Материал: Разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями

Разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит: 1 чертеж поперечного разреза двигателя на листе формата А1; 1 чертеж продольного разреза на листе формата А1, 1 чертеж распределительного вала формата А3, 2 листа динамического расчета формата А1; пояснительная записка содержит 54 листов; 7 рисунков; 6 таблиц; 5 источников.

Целью курсового проекта является разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями.

Указанная цель достигается повышением давления надувочного воздуха, совершенствованием рабочего цикла и перерасчетом основных деталей дизеля на прочность. Выполнен расчет основных систем двигателя, определены основные параметры газораспределительного механизма, разработаны чертежи продольного и поперечного разреза двигателя.

1.      
Тепловой расчет двигателя

1.1     Выбор и обоснование исходных данных

Основной целью теплового расчёта является:

. Определение значения параметров состояния рабочего тела в характерных точках

2. Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя

3. Построение индикаторной диаграммы

4.Определение основных размеров двигателя (Диаметр цилиндра и ход поршня)

5. определение параметров рабочего тела в турбине и компрессоре

Основные технические параметры прототипа

Значение параметров выбираем на основании опытных данных в соответствии с назначением двигателя, режимом его работы и особенностями рабочего цикла двигателя подобного типа.

Исходные данные: ,

Степень сжатия

Проектируемый двигатель - тихоходный, среднеоборотный дизель с наддувом, с неразделённой камерой сгорания. Поэтому, для обеспечения надёжного воспламенения в любых условиях эксплуатации достаточно невысокой степени сжатия ε=12. Дальнейшее увеличение ε приведёт к нежелательному повышению максимального давления сгорания и, следовательно, к увеличению нагрузки на детали двигателя. Принимаем ε=12,5

Коэффициент избытка воздуха

α-отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр к количеству воздуха, теоретически необходимому для полного сгорания топлива. У двигателей с наддувом α=1.6÷2,2. Меньшие значения α повышают теплонапряжённость двигателя, увеличивается дымность выпускных газов, хуже протекают процессы смесеобразования и сгорания. Варьирование α является одним из способов достижение необходимого Р_е указанного в задании. Увеличение α приводит к уменьшению литровой мощности двигателя. Принимаем .

Коэффициент использования теплоты

Коэффициент использования теплоты в точках z и b ξz, ξb. Учитывают потери теплоты в начале и в конце расширения.

Наддув уменьшает эти параметры, частота вращения увеличивает их. Поэтому, для среднеоборотного дизеля с наддувом можно принять:

Максимальное давление сгорания .

Максимальное давление сгорания принимаем на основании уже существующих прототипов. Для среднеоборотного дизеля со средней степенью наддува, значение  можно принять равным 9 МПа. Температура остаточных газов.

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха для дизелей температура остаточных газов лежит в пределах  К.

Температура Тг возрастает при уменьшении α, применении наддува и повышении наддува, с увеличением частоты вращения. Принимаем Тг = 820 К

Подогрев свежего заряда.

Естественный подогрев свежего заряда в дизеле с наддувом за счет уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Принимаем ΔТa=10 К

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

 показывает насколько расчётная индикаторная диаграмма отличается от действительной. Принимаем

Параметры топлива.

В соответствии с ГОСТ 305-73 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо. Цитановое число топлива не менее 45.

Средний элементарный состав топлива:

С=0,87 ; Н=0,126 ; О=0,004

Низшая теплотворная способность: Q_H=42500 кДж/кг

Параметры окружающей среды.

При расчетах принимается давление окружающей среды Р0=0,1 МПа, а температура Т0=288

Литраж проектируемого двигателя.

Среднее эффективное давление.

МПа.

Требуемое давление наддува (ориентировочное).

 МПа.

1.2     Расчёт параметров процесса впуска

Целью расчета процесса наполнения является определение параметров состояния рабочего тела в цилиндре в конце процесса наполнения р_а и Т_а, а также определение параметров, характеризующих эффективность процесса газообмена.

Давление на выходе из компрессора:

Температура воздуха на выходе из компрессора:

К

n_k = 1.55 - показатель политропы в надувочном компрессоре.

Устанавливается односекционный холодильник с , .

Температура воздуха после холодильника:

Температура воздуха в цилиндре в конце наполнения:

Т_к^`` = T_k + ΔT_a = 336,70 + 10 = 336,70 K

Давление заряда в конце наполнения:

Давление остаточных газов в цилиндре:

Коэффициент остаточных газов.

где  - температура остаточных газов.

Температура заряда в цилиндре в конце наполнения:

Коэффициент наполнения:

1.3     Расчёт параметров процесса сжатия

двигатель индикаторный газ давление

Целью расчета процесса сжатия является определение параметров состояния рабочего тела в конце процесса сжатия - давления р_с и температуры Т_с.

