2 Расчет рабочего цикла двигателя

№ пунк-та

Наименование величины

Обозна-чение

Значение

Размер-ность

1

Эффективная мощность двигателя

1150

кВт

2

Частота вращения коленчатого вала

750

мин^-1

3

Диаметр цилиндра

0,26

м

4

Ход поршня

0,32

м

5

Коэффициент тактности

0,5

–

6

Число цилиндров

6

–

7

Давление наддува (продувки)

0,31

МПа

8

Температура воздуха перед цилиндром

318

К

9

Давление окружающей среды

0,1

МПа

10

Температура окружающей среды

300

К

11

Давление газа в выпускном трубопроводе после турбины (при двухступенчатом расширении газа – после Т2) или после цилиндров Д в схеме с механическим наддувом

0,103

МПа

12

Доля хода поршня, потерянная на продувку

0

–

13

Коэффициент избытка воздуха для сгорания

2,3

–

14

Температура воздуха после воздухоохладителя первой ступени

318

–

15

Коэффициент продувки

1,05

–

16

Степень сжатия

15

–

17

Степень повышения давления при сгорании

1,244

–

18

Предельно допустимое давление сгорания

15

МПа

19

Коэффициент остаточных газов

0,05

–

20

Температура остаточных газов

769,838

К

21

Сопротивление на входе в компрессор первой ступени

0,002

МПа

22

Подогрев заряда от стенок цилиндра

15

К

23

Сопротивление воздухоохладителя первой ступени

0,003

МПа

24

Сопротивление воздухоохладителя второй ступени

0

МПа

25

Коэффициент использования теплоты в точке « » цикла

0,945

–

26

Коэффициент использования теплоты в конце сгорания

0,980

–

27

Отношение давления в начале сжатия к давлению наддува

0,96

–

28

Отношение давления перед турбиной высокого давления (Т1) к давлению наддува

0,94

–

29

Коэффициент импульсности потока газов

1,1

–

30

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы

0,98

–

31

Степень повышения давления в компрессоре второй ступени (К2)

1

–

32

Адиабатный КПД компрессора первой ступени (К1)

0,74

–

33

Адиабатный КПД компрессора второй ступени (К2)

1

–

34

Механический КПД К1

0,97

–

35

Механический КПД К2

1

–

36

Механический КПД собственно двигателя

0,9

–

37

Давление после турбины высокого давления (Т1) или перед турбиной низкого давления (Т2)

0,103

МПа

38

Внутренний КПД Т1

0,76

–

39

Внутренний КПД Т2

1

–

40

Показатель адиабаты газов в Т1

1,35

–

41

Показатель адиабаты газов в Т2

1,33

–

42

Показатель политропы расширения газов при истечении из цилиндра

1,33

–

43

Низшая теплота сгорания топлива

42290

кДж/кг

Рисунок 2.1 – Характерные точки и параметры расчетного цикла ДВС

ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ

Давление воздуха на выходе из компрессора К2, Мпа

=0,310+0,000=0,310 МПа

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

=0,310/1,000=0,310 Мпа

Давление на выходе из компрессора К1, МПа

=0,310+0,003=0,313 МПа

Степень повышения давления в компрессоре К1

=0,313/(0,100-0,03)=3,190

Температура воздуха на выходе из компрессора К1, К

= =459,486 К

Понижение температуры воздуха в охладителе ВО1, К

=459,486-318,0=141,486 К

Температура воздуха после компрессора К2, К

= ==318 К

Понижение температуры воздуха в охладителе ВО2, К

=318-318=0 К

Температура и давление заряда цилиндра в начале сжатия:

= = 353,802 К;

= = 0,297 МПа.

Коэффициент наполнения цилиндра, отнесенный к полезному ходу поршня

= =0,880

Коэффициент наполнения цилиндра, отнесенный к полному ходу поршня

=0,880(1-0)=0,880

Коэффициент избытка продувочного воздуха

0,880*1,05=0,924

Суммарный коэффициент избытка воздуха

=2,3*1,05=2,415

ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

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

; .

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

= =19,285 ;

= = 0,003 .

Средний показатель политропы сжатия заряда цилиндра

= =1,368

Давление и температура заряда цилиндра в конце сжатия:

=0,297* =12,062 МПа;

=353,802* = 957,199 К.

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

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

=2,3* =1,139 кмоль/кг

где = 0,495 кмоль/кг – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива среднего элементарного состава.

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения:

=1+0,064/2,3=1,028

= =1,027

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

=0,945/0,980=0,964

Коэффициент молекулярного изменения в точке цикла

=1+0,964 =1,026

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости смеси в точке цикла :

= =19,787 ;

= =0,003 .

Постоянные уравнения средней мольной изохорной теплоемкости смеси в точке цикла :

= 19,805 ;

= 0,003 .

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

= 42708,050

Максимальное давление цикла, МПа

=1,244*12,06=15,0

(при известном вычисляется степень повышения давления ).

Постоянная уравнения средней мольной изобарной теплоемкости смеси в точке цикла :

=19,787+8,314= 28,101 .

Максимальная температура сгорания (температура в точке ), К

= =1866,330 K

ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

Степени предварительного и последующего расширений заряда цилиндра:

=1,608

=15/1,608=9,329

Средний показатель политропы расширения

=1,276

Температура и давление в конце процесса расширения

= =1007,757 К;

= =0,869 МПа.

ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Среднее индикаторное давление теоретического цикла, МПа

=2,332

Среднее индикаторное давление действительного цикла, МПа

=2,098*(1-0)*0,980=2,006 МПа

Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт∙ч)

= 0,163 кг/(кВт∙ч)

Индикаторный КПД

=0,524

Индикаторная мощность двигателя, кВт

= 1277,890 кВт

КОМПРЕССОРЫ

Адиабатная работа в компрессоре К1 (см. схему системы наддува), кДж/кг

= 118,610 кДж/кг

Относительная мощность привода К1

= =0,258

Адиабатная работа в компрессоре К2 (см. схему системы наддува), кДж/кг

=0 кДж/кг

Относительная мощность привода К2

=0

ТУРБИНЫ

Давление газов перед турбиной Т1 (см. схему системы наддува), Мпа

=0,310*0,940=0,291

Температура газов, истекающих из цилиндра при свободном выпуске, К

= =768,200 K

Средняя мольная изобарная теплоемкость продувочного воздуха, кДж./(кмоль·К)

=28,372

Средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания, кДж./(кмоль·К)

= 30,424

Средняя мольная изобарная теплоемкость газовоздушной смеси перед турбиной Т1, кДж./(кмоль·К)

= 30,328

Температура смеси перед турбиной Т1, К

=748,662

Удельный расход газа в турбинах, кмоль/(кВт·с)

= =5,540

Степень понижения давления в турбине Т1

=2,825

Мольная доля воздуха в выпускном коллекторе

=0,571

Мольная доля «чистых» продуктов сгорания в выпускном коллекторе

= 0,429

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

= 19,781 ;

=0,003 ,

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

Постоянная уравнения средней изобарной теплоемкости газа :

=19,781+8,314=28,095 .

Температура газа в конце адиабатного расширения в турбине Т1, К

=571,811

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в интервале температур 0 – , кДж./(кмоль·К)

=29,924

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в процессе адиабатного расширения в турбине Т1 (в интервале температур – ), кДж./(кмоль·К)

=32,045

Адиабатный теплоперепад в Т1, , кДж./кмоль

=5667,238

Относительная мощность Т1

=0,262

Действительная температура газа после Т1, К

= 614,255

Степень понижения давления в турбине Т2 (см. схему системы наддува)

=1

Температура газа в конце адиабатного расширения в Т2, К

=614,255

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в интервалах температур 0 – и 0 – , кДж./(кмоль·К):

=29,924 =29,924

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в процессе адиабатного расширения в турбине Т2 (в интервале температур – ), кДж./(кмоль·К)

= =29,924

Адиабатный теплоперепад в Т2, , кДж./кмоль

=0

Действительная температура газа после Т2, К

=601,584

Относительная мощность Т2

=0

Относительный небаланс работ в турбокомпрессорах ( – в ТК1; – в ТК2):

= 0,003 = 0 – для систем наддува с iT < 2;

ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Механический КПД турбопоршневого двигателя:

= 0,900 – для систем наддува без механической связи между Д и ТК, при iК = iT.

Среднее эффективное давление, МПа

=2,006*0,9=1,805

Эффективная мощность двигателя, кВт

=13,09*1,805*0,26²*0,32*750*6*0,5=1150

Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт∙ч)

=0,163*0,9=0,181

Эффективный КПД

=0,524*0,9=0,471

П р и м е ч а н и е. Первоначально принятые в исходных данных значения показателей адиабаты и в ходе расчета автоматически уточняются программой с использованием приближенных формул: