Курсовая работа. Дизельного двигателя с наддувом
 Скачать 263.77 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФгБОУ ВО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННый УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» СТРУКТУРНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ СПО НОВОСИБИРСКОЕ КОМАНДНОЕ РЕЧНОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ С. И. ДЕЖНЕВА РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С НАДДУВОМ МАРКИ 6ЧНСП 18/22 Расчетно-пояснительная записка КР26.02.05….РПЗ Студент гр. СВ- ___51___________ __Матвеев В.А ___________________________ «_____»______________20______ Руководитель _ Спецов С.А. ______________________ «_____»_______________20____г. 2021 Содержание Введение 1 Конструктивные особенности четырехтактного дизельного Двигателя марки ДД101 4 1.1 Основные характеристики 1.2 Особенности конструкции 2 Расчет элементов рабочего цикла. Построение индикаторной диаграммы 3 Расчет потерь теплоты и тепловой баланс двигателя Заключение Используемые источники ПРИЛОЖЕНИЕ А: Схема судового дизельного двигателя марки 6ЧНСП 18/22 ПРИЛОЖЕНИЕ Б: Теоретическая индикаторная диаграмма Введение Целью курсовой работы является – теоретическая проработка элементов рабочего цикла четырехтактного дизельного судового двигателя через решение следующих задач: Выбор объекта исследования. Изучение и проработка его конструктивных особенностей. Поиск и расчет основных характеристик работы выбранного четырехтактного дизельного судового двигателя. Проведения расчетов по основным тактам рабочего цикла дизельного двигателя. Построение теоретической индикаторной диаграммы по основным тактам – такту сжатия и такту расширения. Расчет возможных потерь тепла при работе дизельного двигателя и определение его теплового баланса. В ходе выполнения курсовой работы, мы рассмотрели и проработали все значимые расчеты дизеля: от температуры выхлопа, до эффективной мощности. Помимо всего прочего, по ходу выполнения работы, у нас возникает возможность, собственноручно построить диаграмму и увидеть результаты своих расчетов. 1. Конструктивные особенности четырехтактного дизельного двигателя марки 6ЧНСП 18/22 Основные характеристики Основными характеристиками дизельного двигателя являются характеристики, которые дают понятия о возможностях двигателя, его конструктивных особенностях. Также по характеристикам можно определить и расчетать теоретические показатели работы двигателя, которые позволяют производить оценку качества его работы, предупреждать возможные отклонения от нормальной работы. Совместно с теоретическими расчетными показателями используют показатели приборов и приспособлений с целью проведения диагностических операций. При установлении режимов работы двигателя ориентируются известными заводскими характеристиками и расчетными и снятыми с приборов фактическими показателями. Путем сравнения можно сделать анализ и выводы по качеству функционирования двигателя. Таблица 1 – Основные характеристики двигателя
2. Расчет элементов рабочего цикла. Построение индикаторной диаграммы 2.2 Давление в конце наполнения Исходные данные: - давление наддува Рн = 0.13 МПа - диаметр впускного клапана d = 0.03 м - диаметр цилиндра D = 0.18 м - средняя скорость поршня = 5,5 м/с Расчёт : Если впускной клапан один , то формула имеет вид =(D/d)2*=(0,18/0,03)2*5,5 = 35,2 ∆Ра== 0,006 кПа δн=∆Ра/Рн =0,05 Ра=(1- δн) Рн= 0,1 МПа Вывод: Средняя скорость всасывания колеблется = 30-70 м/с . Потеря давления при всасывании, ∆ Pа = 5-20 кПа. Относительная потеря давления при всасывании у дизелей с наддувом δн = 0,05- 0,1 2.3 Температура в конце наполнения. Исходные данные: - температура окружающей среды To = 308 К - превращение температуры свежего заряда воздуха Т0 к температуре воздуха в результате подогрева о стенки цилиндра ∆T = ( 5-10 ) К - коэффициент остаточных