Предварительное определение параметров дизеля

Введение

Создание современного двигателя внутреннего сгорания – сложный процесс, в котором участвуют различные специалисты. Центральное место в этом процессе занимает разработка конструкторского проекта. Конструирование двигателя заключается в инженерной разработке его конструкций. Научно – технический прогресс требует от конструкторов создание двигателей с высокими значениями основных показателей, главными из которых является экономичность, надежность, ресурс, материалоемкость, доступность изготовления и простота обслуживания. Для этого чтобы создаваемый двигатель удовлетворял перечисленным требованием, необходимо при его проектировании использовать новые конструкторские решения. Это не отрицает преемственности конструкций и возможности применения хорошо зарекомендовавших себя конструкций, а также узлов и деталей. Для развития речного транспорта характерен рост грузоподъемности и скорости движения судов и составов. Это требует непрерывного увеличения мощности судовых энергетических установок. Суда оснащены дизельными энергетическими установками, поэтому эффективность использования и безопасность эксплуатации судов во многом определяет техническое состояние главных и вспомогательных дизелей. Поддержание дизелей в технически исправном состоянии связано с большими материальными и трудовыми затратами. В связи с этим возникает необходимость совершенствования системы технического обслуживания и ремонта судовых дизелей. Одним из путей повышения эффективности технического обслуживания, ремонта и увеличения эксплуатационной надежности и долговечности судовых дизелей является широкое внедрение средств технического диагностирования в практику работы судовых экипажей, береговых производственных участков и судоремонтных заводов. В странах с развитыми судостроением и судоходством наблюдается повышенный интерес к диагностированию технического состояния судовых технических средств. При этом в первую очередь были созданы и внедрены системы диагностирования мощных малооборотных дизелей судов морского флота. Системы диагностирования таких дизелей строят преимущественно на базе ЭВМ. При этом используют судовые ЭВМ или децентрализованные системы диагностирования, которые обрабатывают ограниченную информацию и оценивают техническое состояние отдельных узлов и агрегатов дизеля. Структурно системы диагностирования обычно совмещают с системами централизованного контроля либо выполняют автономными.

Внедрение диагностирования судовых дизелей на речном флоте связано прежде всего с разработкой методов, средств, нормативов и алгоритмов диагностирования, с изысканием оптимальных технологических и организационных принципов практического применения диагностирования в процессе эксплуатации и ремонта дизелей, с накоплением статистических данных и производственного опыта. Кроме того, развитие диагностирования судовых дизелей не возможно без создания достаточно совершенных систем диагностирования, основанных на применении электронной и вычислительной техники, и организации их серийного производства. Но применение штатной стационарной системы диагностики связано с большими затратами из-за высокой стоимости датчиков. В то время, как применение переносных систем диагностирования приводит к увеличению межремонтного периода работы, росту эксплуатационного КПД установки, повышению надежности, сокращению потребности в запасных частях, уменьшению затрат на техническое обслуживание, сокращению времени поиска дефектов и причин неисправностей.

Таблица 1 - Исходные данные

Предварительное определение параметров дизеля

Выбираем рядную схему дизеля с числом цилиндров i = 6. Среднее эффективное давление выбирается в зависимости от частоты вращения вала: n = 500 мин^-1, выбираем P_me = 1200…2000 кПа.

1.1 Предварительное определение диаметра цилиндра, см.:

,

(1)

где P_e – заданная эффективная мощность, кВт;

Р_me – выбранное среднее эффективное давление, кПа;

n – частота вращения вала, мин^-1.

см.

Предварительное определение хода поршня, см.:

, см.

(2)

1.2 Выбор двигателя-прототипа для проектирования судового дизеля

По предварительным значениям S и d подбираем дизель-прототип, им соответствует дизель: 6ЧН 23/32 со следующими основными параметрами:

Таблица 2 - Основные параметры дизеля 6ЧН 23/32

1.3 Определение значения среднего эффективного давления у проектируемого дизеля, кПа.:

,

(3)

где P_e – мощность, кВт;

d – диаметр цилиндра, см;

S – ход поршня, см;

n – количество оборотов, мин^-1.

кПа.

Определяем среднее индикаторное давление, кПа, проектируемого дизеля:

.

(4)

Механический к.п.д. проектируемого дизеля:

,

(5)

где P_m – среднее давление механических потерь, кПа.

Если известен механический к.п.д. дизеля-прототипа, то среднее давление механических потерь в проектируемом дизеле оценивается по уравнению:

,

(6)

где , - для дизеля-прототипа.

, , .

1.4 Предварительная оценка удельного эффективного расхода топлива

Если средние эффективные давления проектируемого дизеля и дизеля- прототипа отличаются не более, чем на 200 кПа, а частоты вращения вала не более, чем на 200 об/мин, то удельный эффективный расход топлива для проектируемого дизеля принимается таким же, как у прототипа:

г/кВт.ч.

В первом приближении определяется давление наддувочного воздуха, кПа, после охладителя:

,

(7)

где R_airw = 289.5 Дж/(кг.К) – удельная газовая постоянная атмосферного воздуха с относительной влажностью;

T_int = 320…340 К – температура наддувочного воздуха после охладителя;

α₁ = 1.9…2.2 – коэффициент избытка воздуха при сгорании;

Ф_с – коэффициент наполнения (предварительно принимается равным 0.9).

. 1.5 Определение в первом приближении температуры наддувочного воздуха после компрессора

Температура наддувочного воздуха после компрессора, К:

,

(8)

где T_a = 300 К – температура атмосферного воздуха;

π_k = P_int/P_a – степень повышения давления в компрессоре;

P_a = 100 кПа – давление атмосферного воздуха;

k = 1.4 – показатель адиабаты;

η_к.п.д. = 0.65…0.85 – адиабатный к.п.д. центробежного компрессора.

K.

Степень охлаждения наддувочного воздуха:

,

(9)

где T^’_cool = 300 K – температура воды на входе в охладитель наддувочного воздуха.

.

По ГОСТ 4393-82 дизель рассчитывается для работы при «стандартных» атмосферных условиях: T_a = 300К; P_a = 100 кПа; φ_air = 60%; T^’_cool = 300К. Значение величин, характеризующих атмосферный воздух, в формулах (7) - (9) даны в соответствии с ГОСТ 4393-82. Если параметры атмосферного воздуха отличаются от «стандартных», то его молярная масса, кг/моль:

,

(10)

а удельная газовая постоянная, Дж/(кг.К):

,

(11)

где µ_air = 28.96 кг/моль – молярная масса сухого воздуха;

P_w – парциальное давление водяных паров, кПа;

R_w = 8.314 кДж/(кмоль.К) – универсальная газовая постоянная;

P_a – в кПа.

Таблица 3 – Результаты расчета