Тепловой расчет двигателя на рапсовом масле

                                     

                    (24)

[кПа]

Температура в конце расширения:

[К]

1.5Процесс выхлопа

 

Давление в конце выхлопа для двигателей без наддувом:

Рr =Ро+∆Рr,  [кПа]         (25)

Где ∆Рr- сопротивление выпускного тракта, для двигателей без наддува ∆Рr=5…25кПа, [стр. 109 /Баширов Р.М. 2010г./]

Рr =100+20=120 кПа

 

 

2 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

 

2.1 Построение индикаторной диаграммы.

 

Для построение индикаторной диаграммы выбираем масштабы:

- для давления: 30 кПа/мм

- для объёма : 10 мм = Vc [стр.11 /4/].

Определяем промежуточные точки политроп сжатия и расширения по уравнениям:

- для сжатия:

,              (26)

-для расширения:

                                            .                                        (27)

- для сжатия:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для расширения:

 

2.2 Определение индикаторных показателей.

Среднее теоретическое индикаторное давление Рi` определяем графическим и аналитическим методами.

Графическое  определение среднее теоретического индикаторного давление Рi`.

                                               

, [кПа]                                            (28)

где A- площадь индикаторной диаграммы, мм2;

 l =Vh – длина диаграммы по оси, мм;

 m=30 кПа/мм - масштаб давления.

 F=4377мм2;

кПа

Для аналитического определения теоретического индикаторного среднее давление используем для дизеля формулу:

                 

              (29)

(кПа)

Действительное среднее индикаторное давление определяем с учетом округления диаграммы и затрат на осуществления насосных ходов поршня:

                                              Рi =f· Рia, [кПа]                                      (30)

f=0,92…0,95- коэффициент округления

Рi =0,94·814,64=765,76 (кПа)

Среднее индикаторное давление Рi это такое условное постоянное давление в цилиндре двигателя, которое, действуя в течение одного хода поршня совершает такую же работу, что и переменное давление внутри цилиндра.

Определяем процент несовпадения величин среднего индикаторного давления вычисленных  графическим и аналитическим методом:

Действительная погрешность DРi = 3,13 % не превысила допустимую

DРi = 3…5%.

Индикаторный коэффициент полезного действия определяем по формуле:

                                       

                                   (31)

Находим индикаторный удельный расход топлива:

                                   

кг/кВт·ч                           (32)

 

2.3 Определение эффективных показателей работы двигателя.

 

Среднее эффективное давление:

                                                      Ре=Рi-Рм ,[кПа]                                               (33)

где Рм –механические потери мощности, [кПа].

Рм=(0,9+(0,11…0,15)Сm)102, [кПа]

где Сm – средняя скорость поршня, [м/с].

 

 (м/с).

 (кПа)

Предварительно определяем среднее эффективное давление:

    Ре=765,76-162,96=602,8 [кПа]

Определяем эффективный коэффициент полезного действия:

                                                      hе=hi·hм ,                                                     (34)

где hм -механический коэффициент полезного действия.                           

                                                                                                                       (35)

                                                                                                    (36)

hе = 0,42∙0,78 = 0,327

Эффективный удельный расход топлива:

 (кг/кВт·ч)

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ

 

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

                                                        Q=Qн·GT,[кДж/ч]                                        (37)

где GT –часовой расход топлива,  кг/ч.

                                                          GT = qe· Neн                                                  (38)

                                                    GT = 0,293·16,73=4,90 [кг/ч]

                                               Q=37300·4,9=182770 [кДж/ч]                                                                                             Теплота, эквивалентная эффективной работе:

                                                        Qe=3600·Ne , [кДж/ч]                                    (39)

                                                  Qe=3600·16,73=60228 [кДж/ч]

                                                                                                          (40)

                                                       

Теплота передаваемая охлаждающей среде:

                                                      , [кДж/ч]                      (41)

где С-коэффициент, равный 0,45…0,53[стр.17 /4/]                                                                       

                                  , [кДж/ч]

                                                                                                         (42)

                                                        

Теплота уносимая с отработавшими газами:

                                                  Qг =Ср·(Тr- To)·(Gв+Gт),  [кДж/ч]                        (43) 

где  Ср – средняя теплоемкость отработавших газов при  постоянном давлении,

Ср =1.04 кДж/кг·град [стр.17 /4/]

Gв – часовой расход воздуха, кг/ч

                                                              Gв =a·L0 · Gт ,                                             (44)

где L0 – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива,

                                               

                                  (45)

                                                    

                                                     Gв =1,65·12 · 4,9 =97,02 [кг/ч]

                                     Qr =1,04·(900- 293)·(97,02+4,9)= 64340,05  [кДж/ч]

                                                                                                             (46)

                                                           

Неучтенные потери:

                                                         Qн.у. =Q-( Qe+ Qг + Qв),  [кДж/ч]                     (47)

         Qн.п. =182770-( 60228+ 34608,5+ 64340,05)= 23593,45   [кДж/ч]

 

                                              

                                                  (48)

 

 

 

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ  И КОМПЛЕКСНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ

 

Рабочий объем одного цилиндра

                                              

[кВт]                                            (49)

где i – число цилиндров.

 

[кВт]

Предварительный диаметр цилиндра:

                                              

, [м]                                                 (50)

 

[м]

Ход поршня:

                                                     S=к·D(м)                                                  (51)

                                                          S =1,14·0,105=0,12 [м]

          Радиус  кривошипа:              , [м]                        

, [м]

Длину шатуна определяем по формуле:

                                                   

, [м]                                                  (52)

где l - постоянная кривошипно-шатунного механизма, который принимается с учетом параметров выполненных двигателей:  l=0.23…0.31(стр. 197/3/).

