Расчет рабочего цикла двигателя

Задание

Тип двигателя 6K67GFCA.

Частота вращения n = 160 об/мин Удельный эффективный расход топлива g_e^зад = 191 г/кВт· ч Среднее эффективное давление P_e^зад = 1,38 МПа Число цилиндров i = 6.

Диаметр цилиндра D = 67 см Ход поршня S = 140 см Давление в конце сжатия P_c^зад = 8,3 МПа Максимальное давление цикла P_z^зад = 9,2 МПа Угол закрытия газораспределительных органов _а = 72ПКВ после НМТ Угол открытия впускных органов _b = 78ПКВ до НМТ Угол открытия продувочных органов _d = 41ПКВ до НМТ Постоянная КШМ _ш = 0,28.

Механический КПД _м = 0,91.

Коэффициент тактности (2^х-тактного) m = 1.

Топливо (СВЛ) Массовое содержание углерода С = 0,8576.

Массовое содержание водорода Н = 0,1051.

Массовое содержание серы S = 0,02.

Массовое содержание кислорода O = 0,0102.

Массовое содержание воды W = 0,005.

Массовое содержание азота N = 0,0017.

Массовое содержание золыA = 0,0004.

Исходные данные к расчёту :

Коэффициент тактности m=1.

Проектная эффективная мощность двигателя, кВт:

N_e^зад = = = 10 890.

Радиус кривошипа, м:

R = = = 0,70.

Поправка Брикса, м:

ОО? = = = 0,098.

Коэффициент потерянного хода поршня:

_а = = = 0,286, где.

S_а — потерянный ход поршня (из рис. 1).

Молярная масса кислорода в воздухе ₀₂ = 32 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса азота в воздухе _N2 = 28 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса воздуха, кг/кмоль:

_в = 0,23· ₀₂ + 0,77· _N2 = 0,23· 32 + 0,77· 28 = 28,92.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

L_о= = 0,471.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

L_o?= = = 13,61.

Процесс наполнения:

Температура забортной воды t_зв = 20C.

Температурный перепад в охладителе пресной воды t_оп = 11C (принимаем).

Температура охлаждающей воды, C:

t_охл = t_зв + t_оп = 20 + 11 = 31.

Температурный напор в воздухоохладителю? t_во=10C (принимаем).

Температура надувочного воздуха, К:

T_s = t_охл + t_во + 273 = 31 + 10 + 273= 314.

Подогрев воздуха от стенок цилиндра t_ст = 6C (принимаем).

Коэффициент остаточных газов _r = 0,05 (принимаем).

Температура остаточных газов T_r = 700C (принимаем).

Температура воздуха в цилиндре к моменту начала сжатия T_a, K:

T_a = = = 338.

Относительный перепад давления в продувочных органах _вп = 0,98 (принимаем).

Действительная степень сжатия _д = 12,5 (принимаем).

Коэффициент наполнения _н:

_н = = = 0,673.

Цикловая подача топлива, кг/цикл:

g_ц = = = 0,036.

Рабочий объем цилиндра, м³:

V_h = = = 0,494.

Газовая постоянная для воздуха R_в = 287 Дж/кг•К (принимаем).

Коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива = 2 (принимаем).

Давление наддува, МПа:

P_s = = = 0,267.

Плотность наддувочного воздуха, кг/м³:

_s = = = 2,961.

Действительный воздушный заряд к моменту начала сжатия, кг:

G_в = V_h· _s·_н = 0,494· 2,961·0,673 = 0,983.

Давление в цилиндре к моменту начала сжатия, МПа:

P_a=_вп· P_s=0,98 · 0,267=0,261.

Расчетный коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива:

_расч = = = 2.

Погрешность расчета, %:

= · 100 = · 100 = 0.

Температура воздуха в машинном отделении Tмо=293 К.

Относительная влажность ц_мо=70%.

Температура точки росы, К:

T_p = (0,9· (Т_мо — 273) + 0,3· _мо + 10· (10·P_s — 0,99) — 22) + 273 =.

= (0,9· (293 — 273) + 0,3· 70 + 10· (10·0,267 — 0,99) — 22) + 273 = 307.

Запас по точке росы, C:

T_p = T_s — T_p = 314 — 307 = 7.

(допуск: T_p2C).

Процесс сжатия:

Показатель политропы сжатия n₁ = 1,37 (принимаем).

Температура в конце сжатия, К:

Т_с = Т_а · _д^n-1 = 338 · 12,5^1,37-¹ = 861.

Давление в конце сжатия, МПа:

P_c = P_a · _дⁿ = 0,261 · 12,5^1,37 = 8,3.

Погрешность расчета, МПа:

P_c = P_c — P_c^зад = 8,3 — 8,3 = 0.

Допустимое отклонение +/- 0,3 МПа.

Процесс сгорания:

R_o = 8,315 кДж/(моль· К) — универсальная газовая постоянная.

Действительное кол-во воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

L = · L_o = 2· 0,471 = 0,941.

Коэффициент использования тепла в точке «z» _z = 0,90 (принимаем).

Степень повышения давления по прототипу:

_пр = = = 1,11.

Принимаем =1,12.

Химический (теоретический) коэффициент молекулярного изменения:

_o = 1 + = 1 + = 1,028.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

_z = = = 1,027.

Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов при температуре T_c, кДж/(кмоль· К):

(С_м)_с (С_м)_возд =19,26 + 0,251•T_с = 19,26 + 0,251•861 = 21,4.

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг:

Q_н^р = 33 915· С + 125 600· Н — 10 886· (О — S) — 2512· (9·H + W).

Q_н^р=33 915· 0,8576+125 600·0,1051−10 886·(0,0102−0,02) -2512· (9·0,1051+0,005)=40 004.

Уравнение сгорания в общем виде:

.

где (С_p)_z = (С_v)_z + R_o — средняя мольная изобарная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Т_z.

(С_v)_z = - средняя мольная.

изохорная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Т_z.

После подстановки численных значений в уравнение сгорания:

.

Температура в точке «z», К:

Т_z = = 1816.

Максимальное давление цикла, МПа:

P_z = · P_c = 1,12· 8,32 = 9,32.

Погрешность расчета, МПа:

P_z = P_z — P_z^зад = 9,32- 9,2 = 0,12.

(допуск: 0,3 МПа).

Степень предварительного расширения :

= = = 1,93.

Процесс расширения:

Степень последующего расширения:

= = = 6,48.

n₂ — показатель политропы расширения (принимаем n₂ = 1,223).

Давление в конце расширения, МПа:

P_b = = = 0,948.

Температура в цилиндре в конце расширения, К:

T_b = = = 1197.

Построение диаграммы:

Полный рабочий объём цилиндра, м³:

V_h=0,494. двигатель внутренний сгорание мощность Полезный рабочий объём цилиндра, м³:

V_h?=V_h· (1-_a)=0,494·(1−0,286)=0,352.

Потерянный рабочий объём цилиндра, м³:

V_h?? =V_h· _a = 0,494· 0,286 = 0,141.

Объём цилиндра в конце сжатия, м³:

V_c = = = 0,031.

Объём цилиндра в начале сжатия, м³:

V_а = V_c + V_h? = 0,031 + 0,352 = 0,383.

Объем цилиндра в конце процесса сгорания, м³:

V_z = = = 0,059.

Максимальный объем цилиндра, м³:

V_f = V_c + V_h = 0,031 + 0,494 = 0,525.

Двигатель имеет несимметричное газораспределение, а b, поэтому определяем параметры в момент действительного начала выпуска.

Коэффициент потерянного хода по точке b':

_b = = = 0,329.

Действительная степень последующего расширения b':

' = = = 6,13.

Давление и температура в точке b':

P_b' = = = 1,015 Мпа.

T_b' = = = 1212 K.

Поправка Брикса, м³:

OO_v?= OO?· ·D² = 0,098· ·0,67² = 0,035.

Таблица — Расчет политроп сжатия и расширения.

По результатам расчета строим расчетную диаграмму.

Масштаб давления: m_p = 0,05 МПа/мм.

Масштаб объема: m_v = 0,3 333 м³/мм.

Среднее индикаторное давление:

Площадь диаграммы теоретического цикла (до скругления):

S_теор=4106 мм².

Площадь диаграммы теоретического цикла (после скругления):

S_д=4298 мм².

Коэффициент скругления :

_ск = = = 1,047.

Среднее индикаторное давление теоретического цикла (P_i^`), МПа:

P_i? = =.

= 1,956.

Расчетное среднее индикаторное давление, МПа:

P_i = P_i?· (1 — _a)· _ск = 1,956· (1 — 0,286)· 1,047 = 1,462.

Механический КПД двигателя з _М=0,93 (принимаем).

Заданное среднее индикаторное давление, МПа:

P_i^зад = = = 1,484.

Среднее индикаторное давление из диаграммы, МПа:

P_i^д = = = 1,451.

Погрешность расчета, %:

P_i^зад = = = - 1,50.

(допуск 2,5).

Погрешность построения, %:

P_i^д = = = 0,75.

(допуск 5,0).

Индикаторные и эффективные показатели:

Индикаторная работа газов в цилиндре, кДж:

L_i = P_i · V_h· 10³ = 1,462 · 0,494 · 10³ = 722.

Среднее эффективное давление, МПа:

P_e = P_i · _м = 1,462 · 0,93 = 1,360.

Индикаторная мощность, кВт:

N_i = = = 11 552.

Эффективная мощность, кВт:

N_e = N_i · _м = 11 552 · 0,93 = 10 743.

Часовой расход топлива, кг/ч:

G_ч = = = 2074.

Удельный индикаторный расход топлива, кг/кВт•ч:

g_i = = = 0,180.

Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт•ч:

g _e = = = 0,193.

Индикаторный КПД:

_i = = = 0,50.

Эффективный КПД:

_е = _i · _м = 0,50 · 0,93 = 0,46.

Погрешность расчета (допустимое отклонение 2,5):

P_e = = = - 1,47 .

g_e = = = 1,036 .

N_e = = = - 1,37 .

Список используемой литературы

• 1. Конспект лекций Симаков А. С. Методические указания к РГР № ?Расчёт рабочего цикла судового двухтактного дизеля?.2003г.
• 2. Волочков В. А. Расчет рабочих процессов судовых дизелей.1987г.
• 3. Камкин С. В., Возницкий И. В., Шмелев В. П., Осташенков В. Ф. Рабочие процессы судовых дизелей.1979г.