Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Подставляя составляющие в уравнение сгорания





Тепловой расчет двигателя

 

При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.

Исходными данными являются: - мощность (номинальная), - частота вращения (номинальная), степень сжатия, - число цилиндров, - коэффициент избытка воздуха.

В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям.

 

Задние: выполнить тепловой расчет, установить размеры цилиндра, построить индикаторную диаграмму по исходным данным.

Эффективная мощность Ne = 132 кВт;

Частота вращения коленвала n = 2700 мин-1;

Число цилиндров i = 8;

Топливо дизельное автотракторное ЦЧ = 45 ед.

Прототип двигатель тракторного типа V – образной компоновке с жидкостным охлаждением. Размерность 14/13 см, степень сжатия e = 17, коэффициент избытка воздуха a = 1,4. Элементный состав топлива: С = 0,87, Н = 0,126, ОТ = 0,004; теплотворность Hu = 42000 кДж/кг,

PО = 0,1 МН/м2, ТО = 288 К.

Параметры наполнения

Гидравлическая характеристика согласно и

Принимая отношение FП/fкл = 3,5, скорость воздушного потока в проходном сечении впускного клапана и давление на впуск по

м/с

Wвп = 3,5×12,6 = 44,1 м/с.

Ра = 0,1 – 0,479×44,12×10--5 = 0,091 МН/м2.

Давление и температура газов на выпуске согласно и

Р = 0,1(1 + 0,43×10--4×2700) = 0,112 МН/м2;

К.

При DТ = 15° в связи с более высоким подогревом в ДВС с воздушным охлаждением, коэффициент остаточных газов согласно

Температура заряда в конце впуска с учетом

К.

И коэффициент наполнения по

Параметры процесса сжатия

 

При отсутствии достоверной информации о температуре самовоспламенения дизтоплива с ЦЧ = 45 ед. её определяем через уровень октанового числа по ОЧ = 120 – 2 × ЦЧ,, т.е. ОЧ = 120 – 2× 45 = 30 ед.



С учетом этого температура самовоспламенения топлива по

ТСВ = 1,2 × (ОЧ) + 1,02×10-2 × (ОЧ)2 + 645, К.

ТСВ = 1,2×30 + 1,02×10-2×302 + 645 = 690,18, К.

Основываясь на при DТС = 260° найдем значение показателя политропы сжатая n1 = K + 1

С учетом этого, давление и температура в конце сжатия по и

Рс = 0,091×171,389 = 4,657 МН/м2;

Тс = 315,656×170,893 = 950,296 К.

 

 

Параметры процесса сгорания

Потребное количество воздуха при стехиометрическом составе смеси по

кмоль/кг.топл,

и свежего заряда М1 = 1,4×0,495 = 0,693 кмоль/кг.топл.

Количество компонентов продуктов сгорания согласно и суммарное количество по в кмолях/кг.топлива,

кмоль/кг. топл.

М2 = 0,073 + 0,063 + 0,042 + 0,547 = 0,725 кмоль/кг.топл., т.е. результаты расчетов совпадают.

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения согласно и

Термодинамический расчет

 

Теплоемкость и внутренняя энергия свежего заряда согласно и (mСV)с =20,6 + 0,00263×950,296 =23,099 кДж/кмоль. град.

Uс = 23,1×950,296 = 21951,838 кДж/кмоль.

И внутренняя энергия продуктов сгорания при a = 1,4 согласно при значении коэффициентов а = 4475,8 и в = 0,0256.

кДж/кмоль.

Для дизельных модификаций ДВС характерно высокое значение показателя динамичности процесса сгорания, оцениваемое по формуле DP/Dj = QV/QP = tg b.. Поэтому скорость нарастания давления DР/Dj выбираем ближе к верхнего пределу DР/Dj = tg b = 8, откуда b = 82052¢; и KV =sin b = 0,992.

Подставляя составляющие в уравнение сгорания

получим

откуда согласно получим

кДж/кмоль,

а также по ) кДж/кмоль.

