![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Составитель: Мочалов Юрий ГеннадьевичСтр 1 из 7Следующая ⇒
Составитель: Мочалов Юрий Геннадьевич СУДОВЫЕ ДИЗЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Методические указания к практическим занятиям для курсантов специальности 26.02.05 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
очной формы обучения
Керчь, 2016 г.
Составитель: Мочалов Юрий Геннадьевич, преподаватель СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ» ________________ подпись
Рецензент: Степанов Дмитрий Витальевич, к.т.н., доцент, преподаватель высшей категории СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ» _______________ подпись
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании цикловой комиссии судомеханических дисциплин СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ», протокол № ____ от «____» _______________ 201 6 г. Председатель ЦК __________________ А.П.Зелинский подпись
Методические указания утверждены и рекомендованы к публикации на заседании учебно-методического совета СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ», протокол № ____ от «____» _______________ 201 6 г.
© Судомеханический техникум ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2016 г.
Содержание
Введение Содержанием расчета рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания является определение давлений, температур и других параметров, определение экономических показателей, основных размеров рабочего цилиндра и построение индикаторной диаграммы. Для решения этих вопросов необходимы знания основ термодинамики, теории рабочего процесса в объеме программы и описательной части курса двигателей. Приступая к выполнению расчета, надо выбрать и обосновать исходные параметры, как, например, степень сжатия, температуры, давления и т.д. Ни в коем случае нельзя брать только средние значения, приведенные в пособии. В решении данных вопросов надо исходить из реальной оценки особенностей проектируемого двигателя, которые можно оценить по заданным параметрам на проектирование. Необходимо эти данные сопоставить с параметрами однотипных действующих двигателей и рекомендованных прототипов, эксплуатационные показатели которых надо изучать. Не рекомендуется выбирать исходные параметры сразу для всего расчета. Критический подход к табличным данным позволяет с достаточной точностью выбрать требующиеся величины. Вышесказанные соображения относятся к выбору тех или иных коэффициентов и сопоставлению расчетных величин с нормативными в процессе выполнения расчетных. Сравнительная оценка полученных результатов с показателями современных двигателей – важное средство для самоконтроля правильности выполнения расчета, объективности выбора параметров. Расчетные индикаторные, эффективные и экономические показатели должны находится на современном уровне.
Нельзя приступать к решению того или иного вопроса, если смысл расчетных формул не понят. В затруднительных случаях необходима консультация. Проектирование – работа творческая. Для лучшей организации проектирования полезен обмен мнениями проектантов, направленных на обсуждение слабых и положительных сторон отдельных работ. Это мероприятие будет способствовать углублению знаний учащихся, а также позволит полнее выявить степень самостоятельности и продуктивности работы. Необходим библиографический сбор основной и дополнительной специальной литературы. В процессе проектирования необходимо дальнейшее изучение конструкций двигателей, но уже с более квалифицированной оценкой их эксплуатационных качеств. С должным вниманием надо отнестись к вопросам экономического характера, предложенным к выполнению задания. РАСЧЕТ Процессы наполнения и сжатия Процесс сжатия заряда. Судовые дизели в зависимости от средней скорости движения поршня См, числа оборотов коленчатого вала nи агрегатной мощности подразделяются на: малооборотные, тихоходные 100 ≤ n < 250 об/мин, См ≤ 6,5 м/сек; среднеоборотные, быстроходные 250 ≤ n < 600 об/мин, См > 6,5 м/сек; повышенной оборотности, быстроходные 600 < n < 1000 об/мин, См ≥ 8,5 м/сек; многооборотные, сверхбыстроходные n ≥ 1000 об/мин, См = 8,5 ÷ 12 м/сек; маломощные Ne ≤ 100 э.л.с. = 73,6 кВт; средней мощности 100 ≤ Ne < 1000 э.л.с.; мощные 1000 ≤ Ne < 10000 э.л.с.; сверхмощные Ne > 10000 э.л.с. Давление в конце сжатия
Температура в конце сжатия
Средний показатель политропы сжатия определяем методом последовательных приближений по формуле:
По опытным данным средний показатель политропы сжатия n1 составляет у дизелей: тихоходных и средней быстроходности с охлажденными поршнями.. 1,32 - 1,38 быстроходных с охлажденными поршнями …………………………… 1,38 - 1,42 С увеличением числа оборотов nдвигателя среднее значение показателя n1 растет, т.к. уменьшается продолжительность теплообмена со стенками; малые числа оборотов приводят к уменьшению n1, (например, при пуске); введение охлаждения поршня и другие мероприятия, ведущие к понижению температуры стенок уменьшает показатель n1; с увеличением основных размеров (D и S)показатель n1возрастает и наоборот; этим объясняется, например, трудность пуска в ход малометражных дизелей. Истинные значения n1изменяются за цикл примерно от 1,5 /У н.мт./ до 1,1 /У в.м.т./.
Степень сжатия составляет у выполненных дизелей: тихоходных....................... 13 - 14 средней быстроходности.............. 14 - 15 быстроходных ……...................... 15 - 20 с наддувом ………......................... 11 – 12 Температура сжатия у дизелей находится в интервале Тс= 740-9000 К Параметры процесса сгорания Таким образом основным процессом рабочего цикла дизеля является горение распыленного жидкого топлива, впрыскиваемого под большим давлением в цилиндр. Расчет процесса горения ведется по основным элементам топлива, содержание которых в топливах различного происхождения изменяется по весу в следующих пределах: С ≈ 84 ÷ 88%; H ≈ 11 ÷ 14%; S ≈ 0,01 ÷ 5% и O ≈ 0,004 ÷ 3%. Обычно для расчета принимают средний весовой состав топлива: С = 0,87; Н = 0,126; O = 0,004.
Процесс сгорания топлива состоит в окислении его составных частей с выделением тепла. Теоретическое необходимое количество воздуха L0 для полного сгорания 1 кг топлива
где
В дизелях полное сгорание топлива возможно только при избытке воздуха, вследствие трудности осуществления смеси механически распыленного жидкого топлива. Коэффициентом избытка воздуха для сгорания α – называется отношение действительного количества молей воздуха L, находящегося в цилиндре, к теоретически необходимому L0 для сгорания 1 кг топлива:
Действительное количество молей воздуха, необходимых для сгорания 1 кг топлива:
Согласно опытным данным, коэффициент избытка воздуха для сгорания на номинальном режиме для дизелей лежит в следующих пределах: малооборотных…………………………………..1,8 - 2,2 средне- и многооборотных……………………...1,7 - 1,3 с наддувом………………………………………..1,7 - 2,2 Критерием оценки изменения числа молей газов в процессе химической реакции сгорания топлива является теоретический коэффициент молекулярного изменения β0. Количество молей продуктов сгорания 1 кг топлива
Расчетным (действительным) коэффициентом молекулярного изменения называется отношение:
В котором приняты во внимание, помимо свежего заряда и продуктов сгорания топлива, и остаточные газы γz; у дизелей β ≈ 1,03 ÷ 1,04 Степень повышения давления
Средняя изохорная мольная теплоемкость воздуха в конце сжатия
Выразим среднюю мольную изохорную и изобарную теплоемкость продуктов сгорания при максимальной температуре сгорания: Для остаточных: газов в конце сжатия средняя мольная изохорная теплоемкость выразится формулами:
Определяем максимальную температуру цикла по уточненному уравнению сгорания, если γг> 5%
где Qн - 42,4 х 103 кдж/кг ≤ /42,4 Мдж/кг/ Коэффициент использования тепла в точке Z – ξz лежит в пределах от 0,6 для многооборотных быстроходных до 0,86 малооборотных. Если количество остаточных газов не превосходит 5%, т.е. γг < 0,05 максимальная температура остаточных газов определяется уравнению сгорания в упрощенном виде:
После подстановки известных параметров, входящих в формулу, получаем квадратное уравнение относительно максимальной температуры Тz.
Максимальная температура цикла Tz ˚K в современных дизелях: малооборотных 1700 - 1900 средне и высокооборотных 1800 - 2000 с высоким поддувом 1900 - 2200 Давление Рz бар: малооборотных 50 - 70 средне и высокооборотных 60 - 120 с высоким поддувом 100 – 150 Расход топлива Индикаторный расход топлива: весовой массовый где Рi– Мн/м2
Эффективный расход топлива: весовой массовый
Коэффициент полезного действия Индикаторный к.п.д.
