Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Ноября 2013 в 18:15, курсовая работа
Уменьшение коэффициента избытка воздуха α до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйным смесеобразованием устойчиво работают на номинальном режиме без существенного перегрева при α=1,4⋯1,5
1. Выбор топлива
Принимаем степень сжатия по заданию для двигателя Д-21
Используемое топливо Дизельное
Средний элементарный состав топлива
Низшая теплота сгорания топлива.
.
2. Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
Коэффициент избытка воздуха.
Уменьшение коэффициента избытка воздуха α до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйным смесеобразованием устойчиво работают на номинальном режиме без существенного перегрева при , а с наддувом
при . В связи с этим можно принять: для дизеля без наддува по заданию при частоте вращения коленчатого вала .
Количество свежего заряда.
Количество отдельных
компонентов продуктов
Общее количество продуктов сгорания
3. Параметры окружающей среды и остаточные газы.
Давление окружающей среды
Температура окружающей среды для двигателя без наддува по заданию
Давление окружающей среды при ,
Температура окружающей среды при ,
Температура и давление остаточных газов.
Достаточно высокое значение дизеля без наддува снижает температуру и давление остаточных газов, а повышенная частота вращения коленчатого вала несколько увеличивает значения и , поэтому можно принять:
Температура остаточных газов по заданию
Давление остаточных газов
4. Процесс впуска.
Температура подогрева свежего заряда.
Рассчитываемый двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле без наддува может достигать , а при наддуве за счет уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Поэтому принимаем для дизелей: без наддува .
Плотность заряда на впуске
без наддува ,
где - удельная газовая постоянная для воздуха.
Потери давления на впуске
,
где и приняты в соответствии со скоростным режимом двигателей и с учетом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе дизеля без наддува.
Давление в конце впуска
Коэффициент остаточных газов
без наддува
Температура в конце впуска
без наддува
Коэффициент наполнения
без наддува
5. Процесс сжатия.
Средний показатель адиабаты сжатия определяется по номограмме [1. рис. 4.4], а средний показатель политропы сжатия принимается несколько меньшим
без наддува
при
, а
Давление в конце сжатия
без наддува
Температура в конце сжатия
без наддува
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия
а) свежей смеси (воздуха)
без наддува
б) остаточных газов (определяйся методом интерполяции [1. табл. 3.9])
без наддува при и
в) рабочей смеси
без наддува
6. Процесс сгорания.
Коэффициент молекулярного изменения смеси
а) горючей смеси
б) рабочей смеси
Теплота сгорания рабочей смеси
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания
Коэффициент использования
теплоты для современных
по заданию.
Степень повышения давления в дизеле, в основном, зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше . В связи с этим целесообразно принять для дизеля без наддува
Температура в конце видимого процесса сгорания
или ,
откуда
Максимальное давление сгорания теоретическое
без наддува
по заданию
Степень предварительного расширения для дизелей:
без наддува
7. Процесс расширения и впуска.
Степень последующего расширения для дизелей:
без наддува
Средние показатели адиабаты и политропы расширения для дизелей выбираются следующим образом. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения, с учетом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения, который определяете по номограмме [1. рис. 4.9]. Для дизелей без наддува:
при ; и
, а
Давление и температура в конце процесса расширения
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов
8. Индикаторные параметры рабочего цикла.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
Среднее индикаторное давление
, где ̶ коэффициент полноты диаграммы
Индикаторный КПД
Индикаторный удельный расход топлива
9. Эффективные показатели двигателя.
Принимаем ход поршня для двигателя Д-21
Среднее давление механических потерь
Среднее эффективное давление и механический КПД
Эффективный KПД и эффективный удельный расход топлива
10. Основные параметры цилиндра и двигателя.
Принимаем , из технической характеристики двигателя
Площадь сечения поршня
Эффективная мощность
Проверяем ранее принятые данные
Литраж двигателя
Рабочий объем одного цилиндра
где ̶ число цилиндров
Диаметр цилиндра
Литровая мощность двигателя
Эффективный крутящий момент
Часовой расход топлива
11. Тепловой баланс.
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом
Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с
Теплота, передаваемая охлаждающей среде
где ̶ коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей,
̶ показатель степени для четырехтактных двигателей
Теплота, унесенная с отработанными газами
̶ определено методом интерполяции [1. табл. 3.9]
̶ определено по [1. табл. 3.6] (графа «воздух»)
Неучтенные потери теплоты
Составляющие теплового баланса сведены в таблицу.
Составляющие теплового баланса |
||
, теплота, эквивалентная эффективной работе |
||
, теплота, передаваемая охлаждающей среде |
||
, теплота, унесенная с отработавшими газами |
||
, неучтенные потери теплоты |
||
, общее количество
теплоты, введенной в |
Построение индикаторной диаграммы.
