KP_SGEO_Dizelya

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ Филиал «Санкт-Петербургского государственного морского технического университета»

СЕВМАШВТУЗ

Кафедра №7 СЕВМАШВТУЗ«Океанотехника и энергетические установки»

Самохин В.С.

СГЭО: СУДОВЫЕ ДИЗЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ И ГАБАРИТНЫЙ РАСЧЁТ

Северодвинск

2011

Самохин В.С. СГЭО: Судовые дизеля: Учеб. Пособие. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2011. – 61 с.

Ответственный редактор: профессор Лычаков А.И., заведующий кафедрой

СЕВМАШВТУЗ
“Океанотехника и энергетические установки”.
Рецензенты:	к.т.н., доцент Мюллер О.Д;
	зам. главного конструктора ПКБ ОАО «ПО «СЕВМАШ»
	Спиридонов Ю.В.

Пособие соответствует дисциплине СД.03 «СГЭО: Судовые дизеля», направлению 659900 «Кораблестроение и океанотехника» высшего профессионального образования, для подготовки инженеров.

Данное пособие содержит краткие теоретические положения и методические указания для выполнения курсовой проекта по дисциплине «СГЭО: Судовые дизеля».

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 180103 – судовые энергетические установки.

Печатается по решению редакционно-издательского Совета Севмашвтуза.

ISBN Севмашвтуз, 2011 г.

1. Оглавление

1.	Введение.........................................................................................................		4
2.	Организация проектирования и оформление проекта.................................		5
3.	Теоретические основы...................................................................................		7
	3.1	Идеальные циклы поршневых двигателей и термический КПД ..........	7
СЕВМАШВТУЗ			12
	3.2	Рабочие и расчётные циклы двигателей внутреннего сгорания. ........
	3.3	Процесс наполнения..............................................................................	14
	3.4	Процесс сжатия......................................................................................	19
	3.5	Самовоспламенение и сгорание............................................................	23
	3.6	Расширение ............................................................................................	31
	3.7	Выпуск ...................................................................................................	34
	3.8	Мощность и экономичность дизеля .....................................................	34
4.	Определение эффективной мощности главных двигателей......................		37
	4.1	Совместная работа главных двигателей и движетелй в судовом
	пропульсивном комплексе .............................................................................		37
5.	Выбор главного двигателя ..........................................................................		42
6.	Габаритный расчёт дизеля ..........................................................................		43
7.	Тепловой расчёт...........................................................................................		45
	7.1	Процесс наполнения..............................................................................	45
	7.2	Процесс сжатия......................................................................................	49
	7.3	Самовоспламенение и сгорание............................................................	50
	7.4	Процесс расширения .............................................................................	54
	7.5	Процесс выпуска....................................................................................	54
	7.6	Построение индикаторной диаграммы.................................................	55
	7.7	Параметры, характеризующие рабочий цикл ......................................	58
8.	Исходные данные ........................................................................................		59
9.	Список используемой литературы..............................................................		60

10.Приложения .............................................................................................. 61

2.Введение

Судовая энергетическая установка (СЭУ) предназначена для обеспечения движения судна и снабжения необходимой энергией всех судовых потребителей. От СЭУ существенно зависят экономические

СЕВМАШВТУЗпоказатели транспортного судна, уровень его строительной стоимости и текущих эксплуатационных затрат по содержанию. Затраты на СЭУ в

среднем составляют 20...35 % общей строительной стоимости судна и 40...60 % затрат на содержание судна на ходу. Кроме того, основные качества

транспортных судов – безопасность плавания, мореходность и провозоспособность – в значительной мере обеспечиваются СЭУ. В связи с этим проектирование СЭУ является одним из важнейших этапов создания судна.

Механизмы и оборудование СЭУ, предназначенные для обеспечения движения судна, составляют главную энергетическую установку (ГЭУ). Основными элементами ГЭУ являются главный двигатель, валопровод и движитель.

Источники электроэнергии с первичными двигателями, преобразователями и передаточными трассами составляют электроэнергетическую установку.

Технические комплексы, обеспечивающие различные судовые нужды (опреснение воды, паровое отопление, кондиционирование воздуха и т.д.), относятся к вспомогательной установке.

Функционирование главной, вспомогательной и электроэнергетической установок обеспечивается различными системами, основными из которых являются топливные, масляные, охлаждения, сжатого воздуха, газоотвода и др.

