Специальность 190502 – Эксплуатация транспортных энергетических установок

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчетно-пояснительная записка

Тема: Проверочный расчет двигателя

Специальность 190502 – Эксплуатация транспортных энергетических установок

(на водном транспорте)

 

Выполнил: Сеник Е.С.

Группа: 32-СМ

Руководитель: Мошкин М.В.

 

Нижний Новгород

1. Технические данные двигателя

Вариант № _____

 

		Величина
1. Марка двигателя		8ЧРН32/48
2. Номинальная мощность	, кВт
3. Номинальная частота вращения	, об/мин
4. Удельный расход дизельного топлива	, г/кВт час
5. Масса поршня	, кг
6. Масса шатуна	, кг
7. Степень сжатия	ε	13,2
8. Среднее эффективное давление	, МПа	0,78
9. Давление конца сжатия	, МПа	4,51
10. Давление конца сгорания	, МПа	6,49
11. Длина шатуна	, мм
12. Диаметр тарелки впускного клапана	, м	0,132
13. Количество впускных клапанов
14. Давление наддува	, МПа	0,125
15. Температура остаточных газов	, К
16. Коэффициент избытка воздуха	α	2,2
17. Низшая теплота сгорания топлива	, кДж/кг
18. Полный объем цилиндров в масштабе	, мм
19. Масштаб давлений в 100 кПа	, мм
20. Показатель политропы расширения		1,22

 

 

2. Краткая характеристика дизеля 8ЧРН 32/48

Фундаментная рама дизеля цельнолитая чугунная. Блок-картер прикреплен к раме анкерными связями. Картерные люки оборудованы предохранительными клапанами. Чугунные втулки цилиндров уплотнены в нижней части двумя закладными резиновыми кольцами, в верхней – путем притирки торцовой поверхности фланца втулки к блоку. Ниже опорной поверхности фланца поставлено закладное резиновое кольцо. Крышки цилиндров отдельные чугунные.

Коленчатый вал стальной цельнокованный. На кормовом конце его предусмотрен гребень для упорного подшпника. Вкладыши рамовых и шатунных подшипников залиты свинцовистой бронзой, а сверху нее верхним приработочным слоем. Вкладыши рамовых подшипников двигателей первых выпусков заливали баббитом. Шатунные подшипники изготовляли без вкладышей : баббит в них заливали непосредственно на рабочую поверхность нижней головки шатуна.

Поршни изготовлены из алюминевого сплава. Уплотнительных колец четыре, маслосъемных два. Палец поршня плавающий, зафиксирован пружинящии кольцами. Поперечное сечение стержня шатуна круглой формы. Кривошипная головка неотъемная, кроме первых модификаций. Поршневой подшипник образован стальной втулкой, заплавленной свинцовистой бронзой. Нижняя головка шатуна заплавлена баббитом. Масло из рамового подшипника, куда оно поступает по трубе из магистрали, проходит в шатунный через наклонное просверленное отверстие в вале. На носовом конце многих дизелей навешен демпфер жидкостного (силиконовый) или сухого трения.

Впускных и выпускных клапанов предусмотрено по одному на каждый цилиндр. Корпус выпускного клапана охлаждаемый. Привод открытия клапана штанговый. Он установлен внутри кожуха. Кулачковые шайбы выполнены в блоках по четыре. Распределительный вал расположен внутри картерного пространства. Наддувочный (или впускной) и выпускные коллекторы размещены с разных сторон двигателя.

Для наддува двигателей используют турбокомпрессоры ЕКМ или ПДГ50Н. Выпуск газов происходит через четыре выпускных коллектора, обеспечивающих импульсный наддув с переменным давлением.

В топливной системе двигателей первых выпусков не было подкачивающего насоса, в последующих выпусках он предусмотрен. Топливные фильтры сетчатые, но в последние годы устанавливают бумажные. Топливные насосы индивидуальные золотниковые. Форсунки закрытые с фильтром высокого давления. Регулятор всережимный прямого действия.

