Как считается мощность двигателя

• Дом
• Решения
  • Принцип навигации
    • Глава 1: Земля
    • Глава 2: Параллельный и плоскостной парусный спорт
    • Глава 4: Парусный спорт
    • Глава 5.Морская Астрономия
    • Глава 8: Время
    • Глава 9: Высоты
    • Глава 11: Позиционные линии
    • Глава 12. Восход и установка небесных тел

Как рассчитать мощность на основе работы и времени

2. Образование
3. Наука
4. Физика
5. Как рассчитать мощность на основе работы и времени

Стивен Хольцнер

Иногда это не просто сумма работы, которую вы делаете, но скорость, с которой вы делаете работу, это важно. В физике понятие силы дает вам представление о том, сколько работы вы можете ожидать за определенное время.

Сила в физике - это количество выполненной работы, деленное на время, которое требуется, или из расчета работы.Вот как это выглядит в форме уравнения:

Предположим, у вас есть две быстроходные катера равной массы, и вы хотите знать, какая из них позволит вам развить скорость до 120 миль в час быстрее. Игнорируя глупые детали, такие как трение, вам понадобится столько же работы, чтобы достичь этой скорости, но сколько времени это займет? Если на одну лодку уходит три недели, чтобы разогнать вас до 120 миль в час, это может быть не то, что вы берете на гонки. Другими словами, объем работы, которую вы выполняете за определенное время, может иметь большое значение.

Если работа, выполненная в любой момент, меняется, вы можете рассчитать среднюю работу, выполненную за время т. Среднее значение в физике часто пишется с чертой над ним, как в следующем уравнении для средней мощности:

Мощность - это работа или энергия, деленная на время, поэтому мощность имеет единицы в джоулях / секунду, которые называются Вт - - привычный термин для любого, кто использует что-либо электрическое. Вы сокращаете ватт как просто W, поэтому 100-ваттная лампочка преобразует 100 джоулей электрической энергии в свет и тепло каждую секунду.

Иногда вы сталкиваетесь с физическими конфликтами символов, такими как W для ватт и W для для работы. Однако этот конфликт не является серьезным, поскольку один символ предназначен для единиц (ватт), а другой - для концепции (работы). Использование заглавных букв является стандартным, поэтому обязательно обращайте внимание на единицы, а не на понятия.

Обратите внимание, что поскольку работа и время являются скалярными величинами (они не имеют направления), мощность также является скаляром.

Скажем, например, что вы находитесь в санях, запряженных лошадьми, по дороге к дому вашей бабушки.В какой-то момент лошадь разгоняет сани, на которых вы находитесь, с общей массой 500 килограммов с 1,0 метра в секунду до 2,0 метра в секунду за 2,0 секунды. Сколько энергии занимает движение? При условии отсутствия трения на снегу, общая работа на санях, согласно теореме о рабочей силе, составляет

Подключение номеров дает вам

Поскольку лошадь выполняет эту работу за 2,0 секунды, необходимая мощность составляет

Одна лошадиная сила - 745.7 ватт, так что лошадь выдает примерно половину лошадиных сил - неплохо для открытых саней с одной лошадью.

Об авторе книги

Стивен Хольцнер, доктор философии, был редактором журнала PC Magazine и преподавал в MIT и Корнелльском университете. Он написал Physics II для чайников , Physics Essentials для чайников и Quantum Physics для чайников .

Как оценивается энергопотребление корабля?

Одним из наиболее важных этапов процесса проектирования судна является оценка, расчет и оптимизация требований к мощности судна. Зачем? Потому что мощность корабля является решающим фактором для многих других аспектов отрасли - как рынка, так и окружающей среды.

