Материал: СМ ПМ.01 Тема 1.1.1. СЭУ 4-х без-наддува ДВС КР Либерис 2020 готово (1)

В зависимости от типа, наличия соответствующей системы топливоподготовки и результатов испытаний дизеля рекомендуется применять следующие виды топлив:

- для малооборотных дизелей до 200 об/мин маловязкие сорта топлив типа дизельных дистиллятных ГОСТ 305-2013, средневязкие топлива типа ДТ и высоковязкие сорта топлив типа ДМ ГОСТ 1667-68, а так же мазуты: мазут флотский Ф5, Ф12, топочный 40, топочный 100.

- для среднеоборотных дизелей до 500 об/мин маловязкие сорта топлив ГОСТ 305-2013, и средневязкие сорта топлив типа ДТ по ГОСТ 1667-68.

- для двигателей повышенной оборотности при n> 750 об/мин только маловязкие сорта топлив.

- для всех дизелей независимо от оборотности газотурбинное топливо по ГОСТ 10585-2013.

Все вышеуказанные сорта топлив должны удовлетворять требованиям стандартов, которые приведены в Таблице 2.

Физико-химические свойства топлив, рекомендуемых к применению в судовых дизелях

Таблица 2

В состав топлив для дизелей входят: С – углерод, Н – водород, S – сера и О – кислород, а так же некоторое количество воды и золы. В расчетах наличием мелких составляющих пренебрегают, поэтому следует принимать средний состав топлива по наличию С, Н, S, О. Средний состав топлив приведен в Таблице 3.

Таблица 3

Средний состав жидких топлив

Теплотворную способность топлива по химическому составу можно определить по формуле Д.И.Менделеева:

Q_н = 33900хС + 103000хН – 10900х(О – S) кДж/кг топлива

где: С, Н, О и S – соответственно содержание углерода, водорода, кислорода и серы в массовых долях (например, если углерода С = 85%, то в формулу нужно подставлять С = 0,85). Эти данные приведены в Таблице 4.

Таблица 4

ƞ_{мех –} КПД называется отношение эф. Мощности к инд. мощности.

ƞ_{мех =}

МеханическоеКПД характеризует относительные потери мощности на трение механизмов двигателя, на выпуск отработавших газов и наполнения цилиндра свежим зарядом, определяет рациональность конструкции двигателя, качество обработки и сборки деталей.

Раздел 5. Тепловой расчет рабочего цикла

5.1. Параметры процесса наполнения

В реальном двигателе в начале каждого цикла в цилиндр двигателя поступает определенное количество свежего заряда воздуха. На процесс наполнения влияют следующие факторы:

- аэродинамические потери во впускном тракте, впускных клапанах и продувочных окнах, а если двигатель с надувом, сюда добавляются потери на холодильнике воздуха после нагнетателя, в результате чего давление в конце процесса наполнения снижается.

- подогрев воздуха от соприкосновения с нагретыми деталями двигателя (стенки цилиндров, донышко поршня, крышка цилиндра, клапана, продувочные окна и т.д.) в результате чего его температура повышается и соответственно уменьшается плотность и количество свежего заряда.

- неполная очистка цилиндра от продуктов сгорания, т.к. при любой схеме газообмена в цилиндре всегда остаются остаточные газы.

- перемешивание свежего заряда воздуха с горячими остаточными газами еще больше снижает плотность воздуха.

Все это приводит к тому, что действительное количество воздуха, поступившего в цилиндр двигателя, меньше того теоретического количества воздуха, которое могло бы разместиться в цилиндре.

Давление в конце процесса наполнения по опытным данным составляет для четырехтактных ДВС:

без наддува Р_а = (0,85 – 0,9)Р₀

с наддувом Р_а = (0,9 – 0,96)Р_s

Р₀ = 0,1 Мпа по ГОСТ 10150-2014; Р_s – давление перед впускными клапанами у 4-х тактных ДВС с наддувом.

