэффици­енты, учитывающие влияние изменения атмосферных условий на индика­торную и эффективную мощность двигателя, т, е. К_x и _к.

Введя указанные коэффициенты в формулу (120) и произведя соот­ветствующие преобразования, получим формулу для расчёта расхода ус­ловного топлива (кг) в любых атмосферных условиях одним агрегатом с известным значением механического кпд двигателя:

, (124)

где g_енг - номинальный удельный расход топлива, кг/кВтч (определяет­ся по паспорту двигателя); N_енг - номинальная мощность двигателя, кВт (определяется по паспорту двигателя); _мн -механический кпд дви­гателя (определяется по паспорту двигателя); K₁ = 1,45 - коэффициент перевода дизельного топлива в условное; Т - продолжительность расчёт­ного периода работы двигателя, ч; - коэффициент нагрузки, в долях единицы; N_ex - мощность дизеля в данных атмосферных условиях, соответствующая режиму средней нагрузки агре­гата за расчётный период, кВт; Р_нг - номинальная мощность электрогенератора, кВт; Р_ср - средняя мощность электростанции за расчётный пе­риод (кВт), определяемая по формуле:

P_ср = W/T, (125)

где W - количество электроэнергии, выработанной дизель-генератором за расчётный период времени T, кВтч.

Мощность дизеля, соответствующая режиму средней нагрузки, подсчитывается по формуле:

N_ех = _ср/_эг, (126)

где _эг - кпд электрогенератора (определяется по табл.20).

Если в паспорте на дизель-электрический агрегат нет характеристики приводного двигателя, можно для расчёта расхода топлива воспользовать­ся данными общей характеристики агрегата.

Таблица 20

Тип генератора	Номинальная мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	Коэффициент полезного действия при 100 %-от нагрузке
ДГС-81-ЧЩФ2	12	1500	0,83
ДГС-82-ЧЩФ2	20	1500	0,83
ДГС-91-ЧЩФ2	30	1500	0,84
ДГС-92-ЧЩФ2	50	1500	0,86
ПС-93-Ч	75	1500	0,88
ГСФ-100	100	1500	0,91
ГСФ-200	200	1500	0,92
ГСД-15-36-16	630	375	0,93
446/12-12 (Шкода)	300	500	0,94