1.3 Задачи проекта

Для выполнения поставленной цели проекта, необходимо выполнить следующие действия:

• Выполнить расчет рабочего цикла проектируемого двигателя, предусмотрев повышение степени повышения давления и увеличение степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, давления наддува, среднего эффективного давления, предельно допустимого давления сгорания;

• Выполнить динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя;

• Изменить конструкцию двигателя, исходя из последующих расчетов.

2. Расчет рабочего цикла двигателя

2.1 Выбор и обоснование основных данных расчета рабочего цикла двигателя

Среднее эффективное давление в двигателе-прототипе, МПа:

где – мощность двигателя, кВт; – рабочий объем цилиндра (объем, описываемый поршнем), ; – частота вращения коленчатого вала, ; – число цилиндров; – коэффициент тактности (Ч-ДВС: ).

С учетом принятого решения об изменении по сравнению с прототипом число цилиндров проектируемого двигателя:

Давление наддува связано с эффективной мощностью, в первом приближении выбирается для четырехтактных дизелей (далее корректируется программой DVS):

Коэффициент избытка воздуха для сгорания . Было принято решение увеличить его до значения .

Степень сжатия . Увеличивается до значения .

Степень повышения давления Несмотря на то, что значение корректируется программой. Было принято решение понизить степень повышения давления до .

Максимальная температура цикла изменилась с до .

Коэффициенты остаточных газов и коэффициент продувки остаются неизменными.

Коэффициент использования теплоты в цикле повышен до 0,945.

2.2 Расчет рабочего цикла двигателя

Расчеты выполнен в программе DVS. В ней реализована методика Гриневецкого-Мазинга с некоторыми изменениями. Отличия состоят в том, что, с целью повышения точности оценки адиабатного перепада тепла, в турбинах агрегата наддува учтена переменность теплоемкости газа при расширении в турбине наддувочного агрегата, а также введена расчетная оценка показателя адиабаты.

В программе DVS реализован алгоритм, в котором постоянные величины, используемые в расчете, приняты для дизельного топлива среднего состава ( , где – массовые доли соответственно углерода, водорода, кислорода). Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива . Компьютерная распечатка расчета DVS представлена в ПРИЛОЖЕНИИ Б.

Исходные данные расчета указаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Исходные данные расчета рабочего цикла дизеля

№ пунк-та	Наименование величины	Обозначение	Значение	Размерность
1	Эффективная мощность двигателя
2	Частота вращения коленчатого вала
3	Диаметр цилиндра
4	Ход поршня
5	Коэффициент тактности
6	Число цилиндров
7	Давление наддува (продувки)
8	Температура воздуха перед цилиндром
9	Давление окружающей среды
10	Температура окружающей среды
11	Давление газа в выпускном коллекторе после турбины (при двухступенчатом расширении газа – после Т2)
12	Доля хода поршня, потерянная на продувку
13	Коэффициент избытка воздуха для сгорания
14	Температура воздуха после воздухоохладителя первой ступени
15	Коэффициент продувки
16	Степень сжатия
17	Степень повышения давления при сгорании
18	Предельно допустимое давление сгорания
19	Коэффициент остаточных газов
20	Температура остаточных газов
21	Сопротивление на входе в компрессор первой ступени
22	Подогрев заряда от стенок цилиндра
23	Сопротивление воздухоохладителя первой ступени
24	Сопротивление воздухоохладителя второй ступени
25	Коэффициент использования теплоты в точке « z » цикла
26	Коэффициент использования теплоты в конце сгорания
27	Отношение давления в начале сжатия к давлению наддува
28	Отношение давления перед турбиной высокого давления (Т1) к давлению наддува
29	Коэффициент импульсности потока газов
30	Коэффициент полноты индикаторной диаграммы
31	Степень повышения давления в компрессоре второй ступени (К2)
32	Адиабатный КПД компрессора первой ступени (К1)
33	Адиабатный КПД компрессора второй ступени (К2)
34	Механический КПД К1
35	Механический КПД К2
36	Механический КПД собственно двигателя
37	Давление после турбины высокого давления (Т1) или перед турбиной низкого давления (Т2)
38	Внутренний КПД Т1
39	Внутренний КПД Т2
40	Показатель адиабаты газов в Т1
41	Показатель адиабаты газов в Т2
42	Показатель политропы расширения газов при истечении из цилиндра
43	Низшая теплота сгорания топлива		42290

ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ

Давление воздуха на выходе из компрессора К2, МПа:

Давление на выходе из воздухоохладителя ВО1 и на входе в компрессор К2, МПа:

Давление на выходе из компрессора К1, К:

Степень повышения давления в компрессоре К1:

Температура воздуха на выходе из компрессора К1, К:

Понижение температуры воздуха в охладители ВО1, К:

Температура воздуха после компрессора К2, К:

Температура и давление заряда цилиндра в начале сжатия:

Коэффициент наполнения цилиндра, отнесенный к полезному хода поршня:

Коэффициент наполнения цилиндра, отнесенный к полному ходу поршня:

Коэффициент избытка продувочного воздуха:

Суммарный коэффициент избытка воздуха:

ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Уравнения средней мольной изохорной теплоемкости, соответственно, воздуха и «чистых» продуктов сгорания кДж/(кмоль ):

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости смеси воздуха и остаточный газов при сжатии заряда цилиндра

Средний показатель политропы сжатия цилиндра:

Давление и температура заряда цилиндра в конце сжатия:

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Действительное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

где – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива среднего элементарного состава:

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения:

Относительное количество топлива (в долях единицы), сгоревшего в точке цикла:

Коэффициент молекулярного изменения в точке цикла:

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости смеси в точке цикла :

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости в точке цикла

Теплота сгорания топлива, приведенная к температуре 0 К, кДж/кг:

Максимальное давление цикла, МПа:

(при известном вычисляется степень повышения давления ).

Постоянная уравнения средней мольной изобарной теплоемкости смеси в точке цикла

Максимальная температура сгорания (температура в точке ), К:

ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

Степени предварительного и последующего расширений заряда цилиндра:

Средний показатель политропы расширения:

Температура и давление в конце процесса расширения:

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Среднее индикаторное давление теоретического цикла:

Среднее индикаторное давление действительного цикла:

Удельный индикаторный расход топлива:

Индикаторный КПД:

Индикаторная мощность двигателя:

КОМПРЕССОРЫ

Адиабатная работа в компрессоре К1:

Относительная мощность привода К1:

ТУРБИНЫ

Давление газов перед турбиной Т1:

Температура газов, истекающих из цилиндра при свободном выпуске:

Средняя мольная изобарная теплоемкость продувочного воздуха:

Средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания:

Средняя мольная изобарная теплоемкость газовоздушной смеси перед турбиной Т1:

Температура смеси перед турбиной Т1:

Удельный расход газа в турбинах:

Степень понижения давления в турбине Т1:

Мольная доля воздуха в выпускном коллекторе:

Мольная доля «чистых» продуктов сгорания в выпускном коллекторе:

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости газа (смеси продуктов сгорания и продувочного воздуха) :

где указаны значения постоянных уравнений, средней мольной изохорной теплоемкости соответственно воздуха и «чистых» продуктов сгорания.

Постоянная уравнения средней изобарной теплоемкости газа

Температура газа в конце адиабатного расширения в турбине Т1:

Средняя мольная теплоемкость газа в интервале температур :

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в процессе адиабатного расширения в турбине Т1 (в интервале температур ):

Адиабатный теплоперепад в Т1:

Относительная мощность Т1:

Действительная температура газа после Т1:

Относительный небаланс работ в турбокомпрессорах:

ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Механический КПД турбопоршневого двигателя:

– для систем наддува без механической связи между Д и ТК, iK=iT (схема 6).

Среднее эффективное давление:

Эффективная мощность двигателя:

Удельный эффективный расход топлива:

Эффективный КПД: