Курсовая работа ДВС Жданов К.П.. Курсовой проект по дисциплине Судовые двс пояснительная записка

• Название: Курсовой проект по дисциплине Судовые двс пояснительная записка
• Дата: 14.11.2018
• Размер: 120.86 Kb.
• Имя файла: Курсовая работа ДВС Жданов К.П..docx
• Тип: Курсовой проект; #56380
• страница: 1 из 4

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО

ФЛОТА АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА»
Факультет судовой энергетики

Кафедра двигателей внутреннего сгорания и автоматики СЭУ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Судовые ДВС»


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Исполнитель: студент зф ЭСЭУ 4.6 Жданов К.П.
Руководитель: преподаватель Лемещенко А.Л.

Санкт-Петербург

2018 год

РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА
Исходные данные:
Тип двигателя прототип «MAN Diesel & Turbo» L35MC

Эффективная номинальная мощность N_eц=650 кВт

Номинальная частота вращения n = 200 об/мин

Удельный эффективный расход топлива g_e =0,170 кг/кВт·ч

Среднее эффективное давление P_e =15 бар

Число цилиндров i = 1

Давление в конце сжатия = 120 бар

Максимальное давление цикла = 160 бар

Давление воздуха в ресивере p_{s пр} = 3,15 бар

Угол закрытия выпускного клапана _а = 78ПКВ после НМТ

Угол открытия выпускного клапана _b = 68ПКВ до НМТ

Угол открытия продувочных окон _d = 48ПКВ до НМТ

Угол закрытия продувочных окон _е = 48ПКВ после НМТ

Постоянная КШМ _ш = 0.416

Механический КПД _м = 0,94

Коэффициент тактности (2^х-тактного)двигателя m = 1

Диапазон значений средней скорости поршня С_m=8 м/с

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D=3,0

Топливо (Мазут M-40)

Массовое содержание углерода С = 0,87

Массовое содержание водорода Н = 0,126

Массовое содержание кислорода O = 0,004

Массовое содержание воды W = 0

Низшая теплота сгорания топлива Q_н=42700кДж/кг

Давление окружающей среды p_o=1.0 бар

Температура окружающей среды T_o=298К

Минимальный температурный напор в воздухоохладителе t_во=12⁰C
Примечание: значения фаз газораспределения взяты по двигателю прототипу L35MC.


1.2 Определение размеров и числа цилиндров дизеля

Ход поршня:

Номинальная мощность:
кВт
Находим диаметр цилиндра:

Корректируем _:

D = 0,37 м

S = 1,2м

бар

Окончательное принятое значение не должно превышать 10 % от заданного, так как при существенном увеличении возрастают тепловые и механические нагрузки, и конструкция двигателя прототипа не обеспечивает надежную работу двигателя. удовлетворяет этому условию.

1.3 Выбор исходных данных к расчету рабочего цикла
Фазы газораспределения определяем по двигателю L35MC из данных в методическом пособии к расчёту судовых дизелей:

- угол открытия выпускного клапана ;

- угол закрытия выпускного клапана ;

- угол открытия продувочных окон ;

- угол закрытия продувочных окон ;
Для определения необходимо выбрать по двигателю-прототипу величину (Принято по приложению 3, учебного пособия по расчету рабочих процессов судовых дизелей).Определяем коэффициенты потерянного хода поршня аналитически по формулам:






1.3.1 Исходные данные к расчету процесса наполнения цилиндра
Температура воздуха, поступающего в цилиндр из ресивера: T_s=t_w+298+t_во=20+298+12=330K

t_во =1013C– минимальный температурный напор в воздухоохладителе (принимаемt_во = 12C).

Действительная степень сжатия:

_д=exp[ln(P_c/P_s)/1,36]= exp[ln(120/3,15)/1,36]=14,535

Принимаем _д =14,5
Геометрическая степень сжатия:
_o=

_r – коэффициент остаточных газов. (принимаем _r = 0,04)

1.3.2 Исходные данные к расчету процесса сжатия

При выборе n₁ (обычные пределы 1,34−1,36 для малооборотных дизелей) следует исходить из интенсивности теплообмена между зарядом воздуха и стенками цилиндра в процессе сжатия, зависящей от типа двигателя, размеров D и S, частоты вращения, условий охлаждения поршня, крышки и втулки цилиндра. Для рассчитываемого двигателя принимаем n₁=1,35
1.3.3 Исходные данные к расчету процесса сгорания
_z=0,92 - коэффициент использования теплоты в точке z;

Максимальное давление сгорания p_z=160 бар принимаем по данным двигателя-прототипа.
1.3.4 Исходные данные к расчету процесса расширения
Величина n₂ для судовых малооборотных и среднеоборотных дизелей лежит в пределах 1,2−1,27 и зависит от интенсивности теплообмена газов со стенками цилиндра, от внутреннего теплопритока при догорании топлива на линии расширения, обусловливающего качественную связь между величинами и n₂. С учетом рекомендаций в принимаем n₂= 1,27.
1.3.5 Механический КПД
Механический КПД необходим для перехода от индикаторных энергоэкономических показателей рабочего цикла двигателя к соответствующим эффективным показателям. Значения обычно приводятся для режима полной (100%) нагрузки. Для судовых малооборотных двухтактных дизелей характерны следующие значения механического КПД 0,88-0,94. Большие значения в указанных диапазонах соответствуют дизелям с высоким наддувом. В моем случаи принимаем 0,94.
1.4 Расчет процессов, составляющих рабочий цикл

Процесс наполнения

Давление в цилиндре в начале сжатия выбираем из диапазона для двухтактных с изобарным наддувом p_a=(0,90-0,95)p_s:

p_a=0,95p_s=0,953,15=2,993 бар

Температура смеси в начале сжатия:

T_a = = (330+5+750*0,04)/(1+0,04) = 350,96К

При расчете принято: t_ст=5 К - подогрев воздуха от стенок цилиндра (из диапазона 5−10 К);

Тr = 750 К температура остаточных газов (из диапазона 750−800 К).
Коэффициент наполнения:

ῃ _н=

Полученное значение коэффициента наполнения соответствует рекомендованным пределам для двухтактных малооборотных дизелей с изобарным наддувом 0,65-0,75
Для определения массы свежего заряда воздуха рассчитываем:

- рабочий объем цилиндра
V_h=D²(S/4)=3,14(1,2/4)=0,129м³;

- плотность воздуха при параметрах p_sиT<sub>s

s</sub>=/м³;

В данную формулу подставляется значение R = 0,287 кДж/(кг∙К).

Свежий заряд воздуха:

G_в = V_h·_s·_н = 0,129·3,32·0,65= 0,278 кг

Цикловая подача топлива:

g_ц = = = 0,009 кг/цикл

Коэффициент избытка воздуха при сгорании:

 = = = 2,15

G₀=14,33 кг − масса воздуха, теоретически необходимая для сгорания 1 кг топлива.

Значение  лежит в допустимых пределах для малооборотных дизелей (=l,9 − 2,2), поэтому полученные параметры процесса наполнения цилиндра принимаем как окончательные.
Процесс сжатия

Определим температуру и давление в конце сжатия:

Т_с = Т_а · _д^n1-1 = 350,96 · 14,5^1,35–1 = 894,8К

P_c = P_a · _дⁿ¹ = 2,993 · 14,5^1.35 = 110,65 бар

Определяем степень повышения давления при сгорании:

Степень повышения давления при сгорании топлива λ=pz/pc= =160/110,65=1,45. У двигателя-прототипа λ=pz/pc=160/120 =1,33. Отличия не выходят за допуски, поэтому нет необходимости корректировать степень сжатия.
Процесс сгорания

Определим химический и действительный коэффициенты:



где кмоль – теоретически необходимая масса воздуха для сжигания 1 кг топлива среднего состава.



Температуру рассчитываем по уравнению сгорания (из закона сохранения энергии):



– средняя мольная изохорная теплоёмкость в точке c, кДж/(кмоль∙К);

- средняя мольная изохорная теплоёмкость в точке z, кДж/(кмоль∙К).
Пренебрегая влиянием остаточных газов, определяем теплоемкость рабочего тела в конце сжатия по формуле:



Теплоемкость в конце в конце сгорания определяется с учетом изменения состава рабочего тела:



=

=

Левая часть уравнения после подстановки параметров дает число:





Правая часть уравнения после подстановки запишется в следующем образом:





Окончательное уравнение сгорания запишется в следующем виде:



Приведем это уравнение к виду:



И решим его методом последовательных приближений.

Решение:

подставив , получим

подставив , получим

подставив , получим



Для судовых дизелей характерен диапазон .Условие выполнено.

Объем в точке z определяем из уравнение состояния рабочего для начальной и конечной точек процесса сгорания:

 = = (1,032*1873)/(1,25*894,8) = 1,73

Объем рабочего тела в точке с:

V_c = = 0,129 (1-0,296)/(14,5-1) = 0,00673 м³

Объем рабочего тела в точке z:

V_z=V_c=1,730,00673=0,0116 м³

Процесс расширения
V_b^расч=V_a=_дV_c=14,50,00673=0,0976 м³

V_b=V_c+V_h(1-=0,00673+0,129(1 - 0,223)=0,107м³

Степень последующего расширения рабочего тела в расчетном цикле:

 = =0,0976/0,0116=8,414

Расчетные параметры рабочего тела в момент открытия выпускного клапана:

P_b^расч=P_z/ⁿ²=160/8,414^1,27=10,699 бар

T_b^расч=T_z/^n2-1=1873/8,414^0,27=1054К

Действительные параметры рабочего тела в момент открытия выпускного клапана:

;

.

Полученные значения параметров находятся в допустимых пределах: Давление ; температура рабочего тела .
1.5 Определение индикаторных и эффективных показателей

Среднее индикаторное давление расчетного цикла рассчитывается по параметрам рабочего тела в основных точках:

p_i^расч= =

=

=21,95

Предполагаемое значение среднего индикаторного давления:

= = =0,52 бар

P_i = P_i^расч·(1 - _a)+= 21,95 1-0,296)+0,52=15,973 бар
Индикаторная мощность:

N_i=[ (10V_h)/6m]

Индикаторный КПД:

ῃ_i=

Удельный индикаторный расход топлива:

g_i=

Значение эффективности энергетических и экономических показателей определяем с учетом принятого механического КПД:

N_e=N_iῃ_m=686,84*0,94=645,63 кВт(-1,007%)

P_е=p_iῃ_m=15,973*0,94=15,015 бар(-1,007%)

g_e=g_i/ῃ_m=0,1573/0,94=0,1673 кг/кВтч(-1,6%)