Анализ состава мирового коммерческого флота показывает, что в качестве СЭУ на транспортных судах в основном используются дизельные

установки с малооборотными и среднеоборотными дизелями.

Это объясняется в первую очередь их высокой энергетической эффективностью. Коэффициент полезного действия дизеля достигает 50%, что определяет его топливную экономичность. Дизели надёжны в работе, просты в обслуживании и ремонте, имеют ограниченный расход воздуха, мало подвержены влиянию атмосферных условий. Они обладают

СЕВМАШВТУЗсравнительно низким температурным уровнем, простотой дистанционного автоматического управления. Положительными качествами дизелей

являются их быстрый запуск, высокая приемистость, значительный тормозной момент, что особенно важно для транспортных установок. Судовые двигатели большой и средней мощности могут работать на тяжёлом топливе, цена которого на мировом рынке значительно ниже цены дизельного топлива.

3. Организация проектирования и оформление проекта

Выполнение курсового проекта является важнейшим этапом обучения студентов по дисциплине «СГЭО: Судовые дизеля» и имеет своей целью систематизацию, закрепление и расширение теоретических знаний и практических навыков самостоятельной работы с технической литературой в ходе анализа и расчётов, приобретение творческих навыков при самостоятельном решении технических и технологических задач, подготовку к дипломному проектированию.

Разработка конструкторской и технологической документации курсового проекта включает в себя два этапа: оформление расчётнопояснительной записки; выполнение чертежей. Первой страницей расчётнопояснительной записки является титульный лист; второй – задание на курсовое проектирование, подписанное руководителем курсового проекта. Пояснительная записка выполняется на бумаге формата А4 (210 297), объём записки 35...45 страниц.

Тема курсового проекта – главный двигатель СЭУ транспортного судна. Для выполнения этой работы исходным материалом может служить

конструктивный прототип современного двигателя, рабочие параметры и конструкция которого близка к указанным в задании.

Расчётно-пояснительная записка должна содержать:

• титульный лист;

• задание на курсовой проект (в т.ч. и № зачётной книжки);

СЕВМАШВТУЗ
• оглавление записки с указанием страниц;
•	краткое описание ГЭУ и систем, обеспечивающих работу главного
	двигателя;
• определение эффективной мощности главных двигателей;
• выбор конструктивного прототипа и основных параметров двигателя;
•	расчёт рабочего цикла;
• построение расчётной индикаторной диаграммы;
• динамический расчёт, включающий силовой анализ, определение степени
	неравномерности вращения вала двигателя, построение диаграмм
	движущих и касательных усилий;
• определение махового момента и главных размеров маховика;
• расчёт прочности деталей двигателя, включающий расчёты коленчатого
	вала, шатуна и деталей поршневой группы;
	В графическую часть проекта входят следующие чертежи,
выполняемые на трех листах формата А1:
•	поперечный разрез дизеля;

• принципиальные схемы систем, обеспечивающих работу дизеля; Дополнительные диаграммы и графики изображаются на

миллиметровой бумаге формата А4 или с помощью прикладного программного обеспечения и составляют часть пояснительной записки.

Расчёты и оформление графического материала производятся в соответствии с системой СИ, ГОСТов и ЕСКД.

4. Теоретические основы

4.1 Идеальные циклы поршневых двигателейитермическийКПД

В поршневых двигателях внутреннего сгорания топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующаяся при сгорании топлива смесь газов представляет собой рабочее тело. Работа совершается за счёт расширения газов и их давления на поршень. При помощи поршня и кривошипно-шатунного механизма потенциальная энергия рабочего тела (газов) преобразуется в механическую энергию вращения вала двигателя.

Физические макроскопические величины, характеризующие состояние рабочего тела, называют термодинамическими параметрами состояния или просто параметрами состояния. Основными параметрами состояния

являются давление	, температура			и удельный объём .
Для равновесного состояния газа, при котором в любой момент
времени давление, температура и удельный объём по всей массе газа имеют
одни и те же значения. Между				,	и	существует однозначная связь,
определяемая уравнением состояния, которое записывается в виде:
для 1 кг газа				=	;		(1)
для произвольной массы			газа			;
для 1 кмоля газа				=
для кмолей газа				= 8314		;
В этих формулах			– абсолютное давление газа, Па; – удельный
объём газа, м3/кг;				= 8314			(2)
	– газовая постоянная, Дж/(кг·К), равная 8314/ ; –
СЕВМАШВТУЗ
абсолютная температура газа, К;				– соответственно объём газа и 1 кмоля
газа, м3 и м3/кмоль;		–	масса	, газа, кг; 8314 – универсальная газовая
постоянная, Дж/(кмоль·К);			– молекулярная масса газа, кг/кмоль.

