Проектирование судового двигателя внутреннего сгорания (стр. 2 из 7)

Где: x=0.75÷0.92 - коэффициент использования тепла

l =1.35÷1.55 - степень повышения давления для СОД

К

Степень предварительного расширения определяется зависимостью:

Степень последующего расширения:

По опытным данным значения

и для цикла смешанного сгорания находятся в пределах =1.4÷1.7 и =8÷11

2.5 Процесс расширения

Давление начала расширения:

Па

Давление и температура в конце расширения:

Па

К

Где: n₂ =1,25 –показатель политропы расширения

2.6 Процесс выпуска

В связи с тем, что в момент открытия выпускного клапана давление в цилиндре сравнительно высокое, приходится выпускной клапан открывать с некоторым опережением, несколько ранее прихода поршня в Н.М.Т., чтобы избежать большого противодавления на поршень и, кроме того, чтобы ускорить и улучшить очистку цилиндра от остаточных газов.

Ввиду того, что характер колебаний давления газов при выпуске не поддаётся точному теоретическому подсчёту, в расчётах обычно вместо переменного давления используют среднее постоянное давление газов в период выпуска Р_г. Это давление выше давления в выпускной трубе Р'_г. По практическим данным можно принять Р_г = 0,103...,0123 Мн/м² и Р'_г = 0,101...0,108 Мн/м². Меньшие значения относятся к тихоходным двигателям, а большие - к быстроходным. Средняя температура отработавших газов для четырёхтактных ДВС - 350...600 ⁰С

Принимаем:

Р_г=0.12 МПа – среднее постоянное давление газов в период выпуска

Р^¢_г=0.105 МПа – давление в выпускной трубе.

2.7 Построение расчётной индикаторной диаграммы

Теоретическую диаграмму строят по параметрам расчётного цикла, поэтому её называют также расчётной или проектной.

Построение диаграммы начинается с выбора масштабов P и V. По оси абсцисс откладывают объём [

], а по оси ординат – давление [ ].

Где: А - объём в точке а, выраженный в мм.

Значения

и найдём как

, тогда

Значит

=0.004 и =0.06

Возьмём масштаб на диаграмме 10мм=0.00375

Тогда

=149мм и =11мм и =160мм (Ox)

Далее принимаем масштаб для Pz(Oy)

Следовательно, 10мм=0.465МПа

Далее проводим ось давлений, атмосферную линию и линию выпуска.

Строим политропу сжатия аналитическим способом:

( =0.06 =160мм; =1.38; =0.105МПа)

Введём коэффициент А для расчётов в миллиметрах. А=21.5=

V	11	30	50	70	90	110	130	150	160
P	90	23	11	7	5	4	3	2.5	2.3

Кривую расширения строим аналогично кривой сжатия, но

= .

(

=0.06 =160мм; =1.25; =0.277МПа; b=21.5)

V’	11	30	50	70	90	110	130	150	160
P’	169	48	25.5	17	12	9.5	8	6.5	6

мм

Далее, выбрав Pr, откладываем его в масштабе и проводим линию выпуска; Pr=2.6мм

Спланиметрировав участок acz¢zba диаграммы, получим её площадь F=2637 мм² , по которой найдём среднее теоретическое индикаторное давление:

Па

Аналитически определяем среднее теоретическое индикаторное давление:

Расхождение между давлениями, определёнными графическими и аналитическими методами, не превышает 4%.

Среднее индикаторное давление с учётом поправки на полноту диаграммы:

P_i=j×P¢_i=0.96×0.79955×10⁶=0.7675 МПа.

Где: j =0.95÷0.68 – поправка на полноту диаграммы.

2.8 Параметры, характеризующие рабочий цикл

К параметрам, характеризующим действительный рабочий цикл двигателя, относятся давление в конце сжатия, давление в конце горения, среднее индикаторное давление, среднее эффективное давление, эффективный расход топлива, эффективный КПД, а также проводятся диаметр цилиндра D и ход поршня S.

Среднее эффективное давление:

P_е=P_i×h_м=0.7675×0,9=0.6908 МПа

Где: h_м=0.89÷0.91 – механический КПД при работе на номинальной мощности для судовых СОД.

Удельный индикаторный расход топлива:

кг/Дж

кг/кВт·ч

Удельный эффективный расход топлива:

кг/Дж

Индикаторный КПД:

Эффективный КПД:

Диаметр цилиндра:

мм

Ход поршня:

мм

Отношение

находится в пределах ГОСТа.

3. Динамический расчёт двигателя

3.1 Диаграмма движущих усилий

Удельные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме (КШМ) и отнесённые к единице площади поршня Р (н/

), можно подразделить на четыре группы:

- удельные силы, образующиеся от давления газов на поршень Ps;

- удельные силы тяжести движущихся частей Pb;

- удельные силы инерции поступательно движущихся частей In;

- удельные силы трения в механизме двигателя Pт;

Давление газов на поршень Pz – величина переменная при любом положении мотыля может быть определена по развёрнутой индикаторной диаграмме.

Сила тяжести Р_в:

Па

Где: m=1000÷3000 кг/м² – удельная масса поступательно движущихся частей.

Удельные силы поступательно движущихся масс определяются как произведение удельной массы поступательно движущихся частей, отнесённой к единице площади поршня

[кг/ м² ] на их ускорение а [м/с²]