В масляной системе предусмотрены масляный бак и двухсекционный шестеренный насос. Сетчатый фильтр и диафрагменный или трубчатый холодильник включены после нагнетательной секции. Двигатели поставляют с масляными центрифугами. Насос забортной воды системы охлаждения поршневой или центробежный, внутреннего контура – центробежный. Холодильник воды трубчатого типа с терморегулятором.

Воздушное пусковое устройство состоит из пусковых клапанов, открывающихся пневматически, индивидуальных распределительных золотников и ГПК дифференциального типа. Компрессор для пускового воздуха навешен на двигатель. Реверсивное устройство пневмогидравлическое с поршневым сервомотором.

Пост управления неавтоматизированных двигателей предусмотрен с тремя органами управления: рукояткой реверса, рукояткой управления и маховичком для изменения подачи топлива. Двигатели оборудованы разными системами ДАУ, но преимущественно пневматическими конструкциями ЦТКБ Минречфлота РСФСР. Двигатели комбинат СКЛ поставляет с комбинированным ( управление из машинного отделения и с помощью пневмоавтоматики, дистанционная связь электрическая, автоматизированная) ДАУ собственной конструкции.

 

 

3. Расчет параметров рабочего цикла.

3.1 Процесс наполнения.

Давление и температуру окружающей среды согласно ГОСТ 4393-74 принимаем:

=0,1 МПа

=293 К

Давление в конце наполнения (начале сжатия) рассчитываем по формуле для двигателей с наддувом:

= (1- )=0,925

- давление наддува, МПа (см. ТДД)

=0,075 – относительная потеря давления у двигателя с наддувом.

=0,125(1-0,075)=0,12 МПа

Температура воздуха в конце наполнения:

= (К)

= +ΔT (K)

– температура воздуха за центробежным компрессором

= (K)

- температура окружающей среды, (К)

- давление наддува ( см ТДД), МПа

– давление окружающей среды, МПа

=1,9 коэффициент политропы сжатия в центробежном компрессоре

ΔT подогрев воздуха от стенок коллектора, К

ΔT=7K для двигателей с наддувом

=293( + 7 = 332,23 К

- коэффициент остаточных газов

=0,03 для двигателей с наддувом

- температура остаточных газов, (К) (см. ТДД)

= = 341,57 К

 

3.2 Процесс сжатия

Температура конца сжатия:

= = 341,57* =1006,93 K 1007 K

– температура в конце наполнения, К (см. расчет)

ε – степень сжатия ( см. ТДД)

– показатель политропы сжатия

= =1,419

– давление конца сжатия ( см. ТДД), МПа

- давление конца наполнения ( начала сжатия ), МПа

3.3 Процесс сгорания

Определяем температуру сгорания используя уравнение сгорания:

=0

= – коэффициент молекулярного изменения

=0,5* *(1+ ) – количество газов в начале сгорания

= +0,03 – количество газов в конце сгорания

- коэффициент избытка воздуха ( см. ТДД)

+ * ( )

- средняя молярная изобарная теплоемкость продуктов сгорания

=19,39 + 0,0031* ( )

- средняя молярная изохорная теплоемкость свежего заряда воздуха

= – степень повышения давления

и см. ТДД

- коэффициент использования теплоты при сгорании.

=0,85

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг ( см. ТДД)

, - см. расчет

=0,5*2,2*(1+0,03)=1,13

=1,13+0,03=1,16

= =1,03

= =1,44

+ * =28,15+163,63*

=19,39 + 0,0031* =22,51

Подставляем все величины в уравнение сгорания:

=0

Раскрываем скобки и приводим это уравнение к квадратному уравнению вида:

a* +b* -c=0

28,99* +168,5389* - 34721,12 – 31592,92 = 0

168,5* + 29 * -66314 = 0

Корень квадратного уравнения вида a* +b* -c=0

Определяется по формуле:

= 2044 К

3.4 Процесс расширения.

Определяем степень предварительного расширения:

ρ= = *

, , , смотри расчет

ρ= * = 1,45

Определяем степень последующего расширения:

δ= = = =9,1

Температура в конце расширения:

= (К)

- показатель политропы расширения

Для данного варианта =1,22

= = 1258 К

Давление в конце расширения

= = =0,438 МПа

3.5 Построение индикаторной диаграммы расчетного цикла

3.5.1 Выбор масштаба построения диаграммы задаем =200 мм

3.5.2 Находим отрезки объемов

Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания

= = =15 мм

Отрезок, соответствующий объему в конце сгорания

=ρ* =1,45*15=22 мм

Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра

= - =200-15=185 мм

3.5.3 Находим отрезки давлений

Масштаб давлений задан в 100 кПа 3 мм.

Отрезок, соответствующий давлению впуска

= *M = 1,2*3=4 мм

отрезок, соответствующий давлению конца расширения

= *M = 4.4*3=13 мм

Отрезок, соответствующий давлению конца сжатия

= *M = 45,1*3 = 135 мм

Отрезок, соответствующий давлению конца сгорания

= *M = 64,9*3 = 195 мм

3.6.4 Определяем аналитически 10 точек политропы сжатия.

Задаемся отношением = 10; 6,67; 5,0; 3,33; 2,5; 2,0; 1,67; 1,43; 1,25; 1,11.

Давление в масштабе на линии политропы сжатия определяем по уравнению

= *

где - показатель политропы сжатия

3.5.5 Определяем аналитически 9 точек политропы расширения.

Задаемся отношением = 1,5; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9

Давления в масштабе на линии политропы расширения определяем по уравнению

=

где - показатель политропы расширения

Расчеты сводим в таблицы №1 и №2.

Политропа сжатия	Политропа расширения
	=200*		= *		= *		=
		26,24		1,5		1,64
6,67		14,77				2,33
5,0		9,81				3,82
3,33		5,51				5,43
2,5		3,67				7,12
2,0		2,67				8,90
1,67		2,07				10,74
1,43		1,66				12,64
1,25		1,37				14,59
1,11		1,16

 

3.6 Определение литровой, поршневой мощности, эффективного КПД.

3.6.1 Определение литровой мощности дизеля.

= (кВт/л)

- кВт/л – литровая мощность

z – число цилиндров

- кВт – эффективная мощность дизеля

- л – рабочий объем одного цилиндра

= *S

D – дм – диаметр втулки цилиндра

S – дм – ход поршня

Используя технические данные двигателя имеем:

= *4,8=39 л

= = 2,36 кВт/л

3.6.2 Определение поршневой мощности дизеля:

= кВт/

F= – площадь поршня

D, дм – диаметр поршня в данном расчете принимаем по диаметру втулки цилиндра

F= =8

= =11,5 кВт/

3.6.3 Определение эффективного КПД

=

- кДж/кг – низшая теплота сгорания топлива

G= * *

G – кг/ч – часовой расход топлива

- г/кВт*час – удельный расход топлива

- кВт – эффективная мощность дизеля

Используя технические данные дизеля имеем:

= =0,393

 

4.Построение диаграмм сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

4.1. Построение диаграммы сил инерции

4.1.1 Определим массу поступательно движущихся частей

= +k*

– кг – масса поршня

- кг – масса шатуна

k – коэффициент. Для его определения найдем среднюю скорость поршня

=

S – м – ход поршня

n – об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала

Используя технические данные дизеля имеем:

= =6 м/с

Для двигателя k=0,4

= +0,4* =121 кг

Для построение диаграммы сил инерции поступательно движущихся масс необходимо определить ординаты сил инерции в мертвых точках:

Для верхней мертвой точки

=AC=- (мм)

- сила инерции в ВМТ

- кг – масса поступательно движущихся частей

R= – м – радиус кривошипа

S – м – ход поршня

= – рад/сек – угловая скорость коленчатого вала

n – об/мин – номинальная частота вращения

=

L – м – длина шатуна

F= – площадь поршня

D – м – диаметр цилиндра

M – мм – масштаб давлений в 100 кПа

R= =0,24 м

L=0,96 м

λ= =0,25

= 39

F= =0,0804

=AC=- =21 мм

Для нижней мертвой точки:

=BD= = =12 мм

Высота вспомогательного отрезка EK

EK= = =12 мм

Длина отрезка AB диаграммы в масштабе равна длине диаграммы цикла = - =185 мм.

Диаграмму сил инерции строим графическим способом Толле.

