Выполнения курсового проекта

 

 

Последняя цифра учебного шифра
Числовые значения
0,22 16,67 2,05 0,87 12,5 11,0 0,82 1,06 0,04 0,24 V	0,26 16,67 2,1 0,89 12,5 11,5 0,81 1,05 0.03 0,24 V	0,28 16,67 2,1 0,88 12,5 12,0 0,82 1,05 0,03 0.24 V	0,29 16,67 2,1 0,86 12,5 12,0 0,83 1,06 0,03 0,24 V	0,23 16,67 2,15 0,89 12,8 11,5 0,81 1,06 0,04 0,22 V	0,25 16,67 2,2 0,88 12,5 11,5 0,82 1,05 0,03 0.22 V	0,26 16,67 2,0 0,89 12,5 12,0 0,83 1,05 0,03 0,22 V	0,24 16,67 2,5 0,86 13,5 12,5 0,82 1,04 0,03 0,22 V	0,16 12,5 2,05 0,90 12,0 6,5 0,82 1,08 0,02 0,25 - P	0,16 12,5 2,1 0,88 13,0 7,5 0,80 1,05 0,02 0,25 42,2 104,3 - P

 

5. Выполнить расчет кинематических характеристик движения поршня дизеля и построить графические зависимости перемещения поршня, скорости движения и ускорения поршня от угла поворота кривошипа коленчатого вала.

6. Выполнить расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля, и построить графические зависимости этих сил от угла поворота коленчатого вала.

7. Исполнить чертеж (поперечный разрез) тепловозного дизеля; кратко пояснить его устройство и принцип работы (М 1:4).

Исходные данные для выполнения курсового проекта студент выбирает по последней цифре учебного шифра из табл. 1.Эти данные обязательно приводятся в начале пояснительной записки к курсовому проекту. Данные по дизелю-образцу в табл. 1а.

Таблица 1а

Последняя цифра учебного шифра	Заводская марка	Обозначение по Гост' у	Масса, кг	Литература
	6Д49	8ЧН 26/26		[5,10]
	2-2Д49	12ЧН 26/26		[5,10]
	1-5Д49	16ЧН 26/26		[5,7]
	1Д49	20ЧН 26/26		[5,8]
	6Д70	6ЧН 24/27		[6,10]
	12Д70	12ЧН 25/27		[6,10]
	3Д70	16ЧН 25/27		[6,8]
	1Д70	20ЧН 25/27		[6,8]
	ПД1М	6ЧН 31,8/33,0		[9]
	K8S310DR	8ЧН 31/36		[11]

 

При выполнении расчетов принять:

Состав дизельного топлива в долях массы – углерод C = 0,87; водород H = 0,126; кислород O = 0,004.

Удельная теплота сгорания дизельного топлива - H_u = 42500 .

Температура воздуха перед впускными органами дизеля t_K = 60°C.

При выполнении курсового проекта студент должен изучить конструкцию тепловозного дизеля – образца: (см. список литературы).

3. 1. РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

Для определения основных параметров тепловозного дизеля используем метод теплового расчета рабочего цикла поршневого двигателя, предложенный профессором В.И.Гриневецким и усовершенствованный в дальнейшем профессором Е.К.Мазингом. Графическое изображение рабочего цикла двигателя, соответствующее этому расчетному методу, представлено на рис. 1. Расчетный цикл состоит из ряда последовательных процессов при следующих допущениях:

1. Процесс наполнения цилиндра рабочим телом происходит при постоянном давлении.
2. Процесс сжатия воздуха описывается политропой.
3. Действительная сложная зависимость подвода теплоты заменяется подводом теплоты в элементарных процессах – сначала изохорном (v = const), а затем изобарном (p = const).
4. Процесс расширения рабочего тела описывается политропой.
5. Принимают, что сгорание топлива начинается в точке c, а заканчивается в точке z.
6. Количество и состав газов в процессе расширения не изменяются.
7. Количество теплоты, подведенной к рабочему телу на участке "видимого" сгорания c - z' – z, определяется с использованием коэффициента ξ_Z, который принимают по опытным данным.
8. Выпуск отработавших газов происходит сначала по изохоре, а потом при постоянном давлении.
9. Показатели политроп сжатия и расширения рабочего тела принимают по опытным данным.

Рис. 1. Диаграмма рабочего цикла четырехтактного тепловозного дизеля:

k-a – линия наполнения цилиндра воздухом;

a-c – сжатие воздуха в цилиндре;

с-z'-z – процесс горения топлива в цилиндре;

z-b – расширение газов в цилиндре;

b-a-r – выпуск отработавших газов из цилиндра;

V_h – рабочий объём цилиндра;

V_a – полный объём цилиндра;

V_c – объем камеры сжатия;

P_z – наибольшее давление в цилиндре

 

 

Характерными точками диаграммы рабочего цикла поршневого двигателя являются:

a – начало сжатия рабочего тела;

c – конец сжатия рабочего тела (начало сгорания);

z – конец сгорания (начало расширения);

в – конец расширения рабочего тела в цилиндре.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

 

Рабочий объём цилиндра в

где D и S –соответственно диаметр цилиндра и ход поршня в дм.

Объём камеры сжатия

 

-геометрическая степень сжатия.

 

Полный объём цилиндра в

Давление в цилиндре в начале сжатия (в точке а) в МПа

(0,9 … 0,95)

где – давление наддувочного воздуха в МПа.

