 |
Построение индикаторной диаграммы.
|
|
|
|
Тепловой расчет двигателя
Тепловой расчет двигателя позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизированного двигателя, а также оценить индикаторные и эффективные показатели работы созданного двигателя. Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы двигателей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, построение характеристик и решения ряда вопросов динамики двигателя. Результаты теплового расчета зависят от совершенства оценки ряда коэффициентов, используемых в расчете и учитывающих особенности проектируемого двигателя. Они будут тем ближе к действительным, чем больше используются фактические данные испытаний таких двигателей, которые по ряду основных параметров близки к проектируемому.
В качестве исходных данных для теплового расчета задаемся следующим:
тип двигателя - четырехтактный, четырехцилиндровый, однорядный, однокамерный дизель. Номинальная мощность дизеля N =60 кВт, номинальная частота вращения n н =2000об/мин; степень сжатия ε =16, коэффициент тактности τ=4; коэффициент избытка воздуха α=1,6.Дизельное топливо,,Л,, (ГОСТ305-82); низшая удельная теплота сгорания топлива Qн =42500 кДж/кг; средний элементный состав: С =85,7%, Н =13,3%, Q =1%. Расчет ведем для сгорания 1кг топлива. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:
или
где μ в - масса 1-го кмоля воздуха(μ в =28,96 кг/кмоль).
Количество свежего заряда:
Общее количество продуктов сгорания:
При этом химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
|
|
|
Параметры окружающей среды и остаточные газы. Атмосферные условия принимаем следующие: P 0 =0,1 МПа, T 0 =288 K. Давление окружающей среды
P 0 = P к =0,1 МПа, температура окружающей среды T 0 = T к =288 K. Давление и температура остаточных газов: 
, принимаем T r =930 К.
Процесс впуска. Принимаем температуру подогрева свежего заряда 
Плотность заряда на впуске:
где Rв=287Дж/кг∙град- удельная газовая постоянная для воздуха.
Принимаем 
и 
Тогда потери давления на впуске в двигатель:
Давление в конце впуска:
Коэффициент остаточных газов:
Температура в конце впуска:
Коэффициент наполнения:
Процесс сжатия. Показатель политропы сжатия можно определить по эмпирической формуле:
Давление в конце сжатия:
Температура в конце сжатия:
Средняя молярная теплоемкость заряда(воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов):
Число молей остаточных газов:
Число молей газов в конце сжатия до сгорания:
Процесс сгорания. Средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сгорания жидкого топлива в дизеле:
Число молей газов после сгорания:
Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
Принимаем коэффициент использования теплоты 
. Тогда количество теплоты передаваемой газом на участке cz.z при сгорании 1кг топлива:
Принимаем степень повышения давления λ=2,2. Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания для дизеля:
Решаем уравнение относительно Tz и находим Tz = 2380
Степень предварительного расширения:
Процесс расширения. Степень последующего расширения:
С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров дизеля принимаем n 2 = 1,17. Тогда
|
|
|
Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов:
Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя:
Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы ν=0,95.
Среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы:
Индикаторный КПД.
Индикаторный удельный расход топлива:
Эффективные показатели двигателя. Принимаем предварительную среднюю скорость поршня Wп.ср =8,3м/с.
Среднее давление механических потерь:
Среднее эффективное давление:
Механический КПД:
Эффективный КПД:
Эффективный удельный расход топлива:
Основные параметры цилиндра и удельные параметры двигателя:
Мощность двигателя:
Площадь поршня:
Средняя скорость поршня:
Эффективный крутящий момент двигателя:
Часовой расход топлива:
Удельная поршневая мощность:
Если принять массу сухого двигателя без вспомогательного оборудования G сух =430кг, то литровая масса:
и удельная масса:
Кинематический расчет.
Основная задача кинематического расчета состоит в определении закона движения поршня и шатуна. При этом в кинематическом расчете делаются допущения, что вращение коленчатого вала происходит с постоянной угловой скоростью 
Это позволяет рассчитывать все кинематические параметры механизма в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала φ, который при 
пропорционален времени, т.е. 
или 
, так как 
и 
.
Исходные данные: двигатель- с центральным кривошипно - шатунным механизмом; номинальная частота вращения коленчатого вала 
;
ход поршня - 
; радиус кривошипа - 
; постоянная 
Угловая скорость кривошипа:
При работе двигателя поршень совершает возвратно-поступательные движения, для характеристики которого определяют перемещение Sx, скорость W п и ускорение j п. Рассчитываем перемещения поршня Sx, скорости поршня W п, ускорения поршня j п. Через каждые 10° поворота коленчатого вала и полученные значения заносим в таблицу. Формула для расчета перемещения поршня имеет вид:
|
|
|
Скорость поршня определяется по формуле:
Ускорения поршня определяется по формуле:
Средняя скорость поршня:
Кинематические параметры двигателя.