Корабль с более высокими требованиями к мощности автоматически потребует большее количество топлива для каждого рейса, что приводит к увеличению расходов на топливо для владельца.Кроме того, в соответствии с последними тенденциями, общая эффективность судна количественно определяется индексом энергоэффективности (EEDI). Чем меньше EEDI корабля, тем выше эффективность корабля с экологической и социальной точек зрения. Поскольку EEDI судна пропорционально требуемой мощности, проектировщики всегда предпочитают всячески снижать требования к мощности судна. Это уменьшает EEDI и, в свою очередь, снижает углеродный след корабля.

Прежде чем мы перейдем к основной теме этой статьи, позвольте мне рассказать вам, о чем эта статья.В этой статье мы сначала рассмотрим способы определения требований к мощности для судовых дизельных двигателей и дизельных электрических силовых установок (обратите внимание, что методы оценки номинальной мощности для обеих систем весьма отличаются друг от друга). Какими бы разными они ни были, первый шаг всегда один и тот же, независимо от типа двигательной установки, которая должна использоваться на корабле, как обсуждается ниже.

Первый шаг: рассчитать сопротивление корабля

Чтобы рассчитать сопротивление корабля, первым шагом является проведение испытания буксирующего танка.В случае новых корпусов, буксировка танка предпочтительна. Однако, если форма корпуса проектируемого корабля уже была испытана в танке, предпочтительно следовать методу масштабирования (который мы скоро обсудим).

При испытании в буксирующем баке сопротивление модельной шкалы определяется на компьютере каретки. Затем это масштабируется до масштаба судна с использованием набора шагов, рекомендованных Международной конференцией по буксировке танков (ITTC).

Буксирный танк, тем не менее, обеспечивает сопротивление корабля без оголовка.Сопротивление воздуха, Сопротивление из-за Приложений и Корреляционный допуск добавляются, чтобы получить Общее Сопротивление корабля. Это общее сопротивление при умножении на скорость корабля дает эффективную мощность корабля (P _E ).

Интересный совет: Если вы теперь оцените двигатели корабля на полученную эффективную мощность, корабль должен двигаться с расчетной скоростью. Правильно? Но если бы вы действительно это сделали, корабль сможет работать только на скорости ниже этой.Мы обсудим причину, как мы продолжим.

Второй этап: выбор типа двигательной установки судна

Это один из самых решающих этапов всего процесса. Выбор неправильного типа двигательной установки может привести к экономической катастрофе для корабля в будущем. Многолетний опыт и исследования дали нам четкое представление о том, какой тип тяги следует предпочитать на судах различного типа.

Дизельно-механическое движение является предпочтительным на большинстве грузовых судов, для которых требуются операции на малой скорости и более низкие эксплуатационные расходы (эксплуатационные расходы для мазута, используемого в судовых дизельных двигателях, меньше, чем эксплуатационные расходы дизельных электрических силовых установок).В последнее время медленное отпаривание стало эффективным методом противодействия последствиям морской рецессии, и поэтому дизельное движение является предпочтительным на большинстве грузовых судов (сухогрузы, нефтяные танкеры, контейнеровозы).

Дизельное электрическое двигательное устройство предпочтительнее на судах, которым требуется больше электроэнергии (например, круизным судам требуется больше электроэнергии для работы своих объектов, на буровых кораблях, для которых требуется система динамического позиционирования в течение большей части времени работы, и т. Д.), А также на судах, которые требуют бесперебойной работы. операции с переменным крутящим моментом (например, буксиры).Это одно из самых заметных преимуществ дизель-электрического двигателя. Там, где дизельные механические движители не обеспечивают высокую эффективность при всех моментах, дизельные электрические движители могут работать с высокой эффективностью практически при всех изменениях крутящего момента.

Рисунок 1: Операции с переменным крутящим моментом для дизельных двигателей и электродвигателей (Изображения предоставлены: Изображение доктора Хироясу KIFUNE)

Из приведенного выше графика видно, что крутящий момент, создаваемый двигателем (дизельным двигателем), изменяется в зависимости от скорости ,То есть более высокий крутящий момент может быть получен только при более высоких рабочих скоростях. Но если требуются более высокие крутящие моменты (для гребного винта) на более низких скоростях (как в случае буксиров и систем динамического позиционирования), то выделяется электродвигатель (который используется в дизельных электрических силовых установках).

