Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ФГБОУ ВО Волжский государственный университет водного транспорта»

Казанский филиал

Кафедра электромеханических объектов водного транспорта

Курсовая работа:

по теме: Тепловой расчёт судовых двигателей внутреннего сгорания

по дисциплине:

Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС)

Выполнил: Евмененко А.Л.

Проверил: Храмов М.Ю.

Казань 2020 год



Введение

Целью проектирования является закрепление и углубление знаний по теории, конструкции и эксплуатации СДВС, а также получение практических навыков по оценке экономической эффективности изделий новой техники.

Любая судовая энергетическая установка предназначена для обеспечения движения судна и снабжения необходимой энергией всех судовых потребителей. Проектирование СЭУ является одним из важнейших этапов создания судна. Главной целью данного курсового проекта является проектирование судового ДВС по исходным данным. В процессе выполнения курсового проекта теоретические знания по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания» наряду с практическими навыками самостоятельной работы при решении технических задач систематизируются, расширяются и закрепляются.



1. Расчёт рабочего процесса

1.1 Общее положение

Расчет ведется на основе метода Гриневецкого-Мазинга для двигателей с воспламенением от сжатия в соответствии с принципами курсового проектирования ДВС.

В качестве исходных данных задаются следующие величины:

- эффективная мощность Nе = 1920 кВт

- частота вращения n = 900 мин-1

- отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D = 1,46

- давления наддува Рк = 290 кПа

В результате расчета определяются основные размеры двигателя: диаметр цилиндра D и ход поршня S.

Расчет считается выполненным правильно в том случае, когда среднее индикаторное давление Pi, среднее эффективное давление Pe, удельный индикаторный gi и удельный эффективный ge расходы топлива будут соответствовать наиболее характерным значениям для данного типа двигателя.

Деталь для конструктивной разработки: поршень.

Система двигателя для разработки: система охлаждения.

1.2 Порядок расчёта и определяемые параметры

1) Процесс наполнения. Давление конца наполнения:

Pа = ДPвп•Pк = 0,97•290 = 281,3 кПа

где ДPвп - потери давления воздуха при выпуске, принимаем ДPвп = 0,97.

Температура конца наполнения:

Та = = (330+10+0,021*800)/1+0,021 = 356,8/1,021 = 350 К

где ДТ - величина подогрева заряда от стенок цилиндра, К ДТ = 10

Тr - температура остаточных газов, рекомендуется принимать Тr = 800К

гr - коэффициент остаточных газов, рекомендуется выбирать по графику в зависимости от заданной величины Pк;

г = 0,021.

Тк = То • - Тохл = 300 • 1,7-180 = 330 К

здесь Т0 - температура окружающей среды

То = 300 К

Ро - давление окружающей среды

Ро = 100 кПа

nк - показатель политропы сжатия в центробежном нагнетателе, nк = 1,9;

Тохл - снижение температуры воздуха в холодильнике, К. Рекомендуется выбирать по графику в зависимости от заданной величины Рк = 290.

Тохл = 180.

Коэффициент наполнения:

зv = • • • = 1,09*0,97*0,943*0,98 = 0,98

где ео - геометрическая степень сжатия, рекомендуется выбирать по графику в зависимости от заданной величины Рк, ео = 12,8

2) Процесс сжатия. Давление конца сжатия, кПа:

Рс = Ра • = 281,3 • 12,81,390 = 9731,77 кПа

Температура конца сжатия, К:

Тс = Та • = 350 • 12,81,390-1 = 945,98 К

где n1 - показатель политропы сжатия выбирается по графику в зависимости от температуры конца наполнения Та и степени сжатия ео;

n1 = 1,390.

3) Процесс сгорания. Действительное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

L'o = • = 0,4946.

где С - содержание углерода в топливе;

Н - содержание водорода в топливе;

О - содержание кислорода в топливе;

Принимая для дизельного топлива среднего элементарного состава (C = 0,87, H = 0126, O = 0,004), обычно принимаемого в расчетах, получаем: L = 0,4946 L , кмоль/кг.

Получим Lо' = 0,4945 • б

где б - коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива с объёмным смесеобразованием для номинального режима работы серийных дизелей: принимаем значение б = 2.

Lо' = 0,4945 • 2 = 0,9890



Температура конца сгорания, К:

Где:

•

Cv' = (19,27 + 0,0025 • Tc) = (19,27 + 0,0025 • 948,06) = 21,64

здесь Qн - низшая теплота сгорания для дизельного топлива (табличное значение): Qн = 42750 кДж/кг;

л - степень повышения давления при сгорании топлива, л = 2;

- коэффициент использования тепла в точке “z”, = 0,75;

- коэффициент использования тепла в точке “в”, = 0,87;

Максимальное давление цикла сжатия, кПа:

Pz = Pc • л = 9731,77 • 2 = 8053,88 кПа

4) Процесс расширения. Степень предварительного расширения:

Степень последующего расширения:

Давление конца расширения, кПа:

кПа

Температура конца расширения, К:

К

где n2 - показатель политропы расширения, выбирается по графику, n2 = 1,265.