Принимаем  l=0.27 для уменьшения износа деталей поршневой группы .

                                                            м

Удельная литровая мощность двигателя:

                                                           , [кВт/л]                                       (53)

 кВт/л

Удельная поршневая мощность двигателя:

                                             Nп = Nл ∙ S

, [кВт/дм2]                                     (54)

 кВт/дм2

 

 

4 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

 

4.1 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ТАНГЕЦИАЛЬНЫХ УСИЛИЙ.

Определяем удельную массу поступательно движущихся частей:

                                        ms = mп +0.275mш [кг/м2]                                (55)

где mп - удельная масса поршня, кг/м2

      mш - удельная масса шатуна, кг/м2

Приближенное значение удельных масс:

mп =150…300 кг/м2 [стр.19 /4/]

mш =250…400 кг/м2 [стр.19 /4/]

Принимаем mп =200кг/м2, mш =300 кг/м2

ms = 200 +0.275·300=282,5 кг/м2

Определяем параметры для построения графика инерционных сил по методу Толе:

                             А= ms ·w2 ·r·(1+l)·10-3 , [кПа]                                         (56)

А= 282,5·167,462 ·0,06·(1+0,27)·10-3=603,66 кПа

                             В = ms ·w2 ·r·(1-l)·10-3, [кПа]                                           (57)

В= 282,5 ·167,462 ·0,06·(1-0,27)·10-3=346,98 кПа

                                С =3· ms ·w2 ·r·l·10-3, [кПа]                                             (58)

С =3· 282,5 ·167,462 ·0,06·0,27·10-3=385,01 кПа

Построение графика инерционных усилий возвратно – поступательно движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма проведем согласно рекомендациям (стр.19 /4/)

 

4.2 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ТАНГЕЦИАЛЬНЫХ СИЛ.

Строим полукруг Брикса, для чего проводим ниже индикаторной диаграммы полуокружность радиусом:

                                                                  , [мм]                                              (59)

 мм

От  точки О- центра полуокружности откладываем отрезок ОО1 равный:

                                                               мм                          (60)

Дальнейшее построение ведем согласно рекомендациям (стр.20,/4/).

Определение значений Рг  и Рj  проводим используя индикаторную диаграмму и графика инерционных усилий. Для этого определяем положение поршня для каждого положения кривошипа- Si на  полукруге Брикса.

Найденные значений Рг  и Рj  для удобства дальнейших расчетов заносим в таблицу 1.

 

 

 

 

 

α	Рг	±(Рг-Ро)	Рj	Рд=±(Рг-Ро)±Рj	Т
град	кПа	кПа	кПа	кПа	кПа
15	90	-10	-569,4	-579,4	-198,9
30	90	-10	-473,1	-483,1	-316,2
45	90	-10	-333	-343	-293,1
60	90	-10	-171,9	-181,9	-180,9
75	90	-10	-11,1	-21,1	-20,1
90	90	-10	127,2	117,2	117
105	90	-10	231,6	221	196,8
120	90	-10	301,5	291,5	214,8
135	90	-10	333,6	323,6	181,2
150	90	-10	345	335	125,1
165	90	-10	347,1	337,1	62,7
180	90	-10	346,8	336,8	0
195	90	-10	-347,1	-357,1	-66,6
210	95,1	-4,9	-345	-349,9	-132,6
225	103,5	-3,5	-333,6	-337,1	-192,3
240	118,2	-18,2	-301,5	-319,7	-235,5
255	140,4	-40,4	-231,6	-272	-242,1
270	179,1	-79,1	-127,2	-206,3	-137,1
285	241,2	-141,2	11,1	-130,1	-134,7
300	361,2	-261,2	171,9	-89,3	-88,5
315	546	-446	333	-113	-96,3
330	1109,7	-1009,7	473,1	-536,6	-289,8
345	2113,8	-2013,8	569,4	-1444,4	-995,1
360	3496,88	-3396,88	603,6	-2793,28	0
375	6977,7	6877,7	-569,4	6308,3	2088,6
390	3502,5	3402,5	-473,1	2929,4	1834,2
405	1796,7	1696,7	-333	1363,7	1164,9
420	1068,6	968,6	-171,9	796,7	792,6
435	769,2	669,2	-11,1	658,1	684,9
450	572,4	472,4	127,2	599,6	599,4
465	450,9	350,9	231,6	582,5	518,7
480	382,8	282,8	301,5	584,3	430,5
495	331,2	231,2	333,6	564,8	316,2
510	303	203	345	548	204,9
525	294,9	194,9	347,1	542	101,1
540	294,22	194,22	346,8	541,02	0
555	110,1	-10,1	-347,1	-357,2	-66,6
570	110,1	-10,1	-345	-355,1	-132,6
585	110,1	-10,1	-333,6	-343,7	-192,3
600	110,1	-10,1	-301,5	-311,6	-235,5
615	110,1	-10,1	-231,6	-241,7	-242,1
630	110,1	-10,1	-127,2	-137,3	-137,1
645	110,1	-10,1	11,1	1	0
660	110,1	-10,1	171,9	161,8	160,8
675	110,1	-10,1	333	322,9	275,7
690	110,1	-10,1	473,1	463	336
705	110,1	-10,1	569,4	559,3	765,5
720	110,1	-10,1	603,6	593,5	0