Третий шаг: оценка характеристик двигателя или дизельного генератора

для механического двигателя дизельного двигателя:

Помните вопрос, который мы подняли в приведенном выше совете? Почему корабль не будет работать на проектной скорости, если мы оценим двигатели на эффективную мощность?

> Сопротивление, рассчитанное по результатам испытаний буксирующего танка, представляет собой только сопротивление оголенного корпуса, т. Е. Влияние пропеллера не учитывалось выше.Принимая во внимание, что, когда пропеллер работает позади корабля, мы должны учитывать следующее:

Сопротивление корабля возрастает по сравнению со значением, рассчитанным в состоянии голого корпуса. Пропеллер должен работать с крутящим моментом, достаточным для преодоления этого увеличения сопротивления, а также для того, чтобы судно могло преодолеть свое сопротивление голому корпусу.

Следовательно, из-за потерь в винте мощность, подводимая к винту (P _D ) на выходе вала, должна превышать эффективную мощность (P _E ).Отношение эффективной мощности к поставляемой мощности называется квазипульсивным коэффициентом (QPC). QPC обычно колеблется от 0,55 до 0,65.

> Мощность на выходе двигателя (т.е. на входе в вал) не полностью получается на выходе на валу. Это из-за трения и тепловых потерь, которые происходят по всей длине вала. Они называются потерями вала. Потери на валу обычно принимаются за 2 процента.

> В случае небольших судов, где обычно используются двигатели с высокой частотой вращения, редукторы используются для уменьшения частоты вращения вала или работают на различных оборотах.Потери, вызванные коробкой передач, классифицируются как потери коробки передач. Потери коробки передач колеблются от 4 до 5 процентов.

> Сопротивление, оцененное на этапе проектирования, не учитывает влияние волн. Из-за действия волн фактическое сопротивление на корабле выше, чем в условиях спокойной воды. Следовательно, запас в 15 процентов рассматривается как запас по морю, а мощность двигателя оценивается таким образом, чтобы он превышал запас по морю.

> Всегда желательно поддерживать удельный расход мазута как можно ниже.Для судовых дизельных двигателей удельный расход мазута (SFOC) является минимальным, когда число оборотов двигателя соответствует 85% от максимальной продолжительной производительности (MCR). Это означает, что расчетная скорость должна быть достигнута не при номинальной MCR, а при 85% MCR. Таким образом, для получения MCR учитывается соответствующий коэффициент 0,85.

В следующей таблице приведены расчеты, которые используются для получения номинальной мощности двигателя от эффективной мощности двухмоторного судна с использованием следующих факторов:

Эффективная мощность двухмоторного судна

Для дизель-электрических Привод: , , ,

. Я расскажу об основных компонентах дизельной электрической тяги в той степени, в какой это позволяет читателю на предварительном этапе понять, что мы будем обсуждать при оценке номинальной мощности дизельной электрической тяги. двигательная установка.

Основными компонентами дизельной электрической силовой установки являются:

Дизельные генераторы, трансформаторы, электродвигатели и нагрузки. Теперь нагрузка на систему может быть двигательной установкой с приводом от электродвигателя или носовым подруливающим устройством или любым компонентом нагрузки гостиницы (освещение, вентиляция и кондиционирование воздуха и т. Д.).

Рисунок 2: Основные компоненты дизель-электрической двигательной установки

В этом случае электродвигатели, гребные винты и другие нагрузки вместе образуют нагрузку всей силовой установки.Но следует учитывать, что не все нагрузки будут работать в любых условиях. Например,

В гавани тяговые нагрузки будут отсутствовать, тогда как гостиничные нагрузки будут присутствовать.

В случае операций динамического позиционирования будут работать как гостиничные грузы, так и движители. Так что в этом случае нагрузка на дизель-генераторы будет максимальной.

