3 Тепловой и динамический расчеты главного двигателя

3.2 Выбор и обоснование исходных параметров для расчета рабочего цикла

3.2.1.Давление и температура окружающей среды принимаются в соответствии со стандартом Р_о=0,1МПа; Т_о =300K.

3.2.2.Так как процесс сжатия четырехтактных дизелей условно начинается в НМТ, то доля хода поршня, потерянная в начале процесса сжатия, а=0 [5, стр.42].

3.2.3. В судовых дизелях степень сжатия  зависит от типа двигателя, его быстроходности, способа смесеобразования, наличия наддува, конструктивных особенностей и других факторов. Для четырехтактных дизелей средней оборотности степень сжатия находится в пределах от 13 до 14,5 [3,стр.56]. В соответствии с технической документацией дизеля 8ЧРН32/48, =13,25.

3.2.4. Показатель политропы сжатия в компрессоре n_к выбирается в зависимости от типа нагнетателя и находится в пределах от 1,5 до 2,0. Высокие значения показателя политропы объясняются подводом тепла от горячих стенок нагнетателя к рабочему телу. Верхний предел относится к центробежным нагнетателям, приводимым в движение турбинами выхлопных газов. Для поршневых нагнетателей n_К находится в пределах от 1,5 до 1,6, а для ротативных от 1,7 до 1,8 [3, стр.45]. Так как двигатель 8ЧРН32/48 имеет центробежный нагнетатель, то выбираем nк = 1,75

3.2.5. Давление наддува является одним из основных параметров дизеля, определяющим степень форсирования рабочего процесса. Для увеличения массы заряда свежего воздуха в цилиндре двигателя необходимо увеличить давление наддува. В соответствии с паспортными данными дизель 8ЧРН32/48 имеет импульсный газотурбинный наддув с одним турбокомпрессором, создающим давление наддува P_S=0,13МПа .

3.2.6. Коэффициент остаточных газов зависит от тактности двигателя, типа системы газообмена, частоты вращения двигателя, размеров цилиндра, степени сжатия и других факторов. Значение _Г выбираем из опытных данных. Для четырехтактных СОД с наддувом _Г находится в пределах от 0,02 до 0,04 [4, стр.139]. Принимаем _Г=0,02.

3.2.7. Температуру остаточных газов выбираем по опытным данным и оцениваем приближенно. Она находится в пределах от 750 до 900 К. С ее повышением уменьшается плотность, количество, а, следовательно, и _г остаточных газов [3, стр.44]; принимаем Т_г = 750 К. Давление остаточных газов Рг зависит от сопротивления в выпускном тракте. С повышением Р_г увеличивается плотность газов и г повышается. В предварительных расчетах для СОД принимается Р_г от 0,102 до 0,106 МПа [3, стр.49].

3.2.8. Степень подогрева заряда воздуха в двигателе Тs зависит от конструктивных особенностей двигателя, схемы газообмена в цилиндре, и других факторов. Для двухтактных дизелей Тs находится в пределах от 5 до 10К; для четырехтактных от 10 до 20 К [3, стр.44]. Для дизеля 8ЧРН 32/48 принимаем Тs = 10 К.

3.2.9. Степень охлаждения воздуха в воздухоохладителе Тв.о. выбираем из условия: T_в.о. = Т_к -T_S310К, где T_S-температура воздуха в ресивере в соответствии с паспортными данными дизеля равна 322K. T_к-температура воздуха за компрессором должна быть несколько больше 310K, так как в противном случае в системе двигателя нецелесообразно предусматривать холодильник воздуха из-за малого температурного напора и увеличенных поверхностей охлаждения. Вычисляем T_к по формуле:

Т_к= Т_о(P_к/P_o)^(nК-1)/nК,

где P_к-давление воздуха за компрессором, равное сумме давления наддувочного воздуха Р_S и сопротивления холодильника воздуха P=0,004МПа [3,стр.45]. T_к=300(0,133/0,1)^0,75/1,75=335К.

Отсюда Тв.о.=335-322=13К.

3.2.10. Коэффициент избытка воздуха  это отношение действительного количества воздуха в цилиндре перед началом сгорания к теоретически необходимому для сгорания цикловой подачи топлива. Он выбирается с учетом степени быстроходности дизеля, наличия наддува, способа смесеобразования, конструкции камеры сгорания. Согласно опытным данным у среднеоборотных двигателей (СОД) на номинальном режиме работы  находится в пределах от 1,6 до 2 [2, стр.37]. Выбираем  =1,8.

3.2.11.Показатель политропы сжатия n₁ зависит от типа двигателя, его быстроходности, частоты вращения, условий охлаждения. С увеличением частоты вращения двигателя, показатель политропы сжатия n₁ растет, так как уменьшается продолжительность теплообмена, а при снижении частоты вращения, n₁ падает. С увеличением нагрузки средняя температура стенки повышается, и, следовательно, к заряду за первый период процесса сжатия подводится больше теплоты. Во второй период сжатия теплоотдача в стенки сокращается, в результате за весь цикл n₁ повышается. Значительное влияние на снижение n₁ оказывают конструктивные мероприятия, например: повышение скорости циркуляции охлаждающей цилиндр воды, введение охлаждения поршня. Значения среднего показателя политропы сжатия составляют для СОД от 1,34 до 1,42 [2, стр.35]. Выбираем n₁ = 1,37.

3.2.12 Максимальное давление цикла Р_Z принимаем по паспортным данным двигателя Р_z = 6,7 МПа.

3.2.13.Значения коэффициентов использования теплоты при максимальном давлении и температуре газов в цилиндре-_Z и в конце расширения -_b зависят от совершенства процесса сгорания топлива, а так же потерь теплоты в период сгорания. Согласно опытным данным для малооборотных двигателей (МОД) и СОД значения этих коэффициентов лежат в пределах: _Z от 0,75 до 0,90; _b от 0,86 до 0,98. Принимаем _z=0,8 и _b=0,9 [4; стр.154].

3.2.14. Показатель политропы расширения n₂ принимаем по опытным данным. С увеличением частоты вращения он уменьшается. Для СОД с охлаждаемыми поршнями значения n₂ лежит в пределах от 1,2 до 1,3 [3, стр.65]. Принимаем n₂ = 1,2.

3.2.15 Механический КПД дизеля _м оценивается в зависимости от типа, частоты вращения, конструктивных особенностей дизеля, способа осуществления наддува. Для CОД с наддувом _м находится в пределах от 0,89 до 0,91. Принимаем _м = 0,9 [5, стр.71].

3.2.16.В расчетах рабочих процессов дизеля принимаем низшую теплоту сгорания топлива Q_н, так как при относительно высокой температуре отработавших газов пары воды, образующиеся при сгорании водорода, не конденсируются, и скрытая теплота парообразования в рабочем процессе не используется. В соответствии со стандартом принимаем Q_н =41868 кДж/кг.

Выбранные данные сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета рабочих процессов

Наименование исходного параметра	Обозначение, размерность	Численное значение
Давление окружающей среды	PO , МПа	0,1
Температура окружающей среды	TO ,МПа	300
Доля потерянного хода поршня	а	0
Степень сжатия		13,25
Показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре	nK	1,75
Коэффициент остаточных газов	Г	0,02
Температура остаточных газов	TГ , K	750
Давление остаточных газов	PГ,MПа	0,104
Степень подогрева заряда воздуха в цилиндре	TS, K	10
Коэффициент избытка воздуха		1,8
Показатель политропы сжатия	n1	1,37
Показатель политропы расширения	n2	1,2
Максимальное давление цикла	PZ,МПа	6,7
Механический КПД	м	0,9
Коэффициент использования теплоты: -при максимальном давлении	Z	0,8
-в конце расширения	b	0,9
Давление наддувочного воздуха	PS	0,13