Воробьев_Теория судовых двигателей
.pdf
500 1000 1500 |
Ре, кПа |
Рис. 13.7. Зависимости теплопередачи четырехтактного дизеля от среднего эффективногодавления
Для определения коэффициента теплоотдачи от газов к стенке αгв в теории теплопередачи дизеля существует ряд формул, предложенных разными исследователями. В основе лежит степенная функция давления в цилиндре р, температуры газов в цилиндре Т и средней скорости поршня См. Различаются формулы в основном численными значениями коэффициентов и показателей степеней.
Пример. Формула Эйхельберга αг = 0,212 3 Cм pT , в некоторых формулах учитывают ps и Dц; так, для малооборотных ДВС с наддувом можно приближенно рассчитать αГ = 0,0673 CМ рТ 4 ps .
Среднее за цикл значение коэффициента теплоотдачи определяют
S0
αгм = 1 ∫αгdS ,
S0 0
где S0 – продолжительность цикла.
131
Коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей жидкости зависит в основном от скорости жидкости относительно охлаждающей по-
верхности для втулки – αв = 349 + 2090 ω, где ω – скорость охлаж-
дающей воды (ω = 0,25–1,7 м/с).
Для форсированных дизелей в верхней части втулки и в крышке иногда наблюдается режим поверхностного кипения, где применяется формула в зависимости от теплового потока ~ q0,7.
Средняя результирующая температура Трез по теплопередаче – это такая средняя условная температура газов в цилиндре, при которой передается за цикл такое же количество теплоты, какое передается при действительном изменении температур газа в цилиндре:
S∫0 αгTdS
Трез = |
0 |
. |
S0 |
||
|
∫αгdS |
|
0 |
|
|
Величины интегралов определяют графическим способом в результате построения кривых теплопередачи. Значение средней результирующей температуры Трез оказываются выше значений средней температуры цикла Тг из-за высокого значения коэффициента теплоотдачи от газов к стенке в области высоких значений температуры и давлений.
Температуру охлаждающей жидкости определяют
Тв =
На номинальном режиме:
у2-тактного двигателя
у4-тактного двигателя
удельный q от газа к стенке
через стенку
На установившемся режиме
Твых +Твх .
2
q = 175–350 кВт/м2; q = 87–210 кВт/м2;
qг = αгм (Трез – Тст);
qλ = λδ (Т1 – Т2);
qохл = αв (Т2 – Т1).
q = qг = qλ = qв.
При совместном решении уравнений определим
T1w = |
Tрезαгм |
+βТв |
. |
|
α |
|
|
||
|
гм |
+β |
||
|
|
|
|
|
132
0 60 |
90 120 150 180о 210о 240о 270о |
300о 360о φ |
НМТ |
ВМТ |
НМТ |
Рис. 13.8. Кривые теплопередачи двухтактного дизеля при давлении наддува 120 кПа (сплошные кривые), 180 кПа (штрихпунктирные кривые) и 240 кПа (штриховые кривые)
13.3.ПРИМЕРЫ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЦПГ
ИМЕТОДЫ ПОНИЖЕНИЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ДЕТАЛЕЙ ЦПГ
На основании результатов исследований температурных полей выбирают наиболее рациональную конструкцию деталей и определяют допустимую нагрузку (Ре) для режима длительной эксплуатации дизеля.
На (рис. 13.9 и 13.10) представлены основные методы снижения тепловой напряженности деталей ЦПГ судового дизеля. Так, для обеспечения механической прочности детали поршень, втулка и крышка выполнены толстостенными. При этом известно, что с увеличением толщины стенок растет термическая напряженность в детали. Для снижения ее уменьшают толщину стенки до охлаждающей среды. Так, в крышке выполнены сверления и каналы охлаждения подведены близко к огневой поверхности. У втулки в верхней части, где высокое давление, мощный толстый бурт, но также есть сверления и охлаждающие каналы, близко
133
подходящие к огневой поверхности. Огневое днище поршня выполнено тонким с ребрами жесткости.
Рис. 13.9. Втулка цилиндра дизеля «Зульцер» RND
134
Рис. 13.10. Детали ЦПГ дизеля «Зульцер» и значения температур в характерныхточках
На следующем рисунке показан дизель фирмы «Зульцер» RTA. У него для снижения тепловой напряженности выпускной клапан выполнен в отдельном корпусе с охлаждающими каналами, близко подходящими к уплотняющей поверхности седла. А у поршня выполнены каналы в огневом днище, куда устанавливаются форсунки для интенсивной подачи охлаждающей среды.