Процесс сжатия в цикле предназначен для повышения давления и температуры заряда в цилиндре с целью обеспечения надежного самовоспламенения и эффективного сгорания впрыскиваемого топлива на всех режимах работы, а также для увеличения перепада температур в цикле с целью повышения его КПД.

Действительный процесс сжатия происходит по политропе с показателем n₁, переменным на всем ходе поршня. В расчетах для упрощения показатель политропы n₁ условно принимают как среднюю постоянную величину из условия равенства работы сжатия при истинном и условном его значениях.

При расчетном определении показателя n₁ и в последующем, при расчете параметров процессов сгорания и расширения, необходимо оперировать с теплоемкостью рабочего тела в характерных точках рабочего цикла.

С целью упрощения теплоемкости условно считают, что продукты сгорания представляют собой двухкомпонентную смесь, состоящую из «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха, который не использовался при сгорании.

Средняя молярная изохорная теплоемкость для сухого воздуха определяется по выражению

 , кДж/(кмоль∙К),

Для «чистых» продуктов сгорания

, кДж/(кмоль∙К).

Показатель политропы сжатия n₁ определяется по формуле

Уравнение решается методом последовательных приближений. Задаваясь любым значением n₁ из указанных пределов его значений n₁=1,35…1,38, добиваемся равенства левой и правой частей уравнения. Достаточная точность схождения ∆≤0,001.

Задаемся n₁=1,37.

Точность сходимости достаточная. Принимаем n₁ = 1,371

Давление в конце сжатия:

.

Температура в конце сжатия:

 K

1.4     Расчёт параметров процесса сгорания

Целью расчета процесса сгорания является определение его конечных параметров - максимальных значений давления сгорания p_z и температуры сгорания Т_z.

Процесс сгорания рассчитывают, исходя из сжигания 1 кг топлива.

Элементарный массовый состав топлива С+Н+О = 1 кг, где массовые доли элементов условно обозначены их химическими символами. Для дизельного топлива среднего состава имеем: С=0,87; Н=0,126; О=0,004.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

кмоль/кг

Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании.

кмоль/кг

Коэффициент молекулярного изменения:

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

Доля топлива, сгоревшая к моменту точки z:

Коэффициент молекулярного изменения в точке z:

Степень повышения давления:

Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке z:

Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке b:

Температура сгорания:

Максимальная температура сгорания T_z определяется в результате решения уравнения сгорания.

Уравнение сгорания.

Приравнивая левую и правую части получим квадратное уравнение:

Решив уравнение, получим:

Степень предварительного расширения.

1.5     Расчёт параметров процесса расширения

Целью расчета процесса расширения является определение параметров состояния рабочего тела в цилиндре в конце расширения- температуры Т_b и давления p_b.

Степень последующего расширения:

Средний показатель политропы расширения n₂ и температуру в конце расширения Т_b определяем совместным решением их уравнений методом последовательных приближений

После подстановки известных величин и вычислений получим

Задаемся n₂=1,244.

∆=0,0001 - сходимость достигнута.

Принимаем n₂ = 1,244, Т_b = 1129 К.

Давление в конце расширения:

Проверка правильности выбора температуры остаточных газов:

Ошибка выбора составляет 1,07 %, что не превышает допустимого значения ошибки, которое составляет 5%.

1.6     Индикаторные показатели двигателя

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление p_i, МПа, индикаторная мощность N_i, кВт, индикаторный удельный расход топлива g_i, г/кВт∙ч и индикаторный КПД ɳ_i.

Индикаторные показатели являются внутренними показателями двигателя, характеризуют совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывают только тепловые потери в самом цилиндре.

Средним индикаторным давлением называется такое условное, постоянное по величине, избыточное давление в цилиндре, которое, действуя на поршень, совершает за один его ход от ВМТ к НМТ работу, равную индикаторной работе цикла.

Расчётное значение среднего индикаторного давления.

Действительное среднее индикаторное давление.

где  - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Мощность, соответствующая суммарной индикаторной работе всех

цилиндров, называется индикаторной мощностью двигателя.

Индикаторная мощность:

В цикле реального двигателя преобразование теплоты топлива в механическую работу сопровождается потерями теплоты с выпускными газами, в систему охлаждения и вследствие неполноты сгорания. Все эти тепловые потери в относительном виде учитываются индикаторным КПД ɳ_i, который является критерием совершенства использования теплоты, подведенной к рабочему телу с топливом.

Индикаторным КПД двигателя называется отношение количества теплоты, преобразованной в индикаторную работу L_i, к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы Q_i.

Индикаторный КПД:

В абсолютном виде тепловое совершенство двигателя оценивается показателем внутренней экономичности двигателя - удельным индикаторным расходом топлива g_i, который показывает сколько килограммов топлива расходуется на единицу произведенной индикаторной работы.