Индикаторная диаграмма PV
Индикаторная диаграмма строится для номинального режима работы двигателя
при и
Масштабы диаграммы:
масштаб хода поршня ;
масштаб давлений .
Приведённые величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:
Максимальная высота диаграммы (точки и) и положение точки по оси абсцисс.
Ординаты характерных точек:
Точка :
Точка :
Точка :
Точка :
Точка :
Построение политроп сжатия и расширения производится аналитическим методом.
а) Политропа сжатия
Отсюда
где
б) политропа расширения
Отсюда
Результаты расчета точек приведены в таблице.
№ точ ки |
Политропа сжатия |
Политропа расширения | ||||||||
OX, мм |
OB/ OX |
(OB/OX)1,37 |
px/Mp, мм |
px |
OX, мм |
OB/ OX |
(OB/OX)1,27 |
px/Mp, мм |
px | |
|
1 |
8,6 |
15,0 |
40,68 |
73,2 |
3,661 |
8,6 |
15,0 |
31,04 |
235,9 |
11,795 |
2 |
10 |
12,9 |
33,09 |
59,6 |
2,978 |
10 |
12,9 |
25,63 |
194,8 |
9,739 |
3 |
20 |
6,4 |
12,80 |
23,0 |
1,152 |
20 |
6,4 |
10,63 |
80,8 |
4,038 |
4 |
30 |
4,3 |
7,35 |
13,2 |
0,661 |
30 |
4,3 |
6,35 |
48,3 |
2,413 |
5 |
40 |
3,2 |
4,95 |
8,9 |
0,446 |
40 |
3,2 |
4,41 |
33,5 |
1,675 |
6 |
50 |
2,6 |
3,65 |
6,6 |
0,328 |
50 |
2,6 |
3,32 |
25,2 |
1,261 |
7 |
60 |
2,1 |
2,84 |
5,1 |
0,256 |
60 |
2,1 |
2,63 |
20,0 |
1,001 |
8 |
70 |
1,8 |
2,30 |
4,1 |
0,207 |
70 |
1,8 |
2,17 |
16,5 |
0,823 |
9 |
80 |
1,6 |
1,92 |
3,4 |
0,172 |
80 |
1,6 |
1,83 |
13,9 |
0,694 |
10 |
90 |
1,4 |
1,63 |
2,9 |
0,147 |
90 |
1,4 |
1,57 |
12,0 |
0,598 |
11 |
100 |
1,3 |
1,41 |
2,5 |
0,127 |
100 |
1,3 |
1,38 |
10,5 |
0,523 |
12 |
110 |
1,2 |
1,24 |
2,2 |
0,111 |
110 |
1,2 |
1,22 |
9,3 |
0,463 |
13 |
120 |
1,1 |
1,10 |
2,0 |
0,099 |
120 |
1,1 |
1,09 |
8,3 |
0,415 |
14 |
128,6 |
1,0 |
1 |
1,8 |
0,090 |
128,6 |
1,0 |
1,00 |
7,6 |
0,380 |
Скругление индикаторной диаграммы.
Учитывая достаточную быстроходность рассчитываемого дизеля, ориентировачно устанавливаются следующие фазы газораспределения: начало открытия впускного клапана (точка ) происходит за до прихода поршня в В.М.Т., а закрытие (точка ) – через после прохода поршнем Н.М.Т.; начало открытия выпускного клапана (точка ) осуществляется за до прихода поршня в Н.М.Т., а закрытие (точка ) – через после прохода поршнем В.М.Т.
С учетом быстроходности дизеля принимаем угол опережения впрыска (точка ), а продолжительность периода задержки воспламенения (точка )
Расчет положения точек , , , , и по формуле для перемещения поршня:
,
где – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. При построении индикаторной диаграммы устанавливаем .
Результаты расчета ординат точек , , , , и сведены в таблицу:
Обозначение точек |
Положение точек |
, град |
Расстояние точек от в.м.т., мм | ||
до н.м.т. |
120 |
1,601 |
96,1 | ||
до в.м.т. |
25 |
0,122 |
7,3 | ||
после в.м.т. |
25 |
0,122 |
7,3 | ||
после н.м.т. |
120 |
1,601 |
96,1 | ||
до в.м.т. |
20 |
0,076 |
4,6 | ||
до в.м.т. |
12 |
0,038 |
2,3 | ||
Положение точки определяется из выражения
Точка :
Точка лежит на линии ориентировочно вблизи точки .
Соединяя плавными кривыми точки с , с и и далее с и кривой расширения с (точка располагается между и ) и далее с и , получаем скругленную индикаторную диаграмму .