судовой двигатель внутренний сгорание

1.3 Результаты расчёта цикла и определение размеров цилиндра

1) Среднее индикаторное давление, кПа:

кПа

Pi = Pi' • Уп = 1080,107 • 0,95 = 1026,1 кПа

где Уп - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, Уп = 0,95.

2) Среднее эффективное давление, кПа:

Ре = Pi • зм

где зм - механическое К. П. Д., принимаем 0,823

Ре = 1026,1 •0,823 = 844,48 кПа

3) Индикаторный удельный расход топлива, кг/(кВт•ч):

4) Эффективный удельный расход топлива, кг/(кВт•ч):

5) Индикаторный К.П.Д.:

6) Эффективный К.П.Д.:

7) Диаметр цилиндра и ход поршня, м:

S = D • A = 0,3528 • 1,41 = 0,4974 м

Полученные размеры округляются: диаметр до 0,01 м, ход поршня до 0,005 м. По округлённым значениям определяется мощность Nep и её отклонение ДNep от заданной величины.

Nep = 6,545•10-3•D2•S•Pe•i•n = 6,545•10-3•0,352•0,5•844,48•6•375 = 761,7 кВт.

Расчет считается выполненным правильно, т.к. отклонение не превышает ±5%.

Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Определяемая величина	Размерность	Значение
Исходные параметры
Ne	кВт	770
N	мин-1	375
S/D	-	1,41
Pк	кПа	120
Расчет процесса наполнения
Pа	кПа	116,4
Тк	К	326,84
ДТохл	К	0
Та	К	350,77
гr	-	0,031
Тr	К	800
зv	-	0,945
ео	-	12,8
Расчет процесса сжатия
Рс	кПа	4026,94
Тс	К	948,06
n1	-	1,39
Расчет процесса сгорания
L0	кмоль/кг	0,989
Б		2
Tz		1878
Л		2
		0,87
		0,75
		1,052
Cv'		21,64
		28,22
		0,0031
K		63930,55
Pz	кПа	8053,88
Расчет процесса расширения
С	-	1,042
	-	12,284
Рв	кПа	360,84
Тв	К	1031,87
n2	-	1,238
Показатели цикла двигателя
Рi	кПа	1026,1
зm	-	0,823
Ре	кПа	844,48
gi	кг/(кВт*ч)	0,148
gе	кг/(кВт*ч)	0,1798
зi	-	0,575
зе	-	0,473
D	М	0,3528
S	М	0,4974
I	-	6
Nер	кВт	761,7
ДNе	%	1,08

Таким образом, в результате расчёта полученный двигатель, имеет обозначение по ГОСТу: 6 ЧРН 36/45.



2. Построение индикаторной диаграммы двигателя

Координаты базовых точек цикла

Объемы в характерных точках рекомендуется подсчитывать с учетом масштаба, принимая, что рабочий объем цилиндра изображается на диаграмме отрезком А* = 200 мм. Тогда:

Vn = A* = 200 мм

Vc = A* /(е0-1) = 200/(12,8-1) = 16,95 мм

Vz = с*Vc = 1,042*16,95 = 17,66 мм

Va = е0 *Vc = 12,8*16,95 = 216,96 мм

Политропы сжатия «ас» и «zb». Текущее значение объема определяется по формуле:

Vr = Vc [ 1 + 0,5 Sт (е0-1) ] = A* /(е0-1) [ 1 + 0,5 Sт (е0-1) ]

где Sт - безразмерное перемещение поршня, определяемое по формуле:

Sт = (1+1/лш) - (cosц +1/лш cosв) ? 1+ (лш /2)*sinІц - cosц.

лш - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, принимаем лш = 0,25.

Текущее значение давления сжатия и расширения:

,

.

Результаты расчета сводим в таблицу 2.



Таблица 2

Угол поворота кривошипа	Vr	Pт.сж	Pт.расш
0,0000	16,949	4026,940	8053,880
30,0000	33,469	1563,993	4294,384
60,0000	76,329	497,223	1547,534
90,0000	129,449	238,601	804,697
120,0000	176,329	155,275	548,860
150,0000	206,669	124,525	450,920
180,0000	216,949	116,400	424,619
210,0000	206,669	124,525	450,920
240,0000	176,329	155,275	548,860
270,0000	129,449	238,601	804,697
300,0000	76,329	497,223	1547,534
330,0000	33,469	1563,993	4294,384
360,0000	16,949	4026,940	9970,703



3. Расчет поршня двигателя

Поршень - подвижная деталь судового двигателя СДВС, воспринимает силу от давления газов и передает её через детали движения на коленчатый вал. Он работает в тяжёлых динамических и температурных условиях. Поршень состоит из головки и направляющей части. В головку входят днище и боковая поверхность, на которой расположены канавки для поршневых колец: компрессионных и маслосъемных. Он может отливаться целиком из алюминиевых сплавов или из чугуна. В больших двигателях поршень выполняют составным: головку - из жаропрочных сталей, а направляющую (юбку) поршня - из легированных чугунов или алюминиевых сплавов.



4. Расчет системы водяного охлаждения

Целью охлаждения деталей двигателя является поддержание в них допустимого уровня температуры, определяемой жаропрочностью используемых материалов, термостабильностью смазочных масел, оптимальными условиями протекания рабочего процесса и надежностью работы основных узлов и деталей. Охлаждающая жидкость - пресная вода и забортная вода, масло (для поршней), дизельное топливо (для распылителей форсунок).

В проектируемом дизеле применена двухконтурная система охлаждения. Пресная вода циркулирует в замкнутом первом контуре, охлаждая дизель и охлаждаясь в водяном холодильнике забортной водой по проточной системе (второй контур). Система состоит из центробежного реверсивного насоса внутреннего контура, такого же насоса внешнего контура, водяного охладителя трубчатого типа и расширительного бака, служащего для компенсации расширения воды и удаления пара и воздуха из системы охлаждения.

Надежная работа системы охлаждения будет обеспечена, когда насос забортной воды является самовсасывающим, причем он должен находится на судне ниже ватерлинии.

Для более быстрого разогрева двигателя при пуске из холодного состояния циркуляционная вода должна миновать ОВ, с этой целью в системе устанавливается терморегулятор.

Регулятор температуры у проектируемого двигателя аналогичен терморегулятору двигателя - прототипа (РТПД-80). Регулятор устанавливается на корпусе водяного холодильника дизеля, а термобаллон (датчик) - в трубе на выходе воды из выпускного коллектора замкнутой системы охлаждения. При температуре охлаждающей воды ниже 60-70⁰С вся она из дизеля направляется регулятором в обход холодильника. При повышении температуры воды сверхустановленного для данного дизеля предела вся она пойдет через холодильник.

Описание работы системы охлаждения.

Последовательность работы потока охлаждающей воды внутреннего контура следующая: вода от насоса внутреннего контура подается на охлаждение дизеля в зарубашечное пространство блока цилиндров, откуда она перетекает в полости крышек цилиндров.

Параллельно этому потоку вода от насоса подается на охлаждение турбокомпрессора ТК с охладителем воздуха и на охладитель топлива. Отходящая от крышек цилиндров и турбокомпрессора вода, собирается в общую трубу и подводится к терморегулятору, от которого часть ее направляется в холодильник ОВ и снова к циркуляционному насосу НЦ1. Общая температура воды регулируется путем перепуска терморегулятором ТР необходимого количества ее мимо холодильника.

Пополнение водой осуществляется из расширительного бака БР.

Забортная вода поступает от днищевого кингстона через фильтр и невозвратный клапан, прокачивается насосом НЦ2, через охладитель воздуха ОНВ, масляные холодильники ОМ, а затем через водяной холодильник ОВ и за борт.

Температура воды в системе контролируется ртутными термометрами РТ. Кроме того на щитке приборов установлены дистанционные термометры и манометр М. На сигнализационном пульте размещены сигнальная лампа и звуковой сигнал. Включение датчиков реле температуры ДРТ. При необходимости система может быть заполнена горячей водой от судовой котельной установки. Для этой цели имеется присоединительный фланец. Система заполняется водой по трубопроводу Т. Труба Т₁ служит для отвода переливающейся (излишней) воды из расширительного бака.

Схема системы охлаждения двигателя представлена на рисунке.

ТК - турбокомпрессор;

ОВ - водяной холодильник;

НЦ1 - насос циркуляционный;

ТР - терморегулятор;

БР - бак расширительный;

НЦ2 - насос циркуляционный;

ОНВ - охладитель воздуха;

ОМ - масляной холодильник;

РТ - термометр;

ДТР - датчик реле температуры;

Т1 - труба перелива.



Список литературы

1. Г.А. Самыкин «Судовые двигатели внутреннего сгорания», методические указания, Горький, - 1987г.

2. В.А. Ваншейдт «Справочник «Дизели», Л. - 1964 г.

3. Е.С. Леонтьевский «Справочник механика и моториста теплохода», изд.3-е, перераб. и доп., М. - 1971 г.

Размещено на allbest.ru

...