Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 172
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
21 полученные параметры процесса наполнения цилиндра принимаем как окончательные.
2.1.3 Процесс сжатия
Показатель политропы сжатия n
1
для малооборотных дизелей находится в пределах n
1
= 1.34÷1.36. При его выборе следует исходить из интенсивности теплообмена между зарядом воздуха и стенками цилиндра в процессе сжатия, условий охлаждения поршня, размеров D и S и частоты вращения ГД.
Принимаем n
1
= 1.35.
Давление и температура в конце сжатия:
????
????
= ????
????
∙ ????
????
????
1
= 3.13 ∙ 13 1.35
= 103 бар
(2.19)
????
????
= ????
????
∙ ????
????
????
1
−1
= 832 ????.
(2.20)
Степень повышения давления:
???? =
????
????
????
????
=
130 103
= 1.26,
(2.21) что практически совпадает по значению с ???? = 103/105 = 1,24 двигателя- прототипа. Поэтому нет необходимости корректировать принятую в расчет степень сжатия ????
????
= 13.
2.1.4 Процесс сгорания
Коэффициент использования теплоты ????
????
= 0.92 принимаем по верхнему пределу, так как для современных высокоэкономичных МОД характерна малая продолжительность сгорания топлива.
В принятой схеме по методу Гринивецкого-Мазинга определяем температуру ????
????
и объем
????
????
в точке «z» расчетного цикла.
Величина максимального давления сгорания ????
????
= 130 бар принята в соответствии с двигателем-прототипом.
Химический ????
0
и действительный коэффициенты молекулярного изменения:
????
0
= 1 +
8???? + ????
32????????
0
=
8 ∙ 0.126 + 0.004 32 ∙ 2.2 ∙ 0.495
= 1.03,
(2.22)
22 где:
????
0
=
1 0,21
(
????
12
+
????
4
−
????
32
) =
1 0,21
(
0.87 12
+
0.126 4
−
0.004 32
)
(2.23)
- теоретически необходимая масса воздуха для сжатия 1 кг топлива среднего состава.
???? =
????
0
+ ????
????
1 + ????
????
=
1,03 + 0,06 1 + 0,06
= 1,028.
(2.24)
Средняя мольная изохорная теплоемкость в точке «С»:
????
????????
= 20 + 0.0024????
????
= 20 + 0.0024 ∙ 832 = 22
кДж кмоль ∙ К
(2.25)
Теплоемкость в конце сгорания определяем с учетом изменения состава рабочего тела в конце сгорания:
????
????????
= (1 − 1/????)(20 + 0.0024????
????
+ (
1
????
) (21.5 + 0.0035????
????
) =
= 20.69 + 0.00271????
????
(2.26)
Температуру ????
????
рассчитываем по уравнению сгорания:
????
????
∙ ????
????
???? + ????
0
(1 + ????
????
)
+ (????
????????
+ 8.314????) ∙ ????
????
= ????(????
????????
+ 8.314)????
????
(2.27)
Левая часть уравнения после подстановки параметров дает число:
????
????
∙ ????
????
???? + ????
0
(1 + ????
????
)
+ (????
????????
+ 8.314????) ∙ ????
????
=
=
0,92 ∙ 42700 2,2 ∙ 0,495 ∙ (1 + 0,06)
+ (22 + 8,314 ∙ 1,26) ∙ 832 =
= 61539
(2.28)
Правая часть уравнения после подстановки параметров:
????(????
????????
+ 8.314)????
????
= 1,028(20,69 + 0,00271 ∙ ????
????
+ 8,314)????
????
= (29,816 + 0,0028????
????
)????
????
(2.29)
Окончательно уравнение сгорания примет вид:
(29,816 + 0,0028????
????
)????
????
= 61539
(2.30)
23
Приведем уравнение к виду:
????
????
=
61539 29,816 + 0,0028????
????
(2.31) и решим его методом последовательных приближений.
Решение: подставив ????
????
= 1800 К, получим ????
????
= 1766 К; подставив ????
????
= 1766 К, получим ????
????
= 1770 К; подставив ????