 

Температура рабочего тела в начале сжатия (в точке а) в К

где - температура наддувочного воздуха перед впускными органами дизеля в K

(приняли для расчёта - см.исходные данные);

– подогрев воздуха о стенки цилиндра;

– коэффициент остаточных газов (см.исходные данные);

– температура остаточных газов в цилиндре дизеля в К.

Для четырёхтактных дизелей с наддувом можно принять

 

Коэффициент наполнения для четырёхтактного дизеля определяют по формуле

 

Давление и температура рабочего тела в конце сжатия (в точке с) в МПа и К

где – средний для процесса показатель политропы сжатия;

(по опытным данным);

Степень повышения давления в цилиндре при сгорании топлива

- наибольшее давление в цилиндре (задано – см.исходные данные), МПа.

Температура рабочего тела в конце «видимого» сгорания топлива (в точке z – см. рис. 1) определяют из балансового уравнения

где - универсальная газовая постоянная;

средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме для продуктов сгорания (в точке z), кДж/(кмоль град);

коэффициент эффективного выделения тепла (до точки z) (см.исходные данные);

удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг (см.исходные данные);

средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме для смеси воздуха и остточных газов в точке c, кДж/(кмоль град);

температуры рабочего тела в точке с и К.

Для вычисления молярных теплоёмкостей используют следующие зависимости

воздух

«чистые» продукты сгорания (при α = 1)

В эти формулы значения температуры t подставляют для тех точек, для которых вычисляют теплоёмкости (точки c и z).

Теплоёмкости и определяют из соотношений соответственно при

где и – соответственно объёмные доли «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха в продуктах сгорания

количество « чистых» продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг дизельного топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (т.е. при α = 1) в кмоль/кг топлива

 

С и H – доли углерода и водорода в дизельном топливе (см. исходные данные);

теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

 

 

где молярная масса воздуха, кг/кмоль.

*При сгорании 1 кг топлива с теоретически необходимым количеством воздуха в продуктах сгорания не содержится кислорода

 

Действительное количество воздуха, расходуемого на сжигание 1 кг топлива, кмолей/кг топлива

где α – коэффициент избытка воздуха при сгорании дизельного топлива в цилиндре (см.исходные данные).

Общее количество газов, образующихся при сгорании 1 кг дизельного топлива с заданным коэффициентом избытка воздуха, кмолей/кг топлива

действительный коэффициент молекулярного изменения

химический коэффициент молекулярного изменения при сгорании топлива

Так как теплоёмкость рабочего тела (в конце «видимого» сгорания в точке z) зависит от искомой температуры , то балансовое уравнение надо решать методом последовательных приближений, исходя из условий сходимости

Первое приближение температуры рабочего тела в конце видимого сгорания можно принять

Графические зависимости теплоёмкостей от температуры приведены на рис.2.

Пример:

γ= 0,03

µ = 1,03

Решение: Вычисляем теплоемкости при

 

 

Рис. 2. Графические зависимости средних молярных теплоёмкостей при постоянном объёме для воздуха и «чистых» продуктов сгорания от температуры.

 

 

 

Обозначим правую часть уравнения () через D, тогда

 

 

Принимаем первое приближение

Вычисляем значения теплоёмкостей при

 

 

Тогда

 

Проверяем сходимость приближений

что не удовлетворяет принятому выше условию

 

Принимаем второе приближение аналогично по вышеприведенным формулам вычисляем теплоёмкости. В результате получаем:

 

 

Проверяем сходимость приближений

 

т.е. требуемая сходимость достигнута, поэтому принимаем

Степень предварительного расширения продуктов сгорания

Объём цилиндра в конце «видимого» сгорания (в точке z)

Давление и температура рабочего тела в конце расширения (в точке в)

где δ – степень последующего расширения продуктов сгорания

 

средний для процесса показатель политропы расширения;

(по опытным данным).

 

 

3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

 

Расчётное среднее индикаторное давление в МПа

()

Среднее индикаторное давление действительного цикла меньше расчётного вследствии наличия скруглений в точках c, ,z, b и а индикаторной диаграммы. Поэтому

 

где коэффициент полноты индикаторной диаграммы; по опытным данным для четырёхтактных дизелей следует принимать

Индикаторная мощность дизеля в кВт

 

Где рабочий объём цилиндра в

1 – число цилиндров;

n – частота вращения коленчатого вала в (об/с).

Индикаторный КПД дизеля

 

 

Удельный индикаторный расход топливо дизелем в кг/кВт ч

 

Эффективная мощность дизеля в кВт

 

 

где механический КПД дизеля (см. исходные данные).

 

Эффективный КПД дизеля

 

.

 

Удельный эффективный расход топлива дизелем в кг/кВт∙ч

 

Часовой расход топлива дизелем в кг/ч

 

Часовой расход воздуха дизелем в кг/ч

 

 

Где α – коэффициент избытка воздуха в цилиндре (см. исходные данные);

φ – коэффициент продувки (см. исходные данные);

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива в кг/кг (см. выше).

Часовое количество отработавших газов кг/ч

Количество дизельного топливо, подаваемого в цилиндр за каждый цикл кг/цикл

 

Удельная (литровая) мощность дизеля в кВт/л

 

Угловая скорость вращения коленчатого вала в рад/с

 

 

 

3.3.СОСТАВЛЕНИЕ СВОДНОЙ ТАБЛИЦЫ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЕКТНОГО ДИЗЕЛЯ

 

Основные результаты расчета рабочего цикла и технико-экономических показателей тепловозного дизеля следует свести в таблицу, составленную по форме табл.2.

 

Таблица 2