Установки с ДВС

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Энергомашиностроительный факультет

Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

Курсовой проект по курсу «Установки с ДВС»

Выполнил: студент гр. 5031/1

Пустовалов Ю.П.

Руководитель: Петриченко М.Р.

Санкт-Петербург

2010 г.

Содержание

1. Выбор двигателя-прототипа с определением массогабаритных показателей и степени неуравновешенности……...……………….….4……...3

1.1. Исходные данные……………………………………………………………...3

1.2. Выбор типа двигателя…………………………………………………………3

1.2.1. Основные параметры ДВС-прототипа………..………………...………….3

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики ДВС……….4

2.1. Расчет внешней скоростной характеристики………………………………..4

2.2. Построение внешней скоростной характеристики………………………….6

3. Статьи теплового баланса двигателя….………………………………………7

4. Расчет подвески двигателя……………………….………………………….8

4.1. Внешние неуравновешенные силы инерции и моменты сил……………...8

4.2. Расчет упругих подвесок……………………………………………………11

4.3. Эскиз пружины…………………………..…………………………………...13

5. Расчет системы охлаждения…………………………………….…………...14

5.1. Расчет водяного радиатора…………………………………………………..14

5.2. Расчет водяного насоса………………………………………………………16

Список использованной литературы…………………………………………18

1.  Выбор двигателя-прототипа  с определением массогабаритных показателей и внешней неуравновешенности

1.1.  Исходные данные

Тип установки – стационарная;

Мощность и частота вращения: 200 кВт, 1500 об/мин;

Топливо – легкое;

Тип ВЭР – отработавшие газы + ОЖ;

Достижимый КИТ – 0,7.

1.2.  Выбор типа двигателя

1.2.1. Основные параметры ДВС-прототипа главная

Принимаем в качестве двигателя-прототипа силовой установки дизель 8ЧН 12/12, с характеристиками, представленными в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики дизеля 8ЧН 12/13

Удельный расход топлива/масла,г/ (кВт • ч)	207/0,2
Масса  дизеля, кг	885
Габариты дизеля, ДxBxШ, м	1,103х0,965x0,9
Масса поршня, кг	1,9
Масса пальца, кг	0,9
Масса шатуна, кг	3,11
Масса шейки, кг	2.6
Масса щеки, кг	3,6
Масса противовесов, кг	3,8
Расстояние мажду цилиндрами lo, мм	156

2.  Расчет и построение внешней скоростной характеристики Д.В.С.

2.1.  Расчет внешней скоростной характеристики

Скоростная характеристика строится по эмпирическим зависимостям в диапазоне частоты вращения коленчатого вала от n_min до n , где n – номинальная частота вращения, заданная в исходных данных;

n_min – минимальная частота вращения, которая принята:

– дизельный двигатель: 600 об/мин.

Расчет производится с шагом 100 об/мин, от 600 об/мин до 1500 об/мин.

Эффективная мощность

                         где N_e – эффективная мощность двигателя; N_e=200 кВт

n_x – частота вращения коленчатого вала;

n – частота вращения коленчатого вала номинальная; n=1500 мин^-1.

Пример расчета для n=900 об/мин:

Эффективный крутящий момент

 Н·м

Удельный эффективный расход топлива

 г/кВт·ч

Где g_e=207 г/кВт·ч

Часовой расход топлива

 кг/ч

/ч

Расчеты для определенных выше режимов частоты вращения коленчатого вала производим  в табл. 2.

Таблица 2

Расчетные данные для построения внешней скоростной характеристики

n	Ne	Me	ge	Gt
600	92,96	1480,25	225,63	20,97
700	110,09	1502,62	216,20	23,80
800	126,74	1513,66	208,61	26,44
900	142,56	1513,38	202,86	28,92
1000	157,19	1501,77	198,95	31,27
1100	170,26	1478,84	196,88	33,52
1200	181,44	1444,59	196,65	35,68
1300	190,36	1399,01	198,26	37,74
1400	196,66	1342,11	201,71	39,67
1500	200,00	1273,89	207,00	41,40

2.2.  Построение внешней скоростной характеристики

По данным табл. 2 строим внешнюю скоростную характеристику двигателя, представленную на рис. 1.

