2.1 Тепловой расчёт двигателя
(Прототипный двигатель 6ЧРН 36/45)
Рассчитать рабочий процесс дизеля с газотурбинным наддувом мощность Ne = 900 э.л.с. при частоте вращения n = 375 об/мин.
Исходные данные расчёта:
Степень сжатия E = 12,5
Максимальное давление цикла Pz = 68 бар
Коэффициент избытка воздуха α = 1,9
Коэффициент остаточных газов γг= 0,04
Давление наддува Рк = 1,6 бар
Давление в выпускном коллекторе учитывая сопротивление газовой турбины Pг = 1,4 бар
Коэффициент использования тепла в точке z ξz = 0,8
Коэффициент использования тепла в точке b ξb = 0,85
Температура окружающей среды То = 290 °К
Давление окружающей среды Р0 = 1 бар
Механический КПД ηмех = 0,81.
Расчёт ведём для топлива со средним весовым составом:
C=0.87; H=0.126; O=0.004
Низшая теплотворная способность Qн=10136 ккал/кг
Расчёт:
Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива.
L0
=
моль/кг
Действительное количество молей воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива.
L = α*L0=1.9*0.495= 0.94 моль/кг
Параметры наполнения рабочего цилиндра.
Температура воздуха после нагнетания (показатель политропы сжатия принимаем n = 1,8).
=290*1,23=
358 °К
Температура воздуха после холодильника:
°Κ
Температура воздуха, c учётом подогрева от стенок цилиндра ( Δt= 10°Κ)
Т
=
Тs+Δt
=320+10=
330°К
Температура смеси свежего заряда с остаточными газами в конце впуска:
Ta
=
=
=346°K
, где температура остаточных газов принимается 750°K
Давление воздуха после холодильника, учитывая потери в холодильнике Δp=0.03 бар (сопротивление холодильника):
Ps= Pк-Δp=1.6-0.03=1.57 бар
Давление начала сжатия, с учётом потери давления во впускных клапанах
|
|
Ра = 0,93*Рs= 0,93*1.57= 1, 46 бар |
|
Коэффициент наполнения: |
|
ηн
=
|
|
=
=0,89
Параметры процесса сжатия. |
Средний показатель политропы сжатия |
n1
=
Зададимся показателем политропы сжатия n1 = 1,37.
n1
= 1,37≠1,372
Зададимся вторым приближением n1=1,372.
n1
= 1,372≈1,3719
Окончательно принимаем n1 = 1,372. |
Температура смеси в конце сжатия:
Tс
=
|
Давление в конце сжатия:
|
=346*12.51.372-1=
885°К
=1,46*12,51,372=46,6996=46,7
бар
Параметры процесса сгорания. |
||||||
Теоретический коэффициент молекулярного изменения: |
|
|||||
β0=1+ |
|
|||||
Расчётный коэффициент молекулярного изменения: |
||||||
β=β= |
|
|||||
Степень повышения давления: |
|
|||||
λ= |
|
|||||
Средняя теплоёмкость продуктов сгорания: |
|
|||||
Cv= |
|
|||||
Cv=
Уравнение сгорания смешанного цикла:
Средние мольные теплоёмкости продуктов сгорания
|
|
|||||
Тогда
|
|
|||||
|
|
|||||
=1+
=1,0336
=
,
=
=
;
;
;
.
°K
Параметры процесса расширения. |
|
Степень предварительного расширения: |
|
|
|
|
|
Степень последующего расширения. |
|
|
|
|
|
=
Средний показатель политропы расширения.
|
|
|
|
Принимаем первое приближение n2 = 1,266
8,0130,266=1,7394;
|
|
|
|
,
,
7.466≠7.5946
Принимаем второе приближение n2 = 1,262. |
|
8,0130,262=1,725;
7.58≠7.6088
|
|
Принимаем третье приближение n2 = 1,261.
8,0130,261=1,7214;
7,609≈7.61
Окончательно принимаем n2=1,261. |
|
Температура газов в конце процесса расширения: |
|
Tb
|
|
|
|
Давление в конце процесса расширения |
|
Pb
|
|
|
|
°K
бар
Параметры, характеризующие цикл в целом. |
||
Среднее индикаторное давление цикла |
||
|
|
|
|
|
|
Среднее индикаторное давление с учётом коэффициента округления диаграммы.
|
||
Pi= |
|
|
|
|
|
Среднее эффективное давление |
|
|
Pe=ηмех*Pi |
|
|
Pe=0.81*9,72=7,87 бар |
|
|
Расход топлива |
|
|
Индикаторный удельный расход топлива.
|
||
gi= |
|
|
|
|
|
Эффективный расход топлива. |
|
|
ge= |
|
|
Коэффициент полезного действия |
|
|
Индикаторный КПД.
|
|
|
ηi= |
|
|
|
|
|
Эффективный КПД.
|
|
|
ηe=ηi*ηмех=0,81*0,455=0,369 |
|
|
=
бар
*φ=10,8*0,9=9,72
бар,
где φ=0,9
=
=
=
Основные размеры цилиндра двигателя
Согласно прототипному двигателю принимаем среднюю скорость поршня Cm = 5,625 м/с. |
|
Ход поршня S= |
|
Принимаем S=450 мм.
|
|
Находим диаметр рабочего цилиндра: |
|
D= |
|
Согласно прототипному двигателю принимаем D = 360 мм = 0.36 м |
|
|
|
Проверяем отклонение величины мощности от заданной. |
|
Расчётная мощность: |
|
Ne= |
|
|
|
=
м
м
=
=900,745
э.л.с.Заданная мощность Ne= 900 э.л.с.
Проверяем погрешность расчёта.
|
|
|
|
|
|
Отклонение расчётной мощности от заданной - не превышает 1%, что допустимо. |
|
Для оценки форсировки двигателя определяем поршневую удельную мощность
Получившая форсировка соответствует среднеоборотным четырёхтактным двигателям с наддувом
[Nп]=13-18