| φп.к.в. | Sп | Wп | jп. | φ°п.к.в. | |||
| 0-180° | 180-360° | 0-180° | 180-360° | 0-180° | 180-360° | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3367,3 | 3367,3 | 360 |
| 10 | 0,0011 | 0,0011 | 2,780 | -2,780 | 3380,4 | -3380,4 | 350 |
| 20 | 0,0045 | 0,0045 | 5,428 | -5,428 | 3036,0 | -3036,0 | 340 |
| 30 | 0,012 | 0,012 | 7,805 | -7,805 | 2646,5 | 2646,5 | 330 |
| 40 | 0,0174 | 0,0174 | 9,79 | -9,79 | 2144,2 | 2144,2 | 320 |
| 50 | 0,0263 | 0,0263 | 11,358 | -11,358 | 1562,6 | 1562,6 | 310 |
| 60 | 0,0362 | 0,0362 | 12,404 | -12,404 | 947,0 | 947,0 | 300 |
| 70 | 0,0468 | 0,0468 | 12,939 | -12,939 | 336,6 | 336,6 | 290 |
| 80 | 0,0576 | 0,0576 | 12,976 | -12,976 | -234,2 | -234,2 | 280 |
| 90 | 0,0683 | 0,0683 | 12,565 | -12,565 | -736,5 | -736,5 | 270 |
| 100 | 0,0785 | 0,0785 | 11,772 | -11,772 | -1149,6 | -1149,6 | 260 |
| 110 | 0,0878 | 0,0878 | 10,677 | -10,677 | -1465,3 | -1465,3 | 250 |
| 120 | 0,0963 | 0,0963 | 9,358 | -9,358 | -1683,6 | -1683,6 | 240 |
| 130 | 0,097 | 0,1034 | 7,892 | -7,892 | -1817,8 | -1817,8 | 230 |
| 140 | 0,1093 | 0,1093 | 6,344 | -6,344 | -1886,3 | -1886,3 | 220 |
| 150 | 0,1140 | 0,1140 | 4,750 | -4,750 | -1910 | -1910 | 210 |
| 160 | 0,1173 | 0,1173 | 3,167 | -3,167 | -1907,3 | -1907,3 | 200 |
| 170 | 0,1192 | 0,1192 | 1,578 | -1,578 | -1899,4 | -1899,4 | 190 |
| 180 | 0,1200 | 0,1200 | 0 | 0 | -1894,2 | -1894,2 | 180 |
Построение индикаторной диаграммы.
В соответствии с текущими данными данными дизеля принимаем: 
, 
, 
, 
.
В результате теплового расчета получены давления в характерных точках диаграммы:
Значения показателей политропы сжатия и расширения: 
Степень предварительного расширения: 
.
Степень последующего расширения: 
.
Среднее индикаторное давление: 
1) Для построения расчетной индикаторной диаграммы определяем относительную высоту камеры сгорания 
:
2) Рассчитываем степень сжатия Е x, давление на участке сжатия р cx, степень последующего расширения δ x, текущее давление на участке расширения р в x:
;
;
;
.
Полученные данные заносим в таблицу.
| φ° п.к.в. | Sx | Sx+hс | Политропа расширения | Политропа сжатия | φ° п.к. в. | ||||
| δx | 
| рвx | Еx | 
| рcx | ||||
| 0 | 0 | 0,133 | - | - | - | 3 | 4,455 | 0,396 | 360 |
| 10 | 0,018 | 0,151 | - | - | - | 2,880 | 4,216 | 0,375 | 350 |
| 20 | 0,072 | 0,205 | - | - | 6,870 | 2,648 | 3,761 | 0,334 | 340 |
| 30 | 0,192 | 0,325 | 1,900 | 2,119 | 4,007 | 2,409 | 3,306 | 0,294 | 330 |
| 40 | 0,278 | 0,411 | 2,403 | 2,789 | 3,045 | 2,323 | 3,147 | 0,280 | 320 |
| 50 | 0,421 | 0,554 | 3,239 | 3,955 | 2,147 | 2,240 | 2,994 | 0,266 | 310 |
| 60 | 0,579 | 0,712 | 4,164 | 5,307 | 1,600 | 2,186 | 2,898 | 0,257 | 300 |
| 70 | 0,749 | 0,882 | 5,158 | 6,817 | 1,246 | 2,150 | 2,833 | 0,252 | 290 |
| 80 | 0,922 | 1,055 | 6,169 | 8,405 | 1,010 | 2,126 | 2,789 | 0,248 | 280 |
| 90 | 1,093 | 1,226 | 7,169 | 10,02 | 0,847 | 2,108 | 2,758 | 0,245 | 270 |
| 100 | 1,256 | 1,389 | 8,123 | 11,598 | 0,732 | 2,095 | 2,735 | 0,243 | 260 |
| 110 | 1,405 | 1,538 | 8,994 | 13,065 | 0,649 | 2,086 | 2,718 | 0,241 | 250 |
| 120 | 1,541 | 1,674 | 9,789 | 14,426 | 0,587 | 2,079 | 2,706 | 0,240 | 240 |
| 130 | 1,552 | 1,685 | 9,853 | 14,537 | 0,584 | 2,078 | 2,705 | 0,240 | 230 |
| 140 | 1,749 | 1,882 | 11,006 | 16,546 | 0,513 | 2,070 | 2,690 | 0,239 | 220 |
| 150 | 1,824 | 1,957 | 11,444 | 17,319 | 0,490 | 2,067 | 2,686 | 0,239 | 210 |
| 160 | 1,877 | 2,01 | 11,754 | 17,869 | 0,475 | 2,066 | 2,683 | 0,238 | 200 |
| 170 | 1,907 | 2,04 | 11,929 | 18,181 | 0,467 | 2,065 | 2,681 | 0,238 | 190 |
| 180 | 1,92 | 2,053 | 12,006 | 18,319 | 0,463 | 2,064 | 2,680 | 0,238 | 180 |
|
|
|
По полученным точкам строим индикаторную диаграмму.
Проектируем расчетную индикаторную диаграмму с целью ее приближения к действительной с учетом данных по фазам распределения и углу опережения впрыскивание топлива для дизеля Д-248, которые приведены в таблице.
| Обозначение точек на диаграмме. | Положение точек на диаграмме. | Расчетное положение точек в масштабе диаграммы. |
с
| 16° до в.м.т. 16° после в.м.т. 40° после н.м.т. 15° до в.м.т. 40° до н.м.т. |
|
|
|