Во втулке также есть каналы для охлаждающей среды в верхнем бурте.
135
Рис. 13.11. Выпускные клапаны среднеоборотного дизеля V52/55
и малооборотного дизеля «Зульцер» RTA
136
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
1.Возницкий, И.В. Современные малооборотные двухтактные двигатели: учеб. пособие для специальности 2405. Изд. 1-е. / И.В. Возницкий – СПб.: Моркнига, 2006. – 124 с.
2.Возницкий, И.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания: учеб. для вузов водного транспорта. В 2 т. Т. 1. / И.В. Возницкий, А.С. Пунда. –
СПб.: Моркнига, 2007. – 284 с.
3.Возницкий, И.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания: учеб. для вузов водного транспорта. В 2 т. Т. 2. / И. В. Возницкий, А.С. Пунда. –
СПб.: Моркнига, 2008. – 470 с.
4.Возницкий, И.В. Среднеоборотные двигатели модельного ряда L20–L/V32. Конструкции, эксплуатация и техническое обслуживание. / И.B. Возницкий – М.: Моркнига, 2008. – 128 с.
5.Ваншейдт, В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания / В.А. Ваншейдт. – Л.: Судостроение, 1977. – 371 с.
6.Самсонов, В.И. Судовые двигатели внутреннего сгорания / В.И. Самсонов, Н.И. Худов, А.А. Мирющенко. – М.: Транспорт, 1981. – 490 с.
7.Дизели: справочник / Под ред. В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванченко, Л.К. Коллерова. – Л.: Машиностроение, 1977. – 480 с.
8.Автоматизированное проектирование ДВС. Газообмен 2-такт- ных ДВС, газораспределение 4-тактных ДВС: метод. указ. по курсовому
идипломному проектированию для курсантов и студентов специальности 1403. В 2 ч. Ч. 2 / Сост. А.Н. Соболенко. – Владивосток: Дальрыб-
втуз, 1989. – 42 с.
9.Расчёт органов газообмена двухтактного судового двигателя внутреннего сгорания : метод. указ. к расчёту двухтактного двигателя при курсовом и дипломном проектировании / Сост. Б.М. Чурбанов. – Л.:
ЛКИ, 1966. – 68 с.
10.Турбокомпрессоры для наддува дизелей: справочное пособие / Б.П. Байков, В.Т. Бордуков, П.В. Иванов, Р.С. Дейч. – Л.: Машинострое-
ние, 1975. – 200 с.
11.Осипов, О.В. Конструкции и параметры современных судовых дизелей: учеб. пособие / О.В. Осипов, Б.Н. Воробьев.– Владивосток:
Мор. гос. ун-т, 2007. – 120 с.
12.Осипов, О.В. Конструкции и параметры современных судовых дизелей: учеб. пособие в 2 ч. Ч. 2. / О.В. Осипов, Б.Н. Воробьев. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2008. – 128 с.
137
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение ......................................................................................................... |
3 |
ЛЕКЦИЯ 1 Общие представления о работе и конструкции ДВС........................ |
4 |
1.1. Историческая справка............................................................................. |
5 |
1.2. Устройство СДВС. Основные узлы и системы ДВС........................... |
6 |
1.3. Классификация судовых дизелей.......................................................... |
9 |
ЛЕКЦИЯ 2 Основные определения и схемы работы поршневого ДВС........... |
20 |
2.1. Основные определения......................................................................... |
20 |
2.2. Четырехтактные и двухтактные ДВС................................................. |
21 |
2.3. Индикаторная диаграмма..................................................................... |
22 |
2.4. Степень сжатия ..................................................................................... |
25 |
ЛЕКЦИЯ 3 Термодинамические циклы поршневых двигателей....................... |
26 |
3.1. Теоретические циклы........................................................................... |
26 |
3.2. Обобщенный термодинамический цикл ДВС |
|
с газотурбинным наддувом................................................................ |
29 |
3.3. Сравнение циклов................................................................................. |
31 |
3.4. Теоретический цикл.............................................................................. |
32 |
3.5. Методы расчета теоретических циклов.............................................. |
32 |
ЛЕКЦИЯ 4 Действительный цикл 4-тактного ДВС............................................ |
34 |
4.1. Действительный рабочий цикл............................................................ |
34 |
4.2. Четырехтактные СДВС ........................................................................ |
34 |
4.3. Индикаторные диаграммы................................................................... |
35 |
ЛЕКЦИЯ 5 Действительный цикл двухтактного ДВС ....................................... |
37 |
5.1. Действительный рабочий цикл............................................................ |
37 |
5.2. Циклы 2-тактного СДВС..................................................................... |
37 |
5.3. Индикаторные диаграммы................................................................... |
38 |
ЛЕКЦИЯ 6 Топливо, применяемое в СДВС........................................................ |
41 |
6.1. Физико-химические свойства для дизелей......................................... |
41 |
6.2. Топливо для дизелей............................................................................. |
43 |
6.3. Влияние характеристик топлива на эксплуатационные |
|
показатели СДВС................................................................................ |
46 |
ЛЕКЦИЯ 7 Процессы наполнения и сжатия в цилиндре ................................... |
48 |
7.1. Процессы газообмена в 4-тактных дизелях........................................ |
48 |
7.2. Процессы газообмена в 2-тактных дизелях........................................ |
53 |
7.3. Схемы газообмена в 2-тактных дизелях............................................. |
56 |
7.4. Показатели качества газообмена......................................................... |
57 |
7.5. «Время-сечение» ................................................................................... |
59 |
7.6. Коэффициент наполнения.................................................................... |
65 |
138
ЛЕКЦИЯ 8 Процессы наполнения и сжатия рабочего цикла............................ |
68 |
8.1. ра и Та – в начале сжатия...................................................................... |
68 |
8.2. Процесс сжатия..................................................................................... |
69 |
ЛЕКЦИЯ 9 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ-РАСШИРЕНИЯ ...................................... |
73 |
9.1. Процесс сгорания. Коэффициент использования теплоты.............. |
73 |
9.2. Термодинамическое уравнение сгорания.......................................... |
75 |
9.3. Факторы, влияющие на характеристики процесса сгорания........... |
78 |
9.4. Процесс расширения............................................................................ |
80 |
9.5. Показатель политропы расширения................................................... |
82 |
ЛЕКЦИЯ 10 ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ........... |
84 |
10.1. Индикаторная диаграмма................................................................... |
84 |
10.2. Среднее индикаторное давление....................................................... |
87 |
10.3. Индикаторная мощность.................................................................... |
90 |
10.4. Индикаторный КПД........................................................................... |
91 |
10.5. Эффективная мощность ДВС............................................................ |
93 |
10.6. Механический КПД............................................................................ |
94 |
10.7. Среднее эффективное давление........................................................ |
95 |
10.8. Эффективный КПД............................................................................. |
95 |
10.9. Уравнение мощности в общем виде................................................. |
96 |
ЛЕКЦИЯ 11 Наддув дизелей................................................................................. |
98 |
11.1. Способы и схемы наддува................................................................. |
99 |
11.2. Наддув 4-тактного двигателя.......................................................... |
107 |
11.3. Наддув 2-тактного дизеля................................................................ |
110 |
11.4. Охлаждение наддувочного воздуха................................................ |
113 |
11.5. Энергетический баланс системы наддува СДВС.......................... |
116 |
ЛЕКЦИЯ 12 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС СДВС....................................................... |
119 |
12.1. Виды теплового баланса.................................................................. |
119 |
12.2. Утилизация тепловых потерь.......................................................... |
123 |
ЛЕКЦИЯ 13 ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТЬ ДИЗЕЛЕЙ...................................... |
125 |
13.1. Показатели и критерии теплонапряженности дизеля................... |
125 |
13. 2. Способы определения теплового состояния дизеля.................... |
129 |
13.3. Примеры теплового состояния деталей ЦПГ |
|
и методы понижения теплонапряженности деталей ЦПГ............ |
133 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................... |
137 |
139
Учебное издание
Борис Николаевич Воробьев
ТЕОРИЯ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Часть 1
Курс лекций
Печатается с готового оригинал-макета, подготовленного автором.
Уч.-изд. л. 8,8. |
Формат 60 µ 84/16 |
Тираж 100 экз. |
Заказ № 086 |
Отпечатано в типографии ИПК МГУ им. адм. Г.И. Невельского 690059 Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а