На головну

Розрахунок кількості повітря, необхідного для реалізації заданої потужності, вибір схеми наддуву і визначення потужності компресора

  1.  Calibration memory. Вибір для збереження градуювання пам'яті, якщо це можливо.
  2.  D.1.1 Розрахунковий опір болтів зрушенню
  3.  D.1.2 Розрахунковий опір болтів розтягуванню
  4.  E.2 Моделі спрощеного розрахунку
  5.  I. Розрахунок очікуваного чистого операційного доходу.
  6.  I Розрахунок витрат для визначення повної собівартості вироби (роботи, послуги), визначення рентабельності його виробництва
  7.  I. Розрахунок основного магістрального насоса

2.1.1. Розрахунок кількості повітря і тиску наддуву.

Кількість повітря, необхідного для роботи, залежить від потужності, обраних раніше (див. П.1) геометричних розмірів циліндрів, якості газообміну і інших, чинників.

Витрата повітря через двигун визначається зі співвідношення:

 , Кг / с (13)

де вт -витрата палива двигуном, кг / с;

aS - Сумарний коефіцієнт надлишку повітря;

L0' - Співвідношення між масами повітря і палива при повному згорянні палива (a= 1).

Витрати палива Вт залежить від потужності, ККД двигуна і якості палива:

 , Кг / с (14)

гдеNе - Ефективна потужність дизеля, кВт;

Ни - Теплотворна здатність палива, кДж / кг;

hе - Ефективний ККД двигуна.

З урахуванням (14) отримаємо:

 (15)

величини aS иhе попередньо вибираються за довідковими даними. Зазвичай для 4-х тактних тепловозних дизелів характерно aS= 2,1 - 2,6 і hе= 0,40-0,43, а для 2-х тактних відповідно - aS= 2,5 - 2,9 і hе= 0,34 - 0,38.

величини и Ни приймаються рівними 14,35 (величина безрозмірна, кг повітря / кг палива) і 42500 кДж / кг відповідно.

Під час продувки частина повітря втрачається, тому в процесі згоряння буде брати участь менша кількість повітря:

 , Кг / с. (16)

де jк - коефіцієнт надлишку продувочного повітря, оптимальне значення якого залежить від перебігу процесу продувки. При занадто малих jквеликий коефіцієнт залишкових газів і потужність двигуна знижується через зменшення маси свіжого заряду; при дуже великих jквеликі втрати енергії стисненого наддувочного повітря.

Для 2-х тактних двигунів при прямоточно-щілинний продувці - jк = 1,4 - 1,5; при прямоточно-клапанної - jк = 1,4 - 1,7 і при контурній (петлевий) продування - jк = 2,1.

Для 4-х тактних двигунів приймають jк = 1,05 - 1,15 або, точніше, таке ж значення, як і для двотактних з контурної продувкою, але, відносячи процес продувки до обсягу камери стиснення.

Кількість повітря в циліндрах Gі тиск наддуву РSпов'язані співвідношенням:

 , МПа (17)

де hv- коефіцієнт наповнення, вибирається для 4-х-тактних ДВС в межах 0,82 - 0,97, а для 2-х тактних - 0,85 - 0,95;

TS - Температура наддувочного повітря, К.

Якщо вважати, що в умовах тепловоза не вдається охолоджувати надувного повітря нижче 340 - 350 К, то можна прийняти, що температура заряду в циліндрах знаходиться в межах ТS = 370 - 400 К.

RВ - Газова стала повітря, RВ= 287 Дж / кг.К.

2.1.2. Вибір схеми наддуву.

За знайденою величиною тиску наддуву слід вибрати і обгрунтувати схему повітропостачання дизеля. Деякі з існуючих схем наведені на рис.3.

Для чотиритактних тепловозних дизелів, як правило, застосовують один щабель стиснення повітря в відцентровому компресорі, що наводиться в роботу від газової турбіни. Гранична величина тиску в такому компресорі становить 0,35 МПа. Якщо за розрахунками необхідно встановити більш високий тиск наддуву, доцільно змінити розмірність двигуна і понизити необхідну величину тиску. Обрана схема подачі повітря дизеля узгоджується з консультантом.

При проектуванні двотактного дизеля в залежності від необхідної величини наддуву застосовують одно- або двоступеневий наддування. При тиску РS ? 0,15 МПа застосовують одноступінчатий наддування з механічним приводом компресора. Як компресора застосовують об'ємний нагнітач або відцентровий компресор. В цьому випадку охолодження наддувочного повітря не виробляють.

 Деякі з існуючих схем наддуву тепловозних дизелів
 Одноступінчатий наддування від приводного нагнітача  Одноступенчатийгазотурбінний наддув
 
 Двоступеневий комбінований наддув з проміжним охолодженням надувочного повітря  Двоступеневий газотурбінний наддув з двома проміжними охолоджувачами надувочного повітря
 Рис.3.

