Тепловой раччет двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Дизель 8 NVD-36 -- четырехтактный, восьмицилиндровый, бескомпрессорный, вертикальный, реверсивный, со струйным распыливанием топлива. Предназначен для установки на морских и речных судах в качестве главного двигателя. Выпускаются правая и левая модели дизелей.

Фундаментная рама представляет собою корытообразную чугунную деталь (СЧ 21-40) с десятью поперечными перегородками. Полукруглые приливы на перегородках образуют постели для вкладышей коренных и упорных подшипников коленчатого вала. Внутренняя полость рамы является маслосборником. По дну маслосборника проходит труба с прорезями для подвода масла к масло-насосу.

Блок цилиндров отлит из чугуна СЧ21-40. К картеру он крепится 18 анкерными шпильками и 32 короткими болтами. Для очистки от накипи с обеих сторон блока против каждого цилиндра имеются окна, закрываемые крышками. В нижней части блока со стороны поста управления расположены приливы для установки подшипников распределительного вала, топливных насосов и других механизмов; с противоположной стороны имеются приливы для крепления маслоохладителя и бака для масла. Сверху в блок ввернуты 32 шпильки для крепления крышек цилиндров и 16 трубок для перепуска охлаждающей воды из блока в крышки цилиндров.

Втулки цилиндров отлиты из чугуна СЧ28-48. На наружной поверхности они имеют центрирующий поясок с двумя канавками для резиновых уплотнительных колец. Втулки цилиндров и стенки блока образуют между собой пространство, по которому циркулирует охлаждающая вода.

Крышки цилиндров изготовлены из чугуна СЧ21-40. В них размещены форсунки, впускные, выпускные, пусковые и предохранительные клапаны, а также клапаны контроля газов. Внутри крышек имеются полости для прохода охлаждающей воды. На верхней плоскости крышек цилиндра расположены кронштейны с коромыслами и рычагами впускного и выпускного клапанов.

Коленчатый вал -- цельнокованый, с кривошипами, расположенными под углом 90°. В коренных (0150 мм) и шатунных (0145 мм) шейках и щеках коленчатого вала просверлены отверстия для подвода смазки. Между первой и второй коренными шейками вала расположен диск упорного подшипника. На него с помощью шпонки насажена шестерня привода распределительного вала. К фланцам коленчатого вала на одном конце его при помощи шести болтов крепятся маховик и промежуточный вал, а на другом -- эксцентрик привода компрессора и водяных насосов.

Поршень изготовлен из чугуна СЧ28-48. В четыре верхние канавки поршня установлены компрессионные кольца, в две нижние -- маслосъемные. Два верхних компрессионных кольца хромированы. Первое и третье сверху кольца имеют правые, а второе и четвертое -- левые замки. Под каждым маслосъемным кольцом имеется канавка с отверстиями, через которые отводится масло. Во избежание коксообразования при попадании масла на внутреннюю поверхность днища поршня последнее отделено от общей полости поршня внутренним поперечным ребром с отверстием, закрываемым специальной заглушкой. Высота камеры сжатия -- около 8,5 мм.

Распределительный вал монтируется в блоке на девяти подшипниках. Из них восемь подшипников -- чугунные и один -- стальной цельный. Разъемные подшипники залиты баббитом Б-83, а в цельный запрессованы две бронзовые втулки. Распределительный вал выполнен из двух частей, жестко соединенных между собой. На него насажены на шпонках и закреплены стопорными винтами восемь комплектов кулачных шайб переднего и заднего хода впускных и выпускных клапанов.

Топливная система состоит из расходного бачка, восьми индивидуальных одноплунжерных топливных насосов, сдвоенного фильтра, форсунок и трубопроводов высокого и низкого давлений. Диаметр плунжера 16 мм, ход плунжера 10 мм. Привод топливных насосов осуществляется от кулачных шайб распределительного вала. Двигатель 8NVD-36 работает на дизельном топливе (ГОСТ 305--62 или ГОСТ 4797--69) либо на соляровом масле (ГОСТ 1666--51).

Изменение количества подаваемого топлива при работе двигателя и тем самым изменение числа оборотов коленчатого вала осуществляется всережимным центробежным регулятором, который через систему рычагов передвигает регулировочную тягу. Эта тяга соединена с поводками плунжеров топливных насосов. Передвижение ее в направлении к маховику увеличивает подачу топлива, в противоположном направлении -- уменьшает.

