Судовой двигатель внутреннего сгорания L21/31 (стр. 2 из 11)

Угол открытия продувочных органов j_d = 40°ПКВ до ВМТ

Угол закрытия выпускных органов j_в’ = 50°ПКВ после ВМТ

Угол закрытия продувочных органов j_а = 30°ПКВ после НМТ

Постоянная КШМ l_ш = 0,23

Механический КПД h_м = 0,93

Коэффициент тактности (4^х-тактного) m = 2

Топливо (Дизельное)

Массовое содержание углерода С = 0,87

Массовое содержание водорода Н = 0,128

Массовое содержание серы S = 0,002

Массовое содержание воды W = 0

Проверка: Σ_т= С + H + S + W = 1,0 - верно

Исходные данные к расчёту:

Коэффициент тактности для четырёх тактного двигателя m=2.

Проектная эффективная мощность двигателя, кВт:

N_e^зад =

= 1596.

Радиус кривошипа, м:

R =

=
= 0,155.

Поправка Брикса, м:

ОО′ =

= 0,0178.

Коэффициент потерянного хода поршня:

y_а =

= 0 , где

Молярная масса кислорода в воздухе m₀₂ = 32 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса азота в воздухе m_N₂ = 28 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса воздуха, кг/кмоль:

m_в = 0,23·m₀₂ + 0,77·m_N₂ = 0,23·32 + 0,77·28 = 28,92.

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

L_о =

= 0,503.

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

L_o′=

= 14,54.

Процесс наполнения:

Температура забортной воды t_зв = 25°C.

Температурный перепад в охладителе пресной воды Dt_оп = 0°C (принимаем).

Температура охлаждающей воды, °C:

t_охл = 40.

Температурный напор в воздухоохладителю ∆t_во=12°C (принимаем).

Температура надувочного воздуха, К:

T_s = t_охл + Dt_во + 273 = 40 + 12 + 273= 325.

Подогрев воздуха от стенок цилиндра Dt_ст = 10°C (принимаем).

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

Температура остаточных газов T_r = 820°C(принимаем).

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

T_a =

= 358.

Действительная степень сжатия e_д = 15,5 (принимаем).

Отношение P_a/P_s= 0,98

Коэффициент наполнения h_н:

h_н =

=0,904.

Цикловая подача топлива, кг/цикл:

g_ц =

= 0,00133.

Рабочий объем цилиндра, м³:

V_h =

= 0,0107.

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

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

Давление наддува, МПа:

P_s =

= 0,41.

Плотность наддувочного воздуха, кг/м³:

r_s =

= 4,396.

Действительный воздушный заряд к моменту начала сжатия, кг:

G_в = V_h·r_s·h_н = 0,0107·4,396·0,904 = 0,0425.

Давление в цилиндре к моменту начала сжатия, МПа:

P_a=P_s= 0,41

Расчетный коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива:

a_расч =

= 2,198.

Погрешность расчета, %:

Da =

·100% =

·100 = 0,091.

Температура воздуха в машинном отделении T_мо= 20 °С = 293 К.

Относительная влажность φ_мо=80%.

Температура точки росы, К:

T_p = (0,9·(Т_мо – 273) + 0,3·j_мо + 10·(10·P_s – 0,99) – 22) + 273 =

= (0,9·(293 – 273) + 0,3·80 + 10·(10·0,41 – 0,99) – 22) + 273 = 322,93.

Запас по точке росы,°C:

DT_p = T_s – T_p = 325 – 322,93 = 2,07

(допуск: DT_p³2°C).

Процесс сжатия:

Показатель политропы сжатия n₁ = 1,365 (принимаем).

Температура в конце сжатия, К:

Т_с = Т_а · e_дⁿ^-1 = 358 · 15,5^1,365–1 = 985.

Давление в конце сжатия, МПа:

P_c = P_a · e_дⁿ = 0,41 · 15,5^1,365 = 18.

Процесс сгорания:

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

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

L = a·L_o = 2,2 · 0,503 = 1,107.

Коэффициент использования тепла в точке “z” x_z = 0,83 (принимаем).

Степень повышения давления по прототипу:

l_пр=

= 1,111.

Принимаем l =1,1.

Химический (теоретический) коэффициент молекулярного изменения:

b_o = 1 +

= 1 +

= 1,029

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

b_z =

= 1,028.

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

(mС_м)_с» (mС_м)_возд =19,26 + 0,00251∙T_с = 19,26 + 0,00251∙985 = 21,73

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг:

Q_н^р = 33915·С + 125600·Н – 10886·(О – S) – 2512·(9·H + W)

Q_н^р=33915·0,87+125600·0,128–10886·(0) –2512·(9·0,128+0)=42711.

Уравнение сгорания в общем виде:

, где

(mС_p)_z = (mС_v)_z + R_o – средняя мольная изобарная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Т_z.

(mС_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 =

= 1772.

Максимальное давление цикла, МПа:

P_z = l·P_c = 1,1·18 = 19,8.

Погрешность расчета, МПа:

DP_z = P_z – P_z^зад = 19,8– 20 = - 0,2.

(допуск: ± 0,3 МПа).

Степень предварительного расширения :

r =

= 1,681.

Процесс расширения:

Степень последующего расширения:

d =

= 9,518.

n₂ – показатель политропы расширения (принимаем n₂ = 1,215).

Давление в конце расширения, МПа:

P_b =

= 1,294.

Температура в цилиндре в конце расширения, К:

T_b =

= 1091,6.

Построение диаграммы:

Полный рабочий объём цилиндра, м³:

V_h = V_h′ = 0,0107.

Объём цилиндра в конце сжатия, м³:

V_c =

= 0,00071.

Объём цилиндра в начале сжатия, м³:

V_а= V_c + V_h′ = 0,00071 + 0,0107 = 0,01141.

Объем цилиндра в конце процесса сгорания, м³:

V_z =

= 0,0012.

Максимальный объем цилиндра, м³:

V_f = V_c + V_h = 0,00071 + 0,0107 = 0,01141.

Таблица расчета политроп сжатия и расширения:

Расчет политроп сжатия и расширения	ε_i	V_i=V_a/ε_i	P_сж=P_a·ε_iⁿ²	P_расш=P_b·ε_iⁿ²
Расчетная точка	10^2 м³	МПа	МПа
1.(a)	1,00	1,141	0,41	1,294
2	1,25	0,913	0,556	1,697
3	1,50	0,761	0,713	2,118
4	2,00	0,571	1,056	3,004
5	2,50	0,456	1,432	3,939
6	3,00	0,38	1,837	4,916
7	3,25	0,351	2,049	5,418
8	3,50	0,326	2,267	5,929
9	3,75	0,304	2,491	6,447
10	4,25	0,268	2,955	7,506
11	4,50	0,254	3,195	8,046
12	5,00	0,228	3,689	9,145
13	7,00	0,163	5,839	13,763
14	9,00	0,127	8,229	18,678
15	10,00	0,114	9,501	21,229
16.(z)	9,51	0,12	8,872	19,972
17	13,00	0,088	13,593	19,972
18	15,00	0,076	16,525	19,972
19.(c)	16,07	0,071	18,155	19,972

По результатам расчета строим расчетную диаграмму (рис. 2)