Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация»


Скачать 196.57 Kb.
НазваниеМетодические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация»
Дата публикации03.07.2013
Размер196.57 Kb.
ТипМетодические указания
userdocs.ru > Физика > Методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ




ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ



Кафедра "Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация"

Конструктивный расчет двигателя

внутреннего сгорания

Методические указания

к расчетно-графической работе по курсу

«Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация»
Специальности

6.100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

6.090509 «Судовые энергетические установки и оборудование»

Одесса – 2006
Методические указания разработаны Черемисиным Владимиром Ильичом – кандидатом технических наук доцентом кафедры „Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация” Одесского национального морского университета в соответствии с рабочими программами дисциплин „Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация” и „Судовые двигатели внутреннего сгорания», утвержденными Советом судомеханического факультета ОНМУ.


Методические указания одобрены кафедрой „Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация” ОНМУ 16 мая 2006 года (протокол № 16)


Рецензент: В.Г.Ивановский – д.т.н., профессор

ЗАДАНИЕ

Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания

с построением и обработкой индикаторной диаграммы

^ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

  1. Марка двигателя (тип двигателя) _____________________________

  2. Выполнить расчет конструктивный, поверочный

  3. Эффективная мощность двигателя Ne_______________________, кВт

  4. Давление наддувочного воздуха ps__________________________, МПа

  1. Отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D:

  2. Максимальное давление сгорания pz________________________, МПа

  3. Частота вращения коленчатого вала n_______________________мин -1

  4. Средняя скорость поршня cm м/с

  5. Число цилиндров i

  6. Расчет выполнить для стандартных внешних условий: для средних широт, для тропиков


В домашнем задании необходимо выполнить следующие разделы:

  1. Изучить конструктивные особенности заданного дизеля по [1, 2, 3, 6]

  2. Другие исходные данные выбрать из рекомендуемой литературы [2, 3, 4]

  3. Марку топлива выбрать из [4] и записать основные характеристики топлива из табл. 6.4 [4, с. 266-269, с. 276-277]

  4. Низшую теплоту сгорания топлива QH рассчитать по формуле Менделеева, выбрав элементарный состав топлива и по эмпирической формуле из [4, с. 252]

  5. Стандартные внешние условия выбрать из [5, с. 7, 188]

  6. Промежуточные результаты расчета рабочего цикла проанализировать, сравнив их со значениями для реального прототипа дизеля [2, 3, 6]

  7. Расчет рабочего цикла считается завершенным, если полученный в расчете удельный эффективный расход топлива ge отличается на ±3 % от расхода топлива рассматриваемого типа дизеля [3,6]

  8. Рассчитать термический КПД цикла, сравнить его с индикаторным и эффективным КПД двигателя.

  9. Рассчитать данные для построения индикаторной диаграммы, построить индикаторную диаграмму на формате А-4, определить по построенной индикаторной диаграмме среднее индикаторное давление pi.

  10. Используя исходные данные и результаты расчета построить на формате А-4 в выбранном масштабе схему кривошипно-шатунного механизма (КШМ) заданного дизеля с обязательным изображением на ней:

  • диафрагмы, разделяющей полость картера от подпоршневых полостей;

  • длины цилиндровой втулки с расположенными в ее нижней части продувочными окнами (в масштабе).
^

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ


1. Фомин Ю.Я., Волошин А.А. Конструкция судовых дизелей. Методические указания к практическому занятию. Одесса, РИО, 1991.

2. Самсонов В.И., Худов НИ. ДВС морских судов: Учебник для ВУЗов. - М.: Транспорт, 1990.

3. Фомин Ю.Я. и др. Судовые ДВС: Учебник для ВУЗов, - Л.: Судостроение, 1989.

4. Эксплуатация судовых дизельных энергетических установок : Учебник для ВУЗов / Камкин С.В. и др. - М.: Транспорт, 1996.

5. Камкин С.В. и др. Эксплуатация судовых дизелей: Учебник для ВУЗов - М.: Транспорт, 1990.

6. Фомин Ю.Я., Семенов B.C. СДВС. Методические указания по выполнению КП и ДП. Одесса, РИО, 1987.

