Тепловой расчет дизельного двигателя
Проектирование дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом‚ на основе двигателя прототипа марки Д200. Сравнительный анализ полученных данных, расчёт теплового баланса двигателя. Построение диаграмм теоретического и индикаторного цикла ДВС.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.03.2019 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
двигатель дизельный тепловой баланс
В курсовой работе выполнен теоретический и действительный тепловой расчет дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом‚ на основе двигателя прототипа марки Д200, включающий в себя сравнительный анализ полученных данных, расчёт теплового баланса двигателя и на основании выполненных расчетов выполнены диаграммы теоретического и индикаторного цикла ДВС и регуляторной характеристики технико-экономических показателей двигателя прототипа.
Введение
Перевозка грузов по железнодорожным путям является не только распространенным видом доставки, но и экономически очень выгодным, поскольку стоимость такой перевозки гораздо ниже автомобильного и других видов транспорта.
Дизель-генераторы нашли свое применение на тепловозах очень давно. Повышение мощности, надежности, являются современными тенденциями в тепловозостроении.
Цель данного курсовой работы состоит в овладении методикой и навыками самостоятельного решения по проектированию и расчету а двигателей внутреннего сгорания на основе приобретенных знаний при изучении дисциплины теории рабочих процессов поршневых двигателей.
Для достижения поставленной цели в курсовой работы необходимо решить следующие задачи:
- определить параметры рабочего тела;
- рассчитать процессы впуска, газообмена, сжатия, сгорания и расширения;
- определить индикаторные параметры рабочего цикла и эффективные показатели двигателя;
- рассчитать тепловой баланс двигателя;
- построить индикаторную диаграмму и регуляторную характеристику дизеля;
- рассчитать теоретический цикл ДВС;
- привести сравнительную характеристику теоретического и рабочего циклов.
1. Выбор исходных данных для расчета ДВС
Необходимо произвести тепловой расчет рабочего цикла двигателя с параметрами, которые даны в задании:
- номинальная мощность, = 1300 кВт;
- номинальная частота вращения коленчатого вала, = 1000 мин-1;
- степень сжатия, = 15.
При выборе величин опытных параметров обычно ориентируются на их значения у аналогичных двигателей, а при отсутствии таковых на усредненные
данные из литературы с соответствующей корректировкой, учитывающей особенности проектируемого двигателя
В качестве рекомендуемого прототипа задан двигатель Д200, технические характеристики которого представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Технические характеристики двигателя Д200
|
Тип двигателя |
Дизельный |
|
|
Число тактов |
Четыре |
|
|
Число цилиндров |
Шесть |
|
|
Расположение цилиндров |
L -образное |
|
|
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм |
200х280 |
|
|
Рабочий объем, л |
52,75 |
|
|
Степень повышения давления в турбокомпрессоре |
5 |
|
|
Номинальная мощность брутто, кВт |
1200 |
|
|
Максимальный крутящий момент брутто, Н•м |
11668 |
|
|
Частота вращения коленчатого вала, мин-1: |
||
|
номинальная |
1000 |
|
|
при максимальном крутящем моменте, мин-1 |
1000 |
|
|
Удельный расход топлива, г/кВт•ч, не более |
191 |
Принимая во внимание прототип двигателя, указанный преподавателем в задании на курсовую работу, а также учитывая особенности модельного ряда среднеоборотных рядных дизельных двигателей Д200 предназначеных для использования в: пропульсивных комплексах судов; маневровых, маневрово-вывозных и горочных тепловозах; электростанциях малой энергетики в мощностном диапазоне 500-1500 кВт.
Согласно ГОСТ данный двигатель за время 6-часовой работы на номинальном режиме должны допускать возможность работы с перегрузкой не менее 10% номинальной мощности в течении не менее 1ч.
Самостоятельно выбираем для проведения теплового расчета следующие исходные данные:
- давление и температуру окружающей среды - P0, T0;
- элементарный углеводородный состав топлива, соответственно содержание в топливе углерода - C, водорода - Н2, кислорода - О2, %.
Таблица 2 - Стандартные параметры для теплового расчета.
|
Давление окружающей среды, P0 |
0,1МПа |
|
|
Температура окружающей среды, Т0 |
293К |
|
|
Элементарный массовый состав дизельного топлива среднего состава |
С=0,87; Н=0,126 О=0.004 |
|
|
Отношение давления наддува Рk к давлению в выпускном коллекторе Pp, Pk/Pp |
1,43 |
|
|
Коэффициент использования тепла в точке z, оz |
0,85 |
|
|
Коэффициент использования тепла в точке b, жb |
0,9 |
2. Расчет основных параметров действительных процессов двигателя
2.1 Расчет параметров такта «впуска» и «выпуска» четырехтактного ДВС
Такты «впуска» и «выпуска» четырехтактного ДВС характеризуется следующими параметрами:
- давление в конце впуска,
- температура в конце впуска,
- давление в точке r индикаторной диаграммы,
- температура в конце выпуска,
- коэффициент избытка воздуха,
- коэффициент наполнения,
- коэффициент остаточных газов,.
