Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
Расчет двигателя типа 6ЧН 26/34
Описание двигателя
Дизели устанавливаются на судах - перегружателях речного флота и на земснарядах в качестве приводов грунтовых насосов, а также поставляются для замены изношенных в дизельгенераторах. Главный судовой дизель 6ЧН 26/34 с понижающим редуктором и пневматической системой дистанционного автоматизированного управления предназначен для установки на буксирах - кантовщиках и транспортно-крановых судах ограниченного района плавания для работы на винт регулируемого шага. № Параметры 6ЧН 26/34 1 Мощность, кВт 320-500 2 Количество цилиндров 6 3 Диаметр цилиндра / ход поршня, мм 260 / 340 4 Рабочий объем цилиндров, л 100,08 5 Степень сжатия 12,5 6 Среднее эффективное давление, кг/см2
3,5-14,1 7 Максимальное давление сгорания, кг/см2
75-100 8 Частота вращения, об/мин 500-600 9 Средняя скорость поршня, м/с 5,67 10 Направление вращения, если смотреть на дизель со стороны маховика правое 11 Удельный расход топлива, г/кВт ч 211 12 Удельный расход масла на угар, г/кВт ч 1,35 13 Срок службы масла, ч 1500-3000 14 Объем масла в системе смазки, л 340-500 15 Объем воды в системе охлаждения, л 250-350 16 Ресурсы, ч: - непрерывной работы -до переборки -до капитального ремонта 1000-1200 10000-18000 60000-70000 17 Габариты,мм: -длина - шрина - высота 3930 1760 2650 18 Масса, сухая, кг 12000 Общее устройство систем
Дизели четырехтактные, нереверсивные, с вертикальным однорядным расположением цилиндров, с непосредственным впрыском топлива, с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха. Дизель 6ЧНП 26/34 с понижающим редуктором устанавливается на судовой фундамент и жестко крепится к нему. Дизель оборудован местным постом управления и дистанционным автоматизированным управлением режимами. Остов дизелей состоит из блок-картера и фундаментной рамы, скрепленных анкерными связями, образующих жесткую конструкцию, на которой смонтированы все остальные детали и узлы. На переднем торце дизеля размещены: турбокомпрессор, охладитель наддувочного воздуха, фильтр топлива, насосы воды, масла, топливоподкачивающий и маслопрокачивающий насосы. Со стороны заднего торца размещены: щит приборов, главный пусковой клапан, распределитель воздуха, механизм безопасности, регулятор скорости, привод распредвала. На верхней части дизеля размещены крышки рабочих цилиндров, к которым крепятся: впускной коллектор, выпускной коллектор и коллектор отвода воды из крышек цилиндров. На стороне управления дизелем размещены: распределительный вал, топливные насосы и их приводы, привод впускных и выпускных клапанов, механизм регулирования подачи топлива, тяга с защелками механизма безопасности и фильтр тонкой очистки масла. На противоположной управлению стороне дизеля расположены: коллектор подачи охлаждающей воды к втулкам рабочих цилиндров, предохранительные противовзрывные клапаны, охладители масла и воды с регуляторами температуры прямого действия. Коленчатый вал стальной. Со стороны переднего торца на коленчатом вале располагаются шестерни привода насосов воды и масла, с заднего торца - шестерня привода распределительного вала. Для гашения колебаний и обеспечения необходимой степени неравномерности вращения коленчатого вала дизель 6ЧНП 26/34 имеет силиконовый демпфер, который одновременно является маховиком, а также составляет часть упругой муфты отбора мощности. Поршень цельный, чугунный, охлаждаемый маслом. Шатун стальной, штампованный с прямым разъемом нижней головки. Турбокомпрессоры с фильтром - глушителем на входе. Регулятор скорости гидравлический, непрямого действия, со встроенным серводвигателем и стоп-устройством. Топливная система состоит из шестеренчатого топливоподкачивающего насоса с редукционным клапаном, сдвоенного фильтра тонкой очистки, отдельных топливных насосов высокого давления для каждого цилиндра и форсунок. Система смазки циркуляционная, под давлением, со свободным сливом масла в раму и откачиванием в отдельно расположенный маслобак. На дизеле установлен двухсекционный масляный насос. Первая секция насоса - нагнетает масло через фильтры из маслобака в дизель, вторая секция - откачивает масло из картера в маслобак. Предпусковая прокачка дизеля маслом производится пневмоагрегатом, смонтированным на подмоторной раме. Фильтрация масла производится фильтром полнопоточным тонкой очистки со сменными фильтрующими элементами и центробежным фильтром, расположенным на маслобаке. Система охлаждения дизеля водяная двухконтурная, состоит из двух водяных насосов внутреннего и внешнего контуров, охладителя наддувочного воздуха, охладителя масла, охладителя воды, регулятора температуры масла, регулятора температуры воды и расширительного бачка. Дизель и турбокомпрессор охлаждаются циркулирующей пресной водой внутреннего контура, а наддувочный воздух, масло и вода охлаждаются в охладителях воздуха, воды и масла проточной водой внешнего контура (забортной водой). Система пуска пневматическая (сжатым воздухом давлением 25-30 кГс/см2) состоит из пусковых баллонов, главного пускового клапана, воздухораспределителя золотникового типа и пусковых клапанов на крышках цилиндров. Средства контроля над работой дизеля и состоянием параметров расположены на щите приборов дизеля: Манометры масла, топлива, наддувочного воздуха. Термометры воды, выходящей из дизеля; масла, поступающего в дизель. Система для измерения температуры выпускных газов на выходе из каждого цилиндра, перед турбокомпрессором и за турбокомпрессором. Тахометр частоты вращения коленчатого вала. Топливо для работы применяется дизельное марки Л по ГОСТ 305-82, моторное ДТ ГОСТ 1667-68 и мазут Ф5 ГОСТ 10585-75. Масло в дизеле должно применяться марок М-10Г2ЦС, М10ДЦЛ20, М14ДЦЛ20 ГОСТ 12337-84. Заменителями указанных масел могут быть масла зарубежных фирм с классом вязкости SAE-30. Охлаждающая жидкость внутреннего контура - пресная вода с временной жесткостью 1,5-3,0 мГм. экв/л. с добавлением антикоррозионной присадки. Выбор исходных данных
Среднее эффективное давление Pе
=1,4 МПа Диаметр цилиндра D=26 см Ход поршня S=34 см Частота вращения коленчатого вала двигателя n=500 об/мин Атмосферное давление P0
=0,1013 МПа Температура окружающей среды T0
=293K Давление наддува PK
=(0,15÷0,2)Pe
=0,2*1,4=0,24МПа Коэффициент избытка воздуха α=1,8÷2,2 Принимаем α=1,85 Коэффициент остаточных газов γг
=0,01÷0,04 Принимаем γг
=0,03 Коэффициент использования тепла в точке z: ξz
=0,7÷0,85 Принимаем ξz
=0,85 Коэффициент использования тепла в точке b: ξb
=0,8÷0,92 Принимаем ξb
=0,91 Коэффициент скругления индикаторной диаграммы ξ=0,96 Степень сжатия ε=12÷16 Принимаем ε=12,5 Степень повышения давления при сгорании λ=1,437 Механический к.п.д.: ηм
=0,87÷0,94 Принимаем ηм
=0,87 Температура отработавших газов Тг
=800К Массовый состав топлива: C=0,865 кг/кг O=0,004 кг/кг H=0,126 кг/кг S=0,005 кг/кг Низшая теплота сгорания: Qн
р
=418, 7[81*C+300*H-26(O-S)-6(9*H+W)] кДж/кг Qн
р
=418, 7[81*0,865+300*0,126-26*(0,004-0,005)-6*(9*0,126+0)]=42303 кДж/кг Показатель политропы сжатия nК
=1,75 Подогрев заряда от стенок цилиндра ΔTа
=10К Снижение температуры в воздухоохладителе ΔTохл
=90К Потеря давления в воздухоохладителе ΔPохл
=0,003 МПа Расчёт процесса наполнения
