Материалы сайта
Это интересно
Проектирование судового дизеля
1. Расчёт цикла судового дизеля В качестве топлива для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо следующего элементарного состава: углерода C – 86 %; водорода H – 13%; кислорода O – 1%. Низшая теплотворная способность топлива принимается равной: [pic] ккал/кг [pic] кДж/кг. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяется по формуле: [pic] моль/кг. Коэффициент избытка воздуха при горении для двигателя с неразделенной камерой сгорания принимается равным [pic]. Действительное количество воздуха в цилиндре на 1 кг топлива: [pic] моль/кг. Количество продуктов сгорания 1 кг топлива: [pic] моль/кг. Теоретический коэффициент молекулярного изменения: [pic]. Для более правильного выбора средней скорости поршня, величину которой необходимо знать для дальнейшего расчета цикла, производим предварительное определение основных размеров двигателя. Диаметр цилиндра определяется по формуле: [pic] м, где [pic] л.с. – номинальная эффективная мощность двигателя; [pic] – среднее эффективное давление: [pic] кгс/см2 [pic] МПа; [pic] об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала; [pic] – коэффициент, учитывающий тактность двигателя; [pic] – число цилиндров; [pic]. Ход поршня будет равен: [pic] м. Средняя скорость поршня: [pic] м/сек. Для дальнейших расчётов принимаю: давление и температура наружного воздуха – [pic] кгс/см2 [pic] МПа; [pic] К; среднее значение показателя политропы сжатия – [pic]; среднее значение показателя политропы расширения – [pic]; отношение площади сечения цилиндра к площади проходного сечения впускного клапана – [pic]; cтепень сжатия – [pic]. Средняя скорость протекания воздуха в проходном сечении впускного клапана равна: [pic] м/сек. Температуру наддувочного воздуха определяют по формуле: [pic] К, где [pic] – адиабатный КПД компрессора. Для снижения температуры наддувочного воздуха устанавливаем холодильник. Принимаем: [pic] К. Давление в начале сжатия при работе двигателя с наддувом,определяется по формуле: [pic] кгс/см2 [pic] МПа, где [pic] – коэффициент, учитывающий вредные сопротивления во впускном тракте. Температура воздуха в начале сжатия: [pic] К, где [pic] К – величина подогрева воздуха от стенок рабочего цилиндра; [pic] К – температура остаточных газов; [pic] – коэффициент остаточных газов. Давление и температура в конце сжатия определяются по формулам: [pic] кгс/см2 [pic] МПа; [pic] K. Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле: [pic]. Эффективный КПД двигателя определяется по формуле: [pic]. Удельный эффективный расход топлива равен: [pic] кг/э.л.с.(ч [pic] кг/кВт(ч. Действительный коэффициент молекулярного изменения будет равен: [pic]. Количество молей смеси свежего заряда воздуха с остаточными газами до горения равно: [pic] моль/кг. Количество молей продуктов сгорания 1кг топлива: водяных паров [pic] моль/кг; углекислого газа [pic] моль/кг; кислорода [pic] моль/кг; азота [pic] моль/кг. Сумма: [pic] моль/кг. Средняя мольная изохорная теплоёмкость воздуха в интервале температур от 0 до [pic] будет равна: [pic] ккал/моль(град. Средняя мольная изобарная теплоёмкость смеси продуктов сгорания 1кг топлива определяется по формуле: [pic] где [pic] моль. Температура в конце сгорания [pic] определяется из уравнения: [pic]. В целях упрощения расчета для двигателей с небольшим коэффициентом остаточных газов [pic] можно принять, что теплоёмкость остаточных газов, обозначенная в уравнении сгорания [pic], равна теплоёмкости воздуха, и приняв [pic], уравнение сгорания примет упрощённый вид:[pic] [pic]. Степень повышения давления при сгорании [pic], входящая в уравнение сгорания, определяется в зависимости от принимаемой величины максимального давления цикла [pic]. Принимаем: [pic] кг/см2 [pic] МПа. [pic]. Также принимаю: [pic]; [pic]. Т.о. получается квадратное уравнение относительно [pic]: [pic] К. Степень предварительного расширения: [pic]. Температура и давление в конце расширения определяются с учётом [pic] по формулам: [pic] K; [pic] кгс/см2 [pic] МПа. Среднее индикаторное давление расчётного цикла определяю по формуле: [pic] Учитывая неполноту индикаторной диаграммы, среднее индикаторное давление будет равно: [pic] кгс/см2 [pic] МПа,[pic] где [pic] – коэффициент полноты диаграммы. Принимаем: [pic] – механический КПД. Определяем среднее эффективное давление: [pic] кгс/см2 [pic] МПа. Удельный индикаторный расход топлива определяется по формуле: [pic] кг/и.л.с.(ч [pic] кг/кВт(ч. Удельный эффективный расход топлива: [pic] кг/э.л.с.(ч [pic] кг/кВт(ч. Соответственно индикаторный и эффективный КПД будут равны: [pic]; [pic], где 632 – тепловой эквивалент работы 1 л.с. в течение часа. Окончательное значение диаметра цилиндра двигателя определяется по формуле: [pic] м. Окончательно принимаем: [pic] мм. Тогда длина хода поршня: [pic] м [pic] мм. Следовательно: [pic]. Среднее значение тепловой нагрузки цилиндра можно определить по формуле: [pic] где [pic] – коэффициент, показывающий, какая часть выделенного в цилиндре тепла передаётся охлаждающей жидкости. При газотурбинном наддуве двигателя, когда турбонаддувочный агрегат кинематически не связан с валом двигателя, мощность газовой турбины, работающей на отработавших газах двигателя, равна мощности наддувочного компрессора. Расход воздуха двигателем: [pic] кг/сек, где [pic] – коэффициент избытка продувочного воздуха. Работа адиабатного сжатия 1 кг воздуха в наддувочном компрессоре от давления [pic] до давления [pic]: [pic] кгс(м/кг. Действительная работа сжатия в наддувочном компрессоре: [pic] кгс(м/кг, где [pic] – КПД компрессора. Мощность, затрачиваемая на приведение в действие наддувочного компрессора: [pic] л.с. [pic] кВт. Расход газов через турбину: [pic] кг/сек. Работа адиабатного расширения 1 кг газов от давления перед турбиной [pic] до давления за турбиной [pic] равна: [pic] ккал/кг, где [pic] ккал/кг(град – средняя весовая теплоемкость газов; [pic] кгс/см2 [pic] МПа – давление газов перед турбиной; [pic] кгс/см2 [pic] МПа – давление газов за турбиной; [pic] – показатель адиабатного расширения газов в турбине; [pic] – температура смеси газов в выпускном коллекторе, которая определяется по формуле: [pic] К, где [pic] ккал/кг(град – средняя мольная теплоёмкость воздуха при температуре [pic] К; [pic] ккал/кг(град – средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре газов в выпускном коллекторе [pic] К; [pic] ккал/кг(град – средняя мольная теплоёмкость смеси газов с воздухом. Мощность газовой турбины: [pic] л.с. [pic] кВт, где [pic] – эффективный КПД газовой турбины. Таким образом: [pic]. По данным расчёта рабочего цикла двигателя производим построение индикаторной диаграммы. Для её построения по оси абсцисс откладываем относительные величины объёмов, а по оси ординат – давления в цилиндре. При этом полный объём цилиндра в масштабе диаграммы будет равен: [pic], где [pic] – объём камеры сжатия цилиндра двигателя; [pic] – рабочий объём цилиндра. Величину A принимаем равной 150 мм. Масштаб давлений: 1 кгс/см2 [pic] мм. Так как у двигателя степень сжатия известна [pic], то в масштабе диаграммы будем иметь: [pic] мм; [pic] мм. Зная параметры точек a и c наносим их на диаграмму. Параметры промежуточных точек процесса сжатия а-с определяем как точки политропного процесса с показателем [pic]. Величина [pic]известна из расчёта цикла: [pic]. [pic]; [pic]. Величине [pic] придаём значения от 1 до [pic]. Результаты расчёта представлены в таблице. Таблица 1.1 Расчёт процесса сжатия |[pic] |1 |1,2 |1,4 |1,6 |1,8 |2 |2,2 |2,4 |2,6 |2,8 |3 |3,5 |4 | |V |150 |125 |107 |93,8|83,3|75 |68,2|62,5|57,7|53,6|50 |42,9|37,5| |p |1,93|2,47|3,05|3,66|4,29|4,95|5,64|6,35|7,08|7,83|8,6 |10,6|12,7| | | |[pic] |4,5 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |11 |12 |13 |14 |15 | | |V |33,3|30 |25 |21,4|18,8|16,7|15 |13,6|12,5|11,5|10,7|10 | | |p |14,9|17,2|22,1|27,2|32,6|38,3|44,2|50,3|56,7|63,2|69,9|76,8| | Откладывая в масштабе давлений величину [pic], находим точку z( при значении абсциссы [pic]. Точки с и z( соединяем прямой линией. Абсциссу точки z определяем так: [pic] мм, где [pic] – степень предварительного расширения. Точки z и z( также соединяем прямой линией. Параметры точки b в масштабе диаграммы равны: [pic] мм; [pic] мм. Построение линии расширения производим аналогично построению линии сжатия. Давление любой точки политропы расширения определяем так: [pic], где [pic] – среднее значение показателя политропы расширения. Отношению [pic] придаём значения от 1 до [pic]. Результаты расчёта представлены в таблице. Таблица 1.2 Расчёт процесса расширения |[pic] |1 |1,2 |1,4 |1,6 |1,8 |2 |2,2 |2,4 |2,6 |2,8 |3 |3,5 |4 | |V |150 |125 |107 |93,8|83,3|75 |68,2|62,5|57,7|53,6|50 |42,9|37,5| |p |6,29|7,86|9,48|11,2|12,9|14,7|16,5|18,3|20,2|22,1|24 |29 |34,1| | | |[pic] |4,5 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |10,8| | | | | | | | | | |7 | | |V |33,3|30 |25 |21,4|18,8|16,7|15 |13,8| | |p |39,4|44,8|56 |67,6|79,5|91,8|104,|115 | | | | | | | | | |4 | | | Процессы наполнения и выпуска наношу на диаграмму прямыми линиями, параллельными оси абсцисс, на расстоянии от неё: [pic] мм; [pic] мм. Так как дизель с наддувом, то линия 1 кгс/см2 (атмосферная линия) располагается ниже линий впуска и выпуска.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15