-Давление воздуха после наддува
где р- степень повышения давления в компрессоре.
Тогда, при выполнении расчета и анализа результата необходимо принять степень повышения давления в компрессоре равному
коэффициент, учитывающий перепад давления, который возникает во впускном тракте двигателя, в ходе такта впуска.
коэффициент гидравлических сопротивлений впускного тракта, учитывающий местные гидравлические сопротивления от воздухоочистителя, карбюратора, интеркулера, впускного клапана и различных поворотов коллектора, а также сопротивления по длине впускного коллектора. Этот коэффициент для современных ДВС приблизительно находится в пределах от 2,5…4. Для проектировочных расчетов двигателей его можно рассчитать по эмпирической формуле, предложенной профессором Салминым В.В., которая имеет вид:
При сжатии воздуха в компрессоре происходит повышение его температуры, которая определяется по формуле:
где показатель адиабаты для воздуха, принимаем
адиабатный к.п.д компрессора, принимаем
Если после компрессора применяется охладитель (интеркулер), то величина температуры на впуске в двигатель составит:
где степень тепловой эффективности охладителя, принимаем
средняя линейная скорость движения воздуха во впускном тракте двигателя , м/с. Она ориентировочно может быть определена по формуле предложенной профессором Салминым В.В.:
плотность воздуха на впуске для двигателей с наддувом будет определяться по формуле:
применение интеркулера во впускном тракте двигателя вызывает падение давления на величину :
потери давления на впуске, МПа, определяемые по известной из гидродинамики формуле:
- Давление в точке "а" индикаторной диаграммы
Рассчитав по предыдущим формулам параметры давления в точке «а» индикаторной диаграммы переходим к определению температуры в конце такта впуска.
?Давление остаточных газов в конце такта выпуска для дизельных и бензиновых двигателей с наддувом, определяется по зависимости:
?Температура газов в конце такта выпуска
По опытным данным, температура остаточных газов Tr составляет для четырехтактных дизелей с наддувом от 700 ...1000К.
В тепловом расчете после определения параметров рабочего цикла в конце расширения Tb и Pb целесообразно проверить величину Tr по приближенной формуле.
В ходе расчета курсовой работы было обнаружено расхождение значений Tr, полученные по эмпирической и приближенной формулах, более чем на 5%, следовательно, расчет цикла повторяем с принятым значением Tr=740K.
изменение температуры заряда при движении во впускном тракте. При выполнении ориентировочных расчётов изменение температуры заряда может быть определено по формуле:
?Коэффициент остаточных газов для двигателя с наддувом определяется по формуле:
?Температура в точке "а" индикаторной диаграммы может быть определена по известной формуле:
?Коэффициент наполнения
Коэффициент наполнения hv судовых четырехтактных с наддувом дизелей имеет значения в пределе от 0,85 ... 0,95.
Коэффициентом наполнения hv называется отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр Gд, к тому количеству воздуха Gh, которое могло бы разместиться в рабочем объеме цилиндра Vh при температуре и давлении перед впускными клапанами.
2.2 Расчет параметров такта сжатия и процесса сгорания свежего заряда
Процесс сжатия в цикле предназначен для повышения давления и температуры заряда в цилиндре с целью обеспечения надежного самовоспламенения и эффективного сгорания впрыскиваемого топлива на всех режимах работы, а также для увеличения перепада температур в цикле с целью повышения его КПД.
Такт сжатия и процесс сгорания характеризуются следующими параметрами:
- давление в конце такта сжатия, , МПа;
- температура в конце такта сжатия, , К;
- давление в конце процесса сгорания, , МПа;
- температура в конце процесса сгорания, , К;
- показатель политропы сжатия, n1;
- степень повышения давления, ;
- степень предварительного расширения, .
Поскольку тепловой расчет рабочего цикла по методу Гринивецкого-
Мазинга основан на термодинамическом описании процессов, то непременным условием этого является необходимость определения теплоемкости рабочего тела в характерных точках цикла, а именно в конце сжатия в точке с, в конце видимого сгорания в точке z и в конце расширения в точке b.
Теплоемкость физического тела есть одно из его термодинамических свойств и представляет собой отношение количества теплоты ?Q, сообщаемого телу, к вызываемому при этом соответствующему изменению температуры ?T этого тела
Дж/К.
Отношение теплоемкости к массе тела называют удельной (массовой) теплоемкостью ,Дж/кг·К, а отношение теплоемкости к количеству вещества - молярной (мольной) теплоемкостью,
,
где m, кг/кмоль - молярная масса вещества.
В реальных термодинамических процессах теплоемкость переменна и зависит от температуры, состава рабочего тела и других факторов. Поэтому различают истинную теплоемкость, т. е. в данный момент времени протекания процесса и условную среднюю теплоемкость, постоянную в каком-то интервале изменения параметров рабочего тела.