Температура воздуха за компрессором Температура воздуха перед двигателем Ts
=TK
-ΔTохл
=424,04-90=334,04K Температура заряда к концу процесса наполнения Давление воздуха перед двигателем Ps
=PK
-ΔPохл
=1,4-0,003=0,237 МПа Давление заряда к концу процесса наполнения Pa
=ka
*Ps
, ka
=0,97 ka
-коэффициент изменения давления при наполнении, зависящий от конструкции впускных органов и оборотности двигателя. Pa
=0,97*Ps
=0,97*0,237=0,225 МПа Коэффициент наполнения Расчёт процесса сжатия
Средняя мольная теплоёмкость воздуха Cx
’
=av
’
+b’
T=19,26+0,0025T Средняя мольная теплоёмкость чистых продуктов сгорания Cx
’’
=av
’’
+b’’
T=20,47+0,0036T Средний показатель политропы сжатия Принимаем n1
=1,372 в первом приближении Принимаем n1
=1,372 Давление в конце сжатия Pc
=Pa
*εn
1
=0,225*12,51,372
=7,0916 МПа Температура в конце сжатия Tc
=Ta
* εn
1-1
=357,3*12,51,372-1
=900,37К Расчёт процесса сгорания
Количество воздуха для сгорания Действительное количество воздуха для сгорания L=αL0
=1,85*0,4934=0,91509 кмоль/кг Химический коэффициент молекулярного изменения Действительный коэффициент молекулярного изменения Доля топлива, сгоревшая в точке z xz
= ξz
/ ξb
=0,85/0,91=0,9341 Коэффициент молекулярного изменения в точке z Постоянная топлива Средняя мольная изохорная теплоёмкость смеси в точке z Принимаем TZ
=1944 K Максимальное давление сгорания PZ
=λ*PC
=1,437*7,0916=10,1919 МПа Расчёт процесса расширения
Степень последующего расширения Степень предварительного расширения Принимаем Tb
=1137K Средняя мольная изохорная теплоёмкость смеси продуктов сгорания и избыточного воздуха в конце расширения точки b Средний показатель политропы расширения Принимаем n2
=1,2562; Tb
=1137К Давление в конце процесса расширения Определение индикаторных показателей
Теоретическое среднее индикаторное давление Действительное среднее индикаторное давление Pi
=Pi
’
*ξ=1,6909*0,96=1,6232 МПа Индикаторный удельный расход топлива Индикаторный к.п.д. Определение эффективных показателей Среднее эффективное давление Pe
=Pi
*ηм
=1,6232*0,87=1,4122 МПа Эффективный удельный расход топлива ge
=gi
/ηм
=0,1938/0,87=0,2228 кг/(кВт*ч) Эффективный к.п.д.: ηе
= ηi
*ηм
=0,4353*0,87=0,3787 Ni
=13,1*D2
*S*z*Pe
*n*i=13,1*0,262
*0,34*4*1,4*500*6=732,2 кВт Ne
=Ni
*ηм
=732,2*0,88=637,8 кВт Расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы
Длина индикаторной диаграммы LV
=228 мм mV
=LV
/ε=228/12,5=18,24 Высота диаграммы LP
=112 мм mP
= PZ
/Lp
=10,1919/112=0,091 Полный объём цилиндра Va
=VS
+VC
=17+1,48=18,48 дм3
Рабочий объём цилиндра VS
=17 дм3
Объём камеры сгорания Процесс сжатия Процесс расширения Ординаты политропы сжатия и расширения. Таблица. Pсж Pрш 1 7,0916 10,1919 1,25 5,228473 10,1919 1,549 3,900794 10,1919 1,75 3,302011 8,743662 2 2,751486 7,393394 2,5 2,028607 5,586059 3 1,581409 4,442608 4 1,067556 3,095209 6 0,613575 1,859877 8 0,414203 1,295794 10 0,305383 0,979034 12 0,238062 0,778628 12,5 0,225151 0,739706 Для процесса сжатия V/VC
lg(V/VC
) n1
(lg(V/VC
)) (V/VC
)n1
P, МПа 1,0000 0,0000 0,0000 1,0000 7,0916 1,2500 0,0969 0,1324 1,3563 5,2285 1,5000 0,1761 0,2405 1,7399 4,0759 1,7500 0,2430 0,3319 2,1477 3,3020 2,0000 0,3010 0,4111 2,5774 2,7515 3,0000 0,4771 0,6517 4,4844 1,5814 4,0000 0,6021 0,8224 6,6428 1,0676 6,0000 0,7782 1,0629 11,5578 0,6136 8,0000 0,9031 1,2335 17,1211 0,4142 10,0000 1,0000 1,3659 23,2220 0,3054 12,0000 1,0792 1,4741 29,7888 0,2381 Для процесса расширения V/VC
lg(V/VC
) n2
(lg(V/VC
)) (V/VC
)n2