Коефіцієнт корисної дії об'ємного нагнітача приймають в розрахунках рівним 0,65 - 0,7, при цьому споживана їм потужність NПН? 180 кВт.

При тиску РS> 0,15 МПа застосовують двоступеневий наддування з охолодженням наддувочного повітря, причому переважна схема, в якій перший ступінь стиснення здійснюється в турбокомпресорі. Схема подачі повітря залежить від конкретних даних і вибирається студентом.

Слід врахувати, що загальний рівень підвищення тиску в компресорах:

 , (18)

Вибір ступенів підвищення тиску повітря в ступені стиснення залежить від схеми подачі повітря. Як правило, ступінь підвищення тиску повітря в компресорі, що наводиться від вала дизеля, не перевищує 1,25 - 1,35 і вибирається з умов забезпечення роботи двигуна на холостому ходу при мінімальній кутової швидкості колінчастого вала. Оптимальна по виграшу в роботі стиснення розбивка ступенів підвищення тиску за ступенями стиснення виражається формулою:

Її слід застосовувати для двоступеневого наддуву чотиритактних двигунів.

Потужність, споживана компресором кожного ступеня, визначається за формулою:

 , Вт (19)

де Т1 - Температура повітря на вході в компресор, К;

- ступінь підвищення тиску в компресорі (для компресора низького тиску ? 1,9,

- Середнього тиску - 1,9 - 2,5 і високого тиску - 2,5 - 4,0);

Р0 - Тиск повітря на вході в компресор; для компресора 1-го ступеня ;

x0 - Втрати в повітрозабірних пристроїв і фільтрах x0 = 0,95 - 0,97;

hК - Коефіцієнт корисної дії компресора (приймається рівним 0,75 - 0.81);

k - показник адіабати (k = 1,4). У разі, коли компресор приводиться від колінчастого вала дизеля, споживану їм потужність слід відняти від ефективної потужності дизеля.

2.1.3.Розрахунок параметрів робочого тіла на вході в циліндри.

Температура повітря на виході з компресора:

 , К (20)

Якщо в обраній схемі передбачений охолоджувач, то температура після охолоджувача на вході в дизель (або на вході в компресор 2-го ступеня) визначається співвідношенням:

 , До

 , До

гдеhх - коефіцієнт ефективності охолоджувача;

ТW - Температура теплоносія, що охолоджує надувного повітря.

Для водоповітряних охолоджувачів hх знаходиться в межах 0,70 - 0,75, для воздуховоздушного охолоджувачів величина може бути прийнята в межах hх = 0,35- 0,5.

Температура води, що охолоджує на тепловозі наддувочного повітря, може прийматися рівною 330 До при нормальних зовнішніх умовах (нормальні атмосферні умови: р0= 0,103 МПа, Т0= 293 К).

У разі застосування воздуховоздушного охолоджувача температура ТW приймається рівною Т0= 293 К.

Втрати тиску повітря по тракту і в повітроохолоджувачі оцінюються приблизно:

, (21)

де xS - Коефіцієнт втрат; вибирається в межах 0,92 - 0,95.

На стиснення охолодженого повітря витрачається менше роботи, що дає певний виграш, проте він може бути знижений і навіть зведений до нуля аеродинамічними втратами в охолоджувальному пристрої. Інший фактор, який враховується при виборі схеми наддуву - маса свіжого заряду в циліндрі, пропорційна щільності повітря, і, отже, зростає з пониженням його температури. Таким чином, охолодження наддувочного повітря перед входом в дизель рівносильно підвищенню тиску наддувочного повітря. Обмеженням на цьому шляху є умова самозаймання палива.

Схема наддуву тепловозного дизеля викреслюється з використанням умовних позначень по ГОСТ 2.704-76 «Правила виконання гідравлічних і пневматичних схем», на ній вказуються розрахункові параметри робочого тіла (температури і тиску). Схема включається в пояснювальну записку.

2.2. Процеси наповнення і стиснення

Тиск свіжого заряду в кінці наповнення визначається за формулами:

· Для 4-х-тактних двигунів без наддуву:

Ра = (0,85 - 0,90).Р0 ,

· Для 4-х-тактних двигунів з наддувом:

Ра = (0,90 - 0,96).РS ,

· Для 2-х-тактних двигунів з прямоточною продувкою:

Ра = (0,85 - 0,90).РS ,.

Температура повітря в кінці наповнення:

 , К (22)

де ТS - температура повітря на вході в двигун;

DТ - приріст температури повітря в циліндрі;

Тr - температура залишкових газів;

gr - Коефіцієнт залишкових газів.

величина:

 , К (23)

де DТкін - Підвищення температури свіжого заряду за рахунок перетворення кінетичної енергії в теплову (DТкін = 5 - 7 К);

m - Підвищення температури повітряного заряду за рахунок підігріву від стінок циліндра (DТm = 5 - 8 К).