Изменение состояния газа называется термодинамическим процессом. В этом процессе могут изменяться одновременно все или отдельные параметры газа. Процессы, которые завершаются возвращением рабочего тела в первоначальное состояние, называются круговыми (замкнутыми) процессами или циклами.

СЕВМАШВТУЗПри исследовании циклов двигателей внутреннего сгорания вводится ряд упрощений, реальные процессы заменяются более или менее

тождественными термодинамическими, т.е. рассматриваются идеальные циклы ДВС. Основные допущения сводятся к следующему:

• рабочим телом служит идеальный газ;

• состав массы газа за цикл остаётся без изменений, т.е. идеальный газ, находящийся в цилиндре, претерпевает только физические изменения; процессы наполнения и выпуска газа отсутствуют;

• теплота подводится к газу извне от «горячего» источника, а не в результате сгорания топлива в цилиндре;

• отвод теплоты производится к «холодному» источнику, а не из-за удаления продуктов сгорания из цилиндра;

• потери теплоты в окружающую среду, на трение и т.п. не принимаются во внимание; все процессы рассматриваются как равновесные и обратимые; сжатие и расширение газа – адиабатные процессы, отвод тепла в цикле изохорный.

ДВС имеют три основных цикла с разными способами подвода теплоты к газу:

1.при постоянном объёме;

2.при постоянном давлении;

3.смешанном, в котором теплота сначала подводится при постоянном

объёме (изохорно), а затем при постоянном давлении (изобарно). Основные характеристики циклов:

Степень сжатия – отношение объёма цилиндра в начале сжатия к объёму цилиндра в конце процесса сжатия

=

Степень повышения давления – отношение давления в конце подвода

теплоты к давлению в конце процесса сжатия
	=
СЕВМАШВТУЗсоотношениями между параметрами в процессах цикла:
Степень предварительного расширения					– отношение объёма газа в
конце подвода теплоты	к объёму камеры сжатия
	=
Степень последующего расширения					– отношение объёма в конце
процесса расширения	к объёму газа в конце подвода теплоты
	=
Из последнего выражения следует, что						.
Теоретический цикл со смешанным				подводом теплоты изображён на
					=

рис.1. Он состоит из процессов адиабатного сжатия АС, изохорно-изобарного подвода теплоты СZ’Z, адиабатного расширения ZB и изохорного процесса отвода теплоты BA.

Количество

теплоты

,

подводимой

к

1 кг

газа, складывается из

Количество =

′ + ′′

=

(

−

) +

(

−

).

изохорно

′

и изобарно

′′

, т.е.

теплоты, воспринятой газомили

′

′

теплоты, отведённой от газа в изохорном процессе равно

Термический КПД цикла

определяется по формуле

=

(

−

).

=

−

= 1 −

(3)

Подставим в формулу (3) значения

и

и воспользуемся известными

=

;

=

;

=

;

=

;

= .

СЕВМАШВТУЗ
Рис.1 Теоретический цикл ДВС со смешанным подводом теплоты						(4)
= 1 − 1 ∙			− 1		,
После преобразований получим:			− 1 + (	− 1)
где – показатель адиабаты.

Рассмотренный цикл является идеальным циклом бескомпрессорных тихоходный дизелей. Он был предложен в 1904 г. русским инженером Г.В. Тринклером и поэтому называется циклом Тринклера.

Идеальным циклом бескомпрессорных быстроходных дизелей и карбюраторных ДВС служит цикл с изохорным подводом теплоты (цикл Отто). Из диаграммы цикла (рис.2) видно, что он состоит из двух адиабат

(сжатия АС, расширения ZB) и двух изохор (подвода теплоты CZ и отвода
BA). В этом цикле объём газа в процессе подвода теплоты не меняется,
поэтому	= 1, = . Термический КПД цикла Отто можно получить из

формулы (4), подставив в неё значение :