МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Филиал г. Салехард
Кафедра АТХ
Курсовая работа
По дисциплине:
«Теория, расчет и конструкция тепловых двигателей и энергетических установок»
На тему: «Расчет двигателя»
Салехард 2009г.
ЗАДАНИЕ
Выполнить расчет четырехтактного дизельного двигателя по следующим исходным данным:
Параметры | ЯМЗ - 238А |
Номинальная мощность ,кВт | 200 |
Номинальная частота вращения, мин-1 | 2300 |
Число и расположение цилиндров | 8-V |
Степень сжатия e | 16,5 |
S/D | 1,0 |
Диаметр цилиндра D, мм | 125 |
Ход поршня S, мм | 125 |
Рабочий объем цилиндров Vл, л | 11,85 |
Скорость поршня ,м/с | 9,8 |
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт × ч | 209 |
Расположение клапанов | верхнее |
1. Тепловой расчет двигателя
При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.
Исходными данными для расчета являются: Ре - мощность (номинальная),
nн - частота вращения (номинальная), e - степень сжатия.
В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям. Порядок расчета следующий.
1.1Процессы впуска и выпуска
а). Задаемся значениями: То; ро ; Тr; рr; DТ; ра.
Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+15=298 К; ро=0,1 МПа.
Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.
Для двигателей с газотурбинным наддувом:
рr=( 0,75…0,95 )рк= ( 0,75ч0,95 )Ч0,22 = 0,165 ч 0,209 МПа, рr=0,209 МПа
давление надувочного воздуха рк для существующих двигателей:
рк=(1,5…2,2)ро.= (1,5…2,2)Ч0,1 = 0,15 ч 0,22 МПа, рк=0,22 МПа
Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха a, степени сжатия e, частоты вращения коленчатого вала, нагрузки.
DТ-степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается для дизельных с наддувом 0…10
. Принимаем значение DТ =100 .Давление в конце впуска ра принимается из следующих соотношений
ра = рх - Dра = 0,22 – 0,022 = 0,198 МПа
У двигателей потери давления Dра за счет сопротивления впускного тракта находятся: Dра = ( 0,03 ч 0,1 )Ч рх = 0,0066 ч 0,022 МПа,Dра = 0,022МПа
б). Определяем величины: gr (коэффициент остаточных газов), Тa(температура конца наполнения) и hv (коэффициент наполнения) по следующим формулам:
Температура воздуха за компрессором:
где nк - показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается в пределах 1,4…2. Примем nк = 1,6.
в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха a определяем массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):
М1 = alо / 29, кмоль,
где lo= 14,5 кг. воздуха/ кг. топлива – для дизельного двигателя.
М1 = 1,7*14,5/ 29=0,85 кмоль
Для принятия значения a необходимо учесть способ смесеобразования, примем 1,7.
Масса воздуха в кмолях: Lo=lo/29 = 14,5/29 = 0,5 кмоль
1.2Процесс сжатия
Определяем параметры процесса сжатия: n1; рс; Тс; Мс.
а). Показатель политропы сжатия п1 определяется из соотношения:
n1 = 1,41 – 100/nн=1,41 – 100/2300=1,366 ,
где nн – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.
б). Давление конца сжатия:
в). Температура конца сжатия:
г). Масса рабочей смеси в конце сжатия:
, кмольд). Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия:
Сv.c=20,16+1,74×10 -3Тс=20,16+1,74×10 -3.1149,58=22,16,
кДж/(кмоль.град).
1.3 Процесс сгорания
а). Определяют массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.
где С = 0,87; Н = 0,125 – соответственно элементарный состав топлива для дизтоплива (ориентировочно).
б). Определяют температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений:
Сrz – теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:
Сrz =(20,2 + 0,92/a) + (15,5 + 13,8/a) 10 –4 Тz + 8,314 ,
m -коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания
m=
x - коэффициент использования теплоты в ходе сгорания, для дизелей - x=0,7…0,9, примем 0,8.
Нu- низшая теплотворная способность топлива: для дизтоплива -
;Подставим и после преобразования получим:
0,00244ЧTz2 +30.04ЧTz + ( - 66192.74 ) = 0
Tz1 = 2220.46 K
Тz2 = отрицательная температура, а она не может быть такой в конце процесса сгорания.
в). Определяют максимальное давление газов в цилиндре по формулам:
рz = l× рc= 1,5Ч8,96 = 13,44 МПа
где lстепень повышения давления, которое примем равным 1,5.
1.4 Процесс расширения
Определяем параметры процесса расширения: n2; рb; Тb.
а). Показатель политропны расширения n2 определяется из соотношения:
n2 = 1,22 + 130 / nн.=1,22+130/2300=1,276
б). Давление и температура конца расширения:
где
- степень последующего расширения, - степень предварительного расширения.Полученные расчетные значения (указанны в скобках) термодинамических параметров процессов цикла необходимо сопоставить с данными табл. 1.
Таблица 1 Предельные значения параметров процессов цикла
Тип двигателя | pc , МПа | pz ,МПа | Тс , К | Тz,К | Тb, К |
Двигатели с наддувом | 6…8 (8,96) | 10…15(13,44) | 1000 (1149,58) | 1900…2800 (2220,46) | 1100…1200 (1082,1) |
1.5 Индикаторные показатели цикла
а). Определяем среднее индикаторное давление (теоретическое) газов
МПаб). Определяют среднее индикаторное давление (действительное) газов:
pi = jп р11,
где jп – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, учитывающий ее скругление в ВМТ и НМТ, как результат наличия фаз газораспределения, угла опережения впрыскивания топлива или зажигания, а также скорости сгорания топлива. Значения jп принимаются для дизельных двигателей 0,9…0,96.
pi =0,96Ч1,26=1,2096 МПа
в). Определяем индикаторный КПД цикла:
,г). Определяем индикаторный удельный расход топлива:
1.6 Эффективные показатели двигателя
а). Определяем среднее давление механических потерь:
,где
- средняя скорость поршня, принимается по двигателю-прототипу (сп= 9,8 ), и - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 2.Таблица 2 Значения коэффициентов
иТип двигателя | ||
Дизели с неразделенной камерой сгорания | 0,105 | 0,012 |
Дизели с разделенной камерой сгорания | 0,105 | 0,0138 |