Расчет требуемой эффективной мощности и давления наддува дизеля. Определение параметров рабочего процесса дизеля и построение индикаторной диаграммы

Содержание

Исходные данные…………………………………………………………………..2

Введение ……………………………………………………………………………3

1  Расчет требуемой эффективной мощности и давления наддува дизеля …………………………………………………………………………..6

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

2  Определение параметров рабочего процесса дизеля и построение индикаторной диаграммы ………………………………………….…………10

2.1  Расчет процесса наполнения цилиндра ……………………………………...10

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

2.3  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. Поршень...……………………….………………………...33

Литература ………………………………………………………………………...34

Введение

Развитие железнодорожного транспорта в условиях научно технического прогресса немыслимо без постоянного оснащения его новой техникой, в частности дизель-электрическими локомотивами. Тепловозные дизели должны отличатся высокой экономической эффективностью, надежностью, автоматизацией процессов контроля, регулирования и управления.

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 качестве тепловозных двигателей применяются поршневые двигатели, в которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию непосредственно в цилиндре. Топливо и воздух, необходимые для сгорания, вводятся в объем цилиндра двигателя, ограниченный днищами поршней и стенками цилиндра. Образующиеся при сгорании газы, имеющие высокую температуру, создают давление на поршни и перемещают их в цилиндре. Поступательное движение через шатуны передается коленчатым валам и преобразуется во вращательное.

Преобразование тепловой энергии в механическую сопровождается периодически (циклически) повторяющимися процессами:

а) горения и расширения, за время которого давление газов передается на поршни и совершается полезная работа (при движении от внутренней до наружной мертвых точек (от ВМТ до НМТ), при которых объем между поршнями имеет минимальное и максимальное значение);

б) смены заряда путем выпуска газа через выпускные органы и впуска свежего заряда через впускные органы;

в) сжатия воздуха, осуществляемого уменьшением объема между поршнями за счет движения поршня от наружной к внутренней мертвой точке для повышения температуры рабочего тела.

Дизель 5Д49 – четырехтактный, V-образный, шестнадцатицилиндровый , с газотурбинным наддувом и охладителем надувочного воздуха, клапанной продувкой, непосредственным впрыскиванием топлива.   

В курсовом проекте уделено внимание расчёту 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 =2940  кВт – эффективная мощность дизеля;

D_ц = 260 мм_, S = 260 мм – диаметр цилиндра и ход поршня;

n = 16,67 с^-1 – частота вращения коленчатого вала;

i = 16 – число цилиндров;

t = 4– тактность дизеля;

h_м = 0,88 – механический к.п.д. двигателя;

a = 2,05 – коэффициент избытка воздуха ;

j_b = 1,05 – коэффициент продувки;

l = 1/4,26– отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

e = 12,2 – степень сжатия;

р_z  = 12,5 МПа – наибольшее давление сгорания;

g = 0,03 - коэффициент остаточных газов;

x = 0,78 - коэффициент эффективного выделения теплоты;

М_п = 32 кг, М_ш = 60 кг - масса поршня и шатуна.

Состав дизельного топлива в долях массы:   C = 0,87 - углерод; Н = 0,126 - водород; О = 0,004 - кислород.

Н_и = 42500кДж/кг − низшая теплота сгорания дизельного топлива;

η_v = 0,85− коэффициент наполнения;

t_k = 60°C − температура воздуха перед впускными органами дизеля;         

Двигатель-образец − 2-5Д49.

1  ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА И ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА ПЕРЕД ВПУСКНЫМИ ОРГАНАМИ

Определим рабочий объем цилиндра, в м³:

Подставляя численные значения, получаем:

         Часовой расход топлива, кг/ч: 

Подставляя численные значения, получаем:

Количество топлива подаваемого в цилиндр за каждый цикл, кг/цикл:

          Получаем:

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

где m_в=28,95−молярная масса воздуха.

Давление воздуха перед впускными органами цилиндра  дизеля  определяется из выражения для цикловой подачи топлива в кг/цикл

откуда

где η_v, α, Т_к− принимаются из задания, при этом

Подставляя численные значения, получаем: 

1.1 Выбор схемы воздухоснабжения дизеля

По найденной величине давления наддувочного воздуха выбираем одноступенчатую схему наддува с охлаждением воздуха.

Рисунок 1- Схема воздухоснабжения дизеля: Д-дизель; Т-турбина; К-          компрессор; ХНВ-охладитель надувочного воздуха.

1.2  Определение кинематических характеристик движения поршня.

Путь s в м, скорость v в м/с и ускорение j поршня в м/с² определяются из следующих выражений:

где

R=S/2 − радиус кривошипа, м;

λ − отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

ω = 2πn рад/с − угловая скорость вращения коленчатого вала;

S, λ, n − по заданию.

Зависимости s, v, j от угла поворота коленчатого вала φ определяются за один оборот вала (0°−360°) через каждые 15°. Значения  s, v, j представим в таблице и графически на рисунках