Величина коефіцієнта залишкових газів gr залежить від коефіцієнта надлишку продувочного повітря  і схеми продувки, а також від тиску наддувочного повітря, геометрії повітряних потоків в циліндрі і ряду інших чинників.

наближено визначити gr можна за графіком на рис.3, користуючись формулою:

 Залежність коефіцієнта продувки від коефіцієнта надлишку продувочного повітря
?S ?К
 Мал. 3.

На рис.3 наведено залежності для наступних схем продувки:

1) продування з ідеальним витісненням, ;

2) прямоточно-щілинна продування;

3) прямоточно-клапанна продування;

4) петлевая (контурна) продування;

5) продування з ідеальним змішанням, .

Для 4-тактних дизелів використовують криву 4, але обсяг залишкових газів відносять не до робочого об'єму, а до обсягу камери стиснення.

Температуру залишкових газів Тr можна приймати

Тr= 650 - 800 К; для прямоточних схем продувки менші, а для контурних великі значення.

Отримані значення параметрів зазвичай знаходяться в межах:

· 4-х тактний дизелі без наддуву gr = 0,03 - 0,06, Тr= 700 - 800 К;

· 4-х тактний дизелі c наддувом gr = 0,01 - 0,03, Тr= 600 - 700 К;

· 2-х тактні дизелі з клапанно-щілинним продуванням gr = 0,06 ? 0,08,

· 2-х тактні дизелі c прямоточно-щілинний продувкою gr = 0,03 ? 0,06, Тr= 600 ? 700 К.

коефіцієнт наповнення hV визначається за формулою:

 , (24)

де e - ступінь стиснення;

Gд - Коефіцієнт, що враховує дозарядку циліндрів двигуна Gд = 1,02 - 1,07.

перед визначенням hV необхідно вибрати величину ступеня стиснення e.

При виборі e враховують максимально-допустимий тиск згоряння в двигуні [РZ]maх. Обрана величина ступеня стиснення не повинна перевищувати значення:

 , (25)

де l - ступінь підвищення тиску при згорянні;

n1 - Середнє значення показника політропи стиснення.

Допустимий тиск згоряння [РZ]maх в сучасних дизелях знаходиться в межах 12 - 14 МПа і залежить від обраної конструкції двигуна.

Ступінь підвищення тиску l і ступінь стисненняeвибираються так, щоб величина l перебувала в межах 1,3 - 1,8, а величина e в межах, зазначених на рис. 2.

Показник політропи стиснення n1 в сучасних двигунах залежить від конструкції системи охолодження і втрат тепла в циліндрі при стисканні. величина n1 вибирається в межах 1,34 - 1,36.

Визначаємо дійсний робочий об'єм циліндра  в момент закриття впускного органу газорозподілу (фаза jа):

 , м3

де R - радіус кривошипа дорівнює значенню S / 2, м;

lш - Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна  приймається (0,2 - 0,25) (не плутати lш зі ступенем підвищення тиску l!)

j4 - Фаза запізнювання закриття впускного органу,

відлічується від ВМТ. Вона визначається виходячи з типу розраховується двигуна, і може відповідати фазі jа вже існуючих тепловозних двигунів (див. табл.2, в якій фази відраховуються від НМТ).

Таблиця 2.

 дизель  ПД1М  K6S310DR  У1Д6  1Д12-400
 фаза jа,0ПКВ
 дизель  1Д12Н-500  М756  Д70  Д49
 фаза jа,0ПКВ

Наведена формула для переміщення поршня є наближеною; її не слід використовувати для обчислення швидкості і прискорення поршня, особливо прискорення при короткому шатуне. Точна формула наводиться в кинематическим і динамічному розрахунку двигуна (частина 2 методичних вказівок). Робочий об'єм двигуна з ПДП розраховується за аналогічною формулою з урахуванням геометричних особливостей, окремо для верхнього та нижнього поршня і потім для всього циліндра. В цьому випадку можна приймати jа = 640 п.к.в. від НМТ (зовнішньої мертвої точки) нижнього поршня.

Визначаємо обсяг стиснення:

 , м3

Маса свіжого заряду в циліндрі наприкінці наповнення:

 , Кг (26)

де - тиск наддувочного повітря в МПа.

Маса робочого тіла в циліндрі наприкінці наповнення:

 , Кг (27)

Тиск повітря в кінці стиснення:

 , МПа (28)

Температура повітря в кінці стиснення:

 , К (29)

За умовою можливості надійного самозаймання палива значення температури ТС має бути не менше 750 К.

 



 Висота дизеля |  процес згоряння

 Вступ |  ВИБІР ТИПУ ТА РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ДИЗЕЛЯ |  процес розширення |  Визначення температури газів, на вході в турбіну і балансу потужностей компресора і турбіни |  Техніко-економічні показники проектованого дизеля |  Побудова теоретичних індикаторних діаграм |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати