ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фомин Ю.Я., Волошин А.А. Конструкция судовых дизелей. Методические указания к практическому занятию. Одесса, РИО, 1991.

2. Самсонов В.И., Худов НИ. ДВС морских судов: Учебник для ВУЗов. - М.: Транспорт, 1990.

3. Фомин Ю.Я. и др. Судовые ДВС: Учебник для ВУЗов, - Л.: Судостроение, 1989.

4. Эксплуатация судовых дизельных энергетических установок: Учебник для ВУЗов / Камкин С.В. и др. - М.: Транспорт, 1996.

5. Камкин С.В. и др. Эксплуатация судовых дизелей: Учебник для ВУЗов - М.: Транспорт, 1990.

6. Фомин Ю.Я., Семенов B.C. СДВС. Методические указания по выполнению КП и ДП. Одесса, РИО, 1987.

7. Правила технической эксплуатации судовых технических средств.

РД 31.21.30-83. – М.: в/о «Мортехинформреклама», 1984. -386 с.

1. Выбор исходных данных.

1.1 Выбор исходных данных, кроме указанных в задании, выполняется по технической документации, или литературным данным. Исходные данные рекомендуется записать в виде таблицы (табл. 1) с численными значениями.

Таблица 1 - Исходные данные для расчета рабочего цикла дизеля

Продолжение таблицы 1

Примечание:

· Величину y_s необходимо выбирать в пределах от 0,07 до 0,1 для дизелей с прямоточно-клапанной продувкой или определять из чертежа.

· Расчет цикла двигателя предусматривает два варианта: поверочный и конструктивный.

Поверочный расчет проводится для конкретного дизеля, т. е. D, S и n известны (заданы в таблице 1). Поэтому после определения η_е сразу рассчитывается эффективная мощность двигателя N_е.

При конструктивном расчете при заданной эффективной мощности двигателя N_е, средней скорости поршня с_m и отношении d=S/ D определяется диаметр цилиндра D, ход поршня S и частота вращения коленвала n. Поэтому в таблице исходных данных при конструктивном расчете условно следует принять D=1, S=1 и n=1

2. Расчетные уравнения

2.1. Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании 1 кг топлива, кмоль / (кг _{топлива})

,

где a – коэффициент избытка воздуха при сгорании;

L₀ – количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива, кмоль /кг_{топлива};

С,H,S_т и О – доли углерода, водорода, серы и кислорода в 1 кг топлива (принимаются для выбранного сорта топлива).

2.2. Давление начала сжатия, МПа

р_a = р_s× x_a ,

где: р_s – давление наддувочного воздуха, МПа,

x_a – коэффициент, учитывающий снижение давления воздушного заряда в цилиндре двигателя в начале сжатия из-за сопротивления во впускных органах (продувочных окнах).

2.3. Температура воздуха в продувочном ресивере, К

где р_о и Т_о – давление и температура воздуха в МКО, К, (прил.1);

n_к – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре, принимается от 1,45 до 1,6 – для поршневых компрессоров и от 1,7 до 1,8 – для центробежных компрессоров;

ΔТ_охл – снижение температуры наддувочного воздуха в охладителе наддувочного воздуха (ОНВ) после турбокомпрессора, выбирается так, чтобы

=(310 – 315) К и =Т_р+(3÷4 К),

где Т_р - температура точки росы для условий в МКО, К, рассчитывается по формуле, приведенной в ПТЭ судовых дизелей [7],

Т_р=0,9·t_мко+0,3·j+10·р_к–22+273

где t_мко - температура воздуха в машинном отделении, ⁰С (прил. 1);

j - относительная влажность воздуха в машинном отделении, % (прил. 1);

р_к - избыточное давление наддувочного воздуха перед ОНВ, кгс/см².

2.4. Температура воздушного заряда цилиндра (смеси воздуха с остаточными газами) в момент начала сжатия, К

,

где ΔT - степень подогрева воздушного заряда от стенок цилиндра, К;

γ_r - коэффициент остаточных газов;

T_r - температура остаточных газов, К, принимается от 650 до 700 К;

2.5. Коэффициент наполнения, отнесенный к полезному ходу поршня

,

где: ε - действительная степень сжатия.

2.6. Коэффициент наполнения, отнесенный к полному ходу поршня

,

где y_s - потеря рабочего хода в долях от хода поршня.

2.7. Средний показатель политропы сжатия

Уравнение решается методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимаем (n₁-1)^*= 0,37. Решение найдено, если , где Dn = 0,0001 – погрешность вычисления показателя n₁.

2.8. Температура воздушного заряда в конце сжатия, К

Должно быть Т_с ³ (Т_св + (100¸200 К)) = 700 – 800 К,

где Т_св – температура самовоспламенения топлива, указывается в сертификате на топливо, К.

2.9. Давление воздушного заряда в конце сжатия, МПа

2.10. Теплоемкость чистого воздуха в конце сжатия, кДж/(кмоль·К)

=19,26+0,0025·Т_с

2.11. Теоретический коэффициент молекулярного изменения

2.12. Доля топлива сгоревшего в точке z цикла

где: - коэффициент использования тепла в точке z;

- коэффициент использования тепла в точке b цикла (в конце расширения газов).

2.13. Действительный коэффициент молекулярного изменения в точке z

2.14. Действительный коэффициент молекулярного изменения в конце сгорания

2.15. Коэффициенты уравнений теплоемкости

в конце видимого сгорания ;

в конце расширения

2.16. Степень повышения давления при сгорании

где p_z - максимальное давление при сгорании, МПа.

2.17. Уравнение сгорания

где

где Q_н - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Необходимо обоснованно выбрать марку (сорт) топлива [4,с. 276-277], выписать характеристики этого топлива [4,с. 266-27] и рассчитать Q_н по эмпирической формуле (прил. 2).

Уравнение решается методом последовательных приближений, причем в качестве первого приближения принимаем =2000 К. Решение найдено, если

,

где - погрешность вычисления температуры.

2.18. Степень предварительного расширения

2.19. Степень последующего расширения

2.20. Уравнения процесса догорания и расширения

(1.1)

, (1.2)

где n₂ - показатель политропы расширения;

T_b - температура газов в конце расширения, К;

a_νz=a_pz - 8,314

Систему уравнений (1.1) и (1.2) решаем методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимаем =1000 К, которое подставляется в правую часть уравнения (1.1). В результате, получаем (n₂ - 1), которое подставляем в уравнение (1.2).

Система уравнений решена, если

2.21. Давление в конце расширения, МПа

.

2.22. Среднее индикаторное давление расчётного цикла, отнесенное к полезному ходу поршня, МПа

.

2.23. Среднее индикаторное давление, отнесенное к полному ходу поршня, МПа

где φ_скр - коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

2.24. Среднее эффективное давление, МПа

р_е= р_i∙·η_м,

где η_м - механический КПД двигателя.

2.25. Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт·ч)

2.26. Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт·ч)

g_е=g_i /η_м

2.27. Индикаторный КПД

2.28 Эффективный КПД

2.29. Размеры цилиндра

Диаметр цилиндра, м

,

где N_e - эффективная мощность двигателя, кВт;

C₁ = 13,1 - для 2-х тактных и C₁ = 6,55 - для 4-х тактных двигателей;

S - ход поршня, м;

n - частота вращения коленчатого вала, мин^-1;

i - число цилиндров.

Так как средняя скорость поршня , то

.

Ход поршня, м

S = d·D.

После определения D и S их необходимо округлить до значений в миллиметрах, оканчивающихся на цифры «0» или «5».

2.30. Частота вращения коленчатого вала, мин^-1

2.31. Уточненное значение эффективной мощности двигателя, кВт

Если расчетные параметры рабочего процесса двигателя по сравнению с данными прототипа признаны не удовлетворительными, то необходимо откорректировать ИД и повторить расчет.

3. Расчет и построение индикаторной диаграммы.

Расчет рабочего цикла завершается построением диаграммы расчётного цикла. Однако диаграмма строится только для базового варианта расчёта, при котором решено, что полученные параметры двигателя удовлетворительно согласуются с данными прототипа.

Полагаем, что объём V_s, описанный ходом поршня S, в некотором масштабе изображается отрезком А* = 250 мм. Тогда

,мм;

, мм;

, мм;

, мм.

Давление газов в период политропного сжатия, МПа

,

в период политропного расширения, МПа

,

где: - текущеезначение степени сжатия в рабочем цилиндре (табл. 2).

Таблица 2 – Данные для построения диаграммы расчётного цикла

Текущее значение степени сжатия	Давление сжатия	Давление расширения
	…	…
	…	…

	…	…
	…	…
	…	…
…	…	…
	…	рz
…	…	рz
	…	рz

3. 1. Построение индикаторной диаграммы.

Построение индикаторной диаграммы производится на миллиметровой бумаге, формата А-4 в соответствии со схемой, изображённой на рис. 1.

По оси ординат рисуем шкалу давлений p_г так, чтобы высота диаграммы была (0,7÷0,8)·A^*.

3.2. Определение среднего индикаторного давления по диаграмме расчётного цикла.

Среднее индикаторное давление, МПа:

,

где F - площадь диаграммы расчётного цикла, мм², определённая с помощью планиметра, или другим способом;

А* - длина диаграммы расчётного цикла, мм, принято А* = 250 мм.

3.3. Сравнение, ,полученного в тепловом расчёте c , полученным по диаграммерасчётного цикла (индикаторной диаграмме).

4. Построение схемы кривошипно-шатунного механизма

4.1. Выбираем масштаб чертежа по высоте, исходя из величины хода поршня S.

4.2. Строим в нижней части листа формата А4 в выбранном масштабе кривошип радиусом R = (рис. 2).

4.3. Строим шатун исходя из .

4.4. Для того, чтобы определить по высоте положение диафрагмы, ставим поршень в НМТ, с учетом его длины. Поршень нижней частью не должен касаться диафрагмы, т.е. устанавливаем длину штока.

4.5. Относительно поршня, находящегося в НМТ, рисуем в масштабе цилиндровую втулку с продувочными окнами, известной высоты h_s = ψ_s∙S приняв, что верхняя кромка головки поршня при его нахождении в НМТ совпадает с нижней кромкой продувочных окон.

4.6. Ставим поршень в ВМТ и рисуем донышко цилиндровой крышки с учетом выражения , т.е. .

4.7. Длину штока выбираем так, чтобы правильно установить диафрагму:

а) крейцкопф при его положении в ВМТ не должен доходить диафрагмы;

б) нижняя часть поршня при нахождении его в НМТ не должна касаться диафрагмы;

в) нижняя часть втулки не должна касаться диафрагмы.

Приложение 1

Параметры стандартных внешних условий

Приложение 2

Выбор сорта топлива.

Малооборотные дизели могут работать на любом сорте топлива, при наличии системы топливоподготовки (подогрев топлива в танках, отстойныхирасходных цистернах, перед ТНВД; очисткатоплива от механическихпримесей, воды).

Основные условия полного сгорания топлива:

- высокий коэффициент избытка воздуха α (до 3);

- низкая частота вращения коленчатого вала n (чем ниже n, тем больше времени отводится на подготовку топлива к сгоранию);

- высокая температура воздушного заряда в конце сжатия Т _с

; ;

- способность самого топлива к быстрому самовоспламенению иполному сгоранию определяется качеством распыливания (дисперсность), скоростью испарения, равномерностью распределения частичек топлива по всему объёму камеры сгорания, интенсивностью окисления молекул топлива.

Способность топлива к самовоспламенению ибыстрому и полному сгоранию по мере утяжеления компонентов ирасширения фракционного состава ухудшается из-за высокой вязкости топлива, так как дисперсность уменьшается, диаметр капель увеличивается, и испарение частичек топлива становится более длительным.

Изменение фракционного состава топлива происходит из-за постепенного, медленного выкипания сначала лёгких фракций, затем тяжёлых, что приводит к его медленному окислению и неполному сгоранию. Температура самовоспламенения тяжёлых топлив ниже, чем лёгких. [4, с.277]

При выборе сорта топлива необходимо руководствоваться экономическими и техническими соображениями. Лёгкие топлива стоят дороже тяжёлых (лёгкое 150-160 $/т, тяжёлые 80-90 $/т). Качество топлива определяет состояние эксплуатационных расходов на техническое обслуживание и ремонт. Судоходные компании используют топлива, вязкость которых достигает 350 сСт при температуре 50 ⁰С [4, с.269].

Ориентировочный элементарный состав топлива:

Теплота сгорания топлива определяется по формулам:

Формула Менделеева

= 339,15С +1256Н – 108,86(О - S_т) – 25,12(9H + W), кДж/ кг,

где C,H,O,S_т,W - элементарный состав топлива, %

Формула эмпирическая

, МДж/кг,

где x, y, S_т - массовое содержание воды, золы, серы в долях от единицы;

ρ₁₅ – плотность топлива, кг/м³ [4, с.252, 266 табл.6.4].

Поиск по сайту: