Расчет двигателя
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Филиал г. Салехард
Кафедра АТХ
Курсовая работа
По дисциплине:
ВлТеория, расчет и конструкция тепловых двигателей и энергетических установокВ»
На тему: ВлРасчет двигателяВ»
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.
1.1 Процессы 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=( 0,75тАж0,95 )рк= ( 0,75÷0,95 )×0,22 = 0,165 ÷ 0,209 МПа, рr=0,209 МПа
давление надувочного воздуха рк для существующих двигателей:
рк=(1,5тАж2,2)ро.= (1,5тАж2,2)×0,1 = 0,15 ÷ 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 0тАж10. Принимаем значение DТ =100 .
Давление в конце впуска ра принимается из следующих соотношений
ра = рх - Dра = 0,22 тАУ 0,022 = 0,198 МПа
У двигателей потери давления Dра за счет сопротивления впускного тракта находятся: Dра = ( 0,03 ÷ 0,1 )× рх = 0,0066 ÷ 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 1,4тАж2. Примем nк = 1,6.
в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха a определяем массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):
М1 = a lо / 29, кмоль,
где lo= 14,5 кг. воздуха/ кг. топлива тАУ 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
1.2 Процесс сжатия
Определяем параметры процесса сжатия: n1; рс; Тс; Мс.
а). Показатель политропы сжатия п1 определяется из соотношения:
n1 = 1,41 тАУ 100/nн=1,41 тАУ 100/2300=1,366 ,
где nн тАУ номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.
б). Давление конца сжатия:
.
в). Температура конца сжатия:
г). Масса рабочей смеси в конце сжатия:
, кмоль
д). 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 тАУ соответственно элементарный состав топлива для дизтоплива (ориентировочно).
б). Определяют температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений:
Сrz тАУ теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:
Сrz =(20,2 + 0,92/a) + (15,5 + 13,8/a) 10 тАУ4 Тz + 8,314 ,
m -коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания
m=
x - коэффициент использования теплоты в ходе сгорания, для дизелей - x=0,7тАж0,9, примем 0,8.
Нu- низшая теплотворная способность топлива: для дизтоплива - ;
Подставим и после преобразования получим:
0,00244×Tz2 +30.04×Tz + ( - 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= 1,5×8,96 = 13,44 МПа
где l степень 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,
Ва- 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 | 6тАж8 Ва(8,96) | 10тАж15 (13,44) | 1000 Ва(1149,58) | 1900тАж2800 (2220,46) | 1100тАж1200 (1082,1) |
1.5 Индикаторные показатели цикла
а). Определяем среднее индикаторное давление (теоретическое) газов
МПа
б). Определяют среднее индикаторное давление (действительное) газов:
pi = jп р11,
где jп тАУ 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 0,9тАж0,96.
pi =0,96×1,26=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 ),
Ваи - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 2.
Таблица 2 Значения коэффициентов Ваи
Тип двигателя | ||
Дизели с неразделенной камерой сгорания | 0,105 | 0,012 |
Дизели с разделенной камерой сгорания | 0,105 | 0,0138 |
б). Определяем среднее эффективное давление газов:
=1,2096-0,2226=0,987 МПа.
в). Определяем механический КПД двигателя:
.
г). Определяем эффективный КПД двигателя:
.
д). Определяем удельный эффективный расход топлива:
.
Полученные расчетные значения (указаны в скобках) индикаторных и эффективных показателей сопоставляем с данными табл.3.
Таблица 3 Предельные значения индикаторных и эффективных показателей современных поршневых двигателей
Тип двигателя | pi, МПа | hi | bi, г/кВт*ч | pe, МПа | he | be, г/кВт.ч |
Дизели с наддувом | 0,8тАж2 ( 1,2096 ) | 0,42тАж0,5 ( 0,42 ) | 200тАж170 ( 201,68 ) | 0,7тАж1,8 ( 0,987 ) | 0,38тАж0,45 ( 0,34 ) | 210тАж175 ( 246 ) |
1.7 Определение основных размеров двигателя
а). Определяем рабочий объем одного цилиндра по заданным значениям мощности, частоты вращения и расчетному значению среднего эффективного давления газов (ре):
, л ,
где Ва- число цилиндров двигателя,- тактность двигателя.
.
Литраж двигателя состовляет 10,432 л.
б). Выбираем отношение хода (S) поршня к диаметру (D) по прототипу двигателя и задаемся : по прототипу равняется 1,0:
, мм;
S = (S/D) × D=1,0*119=119 мм.
Определяем литровую мощность по прототипу и по проектируемому двигателю:
Результаты теплового расчета сводим в табл. 4.
Таблица 4 Характеристика двигателей
Параметры двигателя | Ре, кВт | nн, мин-1 | e | D, мм | S, мм | S/D | Vл , Л | bе , г/кВт*ч | Рл, |
Прототип | 200 | 2300 | 16,5 | 125 | 125 | 1,0 | 11,85 | 209 | 16,88 |
Проектир. | 200 | 2300 | 16,5 | 119 | 119 | 1,0 | 10,576 | 246 | 18,91 |
Вместе с этим смотрят:
Автоматизированная система оперативного управления перевозками
Автомобильные эксплуатационные материалы
Автомобильный холодильный транспорт
Активная и пассивная безопасность автомобиля
Аналiз впливу рiзноманiтних чинникiв на трiщиноутворення нежорстких дорожнiх одягiв