Рис. 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

3.  Статьи тепловой баланс двигателя

η_cool=0,35 – часть тепла, отводящаяся от двигателя с охлаждающей жидкостью;

η_н=0,33 – часть тепла, отводящаяся с отработавшими газами;

Эффективный КПД двигателя:

Где  - удельный эффективный расход топлива.

Мощность, вводимая с топливом:

Мощность, отводимая в систему охлаждения и с выхлопными газами:

Где  - мощность отводимая с выхлопными газами;

 - мощность отводимая с охлаждающей жидкостью;

Коэффициент использования теплоты (КИТ):

Так как a=b то:

Вторичная мощность:

Где

Удельный эффективный расход газов:

Расход охлаждающей жидкости:

4.  Расчет подвески двигателя

4.1.  Внешние неуравновешенные силы инерции и моменты сил

Масса поршневого комплекта

Масса шатуна - m_ш =3,11 кг;

Длина шатуна - L=242 мм.

Для приведения масс шатуна определим центр тяжести шатуна с помощью приближенных соотношений:

Расстояние до центра тяжести:

Приведём массы шатуна

Где m_шs - масса условно сосредоточенная в центре поршневой головки шатуна, совпадающей с точкой пересечения оси поршневого пальца с осью цилиндра и совершающей прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра совместно с поршневым комплектом;

m_шR - масса условно сосредоточенная в центре подшипника кривошипной головки шатуна, совпадающей с центром сопряженной шатунной шейки и совершающая вращательное движение вокруг оси коленчатого вала с постоянной угловой скоростью.

Приведём неуравновешенные массы колена к радиусу кривошипа

Масса щеки – m_щеки = 3,6  кг

Масса шейки колена – m_{ш.шейки} = 2,6 кг

Масса условно сосредоточенная в центре шатунной шейки:

Где m_шш – масса шатунной шейки;

m_щ – масса щеки шатунной шейки;

r_щ – расстояние от центра тяжести щеки до оси вращения.

ПДМ:

НВМ:

Определим величины и направления действующих в двигателе неуравновешенных сил инерции и продольных моментов от этих сил исходя из определённой компоновки двигателя. Для анализа уравновешенности применим векторный метод, основанный на понятии динамически эквивалентной модели (ДЭМ), которая строится из продольных и поперечных модулей, составляющих двигатель.

Проектируемый двигатель рассмотрим как композицию двух четырехцилиндровых блоков, каждый из которых подразделим на четыре двуцилиндровых плоских отсеков. Динамически эквивалентная модель плоского отсека состоит из приведённых сосредоточенных масс ms и m_R, деталей КШМ и системы векторов сил инерции, возникающих при движении этих масс. При вращении массы m_R, с угловой скоростью ω возникает центробежная сила

.

Уравновешивающая сила противовесов:

Где r_пр – радиус вращения центра тяжести противовеса.

Таким образом, неуравновешенная центробежная сила:

Силу инерции, которую развивает поступательно-движущаяся масса ms, представим в виде двух составляющих сил инерции первого и второго порядка.

.

Где и - фиктивные силы первого и второго порядка. Вектор - постоянен по величине, направлен по кривошипу и вращается с угловой скоростью ω, его проекция на ось цилиндра определяет величину и направление вектора реально действующих сил инерции ПДМ первого порядка. - вращается с угловой скоростью 2ω, а его проекция на ось цилиндра определяет величину и направление вектора реально действующих сил инерции ПДМ второго порядка.

Из свойств плоского отсека с углом развала цилиндров 90° известно, что вектор C_I имеет постоянную величину и вращается совместно с вектором P_R. Таким образом, суммарная центробежная сила:

Рис 2. Схема векторов сил инерции

Двигатель 8V90 с любой схемой вала легко уравновешивается по силам Q и моментам от этих сил противовесами на коленчатом валу. Силы P=0 и моменты от этих сил M_p=0 на основании свойств отсека 2V90. Следовательно, надо выбирать такую схему вала, которая обеспечивала бы самоуравновешенность четырехцилиндровых блоков по силам и моментам второго порядка. Известно, что этому условию удовлетворяет нормальная крестообразная схема.

Рис. 3 Анализ уравновешенности двигателя 8V90

Неуравновешенный продольный момент ΣM_Q= действует в плоскости , повернутой относительно вертикали на угол