Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3. мет.пособие по курс. проекту СЭУ 2012 Белов

.doc
Скачиваний:
58
Добавлен:
15.02.2015
Размер:
1.51 Mб
Скачать

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Беломорско-Онежский филиал ФГОУ ВПО «СПГУВК

Специальность: 190502

«Эксплуатация транспортных энергетических установок (на водном транспорте)»

Курс: 3 Судомеханическое отделение

Методическое пособие по выполнению курсового проекта

По дисциплине: «Судовые энергетические установки и их эксплуатация»

Раздел: «Теоретические основы работы дизелей»

Тема проекта: поверочный тепловой расчет.

Задание для курсового проекта:

  1. Марка двигателя. 2. Мощность двигателя Квт

3. Обороты двигателя. Об\мин 4. Давление сжатия. Мпа

5. давление сгорания Мпа 6. Давление наддува Мпа

6. степень сжатия ε

7. Удельный эффективный расход топлива geзад = г/кВт·ч

8. Среднее эффективное давление Peзад = МПа

Преподаватель А.В. Белов

Литература:

  1. КУПРИЯНОВ Д. Ф. „Теория судовых двигателей внутреннего сгорания".

  2. ГОГИН А. Ф. КУПРИЯНОВ Д. Ф. КИВАЛКИН Е. Ф. «Судовые дизели» 1988 г.

3. К.Л. Ржепецкий. Е.А. Сударева судовые двигатели 1984 судостроение

4. информация из ИНТЕРНЕТ по данной теме.

5. Государственная морская академия имени адмирала С.О.Макарова, Кафедра ДВС и АСЭУ,

2010. рекомендации по выполнению курсового проекта.

6. САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

Методические указания по тепловому расчету. Санкт-Петербург 2003

ПЕТРОЗАВОДСК-2011

Методические указания предназначены для студентов дневного отделения судомеханического отделения, а также для студентов вечерней и заочной форм обучения Беломорско-Онежского филиала , специализирующихся по ДВС и судовым дизельным установкам, которые выполняют расчет рабочего цикла дизельного двигателя в курсовом проектировании ..

В указаниях приведена общая схема расчета четырех- и двухтактных двигателей с наддувом и без наддува. Даются необходимые пояснения по порядку расчета и по выбору исходных параметров в зависимости от типа двигателя и его назначения. Расчет цикла завершается определением технико-экономических показателей двигателя- прототипа по заданным агрегатной мощности и оборотам и построением индикаторной диаграммы, являющейся базой для расчетов динамики, прочности и тепло-массообмена.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Тепловой расчет рабочего цикла дизельного двигателя (Д) позволяет определить основные параметры и показатели, характеризующие работу цилиндров и агрегатов воздухоснабжения проектируемого поршневого или комбинированного турбопоршневого ДВС.

Построенная по результатам расчета индикаторная диаграмма используется в последующих динамических и прочностных расчетах, а также в расчетах газо- и теплообмена .

Поверочный тепловой расчет двигателя

  1. Проектная эффективная мощность двигателя, кВт:

Neзад = =

Где :

  1. Число цилиндров

n- число оборотов в мин.

m- коэффициент тактности ( для 2-х тактных-1, для 4-х тактных--2)

D- диаметр цилиндра,м S- ход поршня ,м

  1. ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ

Тепловой расчет проводится для стандартных атмосферных условий.

Стандартными атмосферными условиями для судовых дизелей являются

(стандарт ISO 3046 / :

№п\п

параметр

Обозна-

чнение

Размер-

ность

величина

примечание

1

Температура окружающей среды

Т0

0К (0С)

Tо = 273 + t0 = 300 К = 27 С

2

барометрическое давление,

Р0

Мпа

    1. (750 мм.рт.ст.

100кпа

3

Относит. влажность воздуха,

%

60

Процесс наполнения:

Конечными параметрами процесса наполнения являются:

4

давление в конце наполнения-

начала сжатия

Ра

Мпа

расчет

5

температура конца наполнения-

начала сжатия

Та

0К

расчет

6

коэффициент наполнения

ηн

--

расчет

7

Коэффициент остаточных газов

r

Принято

8

Температура остаточных газов

Tr

0С

принято

9

Степень сжатия

ε

--

Задано

10

Давление наддува

Рn

Мпа

задано

температура конца наполнения ( для ДВС без наддува) определяется по формуле:

Ta = = 0К (1.1)

Тип двигателя

Та, °К

Четырехтактные дизели: без наддува

с наддувом Двухтактные дизели Карбюраторные двигатели

310—340 320—380 310—300 340—400

Где:

Ts = Т0 + ∆tво = 300+10 0К (1.2)

∆tво - подогрев во всасывающем коллекторе----------15 0 С (принимаем)

tст = Подогрев воздуха от стенок цилиндра

для четырехтактных без наддува 15—20° С, для четырехтактных с наддувом и

двухтактных 5—10° С. (принимаем для двигателя, указанного в задании).

r = Коэффициент остаточных газов ,

Для четырехтактного двигателя c наддувом  = 0,01 . . . 0,02 (для СОД) и 0,02 . . . 0,04 (для ВОД)  (принимаем для двигателя указанного в задании).

