ПЗ ЧН 2028. Введение Конструкция и эксплуатационные качества двигателя

• Название: Введение Конструкция и эксплуатационные качества двигателя
• Дата: 02.11.2021
• Размер: 0.92 Mb.
• Имя файла: ПЗ ЧН 2028.docx
• Тип: Реферат; #261120
• страница: 1 из 6

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….3

1. 
   Конструкция и эксплуатационные качества двигателя………………4
   
2. 
   Расчет рабочего цикла, индикаторной диаграммы, индикаторных и эффективных показателей двигателя………………………………….9
   
3. 
   Расчет системы наддува двигателя…………………………………...22
   
4. 
   Расчет сил, действующих в КШМ двигателя………………………..25
   
5. 
   Расчет массы и конструктивных размеров маховика……………….33
   
6. 
   Расчетный анализ……………………………………………………...34
   

Заключение………………………………………………………………..36

Список литературы……………………………………………………….37

ВВЕДЕНИЕ
В условиях постоянного повышения цен на топливо, требований к экологической безопасности, надежности дорогостоящей техники, такой как судовой дизель, на судах растет необходимость увеличения топливной экономичности, снижения токсичности отработавших газов, повышения надежности при неизменных массо-габаритных показателях в судовых двигателях.

Для судна, которое переводят в другой район плавания может быть применена дефорсировка главных двигателей.

Кинематическая и принципиальная схемы четырехтактного ДВС



1-поршень, 2-цилиндр, 3-шатун, 4-кривошип
1. Конструкция и эксплуатационные качества двигателя
Параметры рабочего цикла:

• 
  Давление наддува p_k = 0,270 МПа
  
• 
  Максимальное давление 18,0 МПа
  
• 
  Степень сжатия 13,6
  

Конструкция двигателя базируется на принципе моноблочности. B частности, объединены в моноблок патрубки, обеспечивающие:

• 
  подвод воздуха из ресивера в крышку цилиндра;
  
• 
  придание воздуху вращательного движения для оптимизации сгорания топлива на малых нагрузках;
  
• 
  вывод газов в выпускную систему;
  
• 
  отвод охлаждающей воды из крышки в отводной канал в блоке;
  
• 
  охлаждение и изоляция выпускного патрубка;
  
• 
  крепление выпускной системы на двигателе.
  

Также крышка цилиндра может быть снята без разъединения и разборки патрубков подвода и отвода охлаждающей воды, наддувочного воздуха и масла.

Крышка цилиндра отлита из чугуна и имеет жесткую коробчатую конструкцию, 4-клапанная, с тремя днищами. Особое внимание обращено на охлаждение огневого днища и зоны выхлопных клапанов во избежание их высокотемпературной коррозии.

Блок отлит из сфероидального чугуна и представляет собой монолитную, жесткую и компактную конструкцию. Моноблочная структура блока, характерная для большинства высоко- и среднеоборотных двигателей, обеспечивает размещение в нем:

• 
  Привода механизма газораспределения;
  
• 
  Подшипников распредвала;
  
• 
  Ресивера наддувочного воздуха;
  
• 
  Распределительных каналов охлаждающей воды и смазочного масла.
  

Кормовой ромовый подшипник одновременно выполняет функции ограничения осевого смещения коленчатого вала.

Крепление двигателя к судовому фундаменту осуществляется четырьмя опорами через эластичные амортизаторы.

Втулка цилиндра обладает минимальными деформациями как благодаря собственной жесткости, так и за счет прочности и жесткости посадочных поясов блока цилиндров.

Температурный уровень внутренних поверхностей втулки сохраняется в оптимальных пределах (160-1200° C) за счет интенсификации вращательного движения охлаждающей воды в зоне, располагающейся ниже посадочного фланца. Для очистки боковой поверхности головки поршня от откладывающегося на ней нагара, в верхнюю часть втулки устанавливается счищающее (огневое или антиполировочное) кольцо.

Поршень составной - стальная головка и тронк из сфероидального графита, обладающего отличными антиизносными свойствами и малым тепловым расширением.