????
= 1770 К, получим ????
????
= 1770 К.
Полученное значение ????
????
= 1770 К лежит в рекомендованных пределах
(1700÷1900) К.
Объем в точке «Z» определим из уравнения состояния рабочего тела для начальной и конечной точек процесса сгорания:
???? =
????
????
∙
????
????
????
????
=
1.028 ∙ 1770 1.26 ∙ 832
= 1.73.
(2.32)
Объем рабочего тела в точке «C»:
????
????
=
????
ℎ
′
????
????
− 1
=
????
ℎ
(1 − ????
????
)
????
????
− 1
=
1.03(1 − 0.243)
13 − 1
= 0.065 м
3
(2.33)
Объем рабочего тела в точке «Z»:
????
????
= ????????
????
= 1.73 ∙ 0.065 = 0.112 м
3
(2.34)
2.1.5 Процесс расширения
Показатель политропы расширения газов в цилиндре n
2
для судовых МОД находится в пределах n
2
= 1,22÷1,27 и зависит от интенсивности теплообмена газообмена газов со стенками цилиндра и внутреннего теплопритока при сгорании топлива на линии расширения. Принимаем n
2
= 1,25.
Задачей расчета является определение давления и температуры рабочего тела в конце расширения.
Для расчетного цикла принимаем:
????
????
расч
= ????
????
= ????
????
????
????
= 13 ∙ 0.065 = 0.845 м
3
(2.35)
В действительном цикле из-за несимметричного газообмена:
????
????
= ????
????
+ ????
ℎ
(1 − ????
????
) = 0.065 + 1.03(1 − 0.202) = 0.884 м
3
(2.36)
24
Определив степень последующего расширения рабочего тела в расчётном цикле:
???? = ????
????
расч
/????
????
расч
= 0.845/0.112 = 7.54
(2.37) и параметры в точке «????
расч
», получим:
????
????
расч
=
????
????
????
????
2
=
130 7.54 1.25
= 10.4 бар,
(2.38)
????
????
расч
=
????
????
????
????
2
−1
=
1770 7.54 0.25
= 1066 ????
(2.39)
Действительные параметры рабочего тела в момент открытия выпускного клапана:
????
????
= ????
????
(
????
????
????
????
)
????2
= 130 (
0.112 0.884
)
1.25
= 9.83 бар
(2.40)
????
????
= ????
????
(
????
????
????
????
)
????2−1
= 1770 (
0.112 0.884
)
0.25
= 1056 ????.
(2.41)
Полученные параметры находятся в допустимых пределах для современных высокофорсированных дизелей: ????
????
= 9÷12 бар и ????
????
= 900÷1100 К.
2.1.6 Определение индикаторных и эффективных показателей
Среднее индикаторное давление расчетного цикла:
????
????
расч
=
????
????
????
????
− 1
[????(???? − 1) +
????????
????
2
− 1
(1 −
1
????
????
2
−1
) −
1
????
2
− 1
(1
−
1
????
????
????
1
−1
)] == 23.4 бар
(2.42)
Предполагаемое значение среднего индикаторного давления при несимметричном цикле рассчитываем по формулам:
????
????
= ????
????
расч
(1 − ????
????
) + Δ????
????
= 23.4(1 − 0.243) + 0.283 = 18 бар,
(2.43) здесь:
Δ????
????
= [
????
????
расч
+ ????
????
2
− ????
????
] (????
????
− ????
????
) = 0.283 бар.
(2.44)
Индикаторная мощность: ????
????
=
10????
ℎ
6????
???? ∙ ????
????
∙ ???? = 19034 кВт
(2.45)
25
Индикаторный КПД:
????
????
=
100 ∙ ????
????
∙ ????
ℎ
????
ц
∙ ????
Н
= 0,5
(2.46)
Удельный индикаторный расход топлива:
????
????
=
3600
????
????
∙ ????
Н
= 0.168 кг/кВт ∙ ч.
(2.47)
Значения эффективных энергетических и экономических показателей определяем с учетом приятного механического КПД ????
????
= 0.93:
????
????
= ????