Наиболее важным показателем экономичности двигателя является эффективный к.п.д. ŋе, представляющий собой отношение тепла, превращенного в полезную работу, ко всему теплу, подведенному с топливом. ŋе = ŋі ŋм ; Опытные значения qe и ŋе составляют у дизелей: малооборотных 165- 125 кг/э.л.с.ч 38-43,5 % среднеоборотных 175- 160 кг/ э.л.с.ч 36-39,5 % выcокооборотных 185- 165 кг/ э.л.с.ч 34-38 % маломощных 210-180 кг/ э.л.с.ч 30-35 % Примеры выполнения расчета рабочего цикла 3.1 Пример расчета четырехтактного двигателя с наддувом|наддуванням|. Расчет Определяем теоретически необходимое количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива (вес); в системе единиц СИ для 1 к г массы топлива Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, L = α·L0 = 1,8·0,495 = 0,891 кмоль/кг; L = 0,891 кмоль/к г. Параметры наполнения рабочего цилиндра Определяем температуру воздуха после центробежного нагнетателя (корпус нагнетателя охлаждаемый). Принимаем средний показатель сжатия nн = 1,8
С целью понижения средней температуры цикла и увеличения наполнения цилиндра при Тк = 3520 К целесообразно установить охладитель воздуха за нагнетателем. Определим температуру надувочного воздуха, приняв ∆Тохл = 400 Тs = Тк – ∆Тохл = 352 – 40 = 3120 К Температура воздуха, поступающего в цилиндр, нагретого стенками цилиндра (степень подогрева примем ∆Т = 50) Т`s = Тs + ∆Т = 312 + 5 = 3170 К Давление начала сжатия примем Pа = 0,95·Рs = 0,95·1,51 = 1,43 бар = 0,143 Мн/м2 Где давление надувочного воздуха после охлаждения Рs = Рк – ∆Р = 1,55 – 0,04 = 1,51 бар = 0,151 Мн/м2 здесь сопротивление воздуха в охладителе принято ∆Р =0,04 бар. Давление остаточных газов принимаем Рг = 0,85·Рs = 0,85·1,51 = 1,28 бар = 0,128 Мн/м2 Коэффициент остаточных газов γг = Тоже получим в системе СИ. Температура смеси свежего заряда с остаточными газами в начале сжатия: Та= Коэффициент наполнения рабочего цилиндра воздухом:
Параметры процесса сжатия Методом последовательных приближений определим средний показатель политропы сжатия, приняв первое приближение n1 = 1,374 n1 = 1,374 = 1,374 окончательно принимаем n1 = 1,374. Давление в конце сжатия
Температура в конце сжатия
что вполне достаточно для надежного самовоспламенения топлива при всех режимах работы двигателя.
Экономичность Теоретическое среднее индикаторное давление цикла:
Определяем среднее индикаторное давление с учетом округления:
Рi = φ·Рi' = 0,96·11,61 = 11,14 бар = 1,114 Мн/м2.
Среднее эффективное давление Ре = ηм·Рi = 0,883·11,14 = 9,8366 бар = 9,84 бар = 0,984 Мн/м2. Определяем ожидаемые экономические показатели работы дизеля.
Индикаторный к.п.д. цикла:
Эффективный к.п.д. двигателя ηе = ηi·ηм = 0,416·0,883 = 0,367. Полученные в расчете индикаторные и эффективные экономические показатели Рi; Ре; qi; qе; ηi; ηе находятся на одном уровне прототипного двигателя. Основные размеры рабочего цилиндра.
Находим диаметр рабочего цилиндра:
Принимаем Д = 250 мм = 0,25 м. Проверяем отклонение величины мощности от заданной. Рассчитанная мощность
где Д в см; S – в м. Проверяем погрешность расчета. Заданная мощность Ne =725 э.л.с.
Проверяем отношение величины хода поршня и диаметра цилиндра: Для двигателей с оборотами 200-500 об/ мин. Рекомендуется S/D = 1,2-1,7. Для оценки форсировки (напряженности) двигателя определяем поршневую удельную мощность:
Полученная форсировка соответствует среднеоборотным четырехтактным двигателям [ Nn] = 13÷40 э.л.с/дм2. Т.О., полученные основные размеры и важнейшие параметры цикла, соответствуют двигателю марки 84 Н 25/34-4.
Пример построения индикаторной диаграммы двухтактного двигателя с контурной продувкой
Исходные данные. Мощность Nе = 600 э.л.с.; число оборотов n = 300 об/мин; диаметр цилиндра D = 300 мм; ход поршня S = 500 мм; число цилиндров i = 6; степень сжатия ε = 12,9; степень предварительного расширения ρ = 1,315; степень последующего расширения δ = 9,8; доля потерянного хода поршня ψ = 0,22; давление начала сжатия Ра = 1,14 бар; давление сжатия Рс = 37 бар; максимальное давление цикла Рz = 60 бар; давление конца расширения Рb = 3,08 бар; средний показатель политропы сжатия n1 = 1,36; средний показатель политропы расширения n2 = 1,3. Принимаем базу диаграммы Va = 120 мм; масштаб ординат давлений 1 бар – 2 мм (m=2); объем камеры сжатия объем предварительного расширения Vz = Ve·ρ = 1,315·9,3 = 12,21 мм; рабочий объём цилиндра Vs = Ординаты давлений характерных точек цикла: точка а = m·Pa = 2·1,14 = 2,28 мм; точка с = m·Pc = 2·37 = 74,0 мм; точка z = m·Pz = 2·60 = 120 мм; точка b = m·Pb = 2·3,08 = 6,16 мм. Таблица 1
Среднее индикаторное давление определяем по приближенному способу деления диаграммы на ряд трапеций, для чего длину диаграммы делим на десять равных частей длиной в = 142 мм. Из точек деления проводим линии У1; У2; … У9 перпендикулярно к атмосферной линии. Проводим дополнительно две ординаты У0 и У10 от линий, касательных к крайним точкам диаграммы. Отрезки линий У1; У2; … У9, заключенные между линиями расширения и сжатия, представляют собой средние линии трапеций, высота которых равна в = … мм. Отрезки У0 и У10 являются средними линиями крайних трапеций с высотой ½ в. Вышеуказанные отрезки измеряем линейкой. Величина среднего индикаторного давления определится по формуле
(Рi) = Пример построения индикаторной диаграммы двигателя с Исходные данные. n1 = 1,38; n2 = 1,27; ψ = 0,11; ε = 11,1; ς = 1,46; δ = 7,62; Ра = 1,34 бар; Рс = 37,2 бар; Рz = 56 бар; Рb = 4,26 бар; Рі = 8 бар; 88˚ п.к.в. до Н.М.Т. опережение открытия выпускного клапана: Таблица 1
Масштаб ординат давлений 1 бар – 2 мм (m=2); точка а = m·Pa = 2·1,34 = 2,68 мм; точка с = m·Pc = 2·37,2 = 74,4 мм; точка z = m·Pz = 2·56 = 112 мм; точка b = m·Pb = 2·4,26 = 8,52 мм. База диаграммы Va = 120 мм; объем катары сжатия объем предварительного расширения Vz = ρ·Vc = 1,46·10,81 = 15,78 мм; рабочий объем цилиндра Поправка Брикса в масштабе длины диаграмм
Пример расчета рабочего цикла двухтактного двигателя с прямоточной-клапанной продувкой Задание: Рассчитать рабочий цикл главного судового дизеля с прямоточно-клапанной продувкой. Эффективная мощность Ne = 17920 э.л.е (13200 Квт) при частоте вращения n = 111 об/мин (1,85 об/сек), число цилиндров i = 8. Расчет производить для топлива марки Л ГОСТ 305-82, средний весовой состав топлива: С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004. Низшая теплота сгорания топлива Qн = 10136,2 Ккал/кг Исходные данные расчета. Максимальное давление цикла…………………….Pz = 130 бар Степень сжатия………………………………………Е = 13,4 Давление окружающей среды………………………P0 = 1бар (0,098 Мн/м2) Температура окружающей среды……………….….Т0 = 2900 К Коэффициент избытка воздуха……………………..α = 1,8 Температура остальных газов………………………Тг = 7000 К Давление после нагнетателя…………………….......Рк = 2 бар Коэффициент остаточных газов…………………….γг = 0,06 Коэффициент использования тепла в точке "z"……..……………………………………...ξz = 0,8 Коэффициент использования тепла в точке "в"…………………………………………….ξв = 0,86 Доля хода поршня, соответствующая Продувочным окнам………………………………….ψп = 0,09 Механический КПД двигателя………………………ηм = 0,94
Расчет Теоретическое количество молей воздуха, необходимое для сгорания 1 к г. топлива. Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, L = α·L0 = 2·0,495 = 0,99 моль/к г; Параметры процесса сжатия. Средний показатель политропы сжатия, определяем методом последовательных приближений по формуле: n1-1 = приняв первое приближение n1 = 1,373 1,373-1 = 0,373 ≠ 0,37 принимаем второе приближение n1 = 1,37. 1,37-1 = окончательно принимаем n1 = 1,37. Давление в конце сжатия: Рс = Pа· Температура смеси в конце сжатия: Тс = Та·
Литература
Основная: 1. Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. – М.: Моркнига, 2008. 2. Захаров Г.В. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. Учебник. - М.: ТрансЛит, 2009
Дополнительная: 1. Миклас А.Г., Чернявская Н.Г. Судовые двигатели внутреннего сгорания. –Л.: Судостроение, 1971. 2. Фомин Ю.Я. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. – Л.: Судостроение, 1989 3. Петровский Н.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация. –Л.: Судостроение, 1968. 4. Танатар Д.Б. Компоновка и расчет быстроходных ДВС.–Л.:Судостроение, 1956. 5. Танатар Д.Б. Современные мощные дизели. –Л.: Судостроение, 1958. 6. Хандов З.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания (конструкция) –Л.: Судостроение, 1962. 7. Хандов З.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания (теория).–Л.: Судостроение, 1958.
Составитель: Мочалов Юрий Геннадьевич СУДОВЫЕ ДИЗЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Методические указания к практическим занятиям для курсантов специальности 26.02.05 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
очной формы обучения
Керчь, 2016 г.
Составитель: Мочалов Юрий Геннадьевич, преподаватель СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ» ________________ подпись
Рецензент: Степанов Дмитрий Витальевич, к.т.н., доцент, преподаватель высшей категории СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ» _______________ подпись
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании цикловой комиссии судомеханических дисциплин СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ», протокол № ____ от «____» _______________ 201 6 г. Председатель ЦК __________________ А.П.Зелинский подпись
Методические указания утверждены и рекомендованы к публикации на заседании учебно-методического совета СМТ ФГБОУ ВО «КГМТУ», протокол № ____ от «____» _______________ 201 6 г.
© Судомеханический техникум ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2016 г.
Содержание
Введение Содержанием расчета рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания является определение давлений, температур и других параметров, определение экономических показателей, основных размеров рабочего цилиндра и построение индикаторной диаграммы. Для решения этих вопросов необходимы знания основ термодинамики, теории рабочего процесса в объеме программы и описательной части курса двигателей. Приступая к выполнению расчета, надо выбрать и обосновать исходные параметры, как, например, степень сжатия, температуры, давления и т.д. Ни в коем случае нельзя брать только средние значения, приведенные в пособии. В решении данных вопросов надо исходить из реальной оценки особенностей проектируемого двигателя, которые можно оценить по заданным параметрам на проектирование. Необходимо эти данные сопоставить с параметрами однотипных действующих двигателей и рекомендованных прототипов, эксплуатационные показатели которых надо изучать. Не рекомендуется выбирать исходные параметры сразу для всего расчета. Критический подход к табличным данным позволяет с достаточной точностью выбрать требующиеся величины. Вышесказанные соображения относятся к выбору тех или иных коэффициентов и сопоставлению расчетных величин с нормативными в процессе выполнения расчетных. Сравнительная оценка полученных результатов с показателями современных двигателей – важное средство для самоконтроля правильности выполнения расчета, объективности выбора параметров. Расчетные индикаторные, эффективные и экономические показатели должны находится на современном уровне. Нельзя приступать к решению того или иного вопроса, если смысл расчетных формул не понят. В затруднительных случаях необходима консультация. Проектирование – работа творческая. Для лучшей организации проектирования полезен обмен мнениями проектантов, направленных на обсуждение слабых и положительных сторон отдельных работ. Это мероприятие будет способствовать углублению знаний учащихся, а также позволит полнее выявить степень самостоятельности и продуктивности работы. Необходим библиографический сбор основной и дополнительной специальной литературы. В процессе проектирования необходимо дальнейшее изучение конструкций двигателей, но уже с более квалифицированной оценкой их эксплуатационных качеств. С должным вниманием надо отнестись к вопросам экономического характера, предложенным к выполнению задания.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-08; просмотров: 485; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.147.70.66 (0.312 с.) |