B головке располагается камера сгорания типа Гессельмана, характеризующаяся высоким воротником, защищающим попадание струй распыливаемого топлива на зеркало цилиндра. Головка поршня охлаждается маслом, поступающим в нее по сверлению в стержне шатуна. По выходе из головки шатуна поток масла уплотняется башмаком, скользящим по ее поверхности и поджатым пружиной. B зазор между поршнем и втулкой цилиндра в дополнение к маслу, попадающему на цилиндр путем разбрызгивания, организована специальная подача масла через отверстия в тронке поршня. Это масло отбирается из полости охлаждения головки.

Это обеспечивает наличие гарантированного количества масла между трущимися поверхностями поршня и втулки и предохраняет в экстремальных случаях от образования задиров и повышенных износов.

B головке установлены 2 компрессионных и 1 маслосъемное кольца с антифрикционным покрытием.

Шатун двутаврового сечения, стальной, штампованный. Верхняя головка шатуна имеет ступенчатую форму. Поскольку наибольшие нагрузки несет нижняя половина подшипника, ее ширина увеличена. Ширина верхней половины меньше, что дает возможность соответственно развить опорную поверхность бобышек поршня.

Мотылевый подшипник имеет косой разъем и два шатунных болта, затяг которых обеспечивается гидравлическими домкратами.

Вкладыши подшипников рамовый и мотылевой трехслойные, подшипник головного соединения - бронзовый.

ТНВД золотникового типа, с регулированием по началу подачи, давление впрыска 1400 бар. Корпус насоса интегрирован в общий блок с системой подачи топлива низкого давления и с направляющими клапанов. B головке насоса размещены два клапана - нагнетательный и обратный, последний служит целям сброса остаточного давления, образующегося в топливопроводе форсунки по окончании впрыска и закрытия нагнетательного клапана.

Форсунки неохлаждаемые, несмотря на то, что они рассчитаны на работу на тяжелом топливе. По утверждению фирмы, двигатель может пускаться, работать в широком диапазоне мощностей и останавливаться на тяжелом топливе без перехода на дизельное.

Двигатель представляет собой новое поколение дизелей, в основу конструкции которых заложены требования обеспечить:

• 
  эффективную работу на тяжелых топливах;
  
• 
  низкую стоимость производства, монтажа и эксплуатации;
  
• 
  легкость технического обслуживания;
  
• 
  низкий уровень эмиссии NO_x.
  

Данные по конструкции взяты из книги [5 и 6].
Остов дизелей состоит из блок-картера и фундаментной рамы, скрепленных анкерными связями, образующих жесткую конструкцию, на которой смонтированы все остальные детали и узлы.

На переднем торце дизеля размещены: турбокомпрессор, охладитель наддувочного воздуха, фильтр топлива, насосы воды, масла, топливоподкачивающий и маслопрокачивающий насосы.

Со стороны заднего торца размещены: щит приборов, главный пусковой клапан, распределитель воздуха, механизм безопасности, регулятор скорости, привод распредвала.

В верхней части дизеля размещены крышки рабочих цилиндров, к которым крепятся: впускной коллектор, выпускной коллектор и коллектор отвода воды из крышек цилиндров.

На стороне управления дизелем размещены: распределительный вал, топливные насосы и их приводы, привод впускных и выпускных клапанов, механизм регулирования подачи топлива, тяга с защелками механизма безопасности и фильтр тонкой очистки масла.

На противоположной управлению стороне дизеля расположены: коллектор подачи охлаждающей воды к втулкам рабочих цилиндров, предохранительные противовзрывные клапаны, охладители масла и воды с регуляторами температуры прямого действия. Коленчатый вал стальной.

Со стороны переднего торца на коленчатом вале располагаются шестерни привода насосов воды и масла, с заднего торца - шестерня привода распределительного вала.

Поршень цельный, алюминиевый, охлаждаемый маслом. Шатун стальной, штампованный с прямым разъемом нижней головки.

Турбокомпрессоры с фильтром - глушителем на входе.

Топливная система состоит из шестеренчатого топливоподкачивающего насоса с редукционным клапаном, сдвоенного фильтра тонкой очистки, отдельных топливных насосов высокого давления для каждого цилиндра и форсунок.