В тепловом расчете рабочего процесса ДВС по методу Гринивецкого - Мазинга используют понятия о средней молярной теплоемкости в изобарном c p и изохорном cv процессах, кДж/кмоль·К.
Под средней теплоемкостью в интервале от нуля до данной температуры Т понимается такая условная постоянная теплоемкость, произведение которой на приращение температуры дает такое же количество теплоты, какое получается в результате интегрирования по переменному значению истинной теплоемкости.
-Коэффициент избытка воздуха
Где б=1,6…2,2 среднеоборотистых дизелей, принимаем б=2,1
- Средняя молярная изохорная теплоемкость воздуха в конце сжатия в точке c.
;
- Средняя молярная изохорная теплоемкость «чистых» продуктов сгорания
в конце сжатия в точке с.
«Чистыми» называются продукты сгорания, полученные в результате сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха ???1.
кДж/(кмоль•К).
- Средняя молярная изохорная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия в точке с.
В конце сжатия в цилиндре находится рабочая смесь (смесь остаточных га-
зов с воздухом) при температуре Tc, и так как сгорание в процессе сжатия отсутствует, то доля сгоревшего топлива xc=0. Поэтому средняя молярная изохорная теплоемкость рабочего тела в конце сжатия в точке с будет
;
где ac и bc - расчетные коэффициенты.
кДж/(кмоль•К).
- Средний показатель политропы сжатия.
Показатель n1 определяем методом последовательных приближений с точностью схождения частей уравнения ??0,001.
Пределы изменения n1 для дизелей проектируемого типа составляют
n1 =1,35...1,38. Задаем n1= 1,37
0,371- 0,370 = 0,001?0,001 - сходимость частей уравнения достигнута с требуемой точностью.
- Давление в конце сжатия
;
- Температура в конце сжатия
Расчет процесса сгорания
Целью расчета процесса сгорания является определение его конечных параметров - максимальных значений давления сгорания Рz и температуры сгорания TZ .
Расчет процесса сгорания состоит из двух этапов. В первом, который называется «термохимия процесса сгорания», исходя из стехиометрических соотношений, т. е. из уравнений реакций сгорания составных элементов топлива, определяют:
- теоретически необходимое Lo и действительное L=кг топлива/кмоль воздуха
количество воздуха для сгорания;
- количество и состав продуктов сгорания;
- среднюю мольную изохорную и изобарную теплоемкость воздуха и
продуктов сгорания.
Второй этап называется «термодинамика процесса сгорания». Здесь с
учетом ранее выбранных исходных опытных данных и расчетных результатов первого этапа определяются:
- степень повышения давления ??;
- степень предварительного расширения ??;
- максимальная температура сгорания Tz .
- Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
- Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании 1 кг топлива
кмоль/кг
- Теоретический коэффициент молекулярного изменения
Критерием оценки приращения объема (числа молей) продуктов сгорания является введенный Е. К. Мазингом теоретический (химический) коэффициент молекулярного изменения ?o , который представляет отношение количества молей газообразных продуктов сгорания M к количеству молей воздуха без учета остаточных газов в цилиндре
В действительности в составе продуктов сгорания содержатся остаточные газы в количестве Mr , кмоль/кг которые остаются в цилиндре от предыдущего цикла и влияют на изменение объема продуктов сгорания. Поэтому вводится понятие действительного коэффициента молекулярного изменения b--, который представляет отношение числа молей после сгорания к числу молей воздуха с учетом наличия остаточных газов
- Доля топлива, сгоревшая к моменту точки z
,
где оz и жb - доли полезного использования теплоты топлива к моментам
цикла в точках z и b [c.20].
- Коэффициент молекулярного изменения в точке z
- Средняя молекулярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке z
где Tz - температура газа в точке z, К; az ,bz - расчетные коэффициенты.
- Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке b
Сгорание топлива заканчивается где-то на линии расширения, поэтому в точке b имеем bx =1, тогда теплоемкость здесь будет
где аb и bb - расчетные коэффициенты; Tb - температура газов в точке b , К.
? Cтепень повышения давления
,
? Низшая теплота сгорания жидкого топлива
,
где - содержание в топливе серы. Принимаем =0.
кДж/кг;
.
- Максимальная температура сгорания определяется в результате решения уравнения сгорания
Уравнение сгорания выводится на основании преобразования выражения
первого закона термодинамики, записанного для цикла со смещенным подводом теплоты для участка cyz . Уравнение сгорания для дизеля имеет вид
.
Здесь
;
где Rm--= 8,314 кДж/моль·К - универсальная газовая постоянная.
После подстановки имеем
В результате решения уравнения TZ будет
.
Значительное влияние на температуру Tz оказывают коэффициент избытка воздуха, степень наддува, охлаждение надувочного воздуха и др. Повышение TZ более 2000 К нежелательно из-за возрастания потерь теплоты на диссоциацию отдельных продуктов сгорания.[c. 34]
? Давления в конце процесса сгорания
;
МПа.
- Степень предварительного расширения
Степенью предварительного расширения называется отношение объема цилиндра в конце видимого сгорания VZ к объему цилиндра в конце сжатия VC
;
.
2.3 Расчет процесса расширения
Целью расчета процесса расширения является определение параметров состояния рабочего тела в цилиндре в конце расширения - температуры Tb и давления Рb.
В расчетном цикле условно допускается, что процесс расширения начинается в конце видимого сгорания в точке z и заканчивается в точке b в НМТ, в результате чего происходит политропическое понижение давления и температуры.
Такт «рабочий ход» (процесс расширения газов) характеризуется следующими параметрами:
- давление в конце процесса расширения, , МПа;
- температура в конце процесса расширения, , К;
- показатель политропы расширения, .
? Cтепень последующего расширения.
Степенью последующего расширения д называется отношение объема цилиндра в конце расширения Vb к объему цилиндра в конце видимого сгорания Vz.
.
- Средний показатель политропы расширения 2 п и температуру в конце расширения Тb определяем совместным решением их уравнений методом последовательных приближений
;
;
Средний показатель политропы расширения n2 изменяется в пределах
n2 =1,15...1,30.
В приближении зададимся n2=1,24. При этом температура в конце
расширения будет
.
Проверяем сходимость частей уравнения
-сходимость достигнута.
- Давление в конце расширения
- Давление газов в ресивере перед турбиной PT
- Проверяем значение исходной температуры остаточных газов Tr в сравнении с расчетной Tr' для Д200П
;
.
Расхождение с исходной температурной Тr
Сходимость считается допустимой, т.к. расхождение найденной Т'r с принятой для расчета Tr не выходит за пределы 5%.
2.4 Определение индикаторных показателей
-Расчетное среднее индикаторное давление.
К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление Pi , МПа, индикаторная мощность Ni , кВт, индикаторный удельный расход топлива gi , г/кВт·ч и индикаторный КПД ?i . Первые два связаны с работой цикла и мощностью двигателя, вторые - с его экономичностью.
Индикаторные показатели являются внутренними показателями двигателя, характеризуют совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывают только тепловые потери в самом цилиндре. Индикаторные показатели служат для оценки и сравнения совершенства рабочих процессов разных двигателей по мощностным и экономическим показателям.
;
- Действительное среднее индикаторное давление
,
где цn - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, который представляет собой отношение площади действительной индикаторной диаграммы fд к площади расчетной индикаторной диаграммы f p.
- Индикаторный КПД
- Индикаторный удельный расход топлива
2.5 Определение эффективных показателей
К эффективным показателям двигателя относятся среднее эффективное давление pе , эффективная мощность Nе , эффективный КПД he --и удельный эффективный расход топлива ge . Как и индикаторные показатели, первые два связаны с работой цикла и мощностью двигателя, вторые касаются их экономичности. Эффективные показатели являются внешними (потребительскими) показателями двигателя, учитывают как тепловые, так и механические потери. Они характеризуют тепловое, конструктивное и технологическое совершенство двигателя.
- Среднее давление механических потерь
- Механический КПД
- Среднее эффективное давление
- Эффективный КПД
- Эффективный удельный расход топлива
- Часовой расход топлива
2.6 Расчет теоретического цикла ДВС
При анализе термодинамических циклов поршневых ДВС обычно используют следующие характерные показатели:
- степень сжатия - принимается такой же как и у реального ДВС;
- степень повышения давления - принимается такой же как и у реального ДВС;
- степень предварительного расширения - принимается такой же как и у реального ДВС, а также термодинамические параметры рабочего тела в характерной точкеи1 теоретического цикла, такие как и принимаемые равными соответственно значениям давления и температуры .
Наиболее важным показателем совершенства теоретического цикла ДВС является его термический КПД, который определяется по формуле [1, c.35, ф.1.85]:
;
где - показатель адиабаты для воздуха как идеального 2-х атомного газа, =1,4.
.
Определим величину относительно КПД, который оценивает степень совершенства действительного (реального) двигателя по сравнению с теоретическим. Рассчитывается по формуле [1, c.36, ф.1.88]:
;
.
2.7 Расчет параметров состояния рабочего тела в характерных точках теоретического цикла
Для полного сравнительного анализа теоретического и действительного (проектируемого) ДВС необходимо выполнить расчет параметров состояния рабочего тела во всех характерных точках теоретического цикла, что позволит более детально проанализировать процессы, где произошли потери тепла и сделать выводы о путях их устранения в реальном спроектированном ДВС.
Расчет теоретического цикла ведется по основным характерным точкам цикла.
