Тепловой расчет двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

Рыбинский филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Волжский государственный университет водного транспорта»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Тепловой расчет двигателя

Специальность:26.02.05 Эксплуатация судовых энергетических установок

Студент группы:

41СМ - ЗО:

Ромашенков Д.В.

Рыбинск 2020



Введение

ДВС применяются в промышленности и практически на всех видах транспорта благодаря высокой экономичности по удельному расходу топлива, значительному моторесурсу и другим качествам. Более 90 мирового флота оборудованы ДВС дизельного типа.

Двигатели внутреннего сгорания составляют основу энергетических установок на внутреннем водном транспорте. Этот тип двигателя благодаря высокой экономичности заменил на флоте паровые поршневые машины. Процесс широкого внедрения на транспортных судах ДВС начался после изобретения в 1892 году немецким инженером Рудольфом Дизелем двигателя внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатия. Такие ДВС принято называть по имени изобретателя «дизелями». Первый двигатель, построенный Р.Дизелем, работал на керосине, распыливаемом форсункой с помощью подаваемого в него сжатого воздуха высокого давления. (Такие дизели называли компрессорными). Мощность этого одноцилиндрового дизеля составляла всего 15 квт при КПД 26%, что было существенно выше, чем КПД паровой машины.

В общемировой практике на относительно малых судах с мощностью энергетических установок до 20 000 квт как источник энергии судна используются дизельные двигатели. В перспективе планируется использование дизелей мощностью до 37 500 квт.

Главной причиной использования на судах дизельных двигателей является их экономичность, возможность работать на относительно тяжёлых топливах.

В настоящее время проводятся обширные научно-исследовательские и практико-конструктивные работы для усовершенствования судовых дизелей. На современном этапе основной задачей является обеспечение экономичности дизелей и уменьшение выброса ядовитых выхлопных газов. Для выполнения этой задачи необходимо совершенствовать знания по теории, конструированию и расчёту судовых ДВС. Исходя из этого можно считать, что тема работы является актуальной.

Объектом исследования является - тепловые расчеты судовых дизелей.

Предметом курсовой работы являются судовые энергетические установки.

Цель работы - тепловой расчет рабочего цикла четырехтактного ДВС типа 6Л265ПНС.

Цель курсовой работы - закрепление теоретических знаний по МДК 01.01 «Основы эксплуатации, технического обслуживания и ремонта судового энергетического оборудования».

Задачи исследования:

- расчет рабочего цикла и построение диаграмм;

- конструктивная разработка и конструктивный расчет;

- проработка вопроса эксплуатации.

Методы исследования: анализ и измерение.

Структура работы:

Введение

Глава 1 Показатели ДВС

1.1 Определение параметров всех процессов рабочего цикла дизеля

1.2 Построение индикаторной диаграммы

1.3 Построение теоретической индикаторной диаграммы

1.4 Построение кривой сил инерции

1.5 Построение диаграммы движущихся усилий

1.6 Определение и построение диаграммы касательных усилий

1.7 Построение диаграммы касательных усилий для одного цилиндра

1.8 Построение суммарной диаграммы касательных усилий

1.9 Определение ординат среднего касательного усилия

1.10 Определение масштаба литража избыточной работы двигателя

1.11 Определение главного размера маховика и махового момента

Заключение

Список использованных источников

литраж избыточная работа дизельный двигатель



ГЛАВА 1 ПОКАЗАТЕЛИ ДВС

Первая глава - практическое обоснование, носит описательный и расчетный характер. В ней :

- Определяем параметры всех процессов рабочего цикла дизеля;

- Построение индикаторной диаграммы;

- Построение теоретической индикаторной диаграммы;

- Построение кривой сил инерции;

- Построение диаграммы движущихся усилий;

- Определение и построение диаграммы касательных усилий;

- Построение диаграммы касательных усилий для одного цилиндра;

- Построение суммарной диаграммы касательных усилий;

- Определяем ординаты среднего касательного усилия;

- Определяем масштаб литража избыточной работы двигателя;

- Определяем главный размер маховика и махового момента.

Расчет рабочего цикла

При проверочном расчете двигателя задаются следующие величины:

- эффективная мощность двигателя (л.с.);

- 525

- номинальное число оборотов (об/мин);

- 480

- число цилиндров;

- 6

- степень сжатия;

- 12

-давление в конце горения (кг/см2).

- 57,6

Расчет рабочего цикла ведется в последовательности процессов, составляющих цикл.

1. Этап.

Преимущества и недостатки дизельного двигателя.

Современные дизельные двигатели обычно имеют коэффициент полезного действия до 40-45 %, некоторые малооборотные крупные двигатели -- свыше 50 % . Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жёстких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые топлива, такие как мазут.

Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты -- топливо не успевает догореть в цилиндрах, для возгорания требуется время инициации. Высокая механическая напряжённость вынуждает использовать более массивные и более дорогие детали, что утяжеляет двигатель. Это снижает удельную мощность двигателя. На максимальных эксплуатационных режимах топливо не догорает, приводя к выбросу облаков сажи, и подачу топлива на больших оборотах приходится уменьшать (механический или электронный корректор подачи).

Зато при низких оборотах дизельный двигатель может работать без дымления при большей цикловой подаче топлива. Потому он выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах.. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя, а более высокий теоретический КПД даёт более высокую топливную эффективность.

Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть, сравнительно плохо испаряется и в замкнутом моторном отделении не образует большого количества легковоспламеняющихся паров) -- таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется искровая система зажигания.

Ввиду большей степени сжатия дизельный двигатель при пуске требует проворота коленвала с большим усилием, чем карбюраторный двигатель сходного литража. Поэтому для его пуска необходимо использовать стартер большей мощности. В то же время потребление чистого воздуха позволяет осуществить пуск подачей в цилиндры сжатого воздуха, что в ряде случаев даёт существенные преимущества перед пуском электростартером -- нечувствительность системы к понижению внешней температуры, нетребовательность к материалам, в частности, система пуска сжатым воздухом вообще не имеет деталей из меди, не содержит опасных для здоровья технического персонала веществ, то есть едких щелочей и крепких кислот, а также ядовитых свинца, кадмия, дорогого серебра; она легче системы пуска с электростартером.

Явными недостатками дизельных двигателей являются помутнение и застывание (запарафинивание) летнего дизельного топлива при низких температурах. Также они крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой, топливная аппаратура дороже и существенно сложнее в ремонте, так как и форсунки, и ТНВД являются прецизионными устройствами. Ремонт дизельных двигателей вообще значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизельные моторы обладают более ровным и высоким крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым.

Тепловой расчёт

Целью теплового расчёта является определение параметров всех процессов рабочего цикла дизеля: экономические показатели (КПД), удельный расход топлива () и т.д. Основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня).

Расчёт производится для режима работы дизеля соответствующего номинальной мощности и частоте вращения коленчатого вала. Для проведения расчёта необходимо иметь ряд исходных данных, которые условно можно разделить на 2 группы. К первой группе относятся параметры которые необходимы для проведениями теплового расчёта. На основании изучения литературы источников и материалов по двигателю прототипу этими параметрами, является следующими значениями:

- номинальная эффективная мощность двигателя,

- 525 л.с.;

- соответствующая номинальной мощности частота вращений коленчатого вала,

- 480 об/мин;

- степень сжатия,

- 12;

-давление в конце горения,

- 57,6 кг/см²;

- коэффициент избытка воздуха,

- 0,4;

- давление окружающего воздуха,

- 1 кг/см²;

- температура окружающего воздуха,

- 291 °К;

- максимальное давление сгорания,

- 5,76 Мн/м²;

- коэффициент использования теплоты

- 0,90

Вторая группа включает в себя параметры, которые в зависимости от принятой методики проведения расчёта, либо принимается по литературным данным или заимствуются от двигателя прототипа, либо определяется в процессе расчёта:

- температура остаточных газов,

- 600 °К;

- давление остаточных газов,

- 1,2 кг/см² .

- коэффициент остаточных газов,

- 0,06;

- степень повышения давления,

- 2,2;

- показатель политропы сжатия,

- 1,35;

- показатель политропы расширения,

- 1,2;

- механический КПД,

- 0,85;

- давление в начале сжатия,

- 0,85 кг/см².

Построение индикаторной диаграммы

Цель расчета рабочего процесса: определить величины необходимые для построения индикаторной диаграммы термодинамического цикла, экономические оценки рабочего процесса рассматриваемого двигателя.

Выбираем сорт топлива и определяем его химический состав;

Содержание углерода С = 86%

Содержание водорода Н =13%

Содержание кислорода = 1%

Низшая теплота сгорания = 10000 ккал/кг

Воздух по объему состоит из 21% кислорода и 79% азота , следовательно, теоретически необходимое мольное количество воздуха для сжигания 1 кг топлива определяется по формуле (1):

,(1)

где- теоретическое количество воздуха, моль;

С - углерод;

Н - водород;

О - кислород;

Отношение действительного количества воздуха к теоретическому , называется коэффициент избытка воздуха и определяется по формуле (2):

,(2)

где - коэффициент избытка воздуха;

- действительное количество воздуха, моль;

- теоретическое количество воздуха, моль;

Отсюда действительное количество воздуха определяется по формуле (3):

(3)

где - действительное количество воздуха, моль;

- коэффициент избытка воздуха;



- теоретическое количество воздуха, моль;

Подогрев воздуха от стенок цилиндра принимает ДТ = 20°С, тогда температура воздуха в конце наполнения определяется по формуле (4):

(4)

где - температура воздуха в конце наполнения, °К;

- температура окружающего воздуха, °С;

- подогрев воздуха от стенок цилиндра, °С;

Коэффициент наполнения определяет количество свежего воздуха поступившего в цилиндр, а значит и количество топлива которое может сгореть за цикл. Для четырехтактного дизеля определяется по формуле (5):

(5)

где - коэффициент наполнения;

- температура окружающего воздуха, °К;

- температура воздуха в конце наполнения, °К;

- степень сжатия;

- давление при впуске, кг/см²;

- давление остаточных газов, кг/см²;

- давление окружающего воздуха, кг/см²;



Коэффициент остаточных газов определяется по формуле (6):

(6)

где - коэффициент остаточных газов;

- степень сжатия;

- коэффициент наполнения;

- давление остаточных газов, кг/см²;

- давление окружающего воздуха, кг/см²;

- температура окружающего воздуха, °К;

- температура остаточных газов, °К;

Температура начала сжатия определяется по формуле (7):

(7)

где- температура начала сжатия, °К;

- температура воздуха в конце наполнения, °К;

- коэффициент остаточных газов;

- температура остаточных газов, °К;



Давление в конце сжатия определяется по формуле (8):

(8)

где - давление в конце сжатия, кг/см²;

- давление при впуске, кг/см²;

- степень сжатия;

- показатель политропы сжатия;

Температура в конце сжатия определяется по формуле (9):

(9)

где - температура в конце сжатия, °К;

- температура начала сжатия, °К;

- степень сжатия;

- показатель политропы сжатия;

Степень повышения давления определяется по формуле (10) из соотношения давления конца сгорания и давление конца сжатия:

,(10)

где - степень повышения давления;

- давление конца сгорания, кг/см²;

- давление конца сжатия, кг/см²;

Суммарное количество продуктов сгорания одного килограмма топлива определяется по формуле (11):

(11)

где - суммарное количество продуктов сгорания, моль;

- углерод; - водород;

- коэффициент избытка воздуха;

- теоретическое количество воздуха, моль;

Химический коэффициент молекулярного изменения определяется по формуле (12) из соотношения суммарного количества продуктов сгорания и действительного количества воздуха:

,(12)

где - химический коэффициент молекулярного изменения;

- суммарное количество продуктов сгорания, моль;

- действительное количество воздуха, моль;



Действительный коэффициент молекулярного изменения определяется по формуле (13):

,(13)

где - действительный коэффициент молекулярного изменения;

- химический коэффициент молекулярного изменения;

- коэффициент остаточных газов;

Средняя молярная теплоемкость воздуха в конце сжатия определяется по формуле (14):

,(14)

где - средняя молярная теплоемкость воздуха в конце сжатия, ккал/моль°С;

- температура в конце сжатия, °К;

Значение коэффициента для продуктов сгорания определяется по формуле (15):

,(15)

где - коэффициент для продуктов сгорания;

- коэффициент избытка воздуха;

Значение коэффициента для продуктов сгорания определяется по формуле (16):

,(16)

где- коэффициент для продуктов сгорания;

- коэффициент для продуктов сгорания;

Значение коэффициента b определяется по формуле (17):

,(17)

где- коэффициент;

- коэффициент избытка воздуха;

Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания определяется по формулам (18, 19):

(18)



где- средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания, ккал/моль;

- коэффициент для продуктов сгорания;

- коэффициент;

- температура максимального цикла, °К;

,(19)

где- средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания, ккал/моль;

- коэффициент для продуктов сгорания;

- коэффициент;

- температура максимального цикла, °К;

Температура максимального цикла определяется по формуле (20) из уравнения сгорания:

,(20)

где - степень сжатия;

- низшая теплота сгорания, ккал/кг;

- коэффициент остаточных газов;

- действительное количество воздуха, моль;

- средняя молярная теплоёмкость, ккал/моль °С;

- степень повышения давления;

- температура в конце сжатия, °К;

- действительный коэффициент молекулярного изменения;

- средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания, ккал/моль;

- температура максимального цикла, °К;

Степень предварительного расширения определяется по формуле (21):

,(21)

где- степень предварительного расширения;

- действительный коэффициент молекулярного изменения;

- степень повышения давления;

- температура максимального цикла, °К;

- температура в конце сжатия, °К;

Степень последующего расширения определяется по формуле (22):

,(22)

где- степень последующего расширения; - степень сжатия;

- степень предварительного расширения;

Давление конца процесса расширения определяется по формуле (23):



(23)

где- давление в конце расширения, кг/см²;

- давление в конце процесса сгорания;

- степень последующего расширения;

показатель политропы расширения;

Температура конца процесса расширения определяется по формуле (24):

(24)

где- температура в конце расширения, °К;

- температура максимального цикла, °К;

- степень последующего расширения;

показатель политропы расширения;

Теоретическое среднее индикаторное давление определяется по формуле (25):

(25)

где- теоретическое среднее индикаторное давление, кг/см²;

- давление в конце сжатия, кг/см²;

- степень сжатия;

- степень повышения давления;

- степень предварительного расширения;

показатель политропы расширения;

- степень последующего расширения;

- показатель политропы сжатия;

Учитывая уменьшение площади индикаторной диаграммы в следствии скругления острых углов, среднее индикаторное давление определяется по формуле (26):

, (26)

где - среднее индикаторное давление, кг/см²;

- теоретическое среднее индикаторное давление, кг/см²;

- радиус скругления, град;

Среднее эффективное давление определяется по формуле (27):

,(27)

где - среднее эффективное давление, кг/см²;

- среднее индикаторное давление, кг/см²;

- механический КПД;



Расход топлива на одну эквивалентную лошадиную силу в час определяется по формуле (28):

,(28)

где - расход топлива на одну эквивалентную лошадиную силу в час г/э.л.с/час;

- давление окружающего воздуха, кг/см²;

- коэффициент наполнения;

- степень повышения давления;

- теоретическое количество воздуха, моль;

- температура окружающего воздуха, °С;

- среднее индикаторное давление, кг/см²;

Расход топлива на эффективную лошадиную силу в час определяется по формуле (29):

,(29)

где - расход топлива на эффективную лошадиную силу в час, г/э.л.с/час;

- расход топлива на одну эквивалентную лошадиную силу в час, г/э.л.с/час;



- механический КПД;

Индикаторный КПД определяется по формуле (30):

,(30)

где - индикаторный КПД; - расход топлива на одну эквивалентную лошадиную силу в час, г/э.л.с/час);

- низшая теплота сгорания, ккал/кг;

Эффективный коэффициент КПД определяется по формуле (31):

(31)

где - эффективный коэффициент КПД;

- расход топлива на эффективную лошадиную силу в час, г/элсчас;

- низшая теплота сгорания, ккал/кг;

Принимаем для своего двигателя Согласно ГОСТ среднюю скорость поршня:



Его ход определяется по формуле (32):

,(32)

где - ход поршня, м;

- средняя скорость поршня, м/с;

- номинальное число оборотов, об/мин;

Эффективная мощность одного цилиндра определяется по формуле (33):

, (33)

где- эффективная мощность одного цилиндра, л.с.;

номинальное число оборотов, л.с.;

- число цилиндров;

Диаметр цилиндра определяется по формуле (34):

, (34)

где - диаметр цилиндра мм;

- эффективная мощность одного цилиндр, л.с.;

- ход поршня, м;

- номинальное число оборотов, об/мин;

- среднее эффективное давления, кг/см²;

Построение теоретической индикаторной диаграммы

Для построения теоретической индикаторной диаграммы необходимо кроме основных точек, определить ряд точек политропы сжатия и расширения.

