Расчет требуемой эффективной мощности и давления наддува дизеля. Выбор схемы воздухоснабжения дизеля

Содержание

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ……………………………………………………………..2

ВВЕДЕНИЕ…..………………………………………………………………………3

РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И

ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА ДИЗЕЛЯ….…………………………………………......6

1.1  Выбор схемы воздухоснабжения дизеля....………………………….…………7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ

И ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ 10

1.2  Расчет процесса наполнения цилиндра .……………………………………...10

1.3  Расчет процессов сжатия и горения ..…………………………….…………...12

1.4  Расчет процесса расширения ..………………………………………………...16

2.4 Расчет расчетного среднего индикаторного давления...……………………..17

2.5 Расчет эффективных показателей работы двигателя ..………….…………...18

2.6 Определение мощности агрегатов наддува …………………………………20

2.7 Построение индикаторной диаграммы ……………………………………...22

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В КРИВОШИПНО–ШАТУННОМ МЕХАНИЗМЕ ДИЗЕЛЯ…………………………………………………………26

4 РАСЧЕТ УЗЛА ДИЗЕЛЯ. ГИЛЬЗА ЦИЛИНДРОВАЯ.……………………….33

ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………………..

Введение

Появление поршневых двигателей внутреннего сгорания во второй половине XIX в. было вызвано развитием промышленности, для которой требовался более совершенный двигатель, чем паровая машина, имевшая к. п. д. не более 0,14.

Двигатели внутреннего сгорания принадлежат к наиболее распространенному и многочисленному классу тепловых двигателей, т. е. таких двигателей, в которых тепловая энергия, выделяющихся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию непосредственно внутри двигателя.

Дизель типа Д100 – двухтактный, рядный с противоположно движущимися поршнями, двумя коленчатыми валами, прямоточно-щелевой продувкой, непосредственным впрыскиванием топлива. Газотурбинный надув в дизелях 10Д100 – комбинированный. Первая ступень сжатия воздуха производится в двух турбокомпрессорах типа ТК34, использующих энергию выпускных газов дизеля. Затем воздух поступает во вторую ступень сжатия – центробежный нагнетатель, имеющий привод от верхнего коленчатого вала дизеля через редуктор. Чтобы снизить тепловую напряженность цилиндро-поршневой группы, а также увеличить воздушный заряд цилиндра, воздух перед поступлением в воздушный ресивер дизеля проходит через два параллельно работающих воздухоохладителя.  

В дизелях типа Д100 имеет место наиболее интенсивное по сравнению с другими двухтактными дизелями удаление из цилиндра отработанных газов, что является результатом весьма резкого нарастания время-сечения выпускных окон, открываемых поршнем. Рабочий процесс дизеля Д100 протекает при интенсивном вихревом движении воздуха в цилиндре, достигающем в момент продувки 110 м/с.

Преимуществами данного дизеля является отсутствие газового стыка, который обычно является слабым местом в двигателе при высоком давлении вспышки; возможность взаимного уравновешивания сил инерции и моментов поступательно движущихся масс кривошипных механизмов; использование эффекта большого хода поршня; отсутствие усилий, которые обычно стремятся оторвать крышку цилиндра. Цилиндровая втулка здесь разгружена от осевых усилий.

В курсовом проекте уделено внимание расчету и выбору схемы воздухоснабжения дизеля, а также его основных параметров, построению векторной диаграммы, и определению сил действующих в кривошипно-шатунном механизме.

Исходные данные

N_е =2210  кВт – эффективная мощность дизеля;

D_ц = 207 мм_, S = 2´254 мм – диаметр цилиндра и ход поршня;

n = 850 об/мин – частота вращения коленчатого вала;

i = 10 – число цилиндров;

t = 2 – тактность дизеля;

h_м = 0,8 – механический к.п.д. двигателя;

a = 2,76 – коэффициент избытка воздуха ;

j_b = 1,5 – коэффициент продувки;

l_в = 1/4,6. l_н = 1/5,38  – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

e = 15.7 – степень сжатия;

e_v = 13.5 – действительная степень сжатия;

р_z  = 9,8 МПа – наибольшее давление сгорания;

w_д = 88,9 рад/с - угловая скорость коленчатого вала дизеля;

g = 0,05 - коэффициент остаточных газов;

x = 0,75 - коэффициент эффективного выделения теплоты;

М_п = 35,47 кг, М_ш = 38,41 кг - масса поршня и шатуна.  

Все данные по дизелю-образцу взяты из литературы [2-3].  

1  РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА ДИЗЕЛЯ

По заданным значениям расчетной силы тяги и скорости тепловоза на расчетном подъеме определяется величина касательной мощности тепловоза, кВт,

                                                     (1)                                                

Подставляя численные значения, получаем:

         Требуемая эффективная мощность дизеля определяется по формуле

                                                     (2)                                           

где  h_пер – к.п.д. передачи тепловоза, принимаем 0,81 [1];

h_всп – коэффициент, учитывающий затраты мощности на вспомогательные нужды тепловоза, принимаем 0,91 [1].     

Подставляя численные данные, получаем

Требуемое давление наддувочного воздуха определяется по параметрам дизеля-образца.

                                    (3)                                  

где g_ц – цикловая подача дизеля, г/цикл [2];

                 V_h – рабочий объем цилиндра, м³ [2];

Т_к – температура воздуха после компрессора, примем 60^оС  [2];

η_v  – коэффициент наполнения цилиндра; η_v = 0,97 [2];

L₀ – необходимое количество водуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг [2];

Цкловая подача дизеля определяется по формуле

                                             (4)                                         

где В – часовой расход топлива, кг/ч;

                                                  (5)

где be – удельный часовой расход топлива, кг/кВт∙ч; be = 0,288 [2];

Рабочий объем цилиндра определяем по формуле

                                                 (6)

Количество воздуха необходимого для сгорания 1 кг топлива определим по формуле

                                                     (7)

где   С,Н,О – элементарные составляющие топлива.

Подставляя численные значения, получаем

1.1 Выбор схемы воздухоснабжения дизеля

По найденной величине давления наддувочного воздуха выбираем следующую схему воздухоснабжения дизеля: двухступенчатую комбинированную схему наддува с охлаждением воздуха. На рисунке 1 показана  двухступенчатая комбинированная схема наддува с охлаждением воздуха.

Рисунок 1 - Схема воздухоснабжения дизеля: 1-фильтр; 2- компрессор; 3-охладитель наддувочного воздуха; 4-воздушный ресивер; 5- поршневая часть дизеля; 6- выпускной коллектор; 7- турбина; 8- глушитель; 9- механический нагнетатель

Степень повышения давления в компрессоре определяется по формуле

                                                           

                                                                                                                                                                                                              (8)

где     р_о – атмосферное давления; р_о = 0,102 МПа .

      

Температуру воздуха Т₁ на выходе из турбокомпрессора определяем из выражения

,                                            (9)

где  – КПД турбокомпрессора, принимаем h_к = 0,8 [1];

к – показатель адиабаты сжатия. к = 1,4 [1];

Т₀ − температура окружающего воздуха, Т₀ = 293 К;

Температура воздуха Тs на входе в дизель после охлаждения