Прототипный двигатель 6 ЧНП 30/38Задание:Рассчитать рабочий цикл дизель-генератора четырехтактного типа.Эффективная мощность Ne = 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.Qн = 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.Qн = 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…………………… .Pz = 90 бар (9 Мн/м2)Степень сжатия………………………………………ε = 12,5Давление окружающей среды………………………P0 = 1бар (0,098 Мн/м2)Температура окружающей среды……………….….Т0 = 2900 ККоэффициент избытка воздуха……………………..α = 1,8Температура остальных газов………………………Тг = 8000 КДавление после нагнетателя…………………….......Рк = 2 бар (0,2 Мн/м2)Коэффициент использования тепла в конце горения……………………………………...ξz = 0,75Коэффициент использования теплав конце расширения………………………………….ξв = 0,86Механический КПД двигателя………………………ήм = 0,85РасчетОпределяем теоретически необходимое количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива (вес); в системе единиц СИ для 1 кг массы топливаДействительное 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 цилиндраОпределяем температуру воздуха после центробежного нагнетателя (корпус нагнетателя охлаждаемый).Принимаем средний показатель сжатия nн = 1,8
Tk=
Tk =
С целью понижения средней температуры цикла и увеличения наполнения цилиндра при Тк = 3950 К целесообразно установить охладитель воздуха за нагнетателем.
Определяем максимальную температуру цикла по упрощенному уравнению сгорания, так как γг <5%.
0,003172+32,087 – 65415,81 = 0
8862,25+7247,486 = 7,69 +0,000742
0,000742+7,69 –16109,736 = 0 .
Решая полученное квадратное уравнение, найдем Тz:
Параметры процесса расширенияСтепень предварительного расширенияПринимаем ρ = 1,35.Степень последующего расширенияδ = = 9,27.Методом последовательных приближений определяем средний показатель расширения, приняв первое приближение n2 = 1,237.35,1 = 35,1Температура газов в конце расширенияДавление в конце расширенияОсновные индикаторные и эффективные показатели цикла и его экономичностьТеоретическое среднее индикаторное давление цикла: Принимаем коэффициент полноты диаграммы φ = 0,96.Определяем среднее индикаторное давление с учетом округления:Рi = φ·Рi' = 0,96·12,26 = 11,76 бар = 1,176 Мн/м2.Среднее эффективное давлениеРе = ηм·Рi = 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. двигателяηе = ηi·ηм = 0,403·0,85 = 0,343.Полученные в расчете индикаторные и эффективные экономические показатели Рi; Ре; qi; qе; ηi; ηе находятся на одном уровне прототипного двигателя.Основные размеры рабочего цилиндра.Определяем величину хода поршня, приняв двигатель быстроходный, со средней скоростью движения поршня Сm = 9 м/секНаходим 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 мощностьгде 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/секПроверяем погрешность расчета. Заданная мощность Ne =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.