KP_SGEO_Dizelya
.pdf
необходимого. По опытным данным, коэффициент избытка воздуха 
при сгорании на номинальном режиме принимают (см. также п.3.5):
• |
для тихоходных ДВС – |
= 1,8 ÷ 2,2; |
|
|
|
|
|||||||||
• |
для быстроходных ДВС – |
= 1,6 ÷ 2,0; |
|
|
|||||||||||
• |
для быстроходных ДВС с разделёнными КС – = 1,2 ÷ 1,6; |
||||||||||||||
СЕВМАШВТУЗ• для углекислого газа∙ = 24,54 ∙ 10 + 5,44 ∙ |
|||||||||||||||
• |
для ДВС с наддувом – |
= 1,7 ÷ 2,2. |
|
|
|
|
|||||||||
При наддуве принимают несколько большие значения с целью уменьшения |
|||||||||||||||
теплонапряжённости деталей двигателя. |
|
|
|
|
|||||||||||
|
Мольное количество смеси воздуха и остаточных газов, находящихся в |
||||||||||||||
цилиндре до горения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Количество молей |
продуктов сгорания |
|
|
|||||||||||
|
|
|
= |
(1 + |
|
) ∙ |
|
||||||||
|
Действительный |
|
= 12 + |
2 |
+ 32 + |
|
|
−0,21 ∙ |
|||||||
|
|
|
коэффициент молекулярного изменения: |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
Приближённые значения средних мольных теплоносителей |
||||||||||||||
Дж/(кмоль∙К) по опытным данным могут быть подсчитаны по следующим |
|||||||||||||||
формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
• |
1. при постоянном объёме |
|
|
|
: |
|
|
||||||||
для кислорода |
|
∙ |
= 20,66 ∙ 10 |
+ 2,57 ∙ |
|||||||||||
• |
для азота |
|
|
|
|
|
|
( |
∙ |
|
|
|
|||
• |
для водяного пара |
∙ |
= 21,25 ∙ 10 |
|
+ 3,40 ∙ |
||||||||||
|
|
при постоянном∙ |
= 28,28 ∙ 10 |
|
+ 7,91 ∙ |
||||||||||
|
2. |
|
|
|
давлении |
( ∙ |
|
) |
: |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
• |
для кислорода |
∙ |
= 28,97 ∙ 10 |
+ 2,57 ∙ |
||||||||
• |
для азота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
для водяного пара |
∙ |
= 28,56 ∙ 10 |
+ 3,40 ∙ |
||||||||
• |
для углекислого газа∙ |
= 32,89 ∙ 10 |
+ 5,44 ∙ |
|||||||||
СЕВМАШВТУЗ |
||||||||||||
|
Приведённые формулы∙ |
= 26,65 ∙ 10 |
+ 7,91 ∙ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
теплоёмкостей могут быть использованы в |
||||||
пределах температур от 273 до 2300 К. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
Мольная концентрация отдельных газов: |
|
|
|||||||||
|
1. |
до сжатия : |
|
|
(1 + ) ∙ (1 − 0,21) ∙ |
|
|
|||||
• |
для азота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
для кислорода |
0,21 ∙ [ + |
∙ ( |
− |
)] |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
• |
для водяного пара |
|
|
|
|
2 ∙ ∙ |
|
|
|
|
||
• |
для углекислого газа |
|
|
|
|
|
||||||
|
2. |
в конце сжатия : |
12 ∙∙ |
|
|
|
||||||
• |
для азота |
(1 + ) ∙ (1 − 0,21) ∙ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
• |
для кислорода |
0,21 ∙ (1 + |
) ∙ ( |
− |
) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
• |
для водяного пара |
(1 + |
) ∙ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
для углекислого газа |
(1 + |
) ∙ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 ∙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
СЕВМАШВТУЗ= ∙ |
|||||||||||||
|
|
Теплоёмкости смеси газов |
определяют по формулам: |
||||||||||
|
|
|
|
12 ∙ |
∙ ( |
|
∙ |
) |
|
|
|||
|
|
∙ |
= |
|
|
|
|||||||
|
|
Уравнение сгорания для∙смешанного= ∙ цикла( ∙ |
имеет) |
вид: |
|||||||||
|
|
( ∙ + 8,314 ∙ |
) ∙ + |
∙ |
|
= |
|
∙ ( ∙ |
) ∙ , |
||||
где |
– коэффициент использования тепла; |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
– степень повышения давления. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Коэффициент использования тепла |
учитывает потери тепла, связанные |
||||||||||
с догоранием части топлива в процессе расширения, теплообмен со стенками |
|||||||||||||
камеры сгорания, диссоциацию. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Его значение можно взять из таблицы 11 (см. также п.3.5). |
|||||||||||
|
|
|
|
|
Таблица 11 Коэффициент использования тепла |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВОД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,60 ÷ 0,85 |
|
|
|
СОД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,75 ÷ 0,92 |
|
|
|
МОД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,80 ÷ 0,95 |
|
|
У судовых дизелей значение степени повышения давления 
находится в следующих пределах [8]: МОД – 1,10 ÷ 1,35; СОД и ВОД – 1,35 ÷ 1,55.