Итак, нам нужно будет рассчитать общую потребляемую мощность, прежде чем принимать решение о количестве дизель-генераторов, необходимых для выполнения всех условий.Как только будет определена общая мощность, количество дизельных генераторов будет определяться на основе определенных принципов, которые мы обсудим позже.

Во-первых, чтобы рассчитать общую потребляемую мощность, проектировщики готовят диаграмму нагрузки, в которой перечислены все электрические нагрузки на судне. И график нагрузки подготовлен с учетом трех условий эксплуатации в целом:

Парусный спорт, порт и маневрирование.

В диаграмме нагрузки требования к мощности каждой электрической нагрузки на судне рассчитываются путем умножения максимальной номинальной мощности компонента на два коэффициента:

Коэффициент нагрузки: Это отношение рабочей мощности к максимальная номинальная мощность компонента.

Коэффициент полезности: Это коэффициент, который определяет степень работы конкретного компонента в определенном состоянии.

Например, для оборудования рулевого механизма:

Коэффициент полезности для оборудования рулевого механизма

Обратите внимание, что коэффициент полезного действия составляет 0,8 в условиях плавания и маневрирования , но 0 в состоянии гавани , поскольку в гавани рулевой механизм не используется. Таким образом, вклад оборудования рулевого механизма в общую потребляемую мощность в условиях плавания будет равен нулю.

Таким же образом, как показано выше, таблица нагрузки подготовлена ​​для всех электрических компонентов на судне. Пример того же образца будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 3: Диаграмма электрической нагрузки

После того, как диаграмма нагрузки будет подготовлена, общая потребность в мощности для каждого из трех условий (Парусный спорт, Гавань и Маневрирование) рассчитывается путем сложения Требуемая мощность для каждого компонента для каждого из условий (см. рисунок 4). Как только это станет ясно, теперь мы обратимся к рисунку 4, чтобы понять, как определяется общее количество дизель-генераторов.

Рисунок 4: Определение общего №. of of generators

При выборе количества генераторов необходимо соблюдать два правила:

• Если в каком-либо состоянии работает более одного генератора, оба генератора должны распределять одинаковую нагрузку.
• Нагрузка на каждый генератор в любом из трех условий не должна превышать 70 процентов от номинальной мощности генератора. (или максимальная мощность каждого генератора определяется исходя из условия, что семьдесят процентов максимальной мощности больше, чем нагрузка на генератор в любом из трех условий)
• Всегда должен быть один дополнительный генератор быть включенным, что для резервной цели. Обратите внимание, что этот резервный генератор не будет распределять нагрузку ни в одном из трех перечисленных выше условий, если только один из работающих генераторов не вышел из строя. Таким образом, резервный генератор не включен в приведенный выше расчет, но он обычно имеет тот же рейтинг, что и другие генераторы.

Этот процесс повторяется путем изменения номинальной мощности и различного числа генераторов до тех пор, пока не будут выполнены два первых условия, указанных выше, и не будет получена ситуация, аналогичная той, что показана на рисунке 4.Рекомендуется проанализировать первые два условия, используя приведенный выше рисунок, чтобы понять его из первых рук.

Теги: Процесс проектирования Судовой генератор

Смотрите также

• 
  Как узнать какой двигатель стоит
• 
  Как повысить компрессию в дизельном двигателе без разборки
• 
  Рабочий объем двигателя на что влияет
• 
  Кубы в двигателе что означает
• 
  Двигатель к4м какое масло заливать в
• 
  Как выставить зажигание на 4 тактном двигателе мотоблока
• 
  Как работает датчик температуры двигателя
• 
  Посоветуйте какое хорошее масло заливать в двигатель 40905 уаз патриот
• 
  Как работает 2х тактный двигатель мотоцикла
• 
  Какой двигатель на уаз патриот 2007 года
• 
  Какое масло лучше заливать в турбированный бензиновый двигатель