Выполнения курсового проекта

Последняя цифра учебного шифра
Числовые значения
0,22 16,67 2,05 0,87 12,5 11,0 0,82 1,06 0,04 0,24 V	0,26 16,67 2,1 0,89 12,5 11,5 0,81 1,05 0.03 0,24 V	0,28 16,67 2,1 0,88 12,5 12,0 0,82 1,05 0,03 0.24 V	0,29 16,67 2,1 0,86 12,5 12,0 0,83 1,06 0,03 0,24 V	0,23 16,67 2,15 0,89 12,8 11,5 0,81 1,06 0,04 0,22 V	0,25 16,67 2,2 0,88 12,5 11,5 0,82 1,05 0,03 0.22 V	0,26 16,67 2,0 0,89 12,5 12,0 0,83 1,05 0,03 0,22 V	0,24 16,67 2,5 0,86 13,5 12,5 0,82 1,04 0,03 0,22 V	0,16 12,5 2,05 0,90 12,0 6,5 0,82 1,08 0,02 0,25 - P	0,16 12,5 2,1 0,88 13,0 7,5 0,80 1,05 0,02 0,25 42,2 104,3 - P

5. Выполнить расчет кинематических характеристик движения поршня дизеля и построить графические зависимости перемещения поршня, скорости движения и ускорения поршня от угла поворота кривошипа коленчатого вала.

6. Выполнить расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля, и построить графические зависимости этих сил от угла поворота коленчатого вала.

7. Исполнить чертеж (поперечный разрез) тепловозного дизеля; кратко пояснить его устройство и принцип работы (М 1:4).

Исходные данные для выполнения курсового проекта студент выбирает по последней цифре учебного шифра из табл. 1.Эти данные обязательно приводятся в начале пояснительной записки к курсовому проекту. Данные по дизелю-образцу в табл. 1а.

Таблица 1а

Последняя цифра учебного шифра	Заводская марка	Обозначение по Гост' у	Масса, кг	Литература
	6Д49	8ЧН 26/26		[5,10]
	2-2Д49	12ЧН 26/26		[5,10]
	1-5Д49	16ЧН 26/26		[5,7]
	1Д49	20ЧН 26/26		[5,8]
	6Д70	6ЧН 24/27		[6,10]
	12Д70	12ЧН 25/27		[6,10]
	3Д70	16ЧН 25/27		[6,8]
	1Д70	20ЧН 25/27		[6,8]
	ПД1М	6ЧН 31,8/33,0		[9]
	K8S310DR	8ЧН 31/36		[11]

При выполнении расчетов принять:

Состав дизельного топлива в долях массы – углерод C = 0,87; водород H = 0,126; кислород O = 0,004.

Удельная теплота сгорания дизельного топлива - H_u = 42500 .

Температура воздуха перед впускными органами дизеля t_K = 60°C.

При выполнении курсового проекта студент должен изучить конструкцию тепловозного дизеля – образца: ( см. список литературы).

3. 1. РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

Для определения основных параметров тепловозного дизеля используем метод теплового расчета рабочего цикла поршневого двигателя, предложенный профессором В.И.Гриневецким и усовершенствованный в дальнейшем профессором Е.К.Мазингом. Графическое изображение рабочего цикла двигателя, соответствующее этому расчетному методу, представлено на рис. 1. Расчетный цикл состоит из ряда последовательных процессов при следующих допущениях:

1. Процесс наполнения цилиндра рабочим телом происходит при постоянном давлении.
2. Процесс сжатия воздуха описывается политропой.
3. Действительная сложная зависимость подвода теплоты заменяется подводом теплоты в элементарных процессах – сначала изохорном ( v = const), а затем изобарном ( p = const).
4. Процесс расширения рабочего тела описывается политропой.
5. Принимают, что сгорание топлива начинается в точке c, а заканчивается в точке z.
6. Количество и состав газов в процессе расширения не изменяются.
7. Количество теплоты, подведенной к рабочему телу на участке "видимого" сгорания c - z' – z, определяется с использованием коэффициента ξ_Z , который принимают по опытным данным.
8. Выпуск отработавших газов происходит сначала по изохоре, а потом при постоянном давлении.
9. Показатели политроп сжатия и расширения рабочего тела принимают по опытным данным.

Рис. 1. Диаграмма рабочего цикла четырехтактного тепловозного дизеля:

k-a – линия наполнения цилиндра воздухом;

a-c – сжатие воздуха в цилиндре;

с-z'-z – процесс горения топлива в цилиндре;

z-b – расширение газов в цилиндре;

b-a-r – выпуск отработавших газов из цилиндра;

V_h – рабочий объём цилиндра;

V_a – полный объём цилиндра;

V_c – объем камеры сжатия;

P_z – наибольшее давление в цилиндре

Характерными точками диаграммы рабочего цикла поршневого двигателя являются:

a – начало сжатия рабочего тела;

c – конец сжатия рабочего тела (начало сгорания);

z – конец сгорания (начало расширения);

в – конец расширения рабочего тела в цилиндре.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

Рабочий объём цилиндра в

где D и S –соответственно диаметр цилиндра и ход поршня в дм.

Объём камеры сжатия

-геометрическая степень сжатия.

Полный объём цилиндра в

Давление в цилиндре в начале сжатия (в точке а) в МПа

(0,9 … 0,95)

где – давление наддувочного воздуха в МПа.

Температура рабочего тела в начале сжатия (в точке а) в К

где - температура наддувочного воздуха перед впускными органами дизеля в K

(приняли для расчёта - см.исходные данные);

– подогрев воздуха о стенки цилиндра;

– коэффициент остаточных газов (см.исходные данные);

– температура остаточных газов в цилиндре дизеля в К.

Для четырёхтактных дизелей с наддувом можно принять

Коэффициент наполнения для четырёхтактного дизеля определяют по формуле

Давление и температура рабочего тела в конце сжатия (в точке с) в МПа и К

где – средний для процесса показатель политропы сжатия;

(по опытным данным);

Степень повышения давления в цилиндре при сгорании топлива

- наибольшее давление в цилиндре (задано – см.исходные данные) , МПа.

Температура рабочего тела в конце «видимого» сгорания топлива (в точке z – см. рис. 1) определяют из балансового уравнения

где - универсальная газовая постоянная;

средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме для продуктов сгорания (в точке z) , кДж/(кмоль град) ;

коэффициент эффективного выделения тепла (до точки z) (см.исходные данные) ;

удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг (см.исходные данные) ;

средняя молярная теплоёмкость при постоянном объёме для смеси воздуха и остточных газов в точке c, кДж/(кмоль град) ;

температуры рабочего тела в точке с и К .

Для вычисления молярных теплоёмкостей используют следующие зависимости

воздух

«чистые» продукты сгорания (при α = 1)

В эти формулы значения температуры t подставляют для тех точек, для которых вычисляют теплоёмкости (точки c и z).

Теплоёмкости и определяют из соотношений соответственно при

где и – соответственно объёмные доли «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха в продуктах сгорания

количество «чистых» продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг дизельного топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (т.е. при α = 1) в кмоль/кг топлива

С и H – доли углерода и водорода в дизельном топливе (см. исходные данные) ;

теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

где молярная масса воздуха, кг/кмоль.

*При сгорании 1 кг топлива с теоретически необходимым количеством воздуха в продуктах сгорания не содержится кислорода

Действительное количество воздуха, расходуемого на сжигание 1 кг топлива, кмолей/кг топлива

где α – коэффициент избытка воздуха при сгорании дизельного топлива в цилиндре (см.исходные данные) .

Общее количество газов, образующихся при сгорании 1 кг дизельного топлива с заданным коэффициентом избытка воздуха, кмолей/кг топлива

действительный коэффициент молекулярного изменения

химический коэффициент молекулярного изменения при сгорании топлива

Так как теплоёмкость рабочего тела (в конце «видимого» сгорания в точке z ) зависит от искомой температуры , то балансовое уравнение надо решать методом последовательных приближений, исходя из условий сходимости

Первое приближение температуры рабочего тела в конце видимого сгорания можно принять

Графические зависимости теплоёмкостей от температуры приведены на рис.2.

Пример:

γ= 0,03

µ = 1,03

Решение: Вычисляем теплоемкости при

Рис. 2. Графические зависимости средних молярных теплоёмкостей при постоянном объёме для воздуха и «чистых» продуктов сгорания от температуры.

Обозначим правую часть уравнения ( ) через D, тогда

Принимаем первое приближение

Вычисляем значения теплоёмкостей при

Тогда

Проверяем сходимость приближений

что не удовлетворяет принятому выше условию

Принимаем второе приближение аналогично по вышеприведенным формулам вычисляем теплоёмкости. В результате получаем:

Проверяем сходимость приближений

т.е. требуемая сходимость достигнута, поэтому принимаем

Степень предварительного расширения продуктов сгорания

Объём цилиндра в конце «видимого» сгорания (в точке z)

Давление и температура рабочего тела в конце расширения (в точке в)

где δ – степень последующего расширения продуктов сгорания

средний для процесса показатель политропы расширения;

(по опытным данным).

3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

Расчётное среднее индикаторное давление в МПа

( )

Среднее индикаторное давление действительного цикла меньше расчётного вследствии наличия скруглений в точках c, ,z, b и а индикаторной диаграммы. Поэтому

где коэффициент полноты индикаторной диаграммы; по опытным данным для четырёхтактных дизелей следует принимать

Индикаторная мощность дизеля в кВт

Где рабочий объём цилиндра в

1 – число цилиндров;

n – частота вращения коленчатого вала в (об/с).

Индикаторный КПД дизеля

Удельный индикаторный расход топливо дизелем в кг/кВт ч

Эффективная мощность дизеля в кВт

где механический КПД дизеля (см. исходные данные) .

Эффективный КПД дизеля

.

Удельный эффективный расход топлива дизелем в кг/кВт∙ч

Часовой расход топлива дизелем в кг/ч

Часовой расход воздуха дизелем в кг/ч

Где α – коэффициент избытка воздуха в цилиндре (см. исходные данные);

φ – коэффициент продувки (см. исходные данные);

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива в кг/кг (см. выше).

Часовое количество отработавших газов кг/ч

Количество дизельного топливо, подаваемого в цилиндр за каждый цикл кг/цикл

Удельная (литровая) мощность дизеля в кВт/л

Угловая скорость вращения коленчатого вала в рад/с

3.3.СОСТАВЛЕНИЕ СВОДНОЙ ТАБЛИЦЫ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЕКТНОГО ДИЗЕЛЯ

Основные результаты расчета рабочего цикла и технико-экономических показателей тепловозного дизеля следует свести в таблицу, составленную по форме табл.2.

Таблица 2