Величину полного объема принимаем:

,

где - полный объем цилиндра, мм;

- работа, кг · м;

Величина объема камеры сжатия определяется по формуле (35):

,(35)

где - объем камеры сжатия, мм³;

- работа, кг · м; - степень сжатия;



Рабочий объем определяется по формуле (36):

, (36)

где - рабочий объем, мм;

- работа, кг · м;

- степень сжатия;

Для построения политропы сжатия строим ряд точек, для чего величине даем ряд значений от 1 до 23.

При имеем следующую формулу (37):

,(37)

где - точка на чертежах;

- давление (избыточное) газов на поршень;

- коэффициент масштабирования;

- коэффициент;

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

Максимальное давление (коэффициент с учетом масштаба) определяется по формуле (38):

,(38)

где - максимальное давление для чертежа, мм;

- коэффициент масштабирования;

максимальное давление;

Объем (коэффициент с учетом масштаба) определяется по формуле (39):

,(39)

где максимальный объем для чертежа, мм;

- коэффициент масштабирования;

- работа, кг · м;

- степень сжатия;

Для построения политропы расширения строим ряд точек, для чего величине даем ряд значений от 1 до 15,1:

При имеем следующую формулу (40):

(40)

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

При имеем:

При имеем:



При имеем:

При имеем:

На основании полученных точек строим теоретическую индикаторную диаграмму. Для приближения теоретической диаграммы к действительной необходимо скруглить углы диаграммы согласно принятого значения коэффициента .

Построение кривой сил инерции

Для построения диаграмм кривой сил инерции длину диаграмм принимаем в масштабе индикаторной диаграммы.

Необходимо определить силы инерции от поступательно движущихся частей, а также определить условно промежуточную ординату. Для построения откладываем отрезок АВ изображаемый в масштабе ход поршня S согласно индикаторной диаграмме равный нашему расчету. Из точки А соответствие со знаком отрезок силы инерции поступательно движущихся частей в масштабе давлений при положения поршня в верхней мёртвой точке, а в точке В откладываем ординату силы инерции поступательно движущихся частей в нижней мертвой точке.

Силы инерции поступательно движущих частей в верхней мёртвой точке определяется по формуле (41):

,(41)

где - силы инерции поступательно движущих частей в верхней мертвой точке, мм;

- вес поступательно движущихся частей, кг;

- ускорение свободного падения, м/сек;

- площадь поршня, см²;

- радиус кривошипа, мм;

- угловая скорость вращения коленчатого вала, об/мин;

- отношение радиуса мотыля к длине шатуна;

Силы инерции поступательно движущих частей в верхней мёртвой точке

умножаем на коэффициент масштабирования по формуле (42):

,(42)

где - силы инерции поступательно движущих частей в верхней мертвой точке, мм;



- коэффициент масштабирования;

Угловая скорость вращения коленчатого вала определяется по формуле (43):

,(43)

где - угловая скорость вращения коленчатого вала, об/мин;

- номинальное число оборотов, об/мин;

Отношение радиуса мотыля к длине шатуна определяется по формуле (44):

, (44)

где - отношение радиуса мотыля к длине шатуна;

- радиус мотыля, мм;

- длина шатуна, мм;

Величина силы инерции поступательно движущихся частей в нижней мертвой точке определяется по формуле (45):



,(45)

где - сила инерции поступательно движущихся частей в нижней мертвой точке;

- вес поступательно движущихся частей;

- ускорение свободного падения, м/сек;

- площадь поршня, см²;

- угловая скорость вращения коленчатого вала, об/мин;

- радиус кривошипа, мм;

- отношение радиуса мотыля к длине шатуна;

Силы инерции поступательно движущих частей в нижней мёртвой точкеумножаем на коэффициент масштабирования по формуле (46):

,(46)

где - силы инерции поступательно движущих частей в нижней мертвой точке, мм;

- коэффициент масштабирования;

Концы ординат АС и ВД соединяются прямой линией, точка Eполучается при пересечении линий. Из точки E восстановить ординату EF, которая определяется по формуле (47):



,(47)

где - ордината, мм;

- вес поступательно движущихся частей, кг;

- ускорение свободного падения, м/сек;

- площадь поршня, см²;

- угловая скорость вращения коленчатого вала, об/мин;

- радиус кривошипа, мм;

- отношение радиуса мотыля к длине шатуна;

Ординату EF умножить на коэффициент масштабирования по формуле (48):

,(48)

где - ордината, мм;

- коэффициент масштабирования;

Построение диаграммы движущихся усилий

Чтобы графически определить значение движущихся усилия отнесенному к одному см² площади поршня при любом угле попорота мотыля, а также для расчетов размера маховика, строим суммарную диаграмму движущихся усилий. Базой для построения этой диаграммы служит диаграмма сил от давления газов - индикаторная диаграмма, построенная ранее. Для удобства построения индикаторной диаграммы следует развернуть по ходам поршня. С этой целью необходимо провести горизонтальную прямую n отложить на ней отрезок mm равный четырём ходам поршня, а в масштабе оси абсцисс учетверенный объем .

Прямая линия mm принимается за атмосферную линию. На полученной диаграмме откладываем график сил веса поступательно движущихся частей относительно к 1см² к площади поршня.

Для этого от прямой линии mm проводим на расстоянии Kf, прямую параллельную линию, это и будет прямая линия поступательного движения частей. Строим на линии веса, как на оси абсцисс кривую сил инерции ПДЧ в масштабе индикаторной диаграммы, взятую с обратным знаком, и строят в перевёрнутом виде для облегчения последующего сложения сил действие на поршень.

Общее правило:

а)При таком построении величина равнодействующей давления, отнесенного к 1см² плошали поршня для любого его положения будет определяться отрезком ординат, измеренными между кривой давлений газов и кривой сил инерции;

б)Движущая сила инерции положительная (+), если линия давления газов находится выше сил инерции и отрицательна (-), если линия давления газа находится ниже сил инерции определяется по формуле (41):

,(41)

где- движущая сила инерции;

- площадь поршня, см²;

- расстояние для определения прямой линия поступательного движения частей;

вес поршня, кг;

- вес шатуна, кг;

- диаметр цилиндра, дм;

Для тихоходного двигателя вес ПДЧ определяется по формуле (42):

,(42)

где- вес ПДЧ для тихоходного двигателя, кг;

- вес поршня, кг;

- вес шатуна, кг;

Вес поршня определяется по формуле (44):

, (44)

где - вес поршня, кг;

- коэффициент равномерности для поршня;

- диаметр цилиндра, дм;

Вес шатуна определяется по формуле (45):



, (45)

где - вес шатуна, кг;

- коэффициент равномерности для шатуна;

D - диаметр цилиндра, дм;

Для определения истинного положения поршня и истинных значений, движущего усилий при конечной длине шатуна необходимо найти истинные величины перемещения поршня при повороте кривошипа на угол фи () от верхней мертвой точки. Для этого на одном участке диаграммы из центра хода поршня О в сторону НМТ откладываем поправку Брикса , которая определяется по формуле (46):

,(46)

где - поправка Брикса, мм;

- коэффициент равномерности;

- длина диаграммы, мм;

- степень повышения давления;

Затем из центра проводят полуокружность произвольного радиуса и делим ее на 12 равных частей, т.е. через 15°. Через точки проводим лучи до пересечения с полуокружностью большего радиуса. Из точки пересечения пускаем перпендикуляры до пересечения с кривой давления газов и сил инерции. Отрезки ординат, заключенные между кривыми давления газов и сил инерции для истинных положений поршня будет представлять собой истинные значения движущихся усилий .

Для остальных участков диаграммы истинные величины перемещения поршня определяются переносом при помощи измерителя, полученных точек.

Определение и построение диаграммы касательных усилий

Имея диаграмму движущих усилий, отнесенных к длине площади поршня, можно построить диаграмму касательных усилий. Величина касательного усилия может быть определена с помощью уравнения или графически для разных углов поворота мотыля по величинам движущих усилий снятых с диаграммы движущих усилий для этих углов. Для соответствующего угла поворота кривошипа на угол с диаграммы движущих усилий снимается величина и откладывается на продолжения радиуса этого же угла поворота кривошипа (отрезок МК). Из точки М до пересечения с осью шатуна проводиться перпендикуляр mn к оси цилиндра. Отрезок mn и будет являться величиной касательного усилия для заданного угла повороты кривошипа на угол . Знак величины определяется направления силы , а, следовательно, имеет тот же знак что и сила .

Построение диаграммы касательных усилий для одного цилиндра

Для построения диаграммы касательных усилий для одного цилиндра полученные значения в принятом масштабе откладываем на оси ординат соответствующего значения угла нанесённых на ось абсциз (можно без поправки Брикса).

После этого концы ординат соединяются плавной кривой и являются диаграммой касательного усилия одного цилиндра.

Построение суммарной диаграммы касательных усилий.

Суммарная диаграмма касательных усилий определяется по формуле (47):

,(47)

где - радиус скругления, град;

- количество цилиндров;

Каждый из этих участков разделён на 12 равных частей (через 15° градусов). Складывая ординаты всех участков кривой касательных усилий одного цилиндра с одним и тем же номером, находим ординату суммарной кривой касательных усилий. Соединяя полученные точки, получим суммарную диаграмму касательных усилий. Площадь диаграммы, ограниченная суммарной кривой линией и осью абсцисс изображает её работу, которую совершает двигатель за рабочий цикл.

Для разных углов поворота мотыля величина работы меняется, а сопротивление, которое должен преодолеть двигатель является постоянным и равным среднему касательному усилию.

Для определения ординаты среднего касательного усилия необходимо определить площадь ограниченной линии абсцисс и суммарной кривой касательных усилий и разделить на длину диаграмм.

Если площадь определяется для одного участка соответствующего угла поворота мотыля, между двумя последующими вспышками, то плошать делиться только на длину данного участка.

Определение ординат среднего касательного усилия

Общая площадь диаграммы ограниченной линией абсцисс и суммарной кривой касательных усилий определяется по формуле (48):

,(48)

где -, мм;

- площадь поршня, мм²;

- длина участка, мм;

Площадь над линией (а-в) равна сумме площадей избыточной работы А. Сумма площадок избыточной работы определяется по формуле (49):

(49)

где - сумма площадок избыточной работы, мм²;

- площадка 1 избыточной работы;

- площадка 2 избыточной работы.

Масштаб литража избыточной работы двигателя

Определяем масштаб давлений .

Объем одного цилиндра двигателя в литрах определяется по формуле (50):

, (50)

где - объем одного цилиндра двигателя, л;

- диаметр цилиндра, см;

- ход поршня, см;

Масштаб объемов работы определяется по формуле (51):

,(51)

где - масштаб объемов работы, мм²;

- объем одного цилиндра двигателя, л;

- рабочий объем, мм;

Масштаб работы определяется по формуле (52):

,(52)

где - масштаб работы, мм².



Избыточная работа определяется по формуле (53):

,(53)

где - избыточная работа, кг·м;

- сумма площадок избыточной работы, мм²;

- масштаб работы, мм².

Главный размер маховика и махового момента

Средний диаметр обода маховика определяется по формуле (54):

,(54)

где - средний диаметр обода маховика, м;

- площадь цилиндра;

Степень неравномерности вращения ДВС, работающего непосредственно на винт, находится в пределахнеобходимый для определения веса маховика определяется по формуле (55):

,(55)

где - вес маховика, кг · м;

- работа цилиндра;

- степень последующего расширения;

- число оборотов;

- средний диаметр обода маховика, м;

Масса маховика определяется по формуле (56):

,(56)

где - масса маховика, кг;

- вес маховика, кг · м;

- ускорение свободного падения, м/сек;

Учитывая влияние массы диска обода, вес маховика следует принимать равный по формуле (57):

, (57)

где - вес маховика с учетом влияния массы диска обода;

- вес маховика, кг · м.



Общий вес маховика определяется по формуле (58):

,(58)

где - общий вес маховика, кг;

-вес маховика с учетом влияния массы диска обода;

Окружная скорость маховика на внешней стороне обода во избежание разрыва от центробежной силы допускается:

для чугунных маховиков - (25-30) м/с;

для стальных маховиков -(40-45) м/с;

и определяется по формуле (59):

,(59)

где - окружная скорость маховика на внешней стороне обода, м/с;

- средний диаметр обода маховика, м;

- количество оборотов;

В двигателе 6Л265ПНС устанавливается чугунный маховик.

Размещено на Allbest.ru