Тепловой расчет двигателя

n - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин¹.

 

 

  МПа

 

 Среднее эффективное давление, МПа:

 

 

  МПа

 

Механический КПД ( ) представляет собой отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

 

 

 

Эффективный КПД двигателя:

 

 

 

Эффективный удельный расход жидкого топлива, г/(кВт ч):

 

 

  г/(кВт ч)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.10 Определение  основных размеров цилиндра и параметров двигателя

 

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала, тактности и эффективному давлению определяется литраж двигателя, л:

 

где,    T - тактность двигателя;

          выражено в кВт, - в МПа, n - .

 

   л

 

Рабочий объем одного цилиндра, л:

 

 

где,   i - число цилиндров двигателя.

 

   л

 

Диаметр цилиндра, мм:

 

 

            Целесообразно принять  для дизеля S/D> или=1

 

  мм

 

Ход поршня мм:

 

 

  мм

 

Полученные значения D и S округлили до ближайших целых чисел. По окончательно принятым значениям D и S определяем основные параметры двигателя:

 литраж двигателя  (л)

                                                                       

 

 

  л

 

 

 

Средняя скорость поршня

 

 

  Расхождение с ранее принятым значением на 4%, является допустимым.

 

эффективная мощность (кВт)

 

 

 

  кВт

 

эффективный крутящий момент (Н м)

 

 

  Н м

 

часовой расход топлива (кг/ч)

 

 

 

  кг/ч

 

  кВт/дм

 

 

1.11 Построение  индикаторной диаграммы

 

Индикаторная диаграмма  дизельного двигателя построена  для номинального    режима работы двигателя, т. е. при N_e = 183 кВт и n = 2600 мин ^–1, аналитическим методом.

Для дизелей отношение  изменяется в пределах 1…d .

Масштабы диаграммы: масштаб  хода поршня M_s= 1 мм в мм; масштаб давлений М_р = 0,05 МПа в мм.

Величины в приведенном  масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

 

AB=S/Ms=120/l,0 = 120 мм; ОА = АВ/(ε–1)= 120/(16,5–1)= 7,74 мм.

 

Максимальная высота диаграммы (точка z) p_z/M_p =8,904/0,05=178 мм.

                       

zz¹=ОА(p-1)=7,74(1,27-1)=2,08мм

 

Ординаты характерных  точек:

p_а/M_p =0,093/0,05 = 1,86 мм;

р_с/М_р= 4,452/0,05 = 89,04 мм;

р_b/М_р=0,351/0,05 = 7 мм;

р_г/М_р = 0,110/0,05 = 2,2 мм;

р_о/М_р=0,1/0,05=2 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим  методом:

а) политропа сжатия p_x=p_a(V_a/Vx)ⁿ¹. Отсюда

 

р_х/М_р , мм =(р_а/М_р)(ОВ/ОХ)ⁿ¹= 1,86(127,74/ОХ)^1,38 мм,

 

б) политропа расширения p_x=р_b(V_b/V_x)ⁿ² Отсюда

р_х /М_р, мм =(р_b/М_р)(ОВ/ОХ)ⁿ²= 7(127,74/ОХ)^1,26 мм.

Результаты расчета  точек политроп приведены в табл 1.

Таблица 1

			Политропа сжатия			Политропа расширения
№	ОХ	ОВ/ОХ	(ОВ/ОХ)^n1	px/Mx, мм	рх, Мпа	(ОВ/ОХ)^n2	px/Mx, мм	рх, Мпа
1	7,74	16,5	47,89	89,08	4,45	34,20	239,4	11,97
2	10,64	12	30,871	57,42	2,87	22,89	160,27	8,01
3	21,29	6	12,45	22,04	1,10	9,56	66,92	3,35
4	40,00	3	4,96	9,23	0,96	3,99	27,94	1,40
5	63,87	2	2,602	4,84	0,46	2,39	16,76	0,84
6	85,16	1,5	1,749	3,25	0,16	1,66	11,66	0,58
7	91,24	1,4	1,591	2,95	0,14	1,52	10,69	0,53
8	98,26	1,3	1,436	2,7	0,13	1,39	9,74	0,48
9	106,45	1,2	1,286	2,4	0,12	1,25	8,80	0,44
10	127,74	1	1,00	1	0,05	1,00	7	0,35

     Скругление индикаторной диаграммы. Начало открытия впускного клапана (точка г') устанавливается за 20° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а") — через 56° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 56° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') — через 20° после прохода поршнем в.м.т.  Угол опережения впрыска равен 20°, а продолжительность периода задержки воспламенения ∆φ>= 8°.

Точка c¹¹    P_c11=(1.15….1.25)P_c (мм)=1.2*89.04=106.85мм.

Точка P_zq=P_z

Обозначение точек	Положение точек	φ0	( 1 - cos φ) +λ/4(1- cos2 φ)	Расстояние АХ точек от в.м.т..мм
b'	56 до н.м.т.	124	2,084	83,3
г'	20 до в.м.т.	20	0,076	3,0
а'	20 после в.м.т.	20	0,076	3,0
а"	56 после н.м.т	124	2,084	83,3
c	20 до в.м.т.	20	0,076	3,0
f	(20-8) до в.м.т.	12	0,038	1,5

 

 

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале  частот вращения коленчатого вала:

 

от n_min = 600 мин ,n_х = 1000 мин значение n_N = 2600 мин .

 

 где  - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

 

Расчетные точки кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива определяются по следующим зависимостям через каждые 500 мин¹:

 

                                   кВт                                                          

 

                                    

 

                               =   г/кВт*ч

                                    

где , соответственно номинальная эффективная мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности (г/кВт-ч),

- соответственно эффективная  мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива (г/кВт-ч), частота вращения коленчатого вала (мин ) в искомой точке скоростной характеристики;

 

 

 Крутящий  момент   (Н м) и часового расхода топлива   (кг/ч) определяются по формулам:

 

                                                                                                                    

 

                                         

 

где     г/(кВт-ч).

 

 a,b,c, коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально (см. табл. 2.1).

 

Таблица 2.1 – Значение эмпирических коэффициентов для расчета скоростной характеристики дизельного двигателя.

 

a	b	c
0.50	1.50	1.00	1.55	1.55	1.00

 

 

                 кВт                                         

 

                       г/кВт-ч  

 

 

                                                                                         

                         Н м   

                                                     

                          

                                кг/ч  

 

Результаты вычислений заносим в таблицу 2.2

 

Таблица 2.2 – Значения точек для построения внешней скоростной характеристики.

 

№ точки	Частота вращения коленчатого  вала в искомой точке скоростной характеристики, об/мин	Эффективная мощность, кВт	Эффективный удельный расход топлива, г/кВт ч	Эффективный крутящий момент, Н м	Часовой расход топлива, кг/ч
1	600	33.5	290	533	9.7
2	1000	65.4	256	624	16.7
3	1500	109	230	694	25
4	2000	149.5	221	714	33
5	2500	179	229	684	40.9
6	2600	183	233	672	42.6

 

 

 

 

 

 

 

 

        3.   КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Для дальнейших расчетов необходимо выбрать длину шатуна l_ш    и определить значение l = r/ l_{ш .}  

Основными геометрическими  параметрами, определяющими законы движения элементов КШМ, являются: r_к.ш – радиус кривошипа коленчатого вала r=S/2,   120/20=60 мм). Параметр l = r/ l_ш является критерием кинематического подобия КШМ. Для двигателя l = 0,264(по прототипу). l_ш – длина шатуна (l_ш =227мм). Основываясь на табличные данные (лит..3 таб №12.1,13.1,13.4,13.5.) определяем основные размеры Н=120мм., r_ш=40мм., R=120мм., r_к.ш =60мм.,Д=S=120мм., r_п =12,5мм.и изображаем чертеж КШМ в масштабе 1:2 (приложение 4)

         Проверяем  отсутствие задевания шатуна о нижнюю кромку гильзы цилиндра. Минимальный зазор     < 3мм., поэтому уменьшим длину шатуна до 222мм., и  соответственно  l = 0,27.

Для номинального режима рассчитаем кинематические параметры к.ш.м.

а). Определяем по формулам перемещение S_x, скорость V_п и ускорение поршня j_п в зависимости от угла поворота коленчатого вала (с интервалом 30^о).

,

,

.

б). Полученные значения кинематических параметров оформляем  в таблицу :

   Таблица 3.

	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
Sx	0	10	36	68	96	114	120	114	96	68	36	10	0
Vп	0	+10	+16	+16.3	+12.2	+6.3	0	-6.3	-12.2	-16.3	-16	-10	0
jп	+ 5640	+ 4450	+ 1620	- 1200	- 2820	-3250	-3240	-3250	-2820	-1200	+ 1620	+ 4450	+ 5640