Tr = Температура остаточных газов -----------

Тип двигателя

Тr °C

Двухтактные Четырехтактные: тихоходные быстроходные Карбюраторные

700—750

700—770 770—850 850—900

------------ C (принимаем).

В двигателях с наддувом воздух нагревается (до 150 0С в зависимости от величины давления наддува) от сжатия в турбокомпрессоре. Для увеличения плотности воздуха в случае нагрева воздуха более 500С устанавливают воздухоохладитель, через который проходит забортная вода.

Определяем давление конца наполнения—Ра.

Для двигателей без наддува: Ра= (0.85-0.98) Р0 Мпа

Принимаем------

Давление конца наполнения для двигателей с наддувом:

Pа=(1-дn) Pn = (1-0.3) Рn= Мпа

дn - относительная потеря давления из-за сопротивления впуску ( воздушный холодильник, проходное сечение клапанов -0.015 Мпа)

степень сжатия- отношение полного объема цилиндра

к объему камеры сжатия. ε = Va\ Vc = ( рис. 51,52)

Марка двигателя

ε

Марка двигателя

ε

6ЧН31.8/33

11÷12,5

8ЧР24/36

14,4

6ЧР30/38

14,5

6ЧСП17 5/24

14,8

6ЧР30/38

14,5

4ЧСП17,5/24

14,8

6ЧР42,5/60

12

4ЧС24/36

14,4

6ЧР29/43

13

2Ч10/14

20,0

6ЧСП23/30

15

4Ч10/14

20,0

8ЧСП23/30

15

6ЧСП12/14

14

6ЧСП15/18

14,5÷15

4ЧС13/18

13÷14

4414,5/20,5

15,5

11,3

6ЧРП25/34

13÷14

М-50.

13,5

6Ч18/22

14÷14,5

6ЧРН25/34

13

6Ч Н18/22

14 ÷14,5

К-157 12/14

13÷14,5

2Ч10,5/13

17÷18

ЗД6Н

14÷15

4Ч10,5/13

17÷18

ЗД12Н

14÷15

6Ч10,5/13

17÷18

6Л275В

12,1

8ЧР27,5/36

14,2

6Л160ПН

14,4

R6DV148

14,4

DMR; 6NVD26

12,5

6ЧР27.5/36

14,2

DMB; 6КУД436

13,5

Различают также действительную степень –меньше теоретической, так как при ее расчете учитывается величина потерянного хода поршня ( сжатие начинается после закрытия всасывающего клапана в 4-тактных, или закрытия продувочных в 2-тактных ДВС).

В расчетах применяем значение степени сжатия ,указанной в задании.

определяем коэффициент наполнения цилиндра- ηн

как видно из графика,чем меньше обороты ДВС,тем выше

коэффициент наполнения ( дизель ЯМЗ 236).

ηн = ε/(ε-1) ∙ pа/ po То / Та ∙ 1/ (1+ γr ) =

  1. ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Так как процесс сжатия политропный, то величины, характеризующие начало и окончание его, связаны между собой уравнением политропы

рс= ра ε п 1. Тс= Та ε п1- 1.

увеличение диаметра цилиндра, степени сжатия и числа оборотов повышает показатель политропы --n1. По опытным данным n1 изменяется в судовых дизелях за рабочий цикл от 1.5 до 1 1.

В расчетах принимаем среднее значение, для дизелей показатель политропы сжатия находится в пределах n1 = 1.34- 1.42

№п\п

параметр

Обозна-

чнение

Размер-

ность

величина

примечание

11

Давление конца сжатия

Рс

МПа

Расчет

12

Температура конца сжатия

Тс

0К

расчет

13

Показатель политропы сжатия

n1

--

принимаем

Таблица 12

Тип двигателя

рс, кГ/см2

Тихоходные дизели

28—32

Дизели средней быстроходности

32—35

Быстроходные дизели

35—45,^

Тихоходные дизели с наддувом

30—60

Дизели средней быстроходности с наддувом

40— 80

'Быстроходные дизели с наддувом

50—80

Карбюраторные двигатели

5—10

Расчет показателя политропы сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия

К1=

Показатель политропы сжатия n1=k1 Принимаем n1=

Температура в конце сжатия, К:

Тип двигателя

п 1

Быстроходные дизели

Тихоходные дизели

Карбюраторные двигатели

1,38÷1,42

1,34÷1,37 1,25÷1,36


Тс = Та ·  n1-1 =

Температура конца сжатия у дизелей находится в пределах Тс = 750—850° К, а у карбюраторных двигателей Тс= 500—600° К-

Давление в конце сжатия, МПа:

Pc = Pa ·  n1 =

Погрешность расчета, МПа:

Pc = Pc – Pcзад = Допустимое отклонение +/- 0,3 МПа.