4.2 Построение диаграммы движущих сил

4.2.1 Вначале строим развернутую диаграмму расчетного цикла в осях PV.

Проводим отрезок MN=4* , где - длина отрезка AB в диаграмме сил инерции.

1) На первом отрезке AB ( такт впуска ) наносим линию давления впуска.

2) На втором отрезке AB (такт сжатия) строим политропу сжатия.

3) На третьем отрезке AB (такт расширения) строим политропу расширения.

4) На четвертом отрезке AB (такт выпуска ) наносим линию выпуска.

5)Совместим с развернутой диаграммой расчетного цикла диаграмму силы инерции, отнесенной к площади поршня.

6) Каждый отрезок AB принимаем за диаметр полуокружности с центром в точках О

7) Определяем поправку Бригса OO’= *λ

OO’= *0,25=11,5625 мм

Для ходов впуска и расширения поправка Бригса откладывается вправо от точки O, а для ходов сжатия и выпуска – влево. Построенные ранее полуокружности делим через каждые , устанавливая транспортир в точке O’. Из каждой точки деления на полуокружностях проводим по вертикали до пересечения с кривыми развернутой диаграммы. Замеряем (мм) длину вертикального отрезка между кривой сил инерции и сил давления газов. Затем строим диаграмму касательной силы одного цилиндра в зависимости от угла поворота кривошипа α.

принимаем из справочной таблицы как функцию от α и λ. Сила = * .

Данные замеров и расчетов сводим в таблицу №3.

 

 

2. Построение диаграммы касательных усилий одного цилиндра

Определение касательной сили одного цилиндра.

Таблица №3

№ точки	(мм)	α	.	(мм)
		0°	-0,000
		15°	-0,3216	-5
		30°	-0,6091	-7
		45°	-0,8341	-6
		60°	-0,9769	-2
		75°	+1,0303
		90°	+1,000
		105°	+0,9016
		120°	+0,7551
		135°	+0,5801
		150°	+0,3909
		165°	+0,1961
		180°	+0,000
		195°	-0,1961	-3
		210°	-0,3909	-6
		225°	-0,5801	-9
		240°	-0,7551	-11
		255°	-0,9016	-12
		270°	-1,000	-12
		285°	-1,0303	-10
		300°	-0,9769	-12
		315°	-0,8341	-14
		330°	-0,6091	-24
		345°	-0,3216	-28
		360°	-0,000
		375°	+0,3216
		390°	+0,6091
		405°	+0,8341
		420°	+0,9769
		435°	+1,0303
		450°	+1,000
		465°	+0,9016
		480°	+0,7551
		495°	+0,5801
		510°	+0,3909
		525°	+0,1961
		540°	+0,000
		555°	-0,1961	-3
		570°	-0,3903	-6
		585°	-0,5801	-9
		600°	-0,7551	-11
		615°	-0,9016	-11
		630°	-1,000	-8
		645°	-1,0303	-3
		660°	+0,9769
		675°	+0,8341
		690°	+0,6091
		705°	+0,3216
		720°	+0,000

 

2.5 Построение диаграммы суммарной касательной силы для всех цилиндров.

Сложение касательных сил, действующих в разных цилиндрах двигателя проводим аналитически в табличной форме. Определим угол поворота коленчатого вала между двумя последовательными вспышками топлива в разных цилиндрах:

φ= для четырехтактного дизеля,

z- число цилиндров.

Для восьмицилиндрового дизеля φ=90°, а таблица имеет вид:

Определение ординат диаграммы суммарной касательной силы.

Таблица №4

 

N	0°	15°	30°	45°	60°	75°	90°
		-5	-7	-6	-2
		-3	-6	-9	-11	-12	-12
	-12	-10	-12	-14	-24	-28
		-3	-6	-9	-11	-11	-8
	-8	-3
	=16	=67	=68	=46	=14	=-3	=16

 

 

Список использованной литературы:

1. Гогин А.Ф. “Судовые дизели” M., “Транспорт”, 1988

2. Каминер “Проектирование судовых двигателей внутреннего сгорания”

3. Методические указания по курсовому проектированию судовых двигателей внутреннего сгорания. М., “Речной транспорт” 1962