Температура в точке Z процесса сгорания по tZ = AUZV + B, 0C. и TZ = tZ + 273, K. и значениях коэфф. А = 0,031 и В = 253, a = 1,4

tZ = 0,031× + 253 = 2376,925 + 253 = 2629,925 °C.

ТZ =2629,925 + 273 = 2882,925, К.

Степень предварительного расширения по

r = 1 + (17 – 1)×(1 – 0,992) = 1 + 16×0,008 = 1,128 .

Давление сгорания по зависимости

МН/м2.

Степень последующего расширения и степень повышения давления по зависимостям

d = e /r. , d = 17/1,128 = 15,071;

 

 

 

Параметры процессов расширения и выпуска

 

Значение показателя политропы расширения по упрощенной зависимости

И по методике И.И.Вибе для участка диаграммы прилегающего к точке Z по

при условии К2 » n2 и X = KV = sin b

Аналогично, для точки в с учетом Х = KV = 1,0 по и температуре по К.

Усредненное значение в процессе расширения согласно

Принимая во внимание, что n2 < K2 найдем усредненное по двум методикам значение Принимаем n2 = 1,23.

Давление и температура в точке в индикаторной диаграммы по зависимостям и

МН/м2.

К.

 

Индикаторные показатели

 

Теоретическое среднее индикаторное давление по

1,356 МН/м2.

При принятом jn = 0,95 среднее индикаторное давление действительного цикла по Pi = jn × P¢i - DPr, МН/м2,

где jn - коэффициент полноты диаграммы, учитывающий скругления;

DPr - удельная работа газообмена (насосные потери) за цикл

и DPr = Pr – Pa , МН/м2.

r = 0,112 – 0,091 = 0,021 МН/м2;

Pi = 0,95×1,272 – 0,021 = 1,187 МН/м2.

Индикаторный КПД и удельный расход топлива по и

г/кВт×ч.

Таблица

 

Параметр Положение поршня
a0, п.к.в.
f(Sп) 0,167 0,599 1,132 1,599 1,899
Sп, мм от ВМТ 7,403 31,448 59,43 83,394 99,698
f(аx) 0,0835 0,2995 0,5660 0,7995 0,9495
ex 7,2774 2,9351 1,6905 1,2326 1,0499
Рсх, Мн/м2 4,5976 1,386 0,4118 0,1932 0,1649 0,1005 0,094
Рсх, мм 76,667 23,1 6,863 3,22 2,748 1,675 1,567
f(аn) 0,0755 0,2915 0,5580 0,7915 0,9374 0,9920
dx 1,837 4,230 6,1838 9,771 11,388 11,993
dxn2 2,113 5,8945 9,4024 16,5078 19,9291 21,2364
PBX. МН/м2 12,893 6,104 2,1873 1,3712 0,7810 0,6469 0,6071
PBX. мм 214,883 101,733 36,455 22,853 13,017 10,782 10,118

 

 

Корректирующая поправка f(ar) к функции перемещения по , учитывающая координату точки Z от ВМТ на ветви расширения, являющаяся величиной постоянной

Величина dn, т.е. значение dХ в точке Z2 диаграммы по являющаяся также постоянной величиной

Функция последующего расширения согласно f(an) = f(ax) – f(ar),

Текущее значение степени последующего расширения dХ по

dХ= (dn – 1) × f(an) + 1,

И давление на линии расширения в расчетной точке согласно

МН/м2;

и в принятом масштабе, в мм

PBX = 5,789/0,06 = 96,483

Положение точки С² определяется из соотношения Рс" = (1,15 ¸ 1,25) × PC. Принимая , получим

МН/м2, и с учетом принятого масштаба

мм.

Скругления индикаторной диаграммы с учетом фаз газораспределения выполняется с ориентацией на прототип. При отсутствии достоверных данных по прототипу их выбирают в соответствии общепринятыми рекомендациями теории ДВС, базирующихся на статистических данных.

Принимая во внимание отсутствие достоверной информации по прототипу, ориентировочно принимаем значения определяющих параметров: начало открытая впускного клапана (точка r') – за 25° до ВМТ и окончание открытого состояния (точка а²) – 60° после НМТ; выпуск – начало (точка в¢) за 50° до НМТ и окончание (точка а¢) – 250 после ВМТ. С учетом уровня быстроходности дизеля принят угол опережения топливоподачи за 20° до ВМТ (точка с') и продолжительности периода задержки воспламенения Da1 = 8,0° (точка f). Расчетные координаты этих точек на индикаторной диаграмме сведены в табл.

Таблица

 

Обозначение точек Положение точек   α   f(S ) Расстояние точек от ВМТ, мм
r' 25 до ВМТ 0,1172 6,1530
a' 25 после ВМТ - 0,1172 6,1530
a" 60 после НМТ 1,599 83,9475
c' 20 до ВМТ 0,0757 3,9743
f (20-6) до ВМТ 0,0276 1,4490
b' 30 до НМТ 1,899 99,6975

 

 

Найденные расчетным путем точки на ветвях сжатия и расширения наносят на график и соединяют лекальными кривыми. На рисунке представлена индикаторная диаграмма поршневого, ДВС дизельной модификации.

 

F,кН

д). Строим диаграмму вращающего момента, снимаемого с коленчатого вала

 

Тe = Ft × r ,

где r – радиус кривошипа, r = S/2.

r = 0,05 (м)

 

jо Ft;кН Тe; кНм
-5,88918 -0,294459
-3,76075 -0,1880376
2,049968 0,1024984
4,219958 0,2109979
2,600974 0,1300487
-2,61401 -0,1307006
-4,42916 -0,2214578
-2,95213 -0,1476064
1,070762 0,0535381
-2,20295 -0,1101474
24,59041 1,2295207
12,27854 0,613927
10,09563 0,5047814
8,15003 0,4075015
4,023582 0,2011791
-3,1463 -0,157315
-4,89459 -0,2447297
-2,75215 -0,1376075
3,040422 0,1520211
5,412427 0,2706213

Тe; кНм

 

 

Для построения диаграммы суммарного вращающего момента многоцилиндрового двигателя следует произвести алгебраическое сложение величин Те одноцилиндрового двигателя с угловым сдвигом (i- число цилиндров).

Таким образом, диаграмму величин Те (рис..) необходимо разделить на 6 частей и алгебраически сложить их ординаты независимо от порядка работы цилиндров.

 

 

jо Тe; кНм STe;кНм
0,10249 -0,14761 0,504781 -0,13761 0,322066
-0,294459 -0,29445 0,21099 -0,1307 0,053538 1,229521 0,407502 -0,15732 0,152021 1,471105
-0,188037 -0,18803 0,13004 -0,22146 -0,11015 0,613927 0,201179 -0,24473 0,270621 0,451404
0,1024984 0,102498 -0,14761 0,504781 -0,13761 0,322066
0,2109979 0,210998 -0,1307 0,053538 1,229521 0,407502 -0,15732 0,152021 1,765564
0,1300487 0,130049 -0,2214 -0,11015 0,613927 0,201179 -0,24473 0,270621 -0,29446 0,344982
-0,1476 0,504781 -0,13761 -0,18804 0,03153
-0,13070 -0,13070 0,05353 1,229521 0,407502 -0,15732 0,152021 0,102498 1,657064
-0,22145 -0,22145 -0,1101 0,613927 0,201179 -0,24473 0,270621 -0,29446 0,210998 0,425931
-0,147606 -0,14760 0,504781 -0,13761 -0,18804 0,130049 0,161579
0,0535381 0,053538 1,22952 0,407502 -0,15732 0,152021 0,102498 1,787765
-0,110147 -0,11014 0,61392 0,201179 -0,24473 0,270621 -0,29446 0,210998 -0,1307 0,516689
0,50478 -0,13761 -0,18804 0,130049 -0,22146 0,087727
1,2295207 1,229521 0,40750 -0,15732 0,152021 0,102498 -0,14761 1,58662
0,613927 0,613927 0,20117 -0,24473 0,270621 -0,29446 0,210998 -0,1307 0,053538 0,680374
0,5047814 0,504781 -0,13761 -0,18804 0,130049 -0,22146 -0,11015 -0,02242
0,4075015 0,407502 -0,1573 0,152021 0,102498 -0,14761 0,3571
0,2011791 0,201179 -0,2447 0,270621 -0,29446 0,210998 -0,1307 0,053538 1,229521 1,295968
-0,1376 -0,18804 0,130049 -0,22146 -0,11015 0,613927 0,086725
-0,157315 -0,15731 0,15202 0,102498 -0,14761 0,504781 0,454379
-0,24472 -0,24473 0,27062 -0,29446 0,210998 -0,1307 0,053538 1,229521 0,407502 1,50229
-0,137607 -0,13760 -0,18804 0,130049 -0,22146 -0,11015 0,613927 0,201179 0,287905
0,1520211 0,152021 0,102498 -0,14761 0,504781 0,611694
0,2706213 0,270621 -0,2944 0,210998 -0,1307 0,053538 1,229521 0,407502 -0,15732 1,589705
-0,1880 0,130049 -0,22146 -0,11015 0,613927 0,201179 -0,24473 0,180782

 

Те,кНм

е). Строим диаграмму износа шатунной шейки.

Результирующая сила Rшш, приложенная к шатунной шейке, определяется графическим сложением силы Fs , действующей по оси шатуна, с центробежной силой вращающих­ся масс кривошипа Fсш

 

Fсш = - mшк × rw2,

mшк = 0,725 ´ mш.

mшк = 0,725 ´ 2,355 = 1,707375 (кг)

Fсш = -1,707375 ´ 0,05 ´ 282,62 = -6,82 (кН)

 

градусы Fсш,кН Fk;кН Rшш,кН
-6,82 -11,6558 18,47583
-6,82 -7,84575 15,80401
-6,82 -1,2265 8,881971
-6,82 -0,50224 7,603788
-6,82 -3,79241 11,42065
-6,82 -6,09747 13,17673
-6,82 -6,63878 13,45878
-6,82 -6,12804 13,20927
-6,82 -3,98041 11,67332
-6,82 -0,72327 8,100371
-6,82 -0,34921 7,248731
-6,82 2,934837 4,466259
-6,82 26,44555 19,62555
-6,82 32,76012 35,74323
-6,82 4,004421 12,59722
-6,82 -2,47343 13,72186
-6,82 -7,3243 16,32435
-6,82 -9,4325 16,74315
-6,82 -9,05411 15,87411
-6,82 -7,52836 14,68927
-6,82 -4,39869 12,23994
-6,82 -0,67428 7,98364
-6,82 -0,99158 8,382417
-6,82 -7,2106 15,03836
-6,82 -11,6558 18,47583

 

 

Rшш,кН

Компоновка двигателя

 

Под компоновкой двигателя понимается процесс определения и увязки размеров и взаимного расположения основных деталей и узлов двигателя.

Исходными данными для компоновки являются:

D-диаметр цилиндра, S- ход поршня, l=r/lш – кинематический параметр,

i-число цилиндров, P- или V-образное расположение цилиндров.

Объем курсовой работы предусматривает выполнение компоновки с соответствующими расчетами кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Заканчивается компоновка отработкой сборочного чертежа поперечного разреза двигателя согласно требованиям ЕСКД.

 

Тепловой расчет двигателя

 

При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.

Исходными данными являются: - мощность (номинальная), - частота вращения (номинальная), степень сжатия, - число цилиндров, - коэффициент избытка воздуха.

В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям.

 

Задние: выполнить тепловой расчет, установить размеры цилиндра, построить индикаторную диаграмму по исходным данным.

Эффективная мощность Ne = 132 кВт;

Частота вращения коленвала n = 2700 мин-1;

Число цилиндров i = 8;

Топливо дизельное автотракторное ЦЧ = 45 ед.