Процесс сгорания:

Для современных д.в.с. оптимальная продолжительность процесса сгорания составляет примерно 0,02—0,0025 сек. Поршень при этом к кон­цу сгорания успевает переместиться по направлению к н.м.т. на расстоя­ние, соответствующее около π/12 рад (15°) поворота кривошипа после в.м.т.

№п\п

параметр

Обозна-

чнение

Размер-

ность

величина

примечание

14

Температура сгорания

Tz

0К

Расчет

15

Давление сгорания

Pz

МПа

расчет

16

Коэффициент избытка воздуха

α

--

принимаем

17

Степень повышения давления

--

Расчет

18

Низшая теплота сгорания топлива

Qнр

кДж/кг

расчет

График реального процесса сгорания – изменения давления Р и температуры Т в цилиндре.

т.1- начало подачи топлива (угол опережения подачи).

Т.2- конец сжатия.

Т.3- максимальное давление сгорания –Pz

Т.4- конец догорания на такте расширения. - Тz

Для определения количества воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, а также количества образующихся продуктов сгорания необходимо знать состав топлива.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания – для топлива среднего состава принимается равным 0,495 кмоль/кг; для топлива принятого состава рассчитывается по приведенной формуле.

Топливо дизельное ( массовый состав):

Массовое содержание углерода С = 0,87

Массовое содержание водорода Н = 0,126

Массовое содержание серы S = 0,02

Массовое содержание кислорода O = 0,04

Массовое содержание азота N = 0,0017

Молярная масса кислорода в воздухе 02 = 32 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса азота в воздухе N2 = 28 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса воздуха ( 0.23+0.77=1), кг/кмоль:

в = 0,23·02 + 0,77·N2 = 0,23·32 + 0,77·28 = 28,92.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива,

Кмоль\кг :

Lо===0,560 кмоль\кг

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

Lo′= =

Коэффициент избытка воздуха выбирается в зависимости от числа оборотов.:

Для МОД - 1.8-2.2, СОД- 1.6-2.0 , ВОД- 1.5-1.8

Принимаем α-

Действительное кол-во воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

L = ·Lo =

Коэффициент использования тепла в точке “z” z = (принимаем).

Коэффициент использования тепла в точке “z” : для тихоходных двс-- 0.85-0.9

для быстроходных двс—0.65-0.85

z = (принимаем).

Степень повышения давления при сгорании составляет: МОД –  = 1,1...1,25; СОД –  = 1,2....1,35; ПОД, ВОД – =1,45...1,7; АТД с разделенными и полуразделенными камерами сгорания –  = 1,3...1,45, с неразделенными КС –  = 1,4 ...1,8. Если получающиеся значения  не укладываются в заданные пределы, целесообразно скорректировать принятое значение Рz

Степень повышения давления по прототипу в задании:

пр = = принимаем=

Степень повышения давления при сгорании составляет: МОД –  = 1,1...1,25; СОД –  = 1,2....1,35; ПОД, ВОД – =1,45...1,7; АТД с разделенными и полуразделенными камерами сгорания –  = 1,3...1,45, с неразделенными КС –  = 1,4 ...1,8. Если получающиеся значения  не укладываются в заданные пределы, целесообразно скорректировать принятое значение Рz.

Химический (теоретический) коэффициент молекулярного изменения:

o = 1 + =

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

z = =

Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов при температуре Tc, кДж/(кмоль·К):

(См)с  (См)возд =19,26 + 0,00251∙Tс =

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг:

Qнр = 33915·С + 125600·Н – 10886·(О – S) – 2512·(9·H )=

=

находится в приблизительно в пределах 40000- 42000

Ro = 8,315 кДж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная

(Сp)z = (Сv)z + Ro – средняя мольная изобарная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Тz.

(Сv)z = = – средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Тz.

Уравнение сгорания в общем виде:

,

После подстановки численных значений и решив квадратное уравнение сгорания: .

Тz = =

Тип двигателя Т z0K

1800—2000 (2200) 1700—1900 2200—2500

1800—2100

Б ыстроходные дизелиТихоходные дизели Карбюраторные двигатели Газовые двигатели

Вскобках указано значениеTz для быстроходных двигателей, работающих на форсированном режиме. Однако следует учесть, что повышение температуры Тг свыше 2000° К нежелательно вследствие возникающей при этом усиленной диссоциации газов.

.

Процесс расширения и выпуска

- это основной рабочий (полезный) ход поршня двигателя и проходит с теплообменом,т.е. это политропный процесс. В начальной стадии (объем Z1-Z) расширения после ВМТ происходит догорание топлива и,считается ,что давление сгорания остается постоянным.объем этого периода оценивается коэффициентом степени предварительного расширения- .

№п\п

параметр

Обозна-

чнение

Размер-

ность

величина

примечание

18

Степень предварительного расширения

---

расчет

19

Степень последующего расширения

---

расчет

20

Давление конца расширения

Pb

МПа

расчет

21

Температура конца расширения

Tb

0K

Расчет

22

Давление начала выпуска

Рв1

МПа

Принимаем

23

Показатель политропы расширения

n2

расчет

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и на обработку персональных данных.

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку