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

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                           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

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