СДВС_курсовой / МКП2

Состав “чистых” продуктов сгорания: доля СО₂: ; доля водяных паров: ;

доля диоксида серы: ; доля азота:, где М_о - количество “чистых” продуктов сгорания 1кг топлива, кмоль/кг: М_о=.

Молярная теплоемкость рабочего тела в конце такта сжатия:

На такте расширения: молярная доля “чистых” продуктов сгорания в составе рабочего тела: , здесь x= отношение массы сгоревшего топлива к массе цикловой подачи. Доля воздуха: .

Молярная теплоемкость рабочего тела в точке Z расчетного цикла:

Показатель политропы сжатия (определяется методом последовательных приближений): n₁= 1 + , где: - универсальная газовая постоянная, кДж/(кмоль·К),

=µ_air R_air= 8,314 кДж/(кмоль·К)_,0...0,045, n₁=1,35...1,37.

Давление конца сжатия: р_с=р_t·, р_с=5,5...10,0 МПа.

Температура конца сжатия: Т_с=Т_t·_, Т_с=750...1100 К.

Температура в точке Z расчетного цикла: Т_z= , где:

Z= , здесь: Q_н=, , определяется по формуле Д.И. Менделеева. Для дизельного топлива Q_н = 42700 ; Т_Z=1800...2200 К; _Z=0,75¸0,85, при =1,2¸1,4 для МОД; _z=0,7¸0,8 при =1,4¸2,2 для СОД и ВОД.

Температура Т_y =l×Т_с и давление р_y=р_с в точке расчетного цикла соответственно.

Показатель политропы расширения:

n₂ = 1+, где:

коэффициент использования теплоты при достижения объема ; степень последующего расширения ; степень предварительного расширения; .

Здесь []=1,2…1,6, если не в этом поле, снова задаться .

Параметры расчетного цикла в конце расширения: =, =, = 0,25…0,8 МПа; = 900…1200 К.

Среднее индикаторное давление расчетного цикла:

кПа, скругленного цикла: , где для неразделенных камер сгорания, а - для разделенных.

Индикаторный и эффективный КПД: , h_е = h_i × h_м,

здесь: = ; = L_o×m_air= L_o×28,97, R_air= = 0,287 .

Удельные индикаторный и эффективный расходы топлива, кг/(кВт×ч):

b_i= , b_е=., b_е=0,25…0,18 кг/(кВт×ч).

Диаметр цилиндра и ход поршня : = , м; , кПа;

к = 2 для 4-хтактных ДВС; к=1 для 2-хтактных ДВС; Р_е, кВт; p = 3,1416; n=n_ен,;

= 1,2 ¸1,7 (у современных быстроходных дизелей = 1,0 1,1,. например, 6ЧН 26/26);

Ход и средняя скорость поршня: s = , м; , м/с, z – число цилиндров.

Определение основных размеров топливного насоса и форсунки.

Цикловая подача топлива на номинальном режиме:

=, см³, где: г/см³ – плотность топлива при нормальных условиях.

Цикловая подача топлива на режиме максимальной мощности: см³, где:

, цилиндровая мощность двигателя, Р= , кВт.

Выбирается отношение объема, вытесняемого плунжером, к объему, подаваемому форсункой, и отношение хода плунжера к диаметру.

Диаметр плунжера d_H и его ход h_H: d_H = , см, h_H = × d_H , см.,

где . Максимальная скорость истечения топлива из сопловых отверстий форсунки: W_c’=, W¹_c =250-350 м/с; р_f =(40-60)×10⁵, н/м²; 0,8-0,9.

Суммарное сечение сопловых отверстий форсунки: fс = , где: 1,5-2,0 м/с, с=0,60,75. Диаметр сопловых отверстий: dc =, здесь =1 (вихрекамерные СДВС); =5-10 (неразделенные камеры сгорания).

3.2. Тепловой расчет газодизеля

Результаты расчета зависят от запальной дозы дизельного топлива, которая колеблется от 20 до 35% для двигателей с газовоздушным смесителем, при качественном регулировании газовоздушной смеси; от 10 до 25% для двигателей с подачей газа в цилиндры в процессе впуска воздуха, при количественном регулировании состава газовоздушной смеси; от 5 до 10% для двигателей с турбонаддувом и с подачей газа под давлением выше p_int посредством газового клапана в камеру сгорания при наполнении цилиндра после продувки, т.е. при количественном регулировании состава газовоздушной смеси. У газодизелей при дозе запального дизельного топлива от 1 до 5% газ подается в камеру сгорания под высоким (до 20 МПа) давлением через специальную форсунку, которая служит и для подачи запальной дозы дизельного топлива. Здесь после подачи запальной дозы с некоторой задержкой, приблизительно равной периоду задержки самовоспламенения дизельного топлива, подается газовое топливо. Этим исключается явление детонации, когда происходит неуправляемый процесс сгорания стехиометрической смеси газового топлива с воздухом при его подаче первыми тремя способами.

