Прототипный двигатель 6 ЧНП 30/38
Задание: Рассчитать рабочий цикл дизель-генератора четырехтактного типа.

Эффективная мощность N_e = 1101,28 э.л.с. (810 Квт) при частоте вращения n = 600 об/мин (10 об/сек), число цилиндров i = 6.

Топливо дизельное, ГОСТ 305-82. Средний весовой состав топлива:

С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004.

Низшая теплота сгорания топлива может быть найдена по формуле Д.Н. Менделеева.

Q_н = 8100·С+30000·Н–2600·(О-S)–600·(9·Н–W) =

= 8100·0,87+30000·0,126–2600·0,004–600·9·0,126 =

= 7047+3780–10,4–680,4 = 10136,2 Ккал/кг.

В системе единиц измерений СИ.

Q_н = 33,9·С+103·Н–10,9·(О-S)–2,5·W = 33,9·0,87+103·0,126–10,9·0,004 =

= 29,493+12,978–0,0436 = 42,427 Мдж/кг.
Исходные данные расчета.

Максимальное давление цикла…………………… .P_z = 90 бар (9 Мн/м²)

Степень сжатия………………………………………ε = 12,5

Давление окружающей среды………………………P₀ = 1бар (0,098 Мн/м²)

Температура окружающей среды……………….….Т₀ = 290⁰ К

Коэффициент избытка воздуха……………………..α = 1,8

Температура остальных газов………………………Т_г = 800⁰ К

Давление после нагнетателя…………………….......Р_к = 2 бар (0,2 Мн/м²)

Коэффициент использования тепла

в конце горения……………………………………...ξ_z = 0,75

Коэффициент использования тепла

в конце расширения………………………………….ξ_в = 0,86

Механический КПД двигателя………………………ή_м = 0,85

Расчет

Определяем теоретически необходимое количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива (вес); в системе единиц СИ для 1 кг массы топлива



Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива,

L = α·L₀ = 1,8·0,495 = 0,891 кмоль/кг;

L = 0,891 кмоль/кг.
Параметры наполнения рабочего цилиндра

Определяем температуру воздуха после центробежного нагнетателя (корпус нагнетателя охлаждаемый).

Принимаем средний показатель сжатия n_н = 1,8

Tk= Tk =

---

С целью понижения средней температуры цикла и увеличения наполнения цилиндра при Т_к = 395⁰ К целесообразно установить охладитель воздуха за нагнетателем.

Определим температуру надувочного воздуха, приняв ∆Т_охл = 60⁰

Т_s = Т_к – ∆Т_охл = 395 – 60 = 335⁰ К

Температура воздуха, поступающего в цилиндр, нагретого стенками цилиндра (степень подогрева примем ∆Т = 5⁰)

Т`_s = Т_s + ∆Т = 335 + 5 = 340 ⁰ К

Давление начала сжатия примем

P_а = 0,95·Р_s = 0,95·1,96 = 1,862 бар = 0,186 Мн/м²

Где давление надувочного воздуха после охлаждения

Р_s = Р_к – ∆Р = 2 – 0,04 = 1,96 бар = 0,196 Мн/м²

здесь сопротивление воздуха в охладителе принято ∆Р =0,04 бар.

Давление остаточных газов принимаем

Р_г = 0,85·Р_s = 0,85·1,96 = 1,666 бар = 0,166 Мн/м²

Коэффициент остаточных газов

γ_г =

Тоже получим в системе СИ.

Температура смеси свежего заряда с остаточными газами в начале сжатия:

Т_а=

Коэффициент наполнения рабочего цилиндра воздухом:

.


Параметры процесса сжатия

Методом последовательных приближений определим средний показатель политропы сжатия, приняв первое приближение n₁ = 1,37

n_{1 =} +1 = +1 = 1,37;

1,37 = 1,37

окончательно принимаем n₁ = 1,37.

Давление в конце сжатия

= 59,25 бар = 5,92 Мн/м².

Температура в конце сжатия

= 901,84⁰ К, что вполне достаточно для надежного самовоспламенения топлива при всех режимах работы двигателя.
Параметры процесса сгорания.

Количество молей продуктов сгорания 1 кг (1 кг) топлива.

=

= 0,0725 +0,063 + 0,787 = 0,922 кмоль/кг.

М = 0,922 кмоль/кг.

Определим теоретический (химический) коэффициент молекулярного изменения:

---

= 1,034.

Действительный (расчетный) коэффициент молекулярного измерения:

= 1,033.

Степень повышения давления:

= 1,51.

Средняя изохорная мольная теплоемкость сухого воздуха в конце сжатия:

С`v = 19,3+0,0025·Тс = 19,3+0,0025·901,84 = = 21,55 Кдж/Кмоль0К = 0,02155 Мдж/Кмоль0К. С`v = 4,6+0,0006·Тс = 4,6+0,0006·901,84 = 5,14 Ккал/Кмоль0К.

Выразим среднюю мольную изохорную и изобарную теплоемкость продуктов сгорания при максимальной температуре сгорания:



Для остаточных газов в конце сжатия средняя мольная изохорная и изобарная теплоемкость выразятся формулами:

= 19,91+0,00312·Тс =19,91+0,00312·901,84= 22,72 Кдж/Кмоль0К; = +8,32 = 22,72+0,00312·Тz+8,32 = = 31,04+0,00312·Тz Ккал/Кмоль0К. = 4,76+0,00074·Тс = = 4,76+ 0,00074·901,84 = 5,427 Ккал/Кмоль0К; = +1,986 = 5,427+0,00074·Тz+1,986 = 7,413+0,00074·Тz Ккал/Кмоль0К.

Определяем максимальную температуру цикла по упрощенному уравнению сгорания, так как γ_г <5%.

	0,00317 2+32,087 – 65415,81 = 0
	8862,25+7247,486 = 7,69 +0,00074 2 0,00074 2+7,69 –16109,736 = 0 .

---

Решая полученное квадратное уравнение, найдем Т_z:


Параметры процесса расширения

Степень предварительного расширения



Принимаем ρ = 1,35.

Степень последующего расширения

δ = = 9,27.

Методом последовательных приближений определяем средний показатель расширения, приняв первое приближение n₂ = 1,237.







35,1 = 35,1
Температура газов в конце расширения



Давление в конце расширения



Основные индикаторные и эффективные показатели цикла и его

экономичность

Теоретическое среднее индикаторное давление цикла:

Принимаем коэффициент полноты диаграммы φ = 0,96.

Определяем среднее индикаторное давление с учетом округления:

Р_i = φ·Р_i^' = 0,96·12,26 = 11,76 бар = 1,176 Мн/м².
Среднее эффективное давление

Р_е = η_м·Р_i = 0,85·11,76 = 10 бар = 0,1 Мн/м².

Определяем ожидаемые экономические показатели работы дизеля.

Индикаторный массовый удельный расход топлива:

Индикаторный весовой удельный расход топлива:

Эффективный массовый удельный расход топлива: Эффективный весовой удельный расход топлива:

---

Индикаторный к.п.д. цикла:





Эффективный к.п.д. двигателя

η_е = η_i·η_м = 0,403·0,85 = 0,343.

Полученные в расчете индикаторные и эффективные экономические показатели Р_i; Р_е; q_i; q_е; η_i; η_е находятся на одном уровне прототипного двигателя.
Основные размеры рабочего цилиндра.

Определяем величину хода поршня, приняв двигатель быстроходный, со средней скоростью движения поршня С_m = 9 м/сек





Находим диаметр рабочего цилиндра:

Д = 1,596 = =1,596 = 0,3 м Д = 1,07 = =1,07 = 0,3 м

Принимаем Д = 300 мм = 0,3 м.

Проверяем отклонение величины мощности от заданной.

Рассчитанная мощность



где Z – коэффициент тактности, для 4-х тактного дизеля равный 2;

n/Z – число рабочих циклов за 1 сек;

S и D – в м;

n – об/сек

Проверяем погрешность расчета. Заданная мощность N_e =810 кВт.

Что вполне допустимо, так как отклонение расчетной мощности от заданной не превосходит 1%.

Проверяем отношение величины хода поршня и диаметра цилиндра:



Для двигателей с оборотами 300-600 об/ мин. Рекомендуется S/D = 1,2-1,7.

Для оценки форсировки (напряженности) двигателя определяем поршневую удельную мощность:

э.л.с/дм².
Т.О., полученные основные размеры и важнейшие параметры цикла, соответствуют двигателю марки 6ЧНП 30/38.

---

Смотрите также файлы

• Задание на учебную практику по модулю уп. 02 для студентов 2 курса.docx

• Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова.ppt

• Вариант Функция предложения фирмы.docx

• Найдите и проанализируйте научные статьи (не менее 3).docx

• сестринский уход при инфекционных заболеваниях.doc