????
????
????
= 17702 кВт,
(2.48)
????
????
= ????
????
????
????
= 16.74 бар,
(2.49)
????
????
=
????
????
????
????
= 0.180 кг/кВт ∙ ч.
(2.50)
Отклонения расчетных параметров от их заданных значений:
∆????
????
=
????
????
− ????
???? зад
????
???? зад
∙ 100% = −1,6%,
(2.51)
∆????
????
=
????
????
− ????
???? зад
????
???? зад
∙ 100% = −1,5%,
(2.52)
∆????
????
=
????
????
− ????
???? зад
????
???? зад
∙ 100% = 2,85%.
(2.53)
Полученные в результате расчета значения параметров ????
????
,
????
????
,
????
????
не превышают допустимые отклонения ∆= ±3,5% и поэтому они принимаются как окончательные.
Массовый часовой расход топлива среднего состава:
????
гд
= ????
????
????
????
= 3186 кг/ч.
(2.54)
2.1.7 Построение индикаторной диаграммы
С учетом размещения графика на листе формата А4, выбираем масштабы по давлению m p
= 1 мм/бар, по объему m v
= 200 мм/м
3
Для построения диаграммы рассчитываем ординаты точек политроп сжатия и расширения по следующим формулам:
????
сж
= ????
с
/(????/????
????
)
????
1
(2.55)
26
????
расш
= ????
????
/(????/????
????
)
????
2
(2.56)
Исходя из принятого масштаба, величина объемов в характерных точках диаграммы в масштабе чертежа составит:
????
ℎ
= ????
ℎ
∙ ????
????
= 206 мм,
(2.57)
????
????
= ????
????
∙ ????
????
= 13 мм,
(2.58)
????
????
= ????
????
∙ ????
????
= 22.4 мм,
(2.59)
????
????
= ????
????
∙ ????
????
= 169 мм,
(2.60)
????
????
= ????
????
∙ ????
????
= 176.8 мм,
(2.61)
????
????
= ????
????
∙ ????
????
= 219 мм.
(2.62)
Объемы цилиндра для построения на диаграмме участков газообмена в масштабе чертежа:
????
ℎ????
′′
= ????
ℎ
∙ ????
????
∙ ????
????
= 50 мм,
(2.63)
????
ℎ????
′′
= ????
ℎ
∙ ????
????
∙ ????
????
= 42 мм,
(2.64)
????
ℎ????
′′
= ????
ℎ
∙ ????
????
∙ ????
????
= 15 мм.
(2.65)
По характерным точкам диаграммы и результатам таблицы 2.2 на рисунке
2.1 выполнено построение индикаторной диаграммы. Рассчитанное по индикаторной диаграмме среднее индикаторное давление составит:
????
????????
=
????
????
????
????
∙ ????
????
=
4260 206
∙ 1 = 20.7 бар,
(2.66) где:
????
????
= 4260 мм
2
– площадь диаграммы,
????
????
= 206 мм – длина диаграммы.
Отклонение от расчетного значения:
????
????
????
=
????
????????
− ????
????
????
????
∙ 100% = 1,5%.
(2.67)
27
Таблица 2.2
Расчет политроп сжатия и расширения теоретической индикаторной диаграммы а) Расчет политропы сжатия
Расчетная точка
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
V/V
C
1(с)
1,5 2
3 4
5 7
9 11 13(а)
V м
3 0,065 0,097 0,130 0,195 0,260 0,325 0,455 0,585 0,715 0,845 мм
13,0 19,4 26,0 39,0 52,0 65,0 91,0 117,0 143,0 169,0 p бар
103 59,4 40,3 23,3 15,8 11,7 7,4 5,3 4,0 3,13 мм
103 59,4 40,3 23,3 15,8 11,7 7,4 5,3 4,0 3,13 а) Расчет политропы расширения
Расчетная точка
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
V/V
Z
1(z)
1,5 2
2,5 3
4 5
6 7
7,5(а)
V м
3 0,112 0,168 0,224 0,280 0,336 0,448 0,560 0,672 0,784 0,845 мм
22,4 33,6 44,8 56,0 67,2 89,6 112,0 134,4 156,8 169,0 p бар
130 78,3 54,6 41,4 32,9 23,0 17,4 13,8 11,4 10,4 мм
130 78,3 54,6 41,4 32,9 23,0 17,4 13,8 11,4 10,4
28
26
2.2 Описание конструкции главного двигателя
В соответствии с результатами расчет движительного комплекса к установке на судно в качестве главного был принят однорядный семицилиндровый двухтактный крейцкопфный реверсивный двигатель правого вращения с прямоточно-клапанной схемой газообмена при постоянном давлении газов перед турбиной ГТН производства объединенной фирмы «МАН Дизель и
Турбо» типа «МАН БиВ» серии 7S70MC.