Степень предварительного расширения определяется зависимостью:
Степень последующего расширения:
= 
По опытным данным значения 
и 
для цикла смешанного сгорания находятся в пределах 
= 1,2 ÷ 1,7 и 
= 8,0 ÷ 11,0.
8.4Процессрасширения
Основными параметрами, определяющими процесс расширения,
являются: СЕВМАШВТУЗ– температура начала расширения;
– давление начала расширения;
n2 – показатель политропы расширения;
– температура конца расширения;
– давление конца расширения.
Давление начала расширения равно:= ∙
Давление конца расширения:
Температура конца |
расширения: |
||
|
= |
|
|
У МОД и СОД при |
работе=на |
номинальных режимах показатель |
|
политропы расширения |
= |
1,2 ÷ 1,3; у ВОД – = 1,15 ÷ 1,25. |
|
8.5 Процессвыпуска
В связи с тем, что в момент открытия выпускного клапана давление в цилиндре сравнительно высокое, приходится выпускной клапан открывать с некоторым опережением, несколько ранее прихода поршня в н.м.т., чтобы избежать большого противодавления на поршень и, кроме того, чтобы ускорить и улучшить очистку цилиндра от остаточных газов.
Ввиду того, что характер колебаний давления газов при выпуске не поддаётся точному теоретическому подсчёту, в расчётах обычно вместо переменного давления используют среднее постоянное давление газов в период выпуска (принимали в п.7.1).
Это давление выше давления в выпускной трубе . По практическим |
||
данным можно принять [4]: |
|
′ |
= 0,103 ÷ 0,123 МПа и |
= 0,101 ÷ 0,108 МПа. |
|
Меньшие значения относятся к тихоходным′ |
двигателям, а большие – к |
|
быстроходным. Средняя температура отработавших газов для |
||
СЕВМАШВТУЗдиаграммы. Рекомендуемый масштаб = 200 ÷ 250 мм, = 120 ÷ 150 мм. |
||
четырёхтактных ДВС – 350 ÷ 600 °С, для двухтактных ДВС – 250 ÷ 500 °С.
8.6 Построение индикаторнойдиаграммы
Тепловой расчёт завершают построением индикаторной диаграммы, которая является исходным материалом для динамического и прочностного расчётов двигателя. Построение индикаторной диаграммы выполняют
аналитическим способом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Задавая значения текущей степени сжатия |
|
|
|
|
|
от 1 до |
||||||||||||
(включая |
), последовательно определяем |
численные значения величин, |
|||||||||||||||||
|
= |
⁄ |
= |
⁄ |
|
|
|||||||||||||
|
|
таблицу 12. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
входящих в = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 12 К построению индикаторной диаграммы |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= |
|
|
= |
|
|
|
|
|
сж. |
= |
|
∙ |
|
|
расш. = ∙ |
||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
1,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
11,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные |
таблицы 12 |
используем для |
|
построения |
индикаторной |
|||||||||||||
Проводим координатные оси, на которые наносим шкалы объёмов и
давлений. Зная из расчёта , определяем |
= |
∙ |
и наносим на чертеже |
|
точку . |
|
|
||
По известным давлениям |
|
, используя данные таблицы 12, |
||
наносим промежуточные значения, , |
давлений, |
|
по линиям сжатия и |
|
расширения. |
|
|
|
|
СЕВМАШВТУЗпосле чего сделаем скругление диаграммы у ВМТ и приближённо нанесём |
||||
Соединив полученные точки плавной лекальной кривой, окончательно строим индикаторную диаграмму теоретического расчёта цикла. Скругляя диаграмму в районе ВМТ и НМТ, как показано на рис.10, и нанося линию всасывания выталкивания, получаем индикаторную диаграмму действительного цикла четырёхтактного дизеля.
Рис.10 Индикаторная диаграмма теоретического расчётного цикла четырёхтактного дизеля
Для двухтактного дизеля необходимо изобразить хвостовую часть
диаграммы, размер которой по оси абсцисс больше на величину |
( |
– см.п.3.3). Отложив на чертеже этот отрезок, получим положение∙ |
НМТ, |
хвостовую часть, как показано на рис.11. |
|
Затем определяем площадь диаграммы и высчитываем среднее
индикаторное давление цикла |
, МПа: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
где – площадь диаграммы, мм2 на |
= |
чертеже;∙ , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
СЕВМАШВТУЗ• для четырёхтактных = |
||||||||||||||||
– длина диаграммы (от ВМТ до НМТ), мм; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
– масштаб давлений по оси ординат, МПа/мм. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Можно определить среднее |
|
теоретические |
индикаторное |
давление |
||||||||||||
′ |
|
|
|
, МПа: |
∙ |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
цикла аналитически |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
= |
− 1 |
∙ ∙ ( |
− 1) + |
− 1 |
∙ 1 − |
|
|
− |
− 1 |
∙ 1 − |
|
|
|
||
Рис.11 Индикаторная диаграмма теоретического расчётного цикла двухтактного дизеля
Чтобы найти среднее индикаторное давление действительного цикла необходимо учесть коэффициент полноты индикаторной диаграммы 
:
0,96 ÷ 0,98 дизелей с=наддувом∙ и без:
′
• для двухтактных дизелей с наддувом и без:
= 
∙ 
′ ∙ (1 − 
)
Расхождение между средними индикаторными давлениями действительного цикла, найденными по диаграмме и аналитическому расчёту, не должны различаться больше, чем на 2 ÷ 5%.