газов r = 0 - давление наддува Рн = 0,13 МПа - показатель политропы сжатия - давление атмосферного воздуха P0 = 0,1 МПа - значение политропы сжатия у дизелей тихоходных с неохлаждаемыми чугунными поршнями n1=1,33-1,37 , средней быстроходности и быстроходных n1 =1,38-1,42 с охлаждаемыми и алюминиевыми поршнями n1 = 1,32-1,37 -температура остаточных газов выведена опытным путём Tr ≤ 600 С Расчёт: Tн = T0(Pн/P0) (n1-1)/ n 1 = 330 К T0= 335 К Ta = (T0+yrTr)/(1+yr) = = 335 К Вывод: Температура в конце наполнения у четырехтактных дизелей у дизелей с наддувом Ta=320-380 К 2.4 Коэффициент наполнения Исходные данные: - степень сжатия Ɛ = 13 - давление наддува Pн = 0,13 МПа - давление впуска в начале сжатия Pа = 0,1 МПа - температура наддувочного воздуха Тн = 330 К - температура конца наполнения Ta = 335 К Расчет : ηн = 0,8 Вывод: По опытным данным коэффициент наполнения у четырехтактных дизелей с наддувом ηн = (0,8-0,95) 2.5 Количество свежего заряда воздуха Исходные данные: - коэффициента наполнения ηн = 0,8 - рабочий объем цилиндра= 0,005 м3 - универсальная газовая постоянная R = 8,314 кДж/(кмоль*К) - давление наддува Pн =130 КПа - температура наддувочного воздуха Тн = 330 К Расчет: Ms= 0,0002 кмоль 2.6 Параметры конца сжатия. Исходные данные: - давление впуска в начале сжатия Pа = 0,1 МПа - показатель политропы сжатия n1 = 1,37 - степень сжатия Ɛ = 13 - температура конца наполнения Ta = 335 К Расчет: Рc = Рa Ɛ n 1= 3,36 МПа Tc = Тa Ɛ n 1-1= 865,4 К Вывод Давление конца сжатия у четырехтактных дизелей с наддувом составляет Рc=3,5 - 5 МПа.Температура конца сжатия у судовых дизелей с однокамерным смесеобразованием составляет Tс = 850-1000 К , вихрекамерных дизелей составляет Tс = 700-900 К 2.7 Коэффициент избытка воздуха Исходные данные: - мощность Ne = 225 кВт - удельный расход топлива g e = 0,218 кг/(кВт*ч) - количества свежего заряда воздуха M s= 0,0002 кмоль - число оборотов n =750 - число цилиндров z = 6 - теоретически необходимое количество воздуха для дизельного топлива L0 = 0,5 кмоль/кг Расчет: Gц = 2geNe/(60nz) = 0,0004 кг/(кВт*ч) L= Ms/Gц= =0,6 кмоль/кг α = 2L=1,2 Вывод: Коэффициент избытка воздуха составляет, у дизелей малооборотных α =1.7 - 2,2 высокооборотных α =1.7 - 2,0, вихрекамерных α =1.3 - 1,6 2.8 Состав и количество рабочих газов Исходные данные: - коэффициент остаточных газов r = 0 - коэффициент избытка воздуха α = 1,2 - действительно необходимое количество воздуха L = 0,6 кмоль/кг Расчет: - количество газов в начале сгорания: M1 = 0.5α(1+yr)= 0,6 кмоль/кг - количество остаточных газов Мr = yr L= 0 кмоль/кг - коэффициент остаточных газов yr= Мr /L= 0 - содержание азота N2 = 0,395α=0,5 кмоль/кг - содержание кислорода O=0.105(α-1) = 0,02 кмоль/кг - количество продуктов сгорания на 1 кг топлива M2= M1+0.03=0,72+0,03=0,63 кмоль/кг - количество газов конца сгорания β =M2/M1= 1,05 Вывод: Коэффициент молекулярного изменения в дизелях составляет β=1,025-1,040 2.9 Зависимость между параметрами сгорания Исходные данные: - степень предварительного расширения=1,2-1,7 - степень повышения давления λ= 1,4-2,2 - температура конца сжатия T с = 865,4 К - коэффициент молекулярного изменения β= 0 - давление конца сжатия Pс =3,36 МПа - объем камеры сжатия V с =0,0004 м3 Расчет: V z = V с * = 0,0006 м3 P z =λ* Pс = 6,05 МПа T z=(λρ/ β)*T с = 2225 К Вывод: Давление конца сгорания у четырехтактных дизелей с наддувом P z = (6 - 12) МПа. Температура конца сгорания T z = (1700-2200) К. 2.10Температура в конце сгорания Исходные данные: - температура конца сжатия T с = 865 К - расчетная температура конца сгорания T z = 2225 К - низшая теплота сгорания топлива Q н = 42000 кДж/кг - объем камеры сжатия 0,0004 м3 - количество газов в начале сгорания: M1 =0,6 кмоль/кг - количество газов конца сгорания M2 =0,63 кмоль/кг - коэффициент использованной теплоты у тихоходных дизелей ξ = 0,85-0,90 , у дизелей средней и высокой быстроходности ξ = 0,80-0,85 , у дизелей вихрекамерных ξ = 0,65-0,70 - коэффициент избытка воздуха α = 1,2 Расчет: - средняя молярная изобарная теплоемкость продуктов сгорания нефтяного топлива: C’p=+ T z = 31,2 кДж/(кмоль*К) - средняя молярная изохорная теплоемкость свежего заряда воздуха: Cʋ=19.39+0,0031T с=32,1 кДж/(кмоль*К) - внутренняя энергия газа в конце сжатия (в начале сгорания) U с = M1Cʋ T с = 11469,9 кДж/кг - внутренняя энергия газа в конце процесса сгорания U z = M2C’p T z =43734,6 кДж/кг - теплота сообщенная газу в результате сгорания топлива U q= ξQ н =35700 кДж/кг - теплота эквивалентная работе совершенная газом в течении процесса сгорания U m= (U c+U q)-U z= 3435,3 кДж/кг Математическое выражение баланса U с + U q = U m + U z 47169,9 = 47169,9 2.11 Параметры конца расширения Исходные данные: - полный объем цилиндра Va=0,0054 м 3 - объём камеры сжатия V z= 0,0004 м 3 - степень предварительного расширения = 1,5 - степень сжатия Ɛ= 13 - показатель политропы расширения : У тихоходных дизелей n2 = 1,24-1,30. У дизелей средней быстроходности n2 = 1,2-1,25. Расчет: Степень последующего расширения δ = ε / р = 8,6 Р b = Р z/ δ n2 = 0,4 МПа T b = T z/ δ n2 – 1 = 1299 К Вывод: Температура и давление конца расширения для тихоходных дизелей T b= (900-1000) К , Р b=(0,25-0,35) МПа. для дизелей средней быстроходности и быстроходных T b= (1000-1200) К , Р b=(0,35-0,50) МПа 2.12 Расчет параметров процессов составляющих рабочий цикл Таблица 2 – Расчетная таблица параметров сжатия и расширения
Построение диаграммы расчетного цикла Построить индикаторную диаграмму расчетного цикла дизеля по рис.20. Для построения политропы сжатия отрезок V а делят, на 10 частей. Вычисления удобнее вести в табличной форме, подставляя значения давления в выбранном масштабе (миллиметрах) чертежа. V=1-20мм P=1 МПа-20мм V а=200мм Определение Р i по средней ординате индикаторной диаграммы расчетного цикла у (1-10) = Pb*()n2 –P*()n1 Р’i = (у1+ у2+у3+у4+у5+у7+у8+у9+у10)/200 = = 1,5427 МПа Р i = Р’ i = 0,93 МПа Вывод: Согласно опытным данным для четырёхтактных дизелей = 0,90-0,96. Среднее индикаторное давление рI ≤ 2,5 Мпа. 2.14 Расчёт среднего индикаторного давления. Исходные данные: - давление впуска в начале сжатия Pа = 0,1 МПа δ= 8,6 - степень сжатия Ɛ = 13 - показатель политропы сжатия n1 = 1,37 - показатель политропы расширения n2 = 1,25 - степень повышения давления λ = 1,8 - степень предварительного расширения р=1,5 Расчет: Р’ i = 0,823 МПа Р i = 0,78 МПа Вывод: Согласно опытным данным для четырёхтактных дизелей = 0,95-0,98 . Среднее индикаторное давлением рI ≤ 2,5 МПа. 2.15 Расчет индикаторной и эффективной мощности дизеля Исходные данные: - среднее индикаторное давление Р i = 780 кПа - теплота сгорания используемого дизельного топлива Qнф = 42 мДж/кг - эффективная мощность Ne = 235 кВт - число оборотов n = 750 мин-1 - постоянная двигателя В = 0,0001 - площадь поршня F = 0,025 м2 - ход поршня S= 0,22 м - число цилиндров z = 6 - удельный расход топлива ge = 0,218 кг/кВт*ч - коэффициент тактности k = 2 Расчет: Часовой расход топлива дизеля G = Ne*ge= 51,2 кг/ч Индикаторная мощность дизеля Ni = B*Рi*n = 585 кВт Индикаторный коэффициент полезного действия дизеля ɳ i = 3600Ni /(GQн) = 0,9 Эффективный коэффициент полезного действия дизеля ɳ е = 3600Nе /(GQн) = 0,4 Механический коэффициент полезного действия дизеля ɳ m= Ne / Ni= 0,4 Среднее эффективное давление Pe= ɳ m * Рi = 312 кПа Эффективная мощность Ne=B*Рe n= 225 кВт Мощность затраченная на преодоление внутренних потерь Nm= Ni - Ne= 350 кВт Литровая мощность у дизелей Nл = Рen/(60000k)= 1,95 кВт/л Поршневая мощность у дизелей Nп = Ne/(zF) = 15 кВт/дм2 Вывод : Среднее эффективное давление у четырехтактных дизелей с наддувом Ре = 700-2000 кПа. Литровая мощность дизелей с наддувом Nл =(2,1-11,8) кВт/л Поршневая мощность дизелей с наддувом Nп =(10,5 – 25,5) кВт/дм2. Значение эффективного к.п.д .для малооборотных дизелей ƞe = (0,40-0,42) ,для среднеоборотных дизелей ƞe = (0,41-0,42), для высокооборотных дизелей ƞe = (0,35-0,41) Механический коэффициент полезного действия дизеля безнаддува ɳm=(0,75–0,85) Индикаторный к.п.д. у четырехтактных дизелей ƞi=(0,45-0,53). Вследствие указанных изменений ɳ i и ɳ m эффективный к п д г ɳ e при увеличении нагрузки на двигатель сначала растет, при мощности 75—100% номинальной (у разных двигателей, по- разному) достигает максимума, а затем уменьшается . Расчет потерь теплоты и тепловой баланс двигателя 2.16 Общее количество теплоты Исходные данные: - низшая теплота сгорания топлива Qн= 42000 кДж/кг - часовой расход топлива G = 51,2 кг/ч Расчёт: Qобщ = Qн *G = 2150400 кДж/ч 2.17 Теплота израсходованная на производство эффективной работы Исходные данные: - мощность Ne = 235 кВт Расчёт: Qе = 3600 * Ne = 846000 кДж/ч 2.18 Теплота уносимая отработавшими газами Исходные данные: - часовой расход топлива G = 51,2 кг/ч - количество газов в начале сгорания: M1 =0,6 ,кмоль/кг - количество газов конца сгорания M2 = 0,63 ,кмоль/кг - средняя молярная изохорная теплоемкость свежего заряда воздуха: кДж/кмольК - средняя молярная изобарная теплоемкость продуктов сгорания нефтяного топлива: кДж/кмольК - температура окружающей среды To = 308 К - температура остаточных газов выведена опытным путём Tr = 823 К Расчёт: Qг = G* ( M2(C’p + 8,315)* Tr - M1(Cʋ + 8,315) * Tо) Qг = 666595,3 кДж/ч 2.19 Теплота отводимая с охлаждением Исходные данные: - С = ( 0,45 - 0,53) - число цилиндров z = 6 - число оборотов n = 750 м-1 - диаметр цилиндра D = 18 см - m = ( 0.5 - 0.7) - коэффициент избытка воздуха α = 1,2 Расчёт: Qв = 3,6* С* z* D1+ 2m * n m (1/ α) = 79857,9 кДж/ч 2.20 Прочие потери теплоты и тепловой баланс дизеля Qост = Qобщ –( Qе + Qг + Qв) = 557946,8 кДж/ч Тепловой баланс можно представить в виде Qобщ = Qе + Qг + Qв + Qост Qобщ = 2150400 кДж/ч 2.21 Количество теплоты, соответствующее израсходованному топливу, за 100%, qe = (Qе /Qобщ)*100 = 39,5% q в = (Qв /Qобщ)*100 = 30,9 % qг = (Qг /Qобщ)*100 = 3,7 % qост = (Qост /Qобщ)*100 = 25,9 % qe + qо х+ q r+ qoст = 39,5 + 30,9 + 3,7 + 25,9 = 100% Согласно опытным данным на номинальном режиме работы значения слагаемых теплового баланса двигателя следующие: qe = (35 - 42) % ; qв = (15 - 28) % ; qr = (25 - 42) % ; qoст = (1 -8 ) % . Заключение Курсовая работа выполнена в рамках изучения МДК 01.01 по специальности 26.02.05. В работе были рассмотрены вопросы теоретического цикла работы четырехтактного дизельного судового двигателя. Были сведены и расчитаны основные характеристики работы двигателя. В ходе выполнения теоретических расчетов, были определены покзатели, приближенные к реальному двигателю. Исходя из чего, мы стали более лучше понимать примерные возможности судового двигателя и то, что он может выдавать. На основании расчетов была построена теоретическая индикаторная диаграмма по основным двум элементам рабочего цикла: по такту сжатия и по такту расширения (рабочий ход). Полученная индикаторная диаграмма по теоретическим расчетным точкам близко совпадает с индикаторной диаграммой, полученной и приведенной заводом изготовителем конкретно взятого дизельного двигателя. В завершении работы можно сделать вывод, что поставленная цель достигнута через решение теоретических поставленных задач. Итогом работы является наглядное видение изучаемых процессов и их основных показателей, протекающих при работе судового дизельного двигателя. Используемые источники А.Ф.Гогин, Е.Ф. Кивалкин: «Судовые дизели», Текст Учебник, Изд. «Т», 1988 г., 439 с. Опорный конспект: Учебное пособие. НКРУ, , 2000 г., 35 с. Схема двигателя марки 6ЧНСП 18/22   | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||