Регулятор состоит из двух узлов: из собственно регулятора и пружинных весов, изменяющих натяг пружин. Регулятор поддерживает число оборотов коленчатого вала в пределах от 120 об/мин (минимально устойчивое число оборотов) до 360 (при нормальной нагрузке) и до 371 об/мин (при кратковременной перегрузке).

Система смазки -- циркуляционная, под давлением 1,2-- 1,5 бар. В систему смазки входят: двухсекционный шестеренчатый насос циркуляционной смазки, маслоохладитель, масляный фильтр, ручной поршневой насос, служащий для заполнения масляной системы, прокачки масла перед пуском двигателя и откачки масла из картера и бака при смене масла в двигателе, плунжерный насос для смазки цилиндров, компрессора и регулятора, трубопроводы, кран и клапаны.

Система охлаждения двигателя -- водяная, двухконтурная. Поршневой насос охлаждающей воды подает воду в маслоохладитель. Далее вода параллельными потоками поступает в зарубашечное пространство блока и по трубкам, расположенным на верхней плоскости блока, попадает в водяные полости крышек цилиндров. Из крышек цилиндров вода поступает в зарубашечное пространство выпускного коллектора и отводится в сливной трубопровод. На сливном трубопроводе установлен клапан, отводящий часть нагретой воды в приемный трубопровод, чем обеспечивается подогрев воды при низких температурах.

Система пуска -- воздушная, от баллонов высокого давления. Пополнение запасов воздуха производится двухступенчатым компрессором. Привод компрессора осуществляется от эксцентрика коленчатого вала. Давление пускового воздуха 30 бар. Время запуска при нормальных условиях 8 сек.

Пост управления двигателя расположен со стороны маховика. Пуск, остановка и реверс двигателя осуществляются через систему клапанов, золотников, тяг и рычагов. Управление производится двумя рукоятками.

Рисунок 1. ДВС в разрезе



1. Расчет параметров рабочего цикла

Данные из задания:

-маркировка ДВС - 8ЧН 24/36 (8NVD36-1U);

-эффективная мощность - N_e = 315_, кВт_;

-номинальная частота вращения - n = 500, об/мин.;

-степень сжатия - ? =13,3;

-давление в конце горения - P_z =6,5_, МПа;

-среднее эффективное давление - P_e 0,789_, МПа;

-давление наддува - Р_н = 0, МПа.

Расчет цикла проводят в последовательности процессов, происходящих в цилиндре, начиная с конца такта впуска. При проверочном расчете при заданных , , , ? и других данных прототипа дизеля, определяют все недостающие параметры расчетного цикла, которые близки по значениям параметров рабочего цикла и проверяют размерность дизеля. Если размерность прототипа дизеля совпадает с полученной размерностью в тепловом расчете, то все полученные параметры расчетного цикла близки с действительными параметрами.

В проектном расчете по заданным значениям , , двигателя определяют параметры , в характерных точках расчетного цикла, его размерность и наивысшую экономичность дизеля. Одновременно задаются целью получить основные параметры дизеля , и другие соответствующие современным требованиям характеристики:

Проверочный тепловой расчет дизеля проводят для режима номинальной мощности , на номинальной частоте вращения . Считается, что все процессы, происходящие при работе дизеля, установившиеся.

Расчетный цикл соответствует допущениям:

· фазы открытия - закрытия впускного и выпускного клапанов равны 0;

· процессы сжатия и расширения - обратимые политропы с показателями , соответственно;

· теплоемкости рабочего тела и показатели полиптроп , не зависят от температуры;

· утечки рабочего тела в не плотностях цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и клапанов - отсутствуют;

· процессы сгорания топлива совершаются в соответствии с обратимыми изохорой и изобарой;

· несовершенство процессов газообмена, сгорания учитываются эмпирическими коэффициентами, принимаемыми в процессе теплового расчета.

Расчет параметров цикла ( и ) в расчетных точках во многом зависит от расчетных коэффициентов. Их увеличение или снижение в зависимости от быстроходности двигателя, степени сжатия и других показателей влияет на и .

