Материал: Тепловой расчет судового двигателя внутреннего сгорания

 МПа

 = 357= 860 K

Процесс сгорания

Максимальное давление цикла:

Максимальная температура цикла определяется из уравнения сгорания

Где - низшая теплота сгорания топлива

 = 41418 кдж/кг

 количество воздуха теоретически необходимого для полного сгорания 1 кг топлива:

, кмоль/кг

C, H, S, O - элементарный состав топлива.

Для данного топлива: C = 0,865; H = 0,126; S =0,004; O = 0,005

 кмоль/кг

 - средняя молярная теплоёмкость сухого воздуха

кдж/(кмольК)

 - средняя молярная изобарная теплоёмкость смеси «чистых» продуктов сгорания с оставшимися в цилиндре после сгорания избыточным воздухом и остаточными газами в точке Z

=== = 28,227 + 0,00308

 действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

теоретический или химический коэффициент горючей смеси:

Рассчитанные численные значения подставим в уравнение сгорания

0,00318

Решая квадратное уравнение получим:

Процесс расширения

Степень предварительного расширения :

Степень последующего расширения :

Давление в конце расширения

 , Мпа

Где  - средний показатель политропы расширения

Принимаем

Тогда

Температура в конце расширения:

Параметры газа в выпускном тракте

Среднее давление газов за выпускными клапанами.

 ,Мпа

Где  - коэффициент потери давление при продувке во впускных и выпускных клапанах.

Принимаем . Тогда

 , МПа

Среднее давление газов перед турбиной

 ,Мпа

где - коэффициент потери в давления в выпускном тракте от цилиндра до турбины.

Принимаем  , Тогда

Средняя температура газов перед турбиной

Где относительная потеря теплоты с выпускными газами перед турбиной.

Принимаем ;

 = 1,6. Принимаем  = 1,62

масса воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива

кг/кг

Где масса 1кмоля воздуха

кг/кг

 кдж/кмоль средняя изобарная теплоёмкость газов.

Принимаем

Энергетические и экономические показатели двигателя

Среднее индикаторное давление теоретического (расчётного) цикла, отнесённое к полезному ходу поршня:

Среднее индикаторное давление предполагаемого действительного цикла:

 МПа

Где = 0,96 коэффициент округления (полноты) диаграммы.

Принимаем = 0,96

 МПа

Индикаторная мощность, развиваемая в цилиндре

Где z - коэффициент тактности, z=1 для четырёхтактных двигателей

Индикаторный КПД двигателя:

Удельный индикаторный расход топлива:

Среднее индикаторное давление двигателя:

Мпа

Где  механический КПД двигателя

Тогда

Эффективная цилиндровая мощность:

Эффективная мощность двигателя:

Где  количество цилиндров двигателя.

Отклонение расчётной () мощности от заданной:

Эффективный КПД двигателя:

Удельный эффективный расход топлива:

Часовой расход топлива двигателем:

Цикловая подача топлива:

Построение индикаторной диаграммы.

Теоретическую (расчётную) диаграмму строят в координатах P - V . По оси абсцисс в масштабе откладывают относительные объёмы, а по оси ординат - давление в цилиндре. При построении индикаторной диаграммы по оси абсцисс откладываем отрезок А, соответствующий ходу поршня , взятому в натуральную величину. При этом принимается, что полный объём цилиндра V_a= A =220 мм.

Тогда длина отрезка, соответствующая объёму камеры сгорания находится следующим образом:

Разница объемов или расстояниеzz^,определяется следующим образом.

zz^,=

^,=12(1.44 -1) = 5.28 мм

Действительный рабочий объём цилиндра:

Отложив по оси абсцисс соответствующие объёмы, по оси ординат откладываем отрезок В, соответствующий максимальному давлению цикла  .

Определим масштаб давления:

Определяем ординаты характерных точек:

Определим промежуточные объёмы и соответствующие им давления сжатия и расширения.)      Процесс сжатия

)        Процесс расширения

В этих выражениях  ,  и известны;  обозначают промежуточные значения объёма и давления.

При расчёте процесса сжатия значения  принимают произвольно в пределах от  до  , а при расчёте процесса расширения от  до  . Объём  можно определить следующим образом:

Расчёт процессов сжатия и расширения удобно вести в табличной форме.

Таблица 2

Для более полного учёта особенностей протекания действительного цикла в теоретической диаграмме скругляют углы в точках С (вследствие опережения подачи топлива сгорание начинается до ВМТ), Z¢ и Z (сгорание происходит при переменных значениях давления и объёма), а также исправляют конец диаграммы на участке газообмена.

Для проверки правильности построения индикаторной диаграммы необходимо планиметрированием определить площадь индикаторной диаграммы, а среднее индикаторное давление по следующей формуле:

МПа

Где мм² - площадь индикаторной диаграммы;  - длина диаграммы, соответствующая полному рабочему объёму цилиндра. Тогда

Отклонение ¢ от значения полученного расчётом ():

Отклонение не превышает допустимые 3-4%

4.      Расчёт сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Сила давления газов приложена к поршню и действует вдоль оси цилиндра. Давление газов переменно по значению, закон его изменения определяется из индикаторной диаграммы, построенной методом А.Ф.Брикса из координат давление - ход поршня в координаты давление - угол поворота кривошипа. При этом поправка Брикса определяется по формуле:

Где R= S/2 = 220/2 = 110 мм

Тогда

После построения индикаторной диаграммы находятся значения сил давления газов (), соответствующие углам поворота коленчатого вала и заносятся в таблицу 3

Сила инерции поступательно движущихся масс определяется по следующей формуле:

Где площадь поперечного сечения поршня:

Где угловая скорость коленчатого вала:

радиус вращения кривошипа:

табличный коэффициент, численные значения которого выбираем из специальной таблицы в зависимости от значений  и.