8.7Параметры, характеризующие рабочийцикл
Кпараметрам, характеризующим действительный рабочий цикл
двигателя, относятся давление в конце сжатия 
, давление в конце горения 
, среднее индикаторное давление 
, среднее эффективное давление 
эффективный расход топлива 
, эффективный КПД 
, а также приводятся
диаметр цилиндра 
и ход поршня 
.
Среднее эффективное давление=
найдём∙ так:
Согласно опытным данным, механический КПД 
при работе на номинальной мощности для судовых дизелей равен:
•двухтактные МОД – 0,88 ÷ 0,93;
•четырёхтактные СОД – 0,89 ÷ 0,91;
•четырёхтактные ВОД – 0,80 ÷ 0,85.
Удельный индикаторный расход топлива определим следующим
СЕВМАШВТУЗкг |
||||||||
образом: |
= 433 ∙ |
н |
∙ |
, |
кг |
|||
• для четырёхтактных дизелей без наддува: |
||||||||
|
= 433 ∙ |
н |
∙ |
, |
кг |
|||
|
|
|
|
четырёхта тных с наддувом: |
||||
• для двухтактных двигателей ∙и ∙ |
|
|
кВт ∙ ч |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Удельный эффективный расход∙ |
топлива: |
|||||||
∙ |
|
|
кВт ∙ ч |
|||||
Индикаторный КПД: |
= |
|
|
|
, кВт ∙ ч |
|||
|
|
|
||||||
|
= |
3,6 |
Эффективный КПД: |
∙ |
|
= |
∙ |
|
|
|
9. |
Исходные данные |
|
|
||||
СЕВМАШВТУЗ |
||||||||||
|
|
Исходные данные для расчёта курсового проекта берутся из таблицы |
||||||||
13. Тип судна, и его скорость принимаются по предпоследнему номеру |
||||||||||
зачётной книжки, а осадка, длина и ширина по КВЛ и водоизмещение – по |
||||||||||
последнему номеру зачётной книжки. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 13 Исходные данные |
|||
|
№ |
Тип судна |
υS, уз. |
|
BКВЛ, м |
T, м |
|
LКВЛ, м |
D, т |
|
|
0 |
Танкер |
14,4 |
|
22,50 |
8,70 |
|
137,00 |
20 000 |
|
|
1 |
Сухогруз |
11,5 |
|
16,50 |
4,70 |
|
135,74 |
7 800 |
|
|
2 |
Контейнеровоз |
16,0 |
|
24,53 |
8,84 |
|
156,29 |
24 000 |
|
|
3 |
Танкер |
10,0 |
|
16,90 |
3,53 |
|
132,60 |
6 510 |
|
|
4 |
Сухогруз |
11,0 |
|
15,60 |
4,46 |
|
84,95 |
4 500 |
|
|
5 |
Контейнеровоз |
20,0 |
|
23,00 |
8,50 |
|
147,00 |
19 650 |
|
|
6 |
Танкер |
16,0 |
|
20,00 |
7,20 |
|
130,00 |
12 900 |
|
|
7 |
Сухогруз |
10,5 |
|
16,50 |
4,60 |
|
133,84 |
7 500 |
|
|
8 |
Контейнеровоз |
24,0 |
|
32,20 |
13,00 |
|
282,10 |
77 660 |
|
|
9 |
Сухогруз |
11,9 |
|
21,60 |
8,50 |
|
141,00 |
22 000 |
|
|
10. Список используемойлитературы |
1. |
Троицкий Б.Л. Основы проектирования СЭУ. Л.: Судостроение, 1980; |
2. |
Беседин В.Н. Судовые ДВС. Л.: ЛКИ, 1988; |
3. |
Ваншейдт В.А. Судовые ДВС. Л.: Судостроение, 1977; |
СЕВМАШВТУЗ |
|
4. |
Куприянов Д.Ф. Теория судовых ДВС. М.: Транспорт, 1965; |
5. |
Овсянников М.К. Судовые дизельные установки. Л.: Судостроение, 1986; |
6. |
Гальперович Л.Г. Системы впрыска топлива судовых дизелей. Л.: |
|
Судпромгиз, 1961; |
7. |
Каминер А.А. Проектирование судовых ДВС. Л.: Судостроение, 1967; |
8. |
Самсонов В.И. Двигатели внутреннего сгорания морских судов. М.: |
|
Транспорт, 1990; |