Низшая теплотворная способность топлива,

Q^F_H =81*С+300*Н - 26*(О₂ - S) - 6(9Н-W), ккал/кг, (1.1)

где S=0, W=0

Q^F_H =81*87+300*12 - 26*(1 - 0) - 6(9*12-0)=7047+3600-26-648=9973 ккал/кг

Средняя скорость поршня

, м/с (1.2)

С_m = 36*500/30=6 м/с

где S-ход поршня, м,

n-частота вращения, об/мин.

Максимальная скорость поршня

C_max=1.57*C_m, м/с (1.3)

C _max = 1.57*6=9,42 м/с

Отношение площади поршня к суммарному сечению впускных клапанов, принимаем из рекомендованных значений:

-К = 6-9 для двигателей средней быстроходности;

Принимаем К= 6

Наибольшая скорость протекания свежего заряда через впускные клапана

C₂=1,57*C_mК, м/с (1.4)

C₂ = 1,57* 6 6 = 56,52 м/с

Температура наружного воздуха

T₀=Т_а+t₀, єK, (1.5)

Т_о=295+20=315 ^оК где t₀=20 ^оС.

Коэффициент скорости истечения рекомендуется выбрать из интервала значений

= 0,65 - 0,70.

Принимаем = 0,65

Давления конца наполнения (начало сжатия)

Р_а=Р_о - ? Р_а, МПа -для двигателей без наддува (1.6)

где Р_о = 0,1 Мпа; ? Р_а=0,005

Р_а=0,1 - 0,005=0,095 МПа

Повышение температуры свежего заряда задаемся, исходя из рекомендаций:

-для двигателей без наддува ?t = 10 - 20 єК,

Показатель политропы сжатия в центробежном компрессоре (нагнетателе) при наддуве выбираем из рекомендованных значений

п = 1.4-1.8

Принимаем n = 1,4

Степень сжатия Е = 13,3

Температура воздуха в момент поступления в цилиндр

-для двигателей без наддува

Т^?_о=Т_о+Дt, єК (1.7)

Т^?_о=315є +10є = 325є єК

Коэффициент остаточных газов принимаем в соответствии с рекомендуемыми значениями

г_г = 0,04-0,06 для двигателей без наддува,

г_г = 0,04

Температура остаточных газов.

Т_г = (700 - 900) єK

Т_г = 800 єK

Давление остаточных газов

Р_г = (1,02 - 1,15) Мпа

Р_г = 1,1 Мпа

Давление окружающей среды принимаем Р_о = 0,1 МПа

Температура смеси в начале сжатия

Т_а=(^оК для двигателей без наддува (1.8)

Т_а= (325 + (0,04 * 800))/ 1,04 = 343,26 ^оК

Коэффициент наполнения цилиндра

, для двигателей без наддува (1.9)

= (13,3/12,3)* (0,095/0,1) * (315/343,26)*(1/1,04) =

= 1,081*0,95*0,917*0,96= 0,904

Показатель политропы сжатия n₁ принимаем из рекомендуемых значений

n₁ =1,34-1,42.

n₁ = 1,34

Температура в конце сжатия

, єК

Т_с= 343,26 * 13,3^(1,35-1) = 827,2566 єК (1.10)

Давление в конце сжатия

, МПа (1.11)

Р_с = 0,095 * 13,3^1,35 = 0,095 * 32,0598 = 3,046 МПа

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива

, моль/кг, (1.12)

где С = 0.87, Н = 0.12, О= 0.01.

L₀ = 4.76*(0,0725+0,03-0,0003125)=4,76*0,1022=0,4866 моль/кг

Коэффициент избытка воздуха принимаем из рекомендованных значений

б = 1,3 - 2.2

Принимаем б = 1,3

Действительное количество воздуха

, моль/кг (1.13)

L = 1,3 * 0,4866=0,63258 моль/кг

Количество молей до горения

М₁=(1+г_г)*L, моль/кг (1.14)

М₁=(1+0,04)* 0, 63258= 0,657 моль/кг

Количество молей углерода и водорода в продуктах сгорания

, моль/кг (1.15)

0,87/12 +0,12/2 = 0,1325 моль/кг

Количество молей продуктов сгорания

М₂=*(1+г_г) моль/кг (1.16)

М₂=*(1+0,04)=(0,53+0,1325)*1,04=0,689 моль/кг

Действительный коэффициент молекулярного изменения



=0,689/0,657=1,048 (1.17)

Давление конца сгорания берем из задания

= 6,5 ; МПа

Степень повышения давления

(1.18)

=6,5/3,046 = 2,13

Температура в конце сгорания принимаем согласно рекомендациям

T_z = 1700 - 2200 єК Принимаем Т_z= 2000 єК

Степень предварительного расширения

, (1.19)

= (1,048*2000)/(2,13*827,2566) = 2092/1762,05 = 1,189=1,2

Степень последующего расширения

, (1.20)

= 13,3/ 1,2 = 11,083

Показатель политропы расширения выбираем из рекомендованных значений n₂=1,15-1,28. Принимаем n₂=1,15

Давление в конце расширения

Р_В=, МПа (1.21)

Р_В= 6,5/11,08^1,15 = 0,409=0,4 МПа

Температура конца расширения

Т_В=,^оК (1.22)

Т_{В =} 2000/11,08^0,15 = 2000/1,43= 1398 ^оК

Среднее теоретическое (расчетное) индикаторное давление

, МПа (1.24)

Р_{l =} =

=0,247642=

=0,247642*3,8927750347=0,96401=0,96 МПа

2. Построение индикаторной диаграммы

Для построения диаграммы производим вычисления ее элементов.

Выбираем длину диаграммы соответствующую полному объему цилиндра Vа = V_b в пределах 200мм.

Определяем отрезок, соответствующий объему камеры сжатия по формуле

V_C=, мм (2.1)

V_C = 200/13,3= 15,037 мм

Определяем отрезок, соответствующий объему цилиндра

Vs = Va - Vc, мм (2.2)

Vs = 200 - 15,037 = 184,963 мм

Определяем отрезок, соответствующий объему в конце сгорания

V_z=*V_C, мм (2.3)

V_z = 1,2 * 15,037=18,0444 мм

Принимаем масштаб давлений в цилиндре - «b», рекомендуемый масштаб

b = 1МПа = 20 мм.

Определяем отрезок, соответствующий давлению сгорания

P¹_z=P_z*b, мм (2.4)

P¹_z=6,5*20=130 мм

Определяем отрезок, соответствующий давлению сжатия

Р¹_с=Р_с*b, мм (2.5)

Р¹_с=3,046*20=60,92 мм

Определяем отрезок, соответствующий давлению в конце наполнения

Р¹_а=Р_а*b, мм (2.6)

Р¹_а=0,095*20=1,9 мм

Определяем отрезок, соответствующий давлению в конце

Р¹_b = P_b *b, мм (2.7)

Р¹_b = 0,4 *20=8 мм

Определяем аналитически 10 точек политропы сжатия по формуле

Р=,мм ( 2.8)

v1= 20 мм	Р== = 41,57 мм
v2= 30 мм	Р== =24,173 мм
v3= 40 мм	Р== =16,422 мм
v4= 60 мм	Р== = 9,538 мм
v5= 80 мм	Р== = 6,4868 мм
v6= 100 мм	Р== = 4,81 мм
v7= 120 мм	Р== = 3,769 мм
v8= 140мм	Р== = 3,064 мм
v9= 160 мм	Р== = 2,564 мм
v10= 180 мм	Р== = 2,188 мм

Определяем аналитически 10 точек политропы расширения по формуле

Р_В=, мм (2.9)

v1= 20 мм	Р== = 114,285 мм
v2= 30 мм	Р== =70,92 мм
v3= 40 мм	Р== =50,955 мм
v4= 60 мм	Р== =32 мм
v5= 80 мм	Р== =22,988 мм
v6= 100 мм	Р== мм
v7= 120 мм	Р== =14,4144 мм
v8= 140мм	Р== =12,066 мм
v9= 160 мм	Р== =10,343 мм
v10= 180 мм	Р== =9,039 мм

Индикаторная диаграмма расчетного цикла графическим способом на миллиметровой бумаге приведена в приложении 1.

3. Расчет энергетических и экономических показателей

Коэффициент полноты диаграммы (индикаторной) принимаем согласно рекомендациям

ц=(0,92-0,96).