7. Правила технической эксплуатации судовых технических средств.

РД 31.21.30-83. – М.: в/о «Мортехинформреклама», 1984. -386 с.

1. Выбор исходных данных.
1.1 Выбор исходных данных, кроме указанных в задании, выполняется по технической документации, или литературным данным. Исходные данные рекомендуется записать в виде таблицы (табл. 1) с численными значениями.

^

Таблица 1 - Исходные данные для расчета рабочего цикла дизеля


Обозначения в формулах

Наименование


Единица

измерения

Численные

значения

1

2

3

4

ро
^

Давление окружающей среды

МПа





рs

Давление надувочного воздуха

МПа




рz
^

Максимальное давление сгорания


МПа




То

Температура окружающей среды


К




Тr
^

Температура остаточных газов


К




ΔТохл

Снижение температуры наддувочного воздуха в охладителе

К




ΔТ

Степень подогрева воздуха от стенок цилиндра

К




С

Доля массы углерода в 1 кг топлива

-




Н

Доля массы водорода в 1 кг топлива

-




О

Доля массы кислорода в 1 кг топлива

-




Sт
^

Доля массы серы в 1 кг топлива


-




Qн

Низшая теплота сгорания топлива


кДж/кг






Коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива

-




r

Коэффициент остаточных газов

-




ε

Действительная степень сжатия

-




м

Механический КПД дизеля

-




nк

Показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре

-




скр

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы

-




z

Коэффициент использования тепла в точке z

-




b

Коэффициент использования тепла в точке b

-






Продолжение таблицы 1


1

2

3

4

а

Коэффициент, учитывающий снижение давления воздушного заряда в точке а

-




Ne

Эффективная мощность двигателя

кВт




d=S/ D

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

-




C1

Коэффициент равный 13,1 для двухтактных и 6,55 для четырехтактных дизелей

-




s

Потеря рабочего хода поршня в долях

-




сm

Средняя скорость поршня

м/с




i

Число цилиндров

-




А*

Длина расчетной индикаторной диаграммы (рекомендуется А*=250)

мм




Тz*

Ориентировочная максимальная температура цикла (точка z)

К




Тb*

Ориентировочная температура газов в конце расширения (точка b)

К




(n1-1)*

Ориентировочное значение (n1-1) показателя политропы сжатия

-





Примечание:

  • Величину s необходимо выбирать в пределах от 0,07 до 0,1 для дизелей с прямоточно-клапанной продувкой или определять из чертежа.

  • Расчет цикла двигателя предусматривает два варианта: поверочный и конструктивный.

^ Поверочный расчет проводится для конкретного дизеля, т. е. D, S и n известны (заданы в таблице 1). Поэтому после определения ηе сразу рассчитывается эффективная мощность двигателя Nе.

При конструктивном расчете при заданной эффективной мощности двигателя Nе, средней скорости поршня сm и отношении d=S/ D определяется диаметр цилиндра D, ход поршня S и частота вращения коленвала n. Поэтому в таблице исходных данных при конструктивном расчете условно следует принять D=1, S=1 и n=1
2. Расчетные уравнения

2.1. Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании 1 кг топлива, кмоль / (кг топлива)

,

где  – коэффициент избытка воздуха при сгорании;

L0 – количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива, кмоль /кгтоплива ;

С,H,Sт и О – доли углерода, водорода, серы и кислорода в 1 кг топлива (принимаются для выбранного сорта топлива).

2.2. Давление начала сжатия, МПа

р = рs ,

где: рs – давление наддувочного воздуха, МПа,

– коэффициент, учитывающий снижение давления воздушного заряда в цилиндре двигателя в начале сжатия из-за сопротивления во впускных органах (продувочных окнах).