Для работы газодизеля при количественном регулировании состава газовоздушной смеси на номинальном режиме коэффициент принимается от 1,5 до 1,8. При качественном образовании газовоздушной смеси регулируют лишь подачу газа в газовоздушный смеситель посредством газовой заслонки. Если запальная доза дизельного топлива доходит до 30%, то в расчетах принимают в пределах 1,9¸2,0. Низкие значения здесь приведут к неполному сгоранию запальной дозы дизельного топлива в газовоздушной среде и к выбросу сажи в отработавших газах.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг природного газа (табл. 1), вычисляют по формуле:

воздуха в кг для сгорания 1 кг газа: , где: = 16,04 - молярная масса метана СН₄.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг дизельного топлива вычисляют по формуле для L₀ теплового расчета дизеля, т.е. =L₀, при относительной дозе запального дизельного топлива q, относительная доза газового топлива будет равна g₂=1-g. Тогда теоретически необходимое количество воздуха для сгорания смеси газа и дизельного топлива согласно закону Дальтона: =q×+ q×.

Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг газодизельного топлива: ×, .

Количество “чистых” продуктов сгорания при работе газодизеля, :

+++, =

=, =0,21(), =0,79_.

Химический коэффициент молекулярного изменения ,

действительный коэффициент молекулярного изменения ,

Далее расчет ведется по методике теплового расчета дизеля.

Состав “чистых” продуктов сгорания определяется по формулам:

, , , (в газовом топливе серы практически нет), здесь М_о=++0,79, .

Средний состав природного газа в %.

Таблица 1.

Месторождение	СH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	N2
Елшанское	93,2	0,7	0,6	0,6	0,5	4,4	47500
Ухтинское	88	1,9	0,2	0,3	-	9,3	46800
Дашавское	97,8	0,5	0,2	0,1	0,05	1,3	52000
Курдюмское	92,2	0,8	-	0,1	-	6,0	48000

3.3. Определение запаса газового топлива

Рассчитав цикловую подачу дизельного топлива на номинальном режиме работы дизеля, вычисляют часовой расход запальной дозы дизельного топлива. Если двигатель работает на минимально устойчивых оборотах холостого хода только на запальной дозе дизельного топлива (примерно 30% от b_е), а остальное время в черте города используется лишь 70-80% номинальной мощности, то часовой расход газа вычисляют по формуле: , , здесь n, мин^-1 - частота вращения коленчатого вала газодизеля при его работе на номинальной мощности; z-число цилиндров; , цикловая подача газа при работе газодизеля на номинальной мощности. Если природный газ находится в баллонах емкостью 50л под давлением до 20 МПа, по уравнению Клайперона определяют массу газа в баллоне: где: R=0,519 газовая постоянная метана; Т=300К – температура окружающей среды; P, кПа; V, м³.

При работе от заправки до заправки газовых баллонов в течение назначенного срока (, час), вычисляют необходимое количество баллонов:

Для дальних рейсов использование баллонов КПГ крайне не выгодно вследствие частых заправок, поэтому вместо количества газовых баллонов, вычисляют размеры или вместимость изотермического бака (криогенная емкость).

Известно, что плотность сжиженного природного газа (СПГ) 0,43 В зависимости от дальности следования судна от заправки до заправки вычисляют объем криогенной емкости для СПГ. Как правило, масса стандартной емкости для СПГ приблизительно численно вдвое больше ее литража.

По результатам теплового расчета на листе 1 графической части проекта строят индикаторную диаграмму, а полученные на основании этого расчета основные размеры двигателя используются при выполнении его продольного и перечного разрезов.

Индикаторная диаграмма строится в координатах рV с масштабом по оси абсцисс 200 мм, а по оси ординат – 120% - 100% от этой величины. Порядок построения диаграммы рис.3:

1. Отмечают крайние положения поршня – точки, соответствующие В.М.Т. и Н.М.Т., т.е. V_c и V_t.

2. По оси ординат откладывают значения давлений р_r, р_t, р_с, р_y, р_в. Положение точки z определяют по степени предварительного расширения :

V_z= _

3. Строят политропы сжатия и расширения, пользуясь зависимостями:

- для политропы сжатия,

- для политропы расширения.

Задаваясь значениями промежуточных объемов V_x на отрезке V_s=V_t –V_c определяют величины давлений р_x .На участках перегиба политроп количество промежуточных точек увеличивают.

4. Наносят линии впуска и выпуска, расстояние между которыми условно увеличивают до 0,5 мм.

5. Производят скругления диаграммы в 3-х зонах – около точек с, y, z и в, отмечая на теоретической индикаторной диаграмме соответствующие точки начала впрыска и сгорания топлива, фаз газораспределения. При их нахождении на диаграммах пользуются методом Брикса и данными двигателя - прототипа.

15