Материалы сайта
Это интересно
Модернизация двигателя мощностью 440 квт с целью повышения их технико-экономических показателей
1.2. Тепловой расчёт цикла модернизируемого дизеля В качестве топлива для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо следующего элементарного состава: - углерода C – 86%; - водорода H – 13%; - кислорода O – 1%. Низшая теплотворная способность топлива принимается равной: [pic] ккал/кг [pic] кДж/кг. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяется по формуле: [pic] моль/кг. Коэффициент избытка воздуха при горении для двигателя с неразделенной камерой сгорания принимается равным [pic]. Действительное количество воздуха в цилиндре на 1 кг топлива: [pic] моль/кг. Количество продуктов сгорания 1 кг топлива: [pic] моль/кг. Теоретический коэффициент молекулярного изменения: [pic]. Для более правильного выбора средней скорости поршня, величину которой необходимо знать для дальнейшего расчета цикла, производим предварительное определение основных размеров двигателя. Диаметр цилиндра определяется по формуле: [pic] м, где [pic] л.с. – номинальная эффективная мощность двигателя; [pic] кгс/см2 [pic] МПа – среднее эффективное давление; [pic] об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала; [pic] – коэффициент, учитывающий тактность двигателя; [pic] – число цилиндров; [pic]. Ход поршня будет равен: [pic] м. Средняя скорость поршня: [pic] м/сек. Для дальнейших расчётов принимаю: - давление и температура наружного воздуха – [pic] кгс/см2 [pic] МПа; [pic] К; - среднее значение показателя политропы сжатия – [pic]; - среднее значение показателя политропы расширения – [pic]; - отношение площади сечения цилиндра к площади проходного сечения впускного клапана – [pic]; - cтепень сжатия – [pic]; - давление воздуха после нагнетателя – [pic] кгс/см2 [pic] МПа. Средняя скорость протекания воздуха в проходном сечении впускного клапана равна: [pic] м/сек. Температуру наддувочного воздуха определяют по формуле: [pic] К, где [pic] – адиабатный КПД компрессора. Для снижения температуры наддувочного воздуха устанавливаем холодильник. Принимаем: [pic] К. Давление в начале сжатия при работе двигателя с наддувом, определяется по формуле: [pic] кгс/см2 [pic] МПа, где [pic] – коэффициент, учитывающий вредные сопротивления во впускном тракте. Температура воздуха в начале сжатия: [pic] К, где [pic] К – величина подогрева воздуха от стенок рабочего цилиндра; [pic] К – температура остаточных газов; [pic] – коэффициент остаточных газов. Давление и температура в конце сжатия определяются по формулам: [pic] кгс/см2 [pic] МПа; [pic] K. Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле: [pic]. Эффективный КПД двигателя определяется по формуле: [pic]. Удельный эффективный расход топлива равен: [pic] кг/(э.л.с.(ч) [pic] кг/(кВт(ч). Действительный коэффициент молекулярного изменения будет равен: [pic]. Количество молей смеси свежего заряда воздуха с остаточными газами до горения равно: [pic] моль/кг. Количество молей продуктов сгорания 1кг топлива: - водяных паров: [pic] моль/кг; - углекислого газа: [pic] моль/кг; - кислорода: [pic] моль/кг; - азота: [pic] моль/кг. Их сумма: [pic] [pic] моль/кг. Средняя мольная изохорная теплоёмкость воздуха в интервале температур от 0 до [pic] будет равна: [pic] [pic] ккал/моль(град [pic] кДж/(моль(град). Средняя мольная изобарная теплоёмкость смеси продуктов сгорания 1кг топлива определяется по формуле: [pic] [pic] [pic], где [pic] моль. Температура в конце сгорания [pic] определяется из уравнения: [pic]. В целях упрощения расчета для двигателей с небольшим коэффициентом остаточных газов [pic] можно принять, что теплоёмкость остаточных газов, обозначенная в уравнении сгорания [pic], равна теплоёмкости воздуха, и приняв [pic], уравнение сгорания примет упрощённый вид:[pic] [pic]. Степень повышения давления при сгорании [pic], входящая в уравнение сгорания, определяется в зависимости от принимаемой величины максимального давления цикла [pic]. Принимаем: [pic] кг/см2 [pic] МПа. Тогда: [pic]. Также принимаю: [pic] ккал/кг [pic] кДж/кг; [pic]. Таким образом, получается квадратное уравнение относительно [pic]: [pic] К. Степень предварительного расширения: [pic]. Температура и давление в конце расширения определяются с учётом [pic] по формулам: [pic] K; [pic] кгс/см2 [pic] МПа. Среднее индикаторное давление расчётного цикла определяю по формуле: [pic] [pic] [pic] кгс/см2 [pic] МПа. Учитывая неполноту индикаторной диаграммы, среднее индикаторное давление будет равно: [pic] кгс/см2 [pic] МПа,[pic] где [pic] – коэффициент полноты диаграммы. Принимаем механический КПД дизеля: [pic]. Определяем среднее эффективное давление: [pic] кгс/см2 [pic] МПа. Удельный индикаторный расход топлива определяется по формуле: [pic] [pic] кг/(и.л.с.(ч) [pic] кг/(кВт(ч). Удельный эффективный расход топлива: [pic] кг/(э.л.с.(ч) [pic] кг/(кВт(ч). Соответственно индикаторный и эффективный КПД будут равны: [pic]; [pic], где 632 – тепловой эквивалент работы 1 л.с. в течение часа. Окончательное значение диаметра цилиндра двигателя определяется по формуле: [pic] м. Окончательно принимаем: [pic] мм. Тогда длина хода поршня: [pic] м [pic] мм. Следовательно: [pic]. Среднее значение тепловой нагрузки цилиндра можно определить по формуле: [pic] [pic] [pic] ккал/(м2(ч) [pic] кВт/м2. где [pic] – коэффициент, показывающий, какая часть выделенного в цилиндре тепла передаётся охлаждающей жидкости. При газотурбинном наддуве двигателя, когда турбонаддувочный агрегат кинематически не связан с валом двигателя, мощность газовой турбины, работающей на отработавших газах двигателя, равна мощности наддувочного компрессора. Расход воздуха двигателем: [pic] кг/сек, где [pic] – коэффициент избытка продувочного воздуха. Работа адиабатного сжатия 1 кг воздуха в наддувочном компрессоре от давления [pic] до давления [pic]: [pic] [pic] кгс(м/кг [pic] кДж/кг, где [pic] – показатель адиабатного сжатия в компрессоре. Действительная работа сжатия в наддувочном компрессоре: [pic] кгс(м/кг [pic] кДж/кг, где [pic] – КПД компрессора. Окружная скорость на наружном диаметре рабочего колеса: [pic] м/с. Наружный диаметр рабочего колеса компрессора: [pic] м. Частота вращения ротора турбокомпрессора: [pic] об/мин. Мощность, затрачиваемая на приведение в действие наддувочного компрессора: [pic] л.с. [pic] кВт. Расход газов через турбину: [pic] [pic] кг/сек. Работа адиабатного расширения 1 кг газов от давления перед турбиной [pic] до давления за турбиной [pic] равна: [pic] [pic] ккал/кг [pic] кДж/кг, где [pic] ккал/(кг(град) [pic] кДж/(кг(град) – средняя весовая теплоемкость газов; [pic] кгс/см2 [pic] МПа – давление газов перед турбиной; [pic] кгс/см2 [pic] МПа – давление газов за турбиной; [pic] – показатель адиабатного расширения газов в турбине; [pic] – температура смеси газов в выпускном коллекторе, которая определяется по формуле: [pic] [pic] К, где [pic] ккал/(кг(град) [pic] кДж/(кг(град) – средняя мольная теплоёмкость воздуха при температуре [pic] К; [pic] ккал/(кг(град) [pic] кДж/(кг(град) – средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при температуре газов в выпускном коллекторе: [pic] К; [pic] – средняя мольная теплоёмкость смеси газов с воздухом: [pic] [pic] ккал/(кг(град) [pic] кДж/(кг(град). Мощность газовой турбины: [pic] л.с. [pic] кВт, где [pic] – эффективный КПД газовой турбины. Таким образом: [pic] кВт.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35