Двигатель имеет увеличенное до 3,82 отношение S/D = 2674/700, что для сохранения требуемой для тихоходных дизелей скорости поршня C
m меньше 8 м/с, потребовало снизить частоту вращения коленчатого вала до n = 88 об/мин.
При этом средняя скорость поршня составила:
????
????
=
???? ∙ ????
30
=
2674 ∙ 88 30
= 7.8 м/с.
(2.68)
Фундаментальная рама двигателя сварной конструкции коробчатой формы с цельнолитыми поперечными балками и с закрепленными в них стальными стульями под рамовые подшипники.
Станина двигателя состоит из «А» -образных стоек сварной конструкции, соединенных между собой толстыми стальными листами, на которых расположены двери картера с вмонтированными в них предохранительными клапанами и смотровыми лючками. По высоте стоек проходят трубы под анкерные связи.
Блок цилиндров состоит из чугунных рубашек, соединенных между собой болтами.
Блок цилиндров, станина и фундаментальная рама образуют единый остов двигателя, благодаря длинным анкерным связям, проходящим от верхней плоскости фундаментальной рамы. Анкерные связи разгружают элементы остова от напряжений растяжения и изгиба. Анкерные связи, обычно, затягивают с усилием в 1,5 раза превышающим максимальное давления сгорания в цилиндрах. Равномерная затяжка анкерных связей производится с
27 использованием гидравлических приспособлений, согласно инструкции завода- изготовителя дизеля.
Коленчатый вал двигателя составной, то есть рамовые и мотылевые шейки запрессованы в щеки. Масло поступает к рамовым подшипникам от маслоразводящего коллектора под давлением 0,25 МПа, регулируемым редукционным клапаном. На смазку головных подшипников, параллелей крейцкопфа, мотылевых подшипников и на охлаждение поршня, масло под давлением в
0,4
МПа поступает к крейцкопфу от общего маслораспределительного коллектора по телескопической трубе.
Поршень двигателя имеет стальную головку, выполненную из молибденовой жаростойкой, стали, и очень короткий чугунный тронк. Для снижения деформаций днища поршня, возникающих от давления газов, фирма использовала опорный стакан, диаметр которого составляет 0,7 диаметра цилиндра. Этим достигается равновесие сил давления газов на центральную и периферийную поверхности днища поршня, позволяющей уменьшить изгибающие напряжения в месте перехода днища в боковые стенки.
В связи с периферийным расположением трех форсунок, днище поршня имеет сферическую форму. Равномерный обдув днища поршня холодным воздухом при продувке, позволил сохранить масляное охлаждение, применение которого значительно упрощает конструкцию и эксплуатацию двигателя.
Подвод охлаждающего масла в поршень из поперечного крейцкопфа осуществляется по кольцевому зазору между стенкой сверления в штоке поршня и вставной маслоотводящей трубы. Отработавшее масло из головки поршня сливается по трубе, расположенной внутри штока. Из трубы масло поступает в канал поперечины крейцкопфа, соединенный с гуськом, свободный конец которого ходит в прорези неподвижной отводящей трубы, а затем в сточную
(сборную) масляную цистерну.
Использование прямоточно-клапанной схемы продувки дало возможность применять простую осесимметричную конструкцию цилиндровой втулки, в нижней части которой равномерно по окружности расположено 20 продувочных