Процесс расширения

В результате расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу. Давление p_b и температура T_b газов в конце расширения определяется по уравнениям политропного процесса:

;

где δ = έ/ρ = 16,5/1,536 = 10,74 – степень последующего расширения.

[Дизель без наддува p_b = 0.2...0.4 МПа; T_b = 1200…1400⁰K]

Индикаторные и эффективные показатели двигателя

В ходе расчета должны быть определены индикаторные показатели цикла (среднее индикаторное давление p_i, индикаторный КПД η_i, индикаторный удельный расход топлива g_i) и эффективные показатели двигателя (среднее эффективное давление p_e, механический КПД η_м, эффективный КПД η_е и удельный эффективный расход топлива g_e).

Расчетом последовательно определяются:

1. Теоретическое среднее индикаторное давление

2. Среднее индикаторное давление действительного цикла

p_i = φp_i^’ = 0.93*0.95 = 0.88, МПа

где φ = 0,92…0,95 – коэффициент скругления (полноты) индикаторной диаграммы, принимаемой для дизеля.

[Дизель без наддува p_i = 0.7…1.1 МПа]

3. Индикаторный КПД цикла

где Q_н ,в МДж/кг.

[Дизель без наддува η_i = 0,38…0,50]

4. Индикаторный удельный расход топлива

[Дизель без наддува g_i = 175…230 г/кВт*ч]

5. Среднее давление механических потерь для дизелей с неразделенными камерами сгорания

р_м = 0,089+0,0118v_ср = 0,089+0,0118*8,4 = 0,188 МПа

Средняя скорость поршня v_ср принимается по прототипу и определяется по выражению

v_ср = Sn/30 = 0.140*1800/30 = 8.4 м/c

6. Среднее эффективное давление и механический КПД

p_e = p_i – p_м = 0,88 – 0,188 = 0,692 МПа

η_м = р_е/р_i = 0.692/0.88 = 0.786

[Дизель без наддува р_е = 0,5…0,85; η_м = 0,75…0,82]

7. Эффективный КПД и эффективный удельный расход расход топлива

η_е = η_i^.η_м = 0,456*0,786 = 0,36

g_e = 3600/Q_H^.η_e = 3600/(42.5*0.36) = 235,29 г/кВт^.ч

[Дизель без наддува η_е = 0,3…0,4; g_e = 210…280 г/кВт^.ч]

Определение диаметра и хода поршня

Предварительно задаются отношением хода поршня к диаметру цилиндра (S/D). Чаще всего его берут таким, как для конструктивного прототипа. Для определения рабочего объема цилиндра используют формулу

где τ – тактность двигателя;

I – число цилиндров;

N_e – эффективная мощность двигателя;

n - частота вращения коленчатого вала, об/мин;

р_е – среднее эффективное давление, МПа.

Определяем диаметр цилиндра D и ход поршня S

=130 мм

S = D(S/D) = 129.36(140/130) = 139.3 = 140 мм

Полученные значения S и D обычно округляют до четных чисел, нуля или пяти. По окончательным принятым значениям D и S определяют мощность двигателя

Полученное значение не должно расходиться с заданным более чем на 3 %.

Δ = (77,12 – 76)*100/76 = 1,47 %

Построение индикаторной диаграммы

Рабочий объем цилиндра V_h откладывается по оси абсцисс в мм, численно равным ходу поршня.

V_h = S = 140 мм

Тогда объем камеры сгорания в миллиметрах будет

V_c = S/(έ - 1) = 140/(13.5 – 1) = 9.03 мм

Полный объем

V_a = V_h + V_c = 140 + 9.03 = 149.03 мм

Масштаб давления принимаем μ_р = 0,03 МПа/мм

Расчет политроп расширения для дизеля заканчивается при

έ = δ = 10,74

где δ – степень последующего расширения.

Таблица 1

		Результаты расчета политроп сжатия и расширения
έ	1	1,5	2	4	6	8	δ=10,74	έ=16,5
Vx=Va/έ	149,03	99,353	74,515	37,258	24,838	18,629	13,876	9,0321
px=pa*έn1	0,085	0,1487	0,2212	0,5758	1,0076	1,4986	2,2501	4,0696
px/μp	2,8333	4,958	7,3743	19,193	33,585	49,953	75,004	135,65
px=pb*έn2	0,35	0,5763	0,821	1,9258	3,171	4,5172	6,4894
px/μp	11,667	19,211	27,366	64,192	105,7	150,57	216,31

После нанесения расчетных точек на диаграмму они соединяются плавными кривыми, характеризующими политропные процессы сжатия и расширения. Линии, характеризующие процессы впуска и выпуска, проводятся условно, по возможности ближе к линии давления р_о.

В четырехтактном цикле дизеля (рис.1) точка с’ является началом видимого сгорания, и положение ее определяется по углу опережения впрыска топлива. Конец скругления (точка с’) можно найти, приняв р_е”= (1.15…1,20) р_с. Наклон линии сгорания выполняется так, чтобы не было слияния с вертикальной линией cz’. В ряде случаев это не удается выполнить (при очень малых значениях р) и линия проводится по линии cz’. Скругление на индикаторной диаграмме должно быть таким, чтобы явно был выражен подвод тепла при постоянном давлении.

Для проверки правильности расчетов и построения планиметрируется диаграмма (без учета насосных ходов) и определяется среднее индикаторное давление

p_l = F_иμ_i/S, МПа

где F_и – площадь индикаторной диаграммы, мм²;

μ_р – масштаб давления, МПа/мм;

S – ход поршня, мм.

Полученное значение недолжно отличаться от расчетного более чем на