2.3. Температура воздуха в продувочном ресивере, К



где ро и То – давление и температура воздуха в МКО, К, (прил.1);

nк – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре, принимается от 1,45 до 1,6 – для поршневых компрессоров и от 1,7 до 1,8 – для центробежных компрессоров;

ΔТохл – снижение температуры наддувочного воздуха в охладителе наддувочного воздуха (ОНВ) после турбокомпрессора, выбирается так, чтобы

=( 310 – 315) К и р+(3÷4 К),

где Тр - температура точки росы для условий в МКО, К, рассчитывается по формуле, приведенной в ПТЭ судовых дизелей 7,

Тр=0,9·tмко+0,3·+10·рк–22+273

где tмко - температура воздуха в машинном отделении, 0С (прил. 1);

 - относительная влажность воздуха в машинном отделении, % (прил. 1);

рк - избыточное давление наддувочного воздуха перед ОНВ, кгс/см2.

2.4. Температура воздушного заряда цилиндра (смеси воздуха с остаточными газами) в момент начала сжатия, К

,

где ΔT - степень подогрева воздушного заряда от стенок цилиндра, К;

γr - коэффициент остаточных газов;

Tr - температура остаточных газов, К, принимается от 650 до 700 К;

2.5. Коэффициент наполнения, отнесенный к полезному ходу поршня

,

где: ε - действительная степень сжатия.

2.6. Коэффициент наполнения, отнесенный к полному ходу поршня

,

где s - потеря рабочего хода в долях от хода поршня.

2.7. Средний показатель политропы сжатия



Уравнение решается методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимаем (n1-1)*= 0,37. Решение найдено, если , где n = 0,0001 – погрешность вычисления показателя n1.

2.8. Температура воздушного заряда в конце сжатия, К



Должно быть Тс  ( Тсв + (100200 К)) = 700 – 800 К,

где Тсв – температура самовоспламенения топлива, указывается в сертификате на топливо, К.

2.9. Давление воздушного заряда в конце сжатия, МПа



2.10. Теплоемкость чистого воздуха в конце сжатия, кДж/(кмоль·К)

=19,26+0,0025·Тс

2.11. Теоретический коэффициент молекулярного изменения



2.12. Доля топлива сгоревшего в точке z цикла



где: - коэффициент использования тепла в точке z;

- коэффициент использования тепла в точке b цикла (в конце расширения газов).

2.13. Действительный коэффициент молекулярного изменения в точке z



2.14. Действительный коэффициент молекулярного изменения в конце сгорания



2.15. Коэффициенты уравнений теплоемкости

в конце видимого сгорания ;






в конце расширения





2.16. Степень повышения давления при сгорании



где pz - максимальное давление при сгорании, МПа.

2.17. Уравнение сгорания



где



где Qн - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Необходимо обоснованно выбрать марку (сорт) топлива [4,с. 276-277], выписать характеристики этого топлива [4,с. 266-27] и рассчитать Qн по эмпирической формуле (прил. 2).

Уравнение решается методом последовательных приближений, причем в качестве первого приближения принимаем =2000 К. Решение найдено, если

,

где - погрешность вычисления температуры.

2.18. Степень предварительного расширения



2.19. Степень последующего расширения



2.20. Уравнения процесса догорания и расширения

(1.1)

, (1.2)

где n2 - показатель политропы расширения;

Tb - температура газов в конце расширения, К;

aνz=apz - 8,314

Систему уравнений (1.1) и (1.2) решаем методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимаем =1000 К, которое подставляется в правую часть уравнения (1.1). В результате, получаем (n2 - 1), которое подставляем в уравнение (1.2).

Система уравнений решена, если

2.21. Давление в конце расширения, МПа

.

2.22. Среднее индикаторное давление расчётного цикла, отнесенное к полезному ходу поршня, МПа

.

2.23. Среднее индикаторное давление, отнесенное к полному ходу поршня, МПа



где φскр - коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

2.24. Среднее эффективное давление, МПа

ре= рi·ηм ,

где ηм - механический КПД двигателя.

2.25. Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт·ч)



2.26. Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт·ч)

gе=gi м

2.27. Индикаторный КПД



2.28 Эффективный КПД



2.29. Размеры цилиндра

Диаметр цилиндра, м

,

где Ne - эффективная мощность двигателя, кВт;

C1 = 13,1 - для 2-х тактных и C1 = 6,55 - для 4-х тактных двигателей;

S - ход поршня, м;

n - частота вращения коленчатого вала, мин-1;

i - число цилиндров.

Так как средняя скорость поршня , то

.

Ход поршня, м

S = d·D.

После определения D и S их необходимо округлить до значений в миллиметрах, оканчивающихся на цифры «0» или «5».

2.30. Частота вращения коленчатого вала, мин-1



2.31. Уточненное значение эффективной мощности двигателя, кВт



Если расчетные параметры рабочего процесса двигателя по сравнению с данными прототипа признаны не удовлетворительными, то необходимо откорректировать ИД и повторить расчет.
3. Расчет и построение индикаторной диаграммы.

Расчет рабочего цикла завершается построением диаграммы расчётного цикла. Однако диаграмма строится только для базового варианта расчёта, при котором решено, что полученные параметры двигателя удовлетворительно согласуются с данными прототипа.

Полагаем, что объём Vs, описанный ходом поршня S, в некотором масштабе изображается отрезком А* = 250 мм. Тогда

,мм;

, мм;

, мм;

, мм.

Давление газов в период политропного сжатия, МПа

,

в период политропного расширения, МПа

,

где: - текущее значение степени сжатия в рабочем цилиндре (табл. 2).
^

Таблица 2 – Данные для построения диаграммы расчётного цикла

Текущее значение степени сжатия


Давление сжатия

Давление расширения

1





2








3





4





5















рz





рz





рz


3. 1. Построение индикаторной диаграммы.

Построение индикаторной диаграммы производится на миллиметровой бумаге, формата А-4 в соответствии со схемой, изображённой на рис. 1.

По оси ординат рисуем шкалу давлений pг так, чтобы высота диаграммы была (0,7÷0,8)·A*.

3.2. Определение среднего индикаторного давления по диаграмме расчётного цикла.

Среднее индикаторное давление, МПа:

,

где F - площадь диаграммы расчётного цикла, мм2, определённая с помощью планиметра, или другим способом;

А* - длина диаграммы расчётного цикла, мм, принято А* = 250 мм.

3.3. Сравнение, , полученного в тепловом расчёте c , полученным по диаграмме расчётного цикла (индикаторной диаграмме).


4. Построение схемы кривошипно-шатунного механизма

4.1. Выбираем масштаб чертежа по высоте, исходя из величины хода поршня S.

4.2. Строим в нижней части листа формата А4 в выбранном масштабе кривошип радиусом R = (рис. 2).

4.3. Строим шатун исходя из .

4.4. Для того, чтобы определить по высоте положение диафрагмы, ставим поршень в НМТ, с учетом его длины. Поршень нижней частью не должен касаться диафрагмы, т.е. устанавливаем длину штока.

4.5. Относительно поршня, находящегося в НМТ, рисуем в масштабе цилиндровую втулку с продувочными окнами, известной высоты hs = ψs∙S приняв, что верхняя кромка головки поршня при его нахождении в НМТ совпадает с нижней кромкой продувочных окон.

4.6. Ставим поршень в ВМТ и рисуем донышко цилиндровой крышки с учетом выражения , т.е. .

4.7. Длину штока выбираем так, чтобы правильно установить диафрагму:

а) крейцкопф при его положении в ВМТ не должен доходить диафрагмы;

б) нижняя часть поршня при нахождении его в НМТ не должна касаться диафрагмы;

в) нижняя часть втулки не должна касаться диафрагмы.

Приложение 1

Параметры стандартных внешних условий





Средние широты

Тропики

рo

0,1 МПа=1 бар =750 мм рт. ст.

0,101 МПа=1 бар =760 мм рт. ст

to

27 оС

45 оС

φo

60 %

60 %

tзв

27 оС

32 оС


Приложение 2

Выбор сорта топлива.

Малооборотные дизели могут работать на любом сорте топлива, при наличии системы топливоподготовки (подогрев топлива в танках, отстойных и расходных цистернах, перед ТНВД; очистка топлива от механических примесей, воды).

