1508

Расчетная температура рабочего тела в конце расширения (К)

Ошибка в выборе температуры tb составит (%)

Давление рабочего тела в конце расширения (МПа)

Проверка правильности выбора температуры остаточных газов

(К):

ошибка составит (%)

Tr TrN Tr 100 1050 1092 100 4. TrN 1050

При выполнении теплового расчета на ЭЦВМ температуру остаточных газов уточняют до заданного предела.

1.6. Показатели работы цикла

Среднее индикаторное давление (МПа)

Принимаем коэффициент скругления индикаторной диаграммы μ=0,96, а коэффициент полноты насосных потерь φ=0,7.

Действительное среднее индикаторное давление (МПа)

Pi Pi Pr Pa 0,9513 1,023 0,7 0,1175 0,0873 0,952.

Индикаторный удельный расход топлива (г/кВт∙ч)

Индикаторный коэффициент полезного действия

11

Давление механических потерь (МПа)

Pм=0,039+0,0132∙СN=0,039+0,0132∙8,6=0,1525.

Эффективное давление (МПа)

Pe = Pi – Pм = 0,962–0,1525=0,7995.

Механический коэффициент полезного действия

Pe 0,7995

ì Pi 0,952 0,84.

Эффективный удельный расход топлива (г/кВт∙ч))

Эффективный коэффициент полезного действия

Индикаторная мощность двигателя (кВт)

Диаметр цилиндра двигателя (дм)

Расчетная эффективная мощность двигателя (кВт)

Расчетный крутящий момент (Н∙м)

Часовой расход топлива (к)г/ч

GT ge Ne 338,4 84,7 28,67. 1000 1000

12

1.7. Тепловой баланс двигателя

Общее количество теплоты, выделенное при сгорании топлива за один час (Дж/ч),

Q GT Hu 28,67 44 1261,5.

Теплота, эквивалентная эффективной мощности (МДж/ч),

Qe 3,6 Ne 3,6 84,7 304,9;

qe Qe 100 304,9 100 24,17%. Q 1261,5

Теплота, эквивалентная механическим потерям (МДж/ч),

Qм 3,6 (Ni Ne) 3,6 (101 84,7) 58,68;

qм Qм 100 58,68 100 4,7%. Q 1261,5

Температура отработавших газов (°С)

tr Tr 273 1050 273 777.

Температура окружающей среды (°С)

t0 T0 273 293 273 20.

Изохорная теплоемкость рабочего тела при α=0,7 для точки R

mcv 1r 23,8859 0,00367(tr tr1) 23,88590,00367(777 700) 24,1686кДж/кмоль.

Изохорная теплоемкость рабочего тела в точке R (кДж/кмоль) с учетом принятого коэффициента избытка воздуха

mcv r mcv r1 Ar2,9 4,965 0,7 2,906 0,7 1,75

24,1686 1,011832,9 4,965 0,9 0,7 2,906 0,9 0,7 1,75

25,0144.

Изобарная теплоемкость продуктов сгорания (кДж/кмоль)

mcp r mcv r 8,315 25,0144 8,315 33,329.

Изохорная теплоемкость свежего заряда (кДж/кмоль), поступающего в цилиндры двигателя при температуре t0 ,

mcv 0 20,759 0,0008t0 20,759 0,0008 20 20,775.

Изобарная теплоемкость свежего заряда (кДж/кмоль)

13

mcp 0 mcv 0 8,315 20,775 8,315 29,09.

Теплота, унесенная с отработавшими газами (МДж/ч),

1,077 33,3294 777 29,09 20 362,5;

qог Qог 100 362,5 100 28,74%.

Q 1261,5

Потери теплоты за счет неполноты сгорания (МДж/ч) при α < 0,7

Qн Ни GT 5,85 28,67 167,72;

qн Qн 100 167,72 100 13,29%. Q 1261,5

Теплота, унесенная с охлаждающей жидкостью (МДж/ч),

qw Qw 100 320,3 100 25,39%. Q 1261,5

Неучтенные потери (МДж/ч)

QS Q Qe Qм Qог Qн Qw 1261,5

304,9 58,68 362,5 167,72 320,3 47,4;

qS QS 100 47,4 100 3,75%. Q 1261,5

14

Таблица теплоемкостей и внутренних энергий

Теплоемкость воздуха, кДж/кмоль

15

Пояснение к таблице 1: (mcv)'α1 – теплоемкость воздуха для 0 oС; (mcv)'α2 –

теплоемкость воздуха для 100 oС; ∆(mcv)'α – изменение теплоемкости воздуха на

1 oС в интервале температур от 0 до 100 oС; (mcv)'с1 – теплоемкость воздуха для

400 oС; (mcv)'с2 – теплоемкость воздуха для 500 oС; (mcv)'с – изменение теплоемкости воздуха на 1oС в интервале температур от 400 до 500 oС; (mcv)"r1 –

теплоемкость продуктов сгорания для 700 oС и при коэффициенте избытка воздуха α=0,7; (mcv)"1r – теплоемкость продуктов сгорания для заданной температуры отработавших газов при α=0,7; (mcv)"r – теплоемкость продуктов сгорания для заданной температуры отработавших газов и для принятого коэффициента избытка воздуха; (mcv)"b1 – теплоемкость продуктов сгорания в конце расширения для 1400 oС; (mcv)"1b – теплоемкость продуктов сгорания для расчетной температуры рабочего тела в конце расширения; (mcv)"b –

теплоемкость продуктов сгорания в конце расширения и принятого коэффициента избытка воздуха; (mcv)"z1 – теплоемкость продуктов сгорания при температуре 2300 oС и α=0,7; (mcv)"1z – теплоемкость продуктов сгорания для расчетной температуры рабочего тела в конце сгорания и при α=0,7; (mcv)"z –

теплоемкость продуктов сгорания для расчетной температуры рабочего тела в конце сгорания и принятого коэффициента избытка воздуха; U'c1 – внутренняя энергия воздуха при температуре 400 оС; U'c2 – внутренняя энергия воздуха при температуре 500 оС; ∆U'c – внутренняя энергия воздуха на 1oС в интервале температур от 400 до 500 oС; U"c1 – внутренняя энергия продуктов сгорания при

400 оС и коэффициенте избытка воздуха α=0,7; U"1c – внутренняя энергия продуктов сгорания для расчетной температуры рабочего тела в конце сжатия при α=0,7; U"c – внутренняя энергия продуктов сгорания для расчетной температуры рабочего тела в конце сжатия и принятого коэффициента избытка воздуха; U"z1 – внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре рабочего тела 2300 оС и коэффициенте избытка воздуха α=0,7; U"1z – внутренняя энергия продуктов сгорания для расчетной температуры рабочего тела в конце сгорания и α=0,7; U"z – внутренняя энергия продуктов сгорания для расчетной температуры рабочего тела в конце сгорания и для выбранного коэффициента избытка воздуха.

16

2.ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Вметодическом указании приведен порядок выполнения первого листа курсового проекта, т.е. динамического расчета двигателя. Динамический расчет позволяет определить силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, которые используются в курсовом проекте для расчета деталей двигателя на прочность.

Для этого необходимо построить индикаторную диаграмму, диаграмму сил инерции, диаграмму суммарных сил, действующих на поршневой палец, и диаграмму тангенциальных сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала. Построение диаграмм значительно упрощается при использовании графоаналитического метода, т.е. при этом отпадает необходимость выполнять расчет больших таблиц. При построении всех диаграмм желательно соблюдать один и тот же масштаб сил и масштаб длин.

2.1. Построение индикаторной диаграммы

Для курсового проекта, как правило, используют расчетную индикаторную диаграмму, начало впуска в верхней мертвой точке (ВМТ), конец впуска в нижней мертвой точке (НМТ), начало выпуска в НМ, конец выпуска в ВМТ. Давление впуска и выпуска – постоянные величины.

Желательно, чтобы длина отрезка, обозначающая рабочий объем цилиндра, была равна ходу поршня. В этом случае масштаб длин μs будет равен 0,001м/мм (метра в мм чертежа). Если ход поршня очень мал, масштаб увеличивают в 1,5÷2,0 раза (рисунок, а).

Длина отрезка, обозначающая объем камеры сжатия, определяется следующим образом:

1. Рабочий объем одного цилиндра

Vh Vл , i

где Vл – литраж двигателя; i – число цилиндров. 2. Объем камеры сжатия

Vc Vh ,

1

где – степень сжатия.

3. Объем цилиндра в 1 мм чертежа

17

Vh' Vh , Sп

где Sп – ход поршня в мм.

4. Длина отрезка, обозначающая объем камеры сжатия,

Sс Vс' , Vh

где Vc – объем камеры сжатия.

Масштаб сил желательно выбирать в пределах (0,035÷0,055) МПа/мм.

После выбранного масштаба необходимо в координатах pv нанести точки с, z, b, r, а для двигателя легкого топлива (рисунок, а) и точки с, z1, z, b, r и а – для дизеля.

Точки а – конца впуска и r – конца выпуска почти сливаются с линией, изображающей атмосферное давление (р0), поэтому можно точку а поставить на 1 мм ниже р0, а точку r на 1 мм выше р0, т.е. атмосферного давления.

Задачей студента является: соединить точку а с точкой с и точку в с точкой z. Соединение этих точек можно осуществить методом Бауэра, методом полуокружностей, аналитическим путем и т.д. Наиболее простым является метод Бауэра. Для этого метода пишут уравнение

1 tg п 1 tg .

Если соединяют точку а с точкой с, то задаются углом , определяют tg . Вместо п подставляют показатель политропы сжатия, п1 из теплового расчета. На основании уравнения определяют угол β1.

К оси абсцисс откладывают угол , а к оси ординат угол β1. Если соединяют точку b с точкой z, то угол оставляют тот же, что и для линии сжатия, а угол β2 определяют по уравнению, но подставляют показатель политропы расширения. Для упрощения расчетов задают не угол , а tg и определяют не угол β, а tgβ, которые откладывают к оси абсцисс и к оси ординат. Для более точного построения линии сжатия построение необходимо начинать с точки с.

При построении линии сжатия из точки с проводим вертикаль до пересечения с линией, ограничивающей угол (точка 1). Из точки 1 проводим линию под углом 45° к оси абсцисс до пересечения с этой осью (точка 2). Из точки 2 проводим вертикаль. Из точки с проводим горизонталь до пересечения с осью ординат (точка 3). Из точки 3

19

проводим линию под углом 45° до пересечения с линией, ограничивающей угол β (точка 4). Из точки 4 проводим горизонталь до пересечения с вертикалью (точка 5), которая лежит на линии сжатия и является базовой точкой для получения следующей точки, которую получают в той же последовательности. Для двигателей с воспламенением от электрической искры линию расширения более удобно строить от точки z. Для дизельных двигателей целесообразно начинать построение линии расширения от точки b.

При построении линии расширения значение tg оставляют без изменений, т.е. таким же, как для линии сжатия.

Аналитический метод построения линии сжатия и линии расширения является более точным, но более трудоемким, т.к. приходится определять объем цилиндра и степень сжатия в каждой заданной точке.

Аналитический метод построения индикаторной диаграммы

Для определения положения поршня через 30° поворота кривошипа под индикаторной диаграммой изображают схему кривошипно-шатунного механизма, причем в масштабе индикаторной диаграммы (рисунок, в), где определяют положение поршня через 30° поворота кривошипа. Через полученные точки проводят вертикали, которыми рассекают индикаторную диаграмму.

Путь поршня определяют по уравнению

таблицах, которые имеются в учебниках по кинематике и динамике двигателей внутреннего сгорания, через 70° поворота коленчатого вала для различных значений λ=r/l, где r – радиус кривошипа; l – длина шатуна. Для построения линии сжатия и линии расширения достаточно иметь эти значения через 30° поворота коленчатого вала;

– угол поворота коленчатого вала. Рабочий объем цилиндра

Vn Fn Sn ;

20