В 2-х тактных ДВС Р_s- давление в продувочном и наддувочном ресивере. При расчете давление принимаем в абсолютных величинах. В формулах (3) и (4) меньшие значения относятся к быстроходным дизелям. При отсутствии промежуточного охлаждения воздуха после нагнетателя можно принять Р_s = Р_к, где Р_к – давление воздуха после нагнетателя. Величиной Р_к задаемся, используя данные двигателя – прототипа. При наличии холодильника после нагнетателя для 2-х и 4-х тактных ДВС давление Р_s рассчитываем по формуле:

Р_s = Р_k - ∆Р_хол

где: ∆Р_хол - потеря давления от сопротивления холодильника;

∆Р_хол = (0,003 – 0,005) МПа меньшие значения относятся к низким степеням наддува.

Степень увеличения мощности ДВС посредством наддува принято оценивать коэффициентом, получившим название степень наддува:

λн = N_eн/N_е = ρ_ен/ρ_е

где: N_eн, ρ_ен – эффективная мощность и среднее эффективное давление двигателя, форсированного наддувом. По достигнутому значению ρ_ен двигатели можно разделить на три категории:

Таблица 6

Таблица 5

Механический КПД показывает, какая часть инд. Мощности может быть превращена в полезную работу , он учитывает потерю на трение , затраты мощности на привод вспомогательных механизмов, а также потери мощности на выталкивание отработавших газов и наполнения цилиндров свежим зарядом. Кроме того, мех. КПД характеризует рациональность конструкции двигателя, обработки и сборки детали.

5.2 Параметры процесса сжатия

Для дизелей степень сжатия должна обеспечивать надежность самовоспламенения топлива.

При повышении степени сжатия воздуха у дизелей увеличивается надежность самовоспламенения, уменьшается объем камеры сжатия и коэффициент остаточных газов, что приводит к некоторому увеличению коэффициента наполнения .

Однако при больших значениях ε повышается давление и температуры газов в конце горения, что создает трудности в уплотнение поршней, увеличивает нагрузку на подшипники и вызывает необходимость усиления конструкции двигателя

Степень сжатия различных типов двигателей находится в пределах:

- 4 т ДВС без наддува ε = 14 – 18

- 4 т. ДВС с наддувом ε = 12 – 13,25

- 2 т ДВС ε = 11 – 12,9

Следует отметить, что в современных двигателях повышенной оборотности фирмы MAN и MAK, принимают степень сжатия ε = 15,2 - 15,9, при этом степень повышения давления, принимают λ =1,01 -1,3.

По опытным данным средний показатель политропы сжатия n₁ имеет следующие значения:

- тихоходные дизели большой и средней мощности с охлаждаемыми чугунными поршнями n₁ = 1,32 – 1,29

- быстроходные дизели с неохлаждаемыми поршнями n₁ = 1,38 – 1,42

- дизели с алюминиевыми поршнями n₁ = 1,33 – 1,38

Показатель политропыn₁ уточняется методом последовательных приближений по уравнению:

n₁ =

Показатель политропы сжатия n₁ следует задаться в пределах

n₁ = 1,35 ÷ 1,42, помня, что на величину n₁ оказывают влияние быстроходность двигателя, материал поршня и охлаждение поршня. С увеличением быстроходности показатель растет, так как уменьшается время теплообмена.

Выбираем первоначальное значение показателя политропыn₁ и подставляем в формулу. Высчитываем новое значение n₁ и сравниваем его с первоначальным. Если разница будет меньше 0,002 прекращаем вычисления. Если это условие не выполняется то подставляем вычисленное значение n₁ в формулу пока не выполнится условие n_1(выч) – n_{1 (пред)}< 0,002.

5.3 Параметры процесса сгорания

При расчете рабочего цикла важно оценить величину коэффициента избытка воздуха α. По опытным данным в зависимости от качества смесеобразования средние величины α находятся в следующих пределах и приведены в Таблице 7.

Таблица 7