Точка 1. Неизвестные параметры первой точки теоретического цикла ДВС можно определить из уравнения Клайперона [1, c.36, ф.1.89]:
,
где - удельная газовая постоянная воздуха. =287 Дж/(кг•К).
Тогда,
;
л.
Точка 2. Параметры точки 2 определяем по формулам [1, c.37, ф.1.90]:
;
;
;
.
Точка 3. Параметры точки 3 определяем по формулам [1, c.37, ф.1.91]:
;
;
;
Определим теплоту, подводимую в процессе 2-3 по формуле [1, c.37, ф.1.92]:
,
где - массовая изохорная теплоемкость воздуха. =0,72 кДж/(кг•К).
кДж/кг.
Точка 4. Параметры этой точки рассчитываются по формулам [1, c.37, ф.1.93]:
;
МПа;
К;
л.
Определим количество подведенной теплоты в изобарном процессе по формуле [1, c.37, ф.1.94]:
,
где - массовая изобарная теплоемкость воздуха. =1,01 кДж/(кг•К).
кДж/кг.
Точка 5. Параметры точки 5 определим по формулам [1, c.38, ф.1.95]:
;
л;
МПа;
К.
Занесем все значения в таблицу.
Таблица 3 - параметры диаграмм теоретического цикла в и координатах
|
№ точки |
, МПа |
, л |
, К |
|
|
1 |
0,456 |
0,24 |
369 |
|
|
2 |
19,28 |
0,016 |
1090 |
|
|
3 |
24,87 |
0,016 |
1406 |
|
|
4 |
24,87 |
0,024 |
2109 |
|
|
5 |
0,99 |
0,24 |
839 |
Для определения количества подведенной и отведенной теплоты за цикл можно воспользоваться формулами [1, c.38, ф.1.96;1.97]:
;
;
кДж/кг;
кДж/кг.
Определим значение работы цикла по формуле [1, c.38, ф.1.98]:
;
кДж/кг.
Рисунок 1 - теоретический цикл двигателя в PV координатах
С целью проверки правильности расчетов теоретического цикла ДВС определим суммарные изменения энтропии для всех пяти процессов по формулам [1, c.39, ф.1.100]:
- для изохоры -
;
- для изобары -
;
- для адиабаты - .
Процесс 1-2 является адиабатным:
;
Процесс 2-3 является изохорным:
;
;
Процесс 3-4 является изобарным:
;
;
Процесс 4-5 является адиабатным:
;
Процесс 5-1 является изохорным:
;
.
Рисунок 2 - теоретический цикл двигателя в TS координатах
Определим суммарное изменение энтропии по зависимости [1, c.38, ф.1.99]:
.
Эта зависимость является проверочной позволяющей оценить точность расчета параметров теоретического цикла ДВС. Эта величина при расчете должна иметь разность 0,001…0,0001, что в процентах составляет величину численно равную 0,1-0,01%.
;
.
Принципа существования энтропии выполняется, следовательно, теоретический цикл ДВС рассчитан правильно.
2.8 Тепловой баланс двигателя
Для дальнейшего расчета и проектирования ряда систем двигателя и в частности системы смазки, системы охлаждения, системы питания и пр. требуется провести расчет теплового баланса ДВС.
Распределение тепла , выделяемого при сгорании топлива в двигателе, происходит на следующие составляющие:
,
где - тепло, выделяемое при сгорании топлива в двигателе, которое рассчитывается по формуле [2, c.125, ф.5.1]:
;
кДж/с.
- тепло, превращенное в эффективную мощность.
кДж/с;
- тепло, теряемое двигателем с отработавшими газами. Определяется по формуле [1, c.39, ф.1.102]:
;
кДж/с.
- тепло, потерянное в результате неполноты сгорания топлива. для дизелей не определяется.
- тепло неучтенных тепловых потерь:
;
кДж/с.
- тепло, отводимое моторным маслом от трущихся деталей:
;
кДж/с.
- тепло, отведенное в систему охлаждения двигателя, которое определяется по формуле [1, c.40, ф.1.108]:
;
кДж/с.
Для удобства анализа все составляющие теплового баланса выразим в процентах:
;
;
;
;
;
.
2.9 Определение основных параметров двигателя
Проверка основных размеров двигателя
- Литраж проектируемого двигателя
- Рабочий объем одного цилиндра
- Диаметр цилиндра
Полученные значения D округляем
- Ход поршня
- Площадь огневой поверхности поршня
;
м2=см2.
-Уточняем значение К
- Объем камеры сгорания в литрах
;
л.
- Полный объем цилиндра в литрах
;
л.
- Радиус кривошипа и длина шатуна двигателя
;
,
где - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
;
;
мм;
мм.
Основные размеры проектируемого двигателя соответствуют размерам прототипа, за исключением диаметра цилиндра. Его размер пришлось увеличить вследствие форсировки.
3. Построение индикаторной диаграммы
Рассмотрим построение диаграммы аналитическим методом.
Ординаты точек политропы сжатия и расширения
- для процесса сжатия
;
- для процесса расширения
.
где Vc/Vх=e x----- отношение текущего объема Vx к объему камеры сжатия Vc является текущей степенью сжатия ex;
Pxсж и Pxp - текущие давления при сжатии и расширении, найденные для одних и тех же значений ex.
В процессе сжатия ex меняется от 1 до своего номинального значения e--, а в процессе расширения от значения равного степени предварительного расширения r--, т. е. e--x =--r--, до номинального значения степени сжатия e--.
Значения e--x одни и те же для сжатия и расширения задаем в виде целых или дробных чисел с шагом необходимым для получения достаточного количества точек для точного прочерчивания политроп сжатия и расширения.
Вычисление ординат точек политроп сжатия и расширения удобно выполнять в табличной форме. Для соразмерности формы диаграммы её масштабы по осям Р и Vc/Vх рекомендуется выбирать из условия соотношения размеров диаграммы по этим осям, как l p / lv »--3/ 2. При этом условии на формате А4 хорошая наглядность диаграммы обеспечивается, если принять l p = 180...200 мм и lv = 120...140 мм, следовательно масштабы будут:
- по оси ординат
;
- по оси абсцисс для безразмерной e
--
Расчет ординат политроп сжатия и расширения выполняется по форме таблицы 4.
Значения давлений Ра , Рс , Рz и Рb в таблице 4 являются контрольными и должны соответствовать полученным в тепловом расчете.
Дальнейшее построение индикаторной диаграммы рекомендуется выполнять в следующей последовательности.
1. На миллиметровой бумаге формата А4 проводим координатные оси Р и Vx /Vc .
2. На ось Р наносим равномерную шкалу давления с шагом 1...2 МПа в соответствии с выбранным масштабом Р /mp , мм.
3. На ось Vx /Vc наносим шкалу Vx /Vc в соответствии с выбранным мас-
штабом и с шагом принятым в таблице 4 в столбце e--x =Vx /Vc
4. Проводим контрольные горизонтальные линии постоянных давлений окружающей среды Ро и наддува Рk .
5. На вертикальных линиях, проведенных через нанесенные на оси абсцисс значения Vx /Vc , откладываем соответствующие значения ординат давлений Р'x и P''x , мм для политроп сжатия и расширения из табл. 10.1. Полученные точки соединяем плавными кривыми ca и zb . Далее проводятся изохора cy и изобара yz процесса сгорания.
6. Процессы газообмена - выпуска br и наполнения ra изображаем условно отдельно в увеличенном масштабе по давлению.
7. Проверка правильности расчетов и построения индикаторной диаграммы рабочего цикла осуществляется определением по диаграмме значения среднего индикаторного давления Рiд и сравнением его с Рi , полученном при тепловом расчете. С этой целью выполняется контрольное планиметрирование площади диаграммы и расчет среднего индикаторного давления.
- Площадь скругленной индикаторной диаграммы
Fid =3997мм--(подсчитывается по клеточкам)
- Среднее индикаторное давление по диаграмме
где Fiд - площадь скругленной индикаторной диаграммы, мм2; lv - длина основания диаграммы, мм2; mp - масштаб давления диаграммы, МПа/мм.
Расхождение полученного давления Рiд с расчетным Рi не превышает 2%.
Таблица 4 - Расчет политроп сжатия и расширения
|
Сжатие |
Расширение |
|||||||
|
1 |
9 |
1 |
Pc=18.63 |
157,5 |
? |
? |
? |
|
|
1,25 |
12 |
1,357 |
13,7 |
116,1 |
? |
? |
? |
|
|
с=1,5 |
14 |
1,742 |
1,67 |
90,4 |
1,65 |
Рz=23.6 |
200 |
|
|
1,75 |
16 |
2,152 |
8,638 |
73,2 |
2 |
19,5 |
165 |
|
|
2 |
19 |
2,584 |
7,194 |
60,966 |
2,36 |
16,5 |
139 |
|
|
2,5 |
23 |
3,508 |
5,299 |
44,906 |
3,12 |
12,5 |
105 |
|
|
3 |
28 |
4,504 |
4,127 |
34,9 |
3,91 |
9,91 |
84 |
|
|
4 |
37 |
6,68 |
2,782 |
23,57 |
5,58 |
7 |
59 |
|
|
6 |
56 |
11,64 |
1,597 |
13,5 |
9,22 |
4,2 |
36 |
|
|
8 |
75 |
17,267 |
1,076 |
9,1 |
13,18 |
2,96 |
25 |
|
|
10 |
94 |
23,442 |
0,793 |
6,7 |
17,38 |
2,24 |
19 |
|
|
12,5 |
117 |
31,824 |
0,584 |
4,95 |
22,92 |
1,7 |
14 |
|
|
e=15 |
140 |
40,855 |
Ра=0,456 |
3,9 |
28,73 |
Pb=1,36 |
11 |
4. Расчет и построение регуляторной характеристики дизельного двигателя
На основании теплового расчета, проведенного для режима нормальной мощности, получены следующие параметры:
- эффективная мощность дизельного ;
- удельный расход топлива дизельного
Построение кривых регуляторной характеристики дизеля в безрегуляторной ветви ведется в интервале от =800…1000 об/мин до =.
Принимаем:
=300 мин-1;
Далее через каждые 233 мин-1;
=1000 мин-1.
Расчетные точки кривых на безрегуляторной ветви определяют по эмпирическим формулам:
- эффективная мощность, кВт [1, c.47, ф.1.113]:
;
- эффективный крутящий момент, Н•м [1, c.47, ф.1.114]:
;
- удельный расход топлива, г/(кВт•ч) [1, c.48, ф.1.115]:
;
- часовой расход топлива, кг/ч [1, c.48, ф.1.116]:
.
Для =300:
кВт;
Н•м;
г/(кВт•ч);
кг/ч.
При =533 мин-1:
кВт;
Н•м;
г/(кВт•ч);
кг/ч.
При =766 мин-1:
кВт;
Н•м;
г/(кВт•ч);
кг/ч.
При =1000 мин-1:
кВт;
Н•м;
г/(кВт•ч);
кг/ч.
Занесем результаты в таблицу.
Таблица 5 - расчетные показатели работы тракторного двигателя
|
, мин-1 |
Технико-экономические показатели дизеля |
||||
|
, кВт |
, Н•м |
, кг/ч |
, г/(кВт•ч) |
||
|
300 |
352 |
11205 |
75.87 |
215.55 |
|
|
533 |
703 |
12596 |
132.87 |
189 |
|
|
766 |
1057 |
13178 |
187.1 |
177 |
|
|
1000 |
1300 |
12415 |
241.8 |
189 |
Рисунок 4 - регуляторная характеристика двигателя, с системой Comon Rail
Заключение
В данном курсовом проекте был спроектирован и рассчитан дизельный двигатель по типу базового Д200.
Так же был произведен расчет тепловых параметров двигателя. Рассчитаны индикаторные показатели, на основе которых построена индикаторная диаграмма. Построены теоретические циклы PV и TS, и регуляторная характеристика двигателя.
Приведена сравнительная характеристика базового и проектного двигателей в таблице 6.
Таблица 6 - сравнительная характеристика базового и проектного двигателей
|
Параметры |
Базовый двигатель |
Проектный двигатель |
|
|
Тип двигателя |
Дизельный |
||
|
Число тактов |
Четыре |
||
|
Число цилиндров |
Шесть |
||
|
Расположение цилиндров |
L -образное |
||
|
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм |
200х280 |
210х280 |
|
|
Рабочий объем, л |
52,75 |
57,56 |
|
|
Номинальная мощность брутто, кВт |
1200 |
1300 |
|
|
Максимальный крутящий момент, Н•м |
11668 |
13178 |
|
|
Частота вращения коленчатого вала, мин-1: |
|||
|
номинальная |
1000 |
1000 |
|
|
при максимальном крутящем моменте, мин-1 |
1000 |
733 |
|
|
Удельный расход топлива, г/кВт•ч |
191 |
189 |
Список литературы
1. Расчет и проектирование поршневых двигателей внутреннего сгорания [Текст]: учеб. Пособие по курсовому проектированию/ Салмин В. В., Жук А. П. - Пенза: ПГУ, 2017. - 154 с.
2. Колчин А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб.Пособие для вузов/ А. И. Колчин, В. П. Демидов, - 3-е изд. перераб. и доп. - М.:Высш. шк., 2002.- 496 с.
3. Салмин В.В. Основы расчета транспортных энергетических установок.Учеб. пособие по курсовому проектированию (Рекомендовано УМО вузов по автодорожному образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению 190600 - Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов). - Магадан: СВГУ, 2011. - 112 с.
4. Двигатели внутреннего сгорания. Динамика и конструирование. Под ред. В.Н. Луканина, М.Г. Шатрова [Текст] / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров. - М.: Высшая школа, 2005. - 400 с.
5. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых комбинированных двигателей /под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. - М. : Машиностроение, 1983. - 376 с. (Примеры расчета - с.365).
6. Дизели : Справ. /под ред. В. А. Ваншейдта. - Л. : Машиностроение, -1977. - 480 с. (Примеры расчета - с. 80).
7. Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания /В. А. Ваншейдт. - Л. : Судостроение, 1977. - 392 с.
8. Фомин Ю.Я. Судовые двигатели внутреннего сгорания /Ю. Я. Фомин [и др.] Л. : Судостроение, 1989. - 344 с. (Примеры расчета - с. 182).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Выполнение теплового расчёта двигателя внутреннего сгорания и определение его индикаторных, эффективных, термических, механических показателей, а также геометрических размеров цилиндра. Построение индикаторной диаграммы на основе полученных данных.