Прототип двигатель тракторного типа V – образной компоновке с жидкостным охлаждением. Размерность 14/13 см, степень сжатия e = 17, коэффициент избытка воздуха a = 1,4. Элементный состав топлива: С = 0,87, Н = 0,126, ОТ = 0,004; теплотворность Hu = 42000 кДж/кг,

PО = 0,1 МН/м2, ТО = 288 К.

Параметры наполнения

Гидравлическая характеристика согласно и

Принимая отношение FП/fкл = 3,5, скорость воздушного потока в проходном сечении впускного клапана и давление на впуск по

м/с

Wвп = 3,5×12,6 = 44,1 м/с.

Ра = 0,1 – 0,479×44,12×10--5 = 0,091 МН/м2.

Давление и температура газов на выпуске согласно и

Р = 0,1(1 + 0,43×10--4×2700) = 0,112 МН/м2;

К.

При DТ = 15° в связи с более высоким подогревом в ДВС с воздушным охлаждением, коэффициент остаточных газов согласно

Температура заряда в конце впуска с учетом

К.

И коэффициент наполнения по

Параметры процесса сжатия

 

При отсутствии достоверной информации о температуре самовоспламенения дизтоплива с ЦЧ = 45 ед. её определяем через уровень октанового числа по ОЧ = 120 – 2 × ЦЧ,, т.е. ОЧ = 120 – 2× 45 = 30 ед.

С учетом этого температура самовоспламенения топлива по

ТСВ = 1,2 × (ОЧ) + 1,02×10-2 × (ОЧ)2 + 645, К.

ТСВ = 1,2×30 + 1,02×10-2×302 + 645 = 690,18, К.

Основываясь на при DТС = 260° найдем значение показателя политропы сжатая n1 = K + 1

С учетом этого, давление и температура в конце сжатия по и

Рс = 0,091×171,389 = 4,657 МН/м2;

Тс = 315,656×170,893 = 950,296 К.

 

 

Параметры процесса сгорания

Потребное количество воздуха при стехиометрическом составе смеси по

кмоль/кг.топл,

и свежего заряда М1 = 1,4×0,495 = 0,693 кмоль/кг.топл.

Количество компонентов продуктов сгорания согласно и суммарное количество по в кмолях/кг.топлива,

кмоль/кг. топл.

М2 = 0,073 + 0,063 + 0,042 + 0,547 = 0,725 кмоль/кг.топл., т.е. результаты расчетов совпадают.

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения согласно и

Термодинамический расчет

 

Теплоемкость и внутренняя энергия свежего заряда согласно и (mСV)с =20,6 + 0,00263×950,296 =23,099 кДж/кмоль. град.

Uс = 23,1×950,296 = 21951,838 кДж/кмоль.

И внутренняя энергия продуктов сгорания при a = 1,4 согласно при значении коэффициентов а = 4475,8 и в = 0,0256.

кДж/кмоль.

Для дизельных модификаций ДВС характерно высокое значение показателя динамичности процесса сгорания, оцениваемое по формуле DP/Dj = QV/QP = tg b.. Поэтому скорость нарастания давления DР/Dj выбираем ближе к верхнего пределу DР/Dj = tg b = 8, откуда b = 82052¢; и KV =sin b = 0,992.

Подставляя составляющие в уравнение сгорания

получим

откуда согласно получим

кДж/кмоль,

а также по ) кДж/кмоль.

Температура в точке Z процесса сгорания по tZ = AUZV + B, 0C. и TZ = tZ + 273, K. и значениях коэфф. А = 0,031 и В = 253, a = 1,4

tZ = 0,031× + 253 = 2376,925 + 253 = 2629,925 °C.

ТZ =2629,925 + 273 = 2882,925, К.

Степень предварительного расширения по

r = 1 + (17 – 1)×(1 – 0,992) = 1 + 16×0,008 = 1,128 .

Давление сгорания по зависимости

МН/м2.

Степень последующего расширения и степень повышения давления по зависимостям

d = e /r. , d = 17/1,128 = 15,071;

 

 

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.