Принимаем ц=0,92

Поправка на впуск и выпуск, учитывая, что ДР^?_i=0,02-0,03 для двигателей без наддува

принимаем ДР^?_i= 0,02

Среднее индикаторное давление

Р_i=ц Р_i^? - ДР^?_i, мПа (3.1)

Р_i=0,92*0,96-0,02 =0,8632 мПа

Индикаторная мощность

N_i =393*Д²*Р_i*C_m*, кВт (3.2)

N_i =393*0,24²*0,8632*6*4= 393*0,0576*20,7168=468,96 кВт

N_i =523*Д²* Р_i*C_m*, л.с.,

N_i =523*0,24²*0,8632*6*4= 523*0,0576*20,7168=624 л.с.

где z - число цилиндров

k=2, - коэффициент тактности четырехтактного двигателя

Д - диаметр цилиндра, м

Механический КПД

з_m = (3.3)

з_m ==0,67

Среднее эффективное давление

Р^?_е= з_m *P_i, МПа (3.4)

Р^?_е= 0,67 *0,8632=0,5783 МПа

Индикаторный расход топлива

g_i=318,4 , г/(л.с*ч)- для двигателей без наддува (3.5)

g_i=318,4=*318,4=1,32 г/(л.с*ч)

Эффективный удельный расход топлива

g_е = , г/(л.с.*ч) (3.6)

g_е = =1,9701 г/(л.с.*ч)

Индикаторный КПД

з_i =632,3/ (g_i *Q_H) (3.7)

з_i = = =0,048

Эффективный КПД

з_e =632,3/(g_е *Q_H) (3.8)

з_e = ==0,36

Эффективная мощность

N_e =393*Д²*С_m*P_e*, кВт (3.9)

N_e =393*0,24²*6*0,789*4=393*0,0576*6*0,789*4=427,559 кВт

N_e=523*Д²*С_m*P_e* , л.с.

N_e=523*0,0576*6*0,789* 4=570,443 л.с.

Часовой расход топлива

G=g_e*N_e, кг/ч (3.10)

G=0,175*427,559=74,822 кг/ч



4. Анализ показателей двигателя

двигатель топливо рабочий энергетический

Таблица 2

Таблица показателей двигателя 8НВД36-1У

Показатель	Ед.изм.	Двигатель 8 NVD36 прототип	Двигатель 8НВД36-1У расчетные данные
Номинальная эффективная мощность	кВт	320	315
Номинальное число оборотов	об/мин	500	500
Число цилиндров	ед.	8	8
Диаметр цилиндра	см	24	24
Ход поршня	см	36	36
Средняя скорость поршня	м/с	6	6
Среднее эффективное давление	МПа	0,57	0,5783
Давление сжатия	МПа	7,6	6,5
Часовой расход топлива	кг/ч	73,538	74,822
Удельный расход топлива	г/(кВт*ч)	0,228	0,175
Температура отработавших газов	оС	760	800
Эффективный коэффициент полезного действия		0,42	0,36
Степень сжатия		13,3	13,3



Вывод

Проведенный мной расчет показал:

-уменьшение эффективного КПД в 1,16 раз;

-увеличение часового расхода топлива на 1,284 кг/ч;

-уменьшение давления сжатия на 1,1 МПа.

Двигатель не соответствует Техническим требованиям и Правилам Российского речного регистра, требуется регулировка до паспортных значений.



Список использованной литературы

1. Методические указания для выполнения курсовой работы 2020 г.

2. Носовский А.Н. Основы эксплуатации судовых энергетических установок. Изд. Моркнига 2017 г. (12.12.2019)

3. Гогин А. Ф., Кивалкин Е.Ф. Судовые дизели - 3-е изд., перераб. доп. М.: Транспорт, 1978г. (14.12.2019)

4. Беспалов, В.И. Судовые энергетические установки [Электронный ресурс] (17.12.2019)

5. Березин, Е.К. 26.05.02 «Эксплуатация судовых энергетических установок» [Электронный ресурс] (17.12.2019)

6. И.В. Возницкий Судовые Двигатели внутреннего сгорания, том 1: М. Моркнига, 2008. 282 с..

7. И.В. Возницкий, А.С. Пунда Судовые двигатели внутреннего сгорания, том 2: М. МОРКНИГА, 2008. 470 с.

Размещено на Allbest.ru

...