Необходимо решить следующие задачи:

1. 
   Сделать расчет рабочего цикла двигателя.
   
2. 
   Выполнить динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя.
   

2. Расчет рабочего цикла, индикаторной диаграммы, индикаторных и эффективных показателей двигателя
Число цилиндров i = 6 в двигателе , 0,27 МПа. Максимальное давление 18 МПа, степень сжатия 13,6, степень повышения давления λ = 2,1. Коэффициент избытка воздуха выбираем 2,1, исходя из пределов для современных среднеоборотных дизелей 1,6 2,1 [1]. Остальные параметры двигателя-прототипа оставляем неизменными.
2.2 Расчет рабочего цикла двигателя
Задачей расчета является определение характеристик цикла и его экономических пока­за­телей проектируемого двигателя, а затем сравнения их с опытными данными, полученными для дизе­лей данного типа.

Значения исходных параметров в полной мере определяют возможность получения в двигателе с конкретными размерами заданных энергетических и экономических показателей. Для того чтобы расчетный цикл был максимально приближенным к реальному циклу, а величины среднего эффективного давления и удельного расхода топлива – близкими к действительным значениям, необходимо исходные параметры принять такими, которые в наибольшей мере соответствуют особенностям конструкции условиям эксплуатации данного двигателя.

Неверный выбор исходных данных приводит к необходимости повторений расчетов с корректировкой исходных величин. При выборе и обосновании данных используем сведения из рекомендуемой литературы. Величины некоторых исходных данных заданы или указаны в технической документации двигателя.

Данный расчет выполняем по методике В.И.Гриневицкого и Е.К.Мазинга. В основе метода лежит представление действительного рабочего цикла рядом последовательно протекающих термодинамических процессов при следующих допущениях:

– действительный процесс сжатия заменяется политропным процессом с постоянными количеством газов в цилиндре и показателем политропы;

– процесс сжатия заканчивается, а процесс сгорания начинается при положении поршня в ВМТ. Действительный процесс сгорания топлива с выделением и использованием теплоты заменяется процессами изохорного и изобарного подвода теплоты;

– процесс расширения заканчивается, а процесс газообмена начинаются при открытии выпускного клапана.

Расчет рабочих процессов выполняем с использованием известных положений и уравнений технической термодинамики, а также эмпирических связей между некоторыми параметрами, показателями и коэффициентами.

В расчетах теплового процесса дизелей, предназначенных для судов неограниченного рай­она плавания с приемом воздуха из машинного отделения, условия окружающей среды характеризуют ГОСТ 10448– 80 ([1], табл. 3.1).

Давление надувочного воздуха четырехтактных среднеоборотных дизелей с наддувом находится в пределах ([1], с. 22)

Р_s = (0,13÷0,27) МПа.

Показатель политропы сжатия нагнетателя находится в пределах ([1], с. 28)

m = (1,7÷1,8).

С целью понижения средней температуры цикла и увеличения наполнения рабочего цилин­дра целесообразно при такой температуре охлаждение воздуха за нагнетателем. Степень охла­ж­де­ния свежего заряда в охладителе составляет

ΔТ_охл > (10÷15).

Коэффициент потерь давления во впускных органах ([1], табл. 3.2) четырехтактных дизелей с наддувом находится в пределах

k_а = (0,90÷0,96).

Степень подогрева воздуха от стенок каналов и цилиндра ([1], с. 29)

ΔТ_а = (5÷10) градусов.

Коэффициент избытка воздуха среднеоборотных четырехтактных дизелей находится в пределах ([1], табл. 3.2)

α = (1,6÷2,0).

Доли хода поршня, потерянные на осуществление процессов газообмена для четырехтактных дизелей принимают равными

ѱ_а = ѱ_в = 0.

Действительная степень сжатия ε выбирается с учетом тактности, быстроходности, способа смесеобразования и степени наддува двигателя или задается.

Коэффициент остаточных газов четырехтактных дизелей с наддувов находится ([1], табл. 3.4) в пределах

γ_г = (0,01÷0,04).

Температура остаточных газов обычно находится ([1], с. 24) в пределах

Т_г = (700÷800) К.

Показатель политропы сжатия среднеоборотных четырехтактных дизелей находится ([1], табл. 3.5) в пределах

n₁ = (1,36÷1,39).

Коэффициенты использования тепла ξ_b и ξ_z в точках цикла b и z соответственно зависят от быстроходности и степени наддува дизеля. Для среднеоборотных дизелей коэффициенты находятся ([1], табл. 3.6) в пределах

ξ_z = (0,75÷0,85);

ξ_b = (0,85÷0,95.)

Показатель политропы расширения среднеоборотных четырехтактных дизелей находится ([1], табл. 3.7) в пределах

n₂ = (1,2÷1,3).

Механический КПД средне оборотных четырехтактных дизелей с наддувом находится ([1], табл. 3.8) в пределах

η_м = (0,95÷0,90).

Элементарный состав и теплота сгорания топлива регламентированы ГОСТ 10448–80 ([1], с. 26).

Составим сводную таблицу (табл. 2.1) величин выбранных исходных данных.

Исходные данные расчета указаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Исходные данные расчета рабочего цикла дизеля

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Значение	Размерность
1	Эффективная мощность двигателя		980	кВт
2	Частота вращения коленчатого вала		1000	мин-1
3	Диаметр цилиндра		0,20	м
4	Ход поршня		0,28	м
5	Коэффициент тактности		0,5	–
6	Число цилиндров		6	–
7	Давление наддува (продувки)		0,270	МПа
8	Температура воздуха перед цилиндром		300	К
9	Давление окружающей среды		0,100	МПа
10	Температура окружающей среды		300	К
11	Давление газа в выпускном трубопроводе после турбины (при двухступенчатом расширении газа – после Т2) или после цилиндров Д в схеме с механическим наддувом		0,103	МПа
12	Доля хода поршня, потерянная на продувку		0	–
13	Коэффициент избытка воздуха для сгорания		2,0	–
14	Температура воздуха после воздухоохладителя первой ступени		300	–
15	Коэффициент продувки		1,050	–
16	Степень сжатия		13,000	–
17	Степень повышения давления при сгорании		1,500	–
18	Предельно допустимое давление сгорания		18,500	МПа
19	Коэффициент остаточных газов		0,05	–
20	Температура остаточных газов		800	К
21	Сопротивление на входе в компрессор первой ступени		0,003	МПа
22	Подогрев заряда от стенок цилиндра		15,000	К
23	Сопротивление воздухоохладителя первой ступени		0,004	МПа
24	Сопротивление воздухоохладителя второй ступени		0,000	МПа
25	Коэффициент использования теплоты в точке « » цикла		0,935	–
26	Коэффициент использования теплоты в конце сгорания		0,980	–
27	Отношение давления в начале сжатия к давлению наддува		0,960	–
28	Отношение давления перед турбиной высокого давления (Т1) к давлению наддува		0,940	–
29	Коэффициент импульсности потока газов		1,100	–
30	Коэффициент полноты индикаторной диаграммы		0,970	–
31	Степень повышения давления в компрессоре второй ступени (К2)		1,000	–
32	Адиабатный КПД компрессора первой ступени (К1)		0,770	–
33	Адиабатный КПД компрессора второй ступени (К2)		1	–
34	Механический КПД К1		0,970	–
35	Механический КПД К2		1,000	–
36	Механический КПД собственно двигателя		0,890	–
37	Давление после турбины высокого давления (Т1) или перед турбиной низкого давления (Т2)		0,103	МПа
38	Внутренний КПД Т1		0,750	–
39	Внутренний КПД Т2		1,000	–
40	Показатель адиабаты газов в Т1		1,330	–
41	Показатель адиабаты газов в Т2		1,330	–
42	Показатель политропы расширения газов при истечении из цилиндра		1,330	–
43	Низшая теплота сгорания топлива		42290	кДж/кг

Расчетный цикл представлен на рисунке 2.1



Рисунок 2.1 Характерные точки и параметры расчетного цикла ДВС