Определение основных показателей работы двигателя. Определение расхода топлива и давления воздуха перед впускными органами дизеля. Выбор схемы воздухоснабжения дизеля

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………....		4
Исходные данные………………………………………………………………….		5
1	Определение основных показателей работы двигателя……………………	6
1.1	Определение расхода топлива и давления воздуха перед впускными органами дизеля………………………………………………………………	6
1.2	Выбор схемы воздухоснабжения дизеля……………………...………….....	8
1.3	Определение кинематических характеристик движения поршня…………	9
2	Определение основных параметров рабочего процесса двигателя. Индикаторная диаграмма…………………………………………………....	10
2.1	Расчет процесса наполнения………………………………………………...	10
2.2	Расчет параметров в конце сжатия………………………………………….	13
2.3	Расчет параметров конца сгорания………………………………………….	13
2.4	Расчет процесса расширения…………………………………………………	16
2.5	Определение расчетного среднего индикаторного давления……………..	17
2.6	Расчет эффективных показателей работы двигателя……………………...	18
2.7	Построение индикаторной диаграммы……………………………………..	19
3	Определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля…………………………………………………………….	22
4	Расчет узла дизеля. Форсунка……………………………………………….	25
Список использованной литературы …………………………………………….		30
Чертеж

                                                                                                                           и

ВВЕДЕНИЕ

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.

В этом курсовом проекте производится расчет основных показателей работы дизеля, образцом для которого является дизель 11Д45.

Дизель 11Д45 – двухтактный, V-образный с клапанно-щелевой продувкой, шестнадцатицилиндровый, двухступенчатым наддувом и водяным охлаждением. Дизель 11Д45 устанавливается на пассажирских тепловозах ТЭП60.

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

       ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

N_е =2200  кВт – эффективная мощность дизеля;

t = 2 – тактность дизеля;

i = 16 – число цилиндров;

n = 12,5 с^-1 – частота вращения коленчатого вала;

D = 230 мм – диаметр цилиндра;

 S = 300 мм – ход поршня;

b_e = 0,225 кг/кВтч – удельный эффективный расход топлива;

j  = 1,5 – коэффициент продувки;

h_м = 0,82 – механический к.п.д. двигателя;

a = 1,95 – коэффициент избытка воздуха ;

l = 1/5,0– отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

e = 15,7 – геометрическая степень сжатия;

e_v = 13,5 – действительная степень сжатия;

g = 0,10 - коэффициент остаточных газов;

р_z  = 11,0 МПа – наибольшее давление сгорания;

x_z = 0,8 - коэффициент эффективного выделения теплоты;

М_п = 46,2 кг - масса поршня;

М_ш = 54,3 кг - масса шатуна.

Расположение цилиндров: V – V-образное.

Состав дизельного топлива в долях массы: углерод С = 0,87; водород

Н = 0,126; кислород О = 0,004;

Н_u = 42500 кДж/кг –низшая теплота сгорания дизельного топлива;

h_v = 0,80 – коэффициент наполнения;

t_к = 60˚C – температура воздуха перед впускными органами дизеля.

Чертеж узла:  Форсунка. 

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ

ДВИГАТЕЛЯ

1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА И ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА

 ПЕРЕД ВПУСКНЫМИ КЛАПАНАМИ ДИЗЕЛЯ

Рабочий объем цилиндра V_h, м³

 

                                                                                                 (1.1)

где D  – диаметр цилиндра, м;

       S  – ход поршня, м.

 м³

 

Часовой расход топлива дизелем В, кг/ч

                                       В = b_e×N_е                                                                (1.2)

где b_e– удельный эффективный расход топлива, кг/кВтч;

N_е– эффективная мощность дизеля, кВт.

В= 0,225×2200 = 495 кг/ч

Количество топлива g_ц, кг, подаваемого в цилиндр за каждый цикл

g_ц=,                                                        (1.3)

где t  – тактность дизеля;

n – частота вращения коленчатого вала, с^-1;

i  – число цилиндров.

g_ц =кг/цикл

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива L₀, кмоль/кг

L₀ =                                                    (1.4)

L₀^’=m_B × L₀

 

где С, Н, О – состав дизельного топлива в долях массы: углерод, водород, кислород соответственно;

m_B – молярная масса воздуха, m_B = 28,95 кг/кмоль

L₀= кмоль/кг

L₀^’= 28,95 × 0,495 = 14,33 кг/кг

Давление воздуха р_к, МПа, перед впускными органами цилиндра дизеля

                                    р_к=,                                         (1.5)

гдеh_v – коэффициент наполнения;

a – коэффициент избытка воздуха;

              Т_к – температура воздуха перед впускными органами дизеля, К;

            Т_к = t_к + 273 = 60 + 273 = 333 К

р_к= МПа

1.2 ВЫБОР СХЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ДИЗЕЛЯ

Схема воздухоснабжения дизеля: двухступенчатая комбинированная схема наддува с охлаждением воздуха представлена на рисунке 1

               Д – дизель; Т – турбина; К, К₁, К₂ – компрессоры;

ХНВ – охладитель надувочного воздуха.

Рисунок 1 – Схема наддува двухтактного дизеля

1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЯ

Пусть sв м, скорость v в м/с и ускорение j поршня в м/с² определяются из выражений:

s ≈ Rf_s (φ, λ);                                                       (1.6)

v ≈ Rωf_v (φ, λ);                                                   (1.7)

j ≈ Rω² f_j (φ, λ),                                                   (1.8)

где f_s (φ, λ) = 1 – cosφ+ (1 – cos 2 φ);                                                               (1.9)

f_v (φ, λ) = sinφ+  sin 2 φ;(1.10)

f_j (φ, λ) = cosφ+ λ  cos 2 φ;                                                                           (1.11)

 − радиус кривошипа, м;

R = S/2 = 0,300/2 = 0,150 м;

λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

ω– угловая скорость вращения коленчатого вала;

ω= 2 π n=2×3,14×12,5=78,5 рад/с;

             S – ход поршня, м;

n– частота вращения коленчатого вала, с^-1;

l – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Зависимости s, v, j от угла поворота коленчатого вала φ определяются за один оборот вала (0˚ – 360˚) через каждые 15˚.

Значения функций f_s (φ, λ); f_v (φ, λ);f_j (φ, λ) при заданном φ и известном  вычисляем по приведенным выражениям (формулы 9 – 11).

Значения s, v, j от угла поворота коленчатого вала φ представлены в таблице1 и графически на рисунке 2.

Средняя скорость поршня v_m, м/с

v_m = 2×S×n

v_m =2×0,300×12,5=7,5 м/с

Таблица 1 – Кинематические характеристики движения поршня

φ, град	fs	fv	fj	s, м	v, м/с	j, м/с2
0	0,000	0,000	1,200	0,000	0,000	1109,205
15	0,041	0,309	1,139	0,006	3,636	1052,94
30	0,159	0,587	0,966	0,024	6,907	892,93
45	0,343	0,807	0,707	0,051	9,504	653,61
60	0,575	0,953	0,400	0,086	11,217	369,74
75	0,834	1,016	0,086	0,125	11,963	79,14
90	1,100	1,000	0,200	0,165	11,775	-184,87
105	1,352	0,916	0,432	0,203	10,785	-399,34
120	1,575	0,779	-0,600	0,236	9,175	-554,60
135	1,757	0,607	-0,707	0,264	7,149	-653,61
150	1,891	0,413	-0,766	0,284	4,868	-708,07
165	1,973	0,209	-0,793	0,296	2,459	-732,74
180	2,000	0,000	-0.800	0,300	0,000	-739,47
195	1,973	-0,209	-0,793	0,296	-2,459	-732,74
210	1,891	-0,413	-0,766	0,284	-4,868	-708,07
225	1,757	-0,607	-0,707	0,264	-7,149	-653,61
240	1,575	-0,779	-0,600	0,236	-9,178	-554,60
255	1,352	-0,916	-0,432	0,203	-10,785	-399,34
270	1,100	-1,000	-0,200	0,165	-11,775	-184,87
285	0,834	-1,016	0,086	0,125	-11,963	79,14
300	0,575	-0,953	0,400	0,086	-11,217	369,74
315	0,343	-0,807	0,707	0,051	-9,504	653,61
330	0,159	-0,587	0,966	0,024	-6,907	892,93
345	0,041	-0,309	1,139	0,006	-3,636	1052,94
360	0	0	1,200	0,000	0,000	1109,21

 

Рисунок 2 – Зависимость пути s поршня от угла φ поворота коленчатого вала

 

Рисунок 3 – Зависимость скорости v поршня от угла φ поворота                                 

 

Рисунок 4 – Зависимость ускорения j  поршня от угла φ поворота                                   коленчатого вала.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ.

ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА

2.1 РАСЧЕТ ПРОЦЕССА НАПОЛНЕНИЯ

Объем камеры сжатия V_с, м³

V_с =                                                             (2.1)

V_с == 0,00085 м³

Доля потерянного хода поршня y  на процессы газообмена определяется из соотношения, связывающего геометрическую e  и действительную e_n степени сжатия

1 - y  = (e_n  -1)/( e -1)                                                (2.2)  где e_n - задано.

Подставляя численные значения, получаем

1 - y  = (13,5 -1)/(15,7 -1) = 0,8503

Определяем объемы цилиндра, соответствующие точкам