Индикаторная диаграмма
Построение индикаторной диаграммы в развернутую по углу поворота коленчатого вала осуществляется по методу Ф. А. Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой строится вспомогательная полуокружность радиусом :
Далее от центра полуокружности , в сторону н.м.т. откладывается поправка Брикса, равная:
Полуокружность делится лучами, проведенными из центра , а из центра Брикса проводятся линии, параллельные этим лучам. Полученные на окружности точки соответствуют определенным углам поворота коленчатого вала. Из этих точек проводятся вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы, и полученные величины давлений откладываются на вертикали соответствующих углов .
Выбор масштаба диаграммы:
Масштаб угла поворота коленчатого вала ,
масштаб давлений .
Расчет и построение тангенциальной силы
При проведении динамических расчетов двигателей целесообразно пользоваться не полными, а удельными силами, отнесенными к единице площади поршня. В этом случае удельные суммарные силы () определяют путем сложения избыточного давления над поршнем () и удельных сил инерции ():
,
где:
– удельная суммарная сила
– удельная сила инерции
– избыточное давление над поршнем
,
где:
– площадь поршня
– радиус кривошипа
– угловая скорость вращения шатуна
– возвратно-поступательно движущаяся масса
– отношение радиуса кривошипа к длине шатуна
– угол поворота коленчатого вала
где:
и – давление газов в любой момент времени и атмосферное давление, МПа
где:
– масса шатуна; – масса поршневой группы
– масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца
– масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа
– масса, совершающая вращательное движение
– масса, неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов
; ;
Для приближенного определения значений , , , можно использовать конструктивные массы приведенные в [1. табл. 8.1]
Принимаем для дизеля , ,
Удельная тангенциальная сила
,
где β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра.
Числовые значения по [1.табл. 8.5]
Результаты расчетов сводятся в таблицу:
φ, град |
pr, МПа |
Δpr, МПа |
pj, МПа |
P, МПа |
sin(φ+β)/ cosβ |
pT, МПа |
0 |
0,105 |
0,005 |
-1,16 |
-1,15 |
0 |
0,00 |
10 |
0,105 |
0,005 |
-1,13 |
-1,13 |
0,22 |
-0,25 |
20 |
0,105 |
0,005 |
-1,05 |
-1,04 |
0,429 |
-0,45 |
30 |
0,105 |
0,005 |
-0,91 |
-0,91 |
0,618 |
-0,56 |
40 |
0,105 |
0,005 |
-0,74 |
-0,74 |
0,777 |
-0,57 |
50 |
0,105 |
0,005 |
-0,54 |
-0,54 |
0,901 |
-0,49 |
|
|
||||||
60 |
0,105 |
0,005 |
-0,33 |
-0,33 |
0,985 |
-0,32 |
70 |
0,105 |
0,005 |
-0,12 |
-0,12 |
1,029 |
-0,12 |
80 |
0,105 |
0,005 |
0,07 |
0,08 |
1,032 |
0,08 |
90 |
0,105 |
0,005 |
0,25 |
0,25 |
1 |
0,25 |
100 |
0,105 |
0,005 |
0,39 |
0,40 |
0,937 |
0,37 |
110 |
0,105 |
0,005 |
0,50 |
0,51 |
0,851 |
0,43 |
120 |
0,105 |
0,005 |
0,58 |
0,58 |
0,747 |
0,44 |
130 |
0,105 |
0,005 |
0,63 |
0,63 |
0,631 |
0,40 |
140 |
0,105 |
0,005 |
0,66 |
0,66 |
0,508 |
0,34 |
150 |
0,105 |
0,005 |
0,67 |
0,67 |
0,382 |
0,26 |
160 |
0,101 |
0,001 |
0,67 |
0,67 |
0,255 |
0,17 |
170 |
0,096 |
-0,004 |
0,67 |
0,66 |
0,127 |
0,08 |
180 |
0,092 |
-0,008 |
0,67 |
0,66 |
0 |
0,00 |
190 |
0,096 |
-0,004 |
0,67 |
0,66 |
-0,127 |
-0,08 |
200 |
0,101 |
0,001 |
0,67 |
0,67 |
-0,255 |
-0,17 |
210 |
0,105 |
0,005 |
0,67 |
0,67 |
-0,382 |
-0,26 |
220 |
0,120 |
0,02 |
0,66 |
0,68 |
-0,508 |
-0,34 |
230 |
0,135 |
0,035 |
0,63 |
0,66 |
-0,631 |
-0,42 |
240 |
0,150 |
0,05 |
0,58 |
0,63 |
-0,747 |
-0,47 |
250 |
0,175 |
0,075 |
0,50 |
0,58 |
-0,851 |
-0,49 |
260 |
0,200 |
0,1 |
0,39 |
0,49 |
-0,937 |
-0,46 |
270 |
0,225 |
0,125 |
0,25 |
0,37 |
-1 |
-0,37 |
280 |
0,267 |
0,167 |
0,07 |
0,24 |
-1,032 |
-0,25 |
290 |
0,309 |
0,209 |
-0,12 |
0,09 |
-1,029 |
-0,09 |
300 |
0,350 |
0,25 |
-0,33 |
-0,08 |
-0,985 |
0,08 |
310 |
0,510 |
0,41 |
-0,54 |
-0,13 |
-0,901 |
0,12 |
320 |
0,884 |
0,784 |
-0,74 |
0,04 |
-0,777 |
-0,03 |
330 |
1,150 |
1,05 |
-0,91 |
0,14 |
-0,618 |
-0,08 |
340 |
3,000 |
2,9 |
-1,05 |
1,85 |
-0,429 |
-0,80 |
350 |
6,250 |
6,15 |
-1,13 |
5,02 |
-0,22 |
-1,10 |
360 |
7,000 |
6,9 |
-1,16 |
5,74 |
0 |
0,00 |
370 |
6,700 |
6,6 |
-1,13 |
5,47 |
0,22 |
1,20 |
380 |
5,500 |
5,4 |
-1,05 |
4,35 |
0,429 |
1,87 |
390 |
4,000 |
3,9 |
-0,91 |
2,99 |
0,618 |
1,85 |
400 |
2,150 |
2,05 |
-0,74 |
1,31 |
0,777 |
1,02 |
410 |
1,650 |
1,55 |
-0,54 |
1,01 |
0,901 |
0,91 |
420 |
1,270 |
1,17 |
-0,33 |
0,84 |
0,985 |
0,82 |
430 |
1,070 |
0,97 |
-0,12 |
0,85 |
1,029 |
0,87 |
440 |
0,850 |
0,75 |
0,07 |
0,82 |
1,032 |
0,85 |
450 |
0,700 |
0,6 |
0,25 |
0,85 |
1 |
0,85 |
460 |
0,600 |
0,5 |
0,39 |
0,89 |
0,937 |
0,83 |
470 |
0,525 |
0,425 |
0,50 |
0,93 |
0,851 |
0,79 |
480 |
0,450 |
0,35 |
0,58 |
0,93 |
0,747 |
0,69 |
490 |
0,400 |
0,3 |
0,63 |
0,93 |
0,631 |
0,59 |
500 |
0,350 |
0,25 |
0,66 |
0,91 |
0,508 |
0,46 |
|
|
||||||
510 |
0,310 |
0,21 |
0,67 |
0,88 |
0,382 |
0,34 |
520 |
0,290 |
0,19 |
0,67 |
0,86 |
0,255 |
0,22 |
530 |
0,250 |
0,15 |
0,67 |
0,82 |
0,127 |
0,10 |
540 |
0,215 |
0,115 |
0,67 |
0,78 |
0 |
0,00 |
550 |
0,176 |
0,076 |
0,67 |
0,74 |
-0,127 |
-0,09 |
560 |
0,150 |
0,05 |
0,67 |
0,72 |
-0,255 |
-0,18 |
570 |
0,125 |
0,025 |
0,67 |
0,69 |
-0,382 |
-0,26 |
580 |
0,119 |
0,019 |
0,66 |
0,68 |
-0,508 |
-0,34 |
590 |
0,115 |
0,015 |
0,63 |
0,64 |
-0,631 |
-0,41 |
600 |
0,110 |
0,01 |
0,58 |
0,59 |
-0,747 |
-0,44 |
610 |
0,110 |
0,01 |
0,50 |
0,51 |
-0,851 |
-0,43 |
620 |
0,110 |
0,01 |
0,39 |
0,40 |
-0,937 |
-0,37 |
630 |
0,110 |
0,01 |
0,25 |
0,26 |
-1 |
-0,26 |
640 |
0,110 |
0,01 |
0,07 |
0,08 |
-1,032 |
-0,09 |
650 |
0,110 |
0,01 |
-0,12 |
-0,11 |
-1,029 |
0,12 |
660 |
0,110 |
0,01 |
-0,33 |
-0,32 |
-0,985 |
0,32 |
670 |
0,110 |
0,01 |
-0,54 |
-0,53 |
-0,901 |
0,48 |
680 |
0,110 |
0,01 |
-0,74 |
-0,73 |
-0,777 |
0,57 |
690 |
0,110 |
0,01 |
-0,91 |
-0,90 |
-0,618 |
0,56 |
700 |
0,110 |
0,01 |
-1,05 |
-1,04 |
-0,429 |
0,44 |
710 |
0,110 |
0,01 |
-1,13 |
-1,12 |
-0,22 |
0,25 |
720 |
0,110 |
0,01 |
-1,16 |
-1,15 |
0 |
0,00 |