Основные условия полного сгорания топлива:

- высокий коэффициент избытка воздуха α (до 3);

- низкая частота вращения коленчатого вала n (чем ниже n, тем больше времени отводится на подготовку топлива к сгоранию);

- высокая температура воздушного заряда в конце сжатия Тс

; ;

- способность самого топлива к быстрому самовоспламенению и полному сгоранию определяется качеством распыливания (дисперсность), скоростью испарения, равномерностью распределения частичек топлива по всему объёму камеры сгорания, интенсивностью окисления молекул топлива.

Способность топлива к самовоспламенению и быстрому и полному сгоранию по мере утяжеления компонентов и расширения фракционного состава ухудшается из-за высокой вязкости топлива, так как дисперсность уменьшается, диаметр капель увеличивается, и испарение частичек топлива становится более длительным.

Изменение фракционного состава топлива происходит из-за постепенного, медленного выкипания сначала лёгких фракций, затем тяжёлых, что приводит к его медленному окислению и неполному сгоранию. Температура самовоспламенения тяжёлых топлив ниже, чем лёгких. [4, с.277]

При выборе сорта топлива необходимо руководствоваться экономическими и техническими соображениями. Лёгкие топлива стоят дороже тяжёлых (лёгкое 150-160 $/т, тяжёлые 80-90 $/т). Качество топлива определяет состояние эксплуатационных расходов на техническое обслуживание и ремонт. Судоходные компании используют топлива, вязкость которых достигает 350 сСт при температуре 50 0С [4, с.269].

Ориентировочный элементарный состав топлива:

Мазут

Моторное

Дизельное

Стандартное

С=0,84

С=0,85

С=0,864

С=0,87

Н=0,105

Н=0,125

Н=0,135

Н=0,126

Sт=0,036

Sт=0,0158

Sт=0

Sт=0

О=0,007

О=0,0047

О=0,001

О=0,004

W=0,012

W=0,005

W=0

W=0


Теплота сгорания топлива определяется по формулам:

Формула Менделеева

= 339,15С +1256Н – 108,86(О - Sт) – 25,12(9H + W), кДж/ кг,

где C,H,O,Sт,W - элементарный состав топлива, %

Формула эмпирическая

, МДж/кг,

где x, y, Sт - массовое содержание воды, золы, серы в долях от единицы;

ρ15 – плотность топлива, кг/м3 [4, с.252, 266 табл.6.4].



Похожие:

Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconУчебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих двигатели внутреннего сгорания, выполняющих курсовые проекты по современным...
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconМетодические указания по выполнению расчётно-графической работы для...
Радиотехника и электроника. Методические указания по выполнению расчётно-графической работы/ Одесса. Одесская национальная морская...
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconМетодические указания к выполнению расчётно-графической работы по...
«Эксплуатация автомобильных дорог» для студентов, обучающихся по специальности 320500 Мелиорация, рекультивация и охрана земель со...
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconМетодические рекомендации по изучению учебной дисциплины, задания...
«Технология машиностроения», «Двигатели внутреннего сгорания», «Техническая эксплуатация оборудования»
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconМетодические указания по выполнению расчетно-графической работы для...
Методические указания по выполнению расчетно-графической работы для студентов направления 050503 «Машиностроение»
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconМетодические указания и задания на выполнение расчетно-графической...
По дисциплине “Электротехника и основы электроники”для студентов специальности 37 01 06 – “Техническая эксплуатация автомобилей”
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconМетодические указания к расчетно графической работе по дисциплине «Гражданская защита»
И. Р. Методические указания для студентов дневной формы обучения по дисциплине «Гражданская защита» для студентов специальностей...
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconТеоретические основы автоматики
Методические указания разработаны кандидатом технических наук Коваленко Олегом Александровичем – доцентом кафедры «Судовые энергетические...
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconМетодические указания и задание к выполнению расчетно-графической...
Тема: «оценка радиационной обстановки в случае аварии на атомной электростанции (аэс) и определение мероприятий и средств обеспечения...
Методические указания к расчетно-графической работе по курсу «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация» iconРоссийской Федерации Федеральное государственное образовательное...
Оценка безопасности дорожного движения: методические указания к выполнению расчётно-графической работы / С. А. Яровикова, А. В. Шишкин...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница