ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 170
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Прототипный двигатель 6ЧН 15-18.Задание: Рассчитать рабочий цикл дизель-генератора четырехтактного типа.Эффективная мощность Ne = 337,18 э.л.с. (248 Квт) при частоте вращения n = 1500 об/мин (25 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 = 14Давление 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
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 ∆Тохл = 600Тs = Тк – ∆Тохл = 395 – 60 = 3350 КТемпература воздуха, поступающего в цилиндр, нагретого стенками цилиндра (степень подогрева примем ∆Т = 50)Т`s = Тs + ∆Т = 335 + 5 = 340 0 КДавление начала сжатия примемPа = 0,95·Рs = 0,95·1,96 = 1,862 бар = 0,186 Мн/м2Где давление надувочного воздуха после охлажденияРs = Рк – ∆Р = 2 – 0,04 = 1,96 бар = 0,196 Мн/м2здесь сопротивление воздуха в охладителе принято ∆Р =0,04 бар.Давление остаточных газов принимаемРг = 0,85·Рs = 0,85·1,96 = 1,666 бар = 0,166 Мн/м2Коэффициент остаточных газовγг = Тоже получим в системе СИ.Температура смеси свежего заряда с остаточными газами в начале сжатия:Та=Коэффициент наполнения рабочего цилиндра воздухом: .Параметры процесса сжатияМетодом последовательных приближений определим средний показатель политропы сжатия, приняв первое приближение n1 = 1,37n1 =
+1 = +1 = 1,37;1,37 = 1,37окончательно принимаем n1 = 1,37.Давление в конце сжатия = 69,21 бар = 6,92 Мн/м2.Температура в конце сжатия = 936,150 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: = 1,3.Средняя изохорная мольная теплоемкость сухого воздуха в конце сжатия:
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:
Определяем максимальную температуру цикла по упрощенному уравнению сгорания, так как γг <5%.
Решая полученное квадратное уравнение, найдем Тz:
Параметры процесса расширенияСтепень предварительного расширенияПринимаем ρ = 1,5.Степень последующего расширенияδ = = 9,29.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' = 0,96·12,64 = 12,13 бар = 1,213 Мн/м2.Среднее эффективное давлениеРе = ηм·Рi = 0,85·12,64 = 10,31 бар = 1,031 бар = 0,103 Мн/м2.Определяем ожидаемые экономические показатели работы дизеля.
Индикаторный весовой удельный расход топлива:
Индикаторный к.п.д. цикла:Эффективный к.п.д. двигателяηе = ηi·ηм = 0,412·0,85 = 0,35.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:
Принимаем Д = 150 мм = 0,15 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 =248 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 750-2500 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
| | Tk=  Tk = |
к = 3950 К целесообразно установить охладитель воздуха за нагнетателем. Определим температуру надувочного воздуха, приняв ∆Тохл = 600Тs = Тк – ∆Тохл = 395 – 60 = 3350 КТемпература воздуха, поступающего в цилиндр, нагретого стенками цилиндра (степень подогрева примем ∆Т = 50)Т`s = Тs + ∆Т = 335 + 5 = 340 0 КДавление начала сжатия примемPа = 0,95·Рs = 0,95·1,96 = 1,862 бар = 0,186 Мн/м2Где давление надувочного воздуха после охлажденияРs = Рк – ∆Р = 2 – 0,04 = 1,96 бар = 0,196 Мн/м2здесь сопротивление воздуха в охладителе принято ∆Р =0,04 бар.Давление остаточных газов принимаемРг = 0,85·Рs = 0,85·1,96 = 1,666 бар = 0,166 Мн/м2Коэффициент остаточных газовγг = Тоже получим в системе СИ.Температура смеси свежего заряда с остаточными газами в начале сжатия:Та=Коэффициент наполнения рабочего цилиндра воздухом: .Параметры процесса сжатияМетодом последовательных приближений определим средний показатель политропы сжатия, приняв первое приближение n1 = 1,37n1 =
+1 = +1 = 1,37;1,37 = 1,37окончательно принимаем n1 = 1,37.Давление в конце сжатия = 69,21 бар = 6,92 Мн/м2.Температура в конце сжатия = 936,150 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: = 1,3.Средняя изохорная мольная теплоемкость сухого воздуха в конце сжатия:
| | С`v = 19,3+0,0025·Тс = 19,3+0,0025·936,15 = = 21,64 Кдж/Кмоль0К = 0,02164 Мдж/Кмоль0К. С`v = 4,6+0,0006·Тс = 4,6+0,0006·936,15 = 5,16 Ккал/Кмоль0К. |
| |   |
| |  = 19,91+0,00312·Тс =19,91+0,00312·936,15= 22,82 Кдж/Кмоль0К; = +8,32 = 22,82+0,00312·Тz+8,32 = = 31,14+0,00312·Тz Ккал/Кмоль0К. = 4,76+0,00074·Тс = = 4,76+ 0,00074·936,15 = 5,45 Ккал/Кмоль0К; = +1,986 = 5,45+0,00074·Тz+1,986 = 7,438+0,00074·Тz Ккал/Кмоль0К. |
| |   0,00317  2+31,148 – 65094 = 0 |
| |   8862,25+7247,486 = 7,69 +0,00074 2 0,00074 2+7,69 –16109,736 = 0 . |
Решая полученное квадратное уравнение, найдем Тz:
| |   |
| | Индикаторный массовый 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 = 0,412·0,85 = 0,35.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  = 0,15 мД = 1,07 ==1,07  = 0,15 м |