курсовая работа [886,3 K], добавлен 10.07.2011Общая характеристика судового дизельного двигателя внутреннего сгорания. Выбор главных двигателей и их основных параметров в зависимости от типа и водоизмещения судна. Алгоритм теплового и динамического расчета ДВС. Расчет прочности деталей двигателя.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.06.2014Тепловой расчет двигателя: процесс впуска, сжатия, сгорания и расширения газов. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя. Построение регуляторной характеристики тракторного дизеля. Кинематический расчет двигателя и расчет маховика.
курсовая работа [196,2 K], добавлен 20.10.2009Описание прототипа двигателя ЯМЗ-236. Блок цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределение. Исходные данные для теплового расчета. Параметры цилиндра и двигателя. Построение и скругление индикаторной диаграммы. Тепловой баланс двигателя.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 25.05.2013Тепловой расчет двигателя. Расчет рабочего цикла для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы. Зависимость теплового расчета от совершенства оценки ряда коэффициентов. Проектирование двигателя.
курсовая работа [168,5 K], добавлен 01.12.2008Расчет октанового числа бензина, необходимого для двигателя внутреннего сгорания. Показатели качества бензинов и дизельных топлив. Определение марки и вида дизельного топлива. Определение марки моторного масла по типу двигателя и его форсированности.
контрольная работа [24,1 K], добавлен 14.05.2014Описание двигателя MAN 9L 32/40: общая характеристика и функциональные особенности, структурные элементы и их взаимодействие. Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета двигателя, определение эффективных показателей. Расчет на прочность.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.10.2011Определение параметров характерных точек термодинамического цикла теплового двигателя. Анализ взаимного влияния параметров. Расчет коэффициента полезного действия, удельной работы и среднего теоретического давления цикла. Построение графиков зависимостей.
контрольная работа [353,3 K], добавлен 14.03.2016Выбор топлива и основных показателей работы для двигателя внутреннего сгорания. Тепловой расчет проектируемого двигателя для режима максимальной мощности и по его результатам построение индикаторной диаграммы и внешней скоростной характеристики.
контрольная работа [187,4 K], добавлен 12.01.2012Расчет параметров состояния рабочего тела, соответствующих характерным точкам цикла. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя, диаметра цилиндра, хода поршня, построение индикаторной диаграммы. Тепловой расчёт для карбюраторного двигателя.
курсовая работа [97,0 K], добавлен 07.02.2011Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы. Расчет процессов газообмена, процесса сжатия. Термохимический расчет процесса сгорания. Показатели рабочего цикла двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Расчет кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [144,2 K], добавлен 24.12.2016Проектирование автомобильного двигателя дизельного типа, расчет его технических характеристик. Тепловой и динамический расчеты. Размеры двигателя, оценка его показателей. Расчет системы смазки (масляный насос, центрифуга, масляный радиатор, подшипники).
курсовая работа [327,2 K], добавлен 10.12.2013Характеристика дизельного топлива двигателей внутреннего сгорания. Расчет стехиометрического количества воздуха на 1 кг топлива, объемных долей продуктов сгорания и параметров газообмена. Построение индикаторной диаграммы, политропы сжатия и расширения.
курсовая работа [281,7 K], добавлен 15.04.2011Техническая характеристика двигателя. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя. Определение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и системы жидкостного охлаждения. Расчет деталей на прочность.
курсовая работа [365,6 K], добавлен 12.10.2011Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания: динамический анализ сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, параметры процессов, расход топлива; проект гидрозапорной системы двигателя; выбор геометрических и экономических показателей.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 12.10.2011Назначение двигателя и привода механизма газораспределения. Порядок работы цилиндров. Схема расположения колен коленчатого вала. Равномерность чередования одноименных тактов. Тепловой и динамический расчет двигателя. Расчет цилиндро-поршневой группы.
дипломная работа [6,3 M], добавлен 15.03.2011Выбор основных конструктивных параметров дизельного двигателя. Параметры процесса газообмена. Сгорание в дизельном двигателе. Параметры, характеризующие рабочий цикл. Расчет перемещения, скорости и ускорения поршня. Расчеты основных деталей двигателя.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 18.01.2014Рассмотрение термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении. Тепловой расчет двигателя Д-240. Вычисление процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Эффективные показатели работы ДВС.
курсовая работа [161,6 K], добавлен 24.05.2012Система питания дизельного двигателя. Обозначения дизельных топлив, классификация схем их подвода. Устройство и работа узлов системы питания дизеля. Система питания карбюраторного двигателя. Работа простейшего карбюратора, всережимного регулятора.
презентация [15,5 M], добавлен 14.03.2017Тепловой расчет дизеля без наддува: параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Методика построения индикаторных диаграмм. Порядок проведения динамического, кинематического расчета. Уравновешивание двигателя и необходимые расчеты.
курсовая работа [87,3 K], добавлен 12.10.2011