P, МПа 1,5490 0,1673 0,2102 1,5124 11,6773 1,7500 0,2430 0,3053 2,0198 8,7437 2,0000 0,3010 0,3781 2,3887 7,3934 2,5000 0,3979 0,4998 3,1615 5,5861 3,0000 0,4771 0,5993 3,9752 4,4426 4,0000 0,6021 0,7564 5,7057 3,0952 6,0000 0,7782 0,9776 9,4954 1,8599 8,0000 0,9031 1,1345 13,6289 1,2958 10,0000 1,0000 1,2562 18,0385 0,9790 12,0000 1,0792 1,3557 22,6813 0,7786 Динамический расчет Динамика двигателя характеризуется теми силами, которые действуют в кривошипно-шатунном механизме. Этими силами являются силы давления газов и инерционные силы, возникающие при движении деталей. Инерционные силы, кроме величин ускорений движущихся деталей, зависят также от их массы. Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм двигателя При работе двигателя суммарная сила, приложенная к центру поршневого пальца, представляет собой алгебраическую сумму силы P давления газов и сил инерции X поступательно движущихся частей: F = P ± X, Сила, приложенная к поршневому пальцу при работе кривошипно-шатунного механизма, может быть разложена на силу, действующую вдоль шатуна Рш, и силу, нормальную к оси цилиндра N. Сила Рш, действующая по шатуну и перенесенная к центру кривошипа, может быть разложена на силу тангенциальную Т и радиальную Z. Тангенциальная сила Т, действуя на радиусе r кривошипа, обеспечивает вращение коленчатого вала двигателя и развитие на нем крутящего момента Mкр. При вращении коленчатого вала от неуравновешенных вращающихся частей кривошипа возникает центробежная сила S, приложенная к центру шатунной шейки. Радиальная сила Z и центробежная сила S воспринимаются подшипниками коленчатого вала и создают соответствующую нагрузку на подшипники вала. Сила N, нормальная к стенке цилиндра, действуя на плече А от центра поршневого пальца до центра коленчатого вала, создает обратный крутящий момент Мобр, численно равный крутящему моменту Мкр двигателя. Обратный крутящий момент воспринимается от корпуса двигателя рамой автомобиля через детали подвески двигателя. Значения всех указанных сил периодически изменяются по своей величине и направлению за один полный оборот коленчатого вала. Нагрузка на подшипники определяется значениями максимальных и средних удельных давлений на шатунные и коренные шейки вала. Постоянная кривошипа r=s/2=34/2=17 см Lш
=260 мм λ=r/Lш
=170/660=0,2576 Избыточное давление Pиз
=PГ
-P0
β=arcsin(λ*sinφ) Движущая сила Pдв
=РГ
-Р0
+Рj
+PТ
Сила инерции Pj
=-mS
rw2
(cosφ+ λ*cos2φ) mS
– возвратно-поступательная масса mS
=250÷700 Принимаем mS
=600 Угловая скорость w=(π*n)/30=(3,14*500)/30=52,4 с-1
Сила тяжести PТ
=mS
g=600*9,81=5886 Па Нормальная сила N=Pдв
tgβ Сила, действующая по оси шатуна Q= Pдв
/cosβ Радиальная сила Касательная сила Расчёты приведены в таблице Средняя суммарная касательная сила TΣφ
ср
=ΣTΣφ
*(Δφ/α) α=720/i=720/6=120 ΣTΣφ
=13,726 TΣφ
ср
=13,726*(15/120)=1,716 МПа Вращающий момент Mвр
= ΣTΣφ
*r*Fn
=13,726*0,17*0,0531=0,124 МН*м r=170мм - радиус кривошипа Fn
– площадь поршня; Fn
=πD2
/4=3,14*0,262
/4=0,0531 м2
Mвр.ср..
= TΣφ
ср
*r*Fn
=1,716*0,17*0,053=0,0155 МН*м Среднее индикаторное давление Pi
= (TΣφ
ср
*π)/(i*z)=1,716*3,14/(6*0,5)=1,797 МПа φ, град φ, β, PГ, Pj, Pдв, N, Q, Z, T, рад рад МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа 0 0,0000 0,0000 0,237 -0,8559 -0,6189 0 -0,6189 -0,6189 0 10 0,1744 -0,1406 0,237 -0,8352 -0,5982 -0,026 -0,6042 -0,5846 -0,1295 20 0,3489 0,2374 0,237 -0,7745 -0,5375 -0,0461 -0,5530 -0,4893 -0,2272 30 0,5233 -0,2573 0,237 -0,6786 -0,4416 -0,0556 -0,4566 -0,3546 -0,269 40 0,6978 0,1931 0,237 -0,5542 -0,3172 -0,0517 -0,3232 -0,2098 -0,2435 50 0,8722 -0,0676 0,237 -0,4104 -0,1734 -0,0338 -0,1738 -0,0855 -0,1546 60 1,0467 -0,0786 0,237 -0,2568 -0,0198 -0,0044 -0,0199 -0,0061 -0,0193 70 1,2211 0,2007 0,237 -0,1031 0,1339 0,0324 0,1366 0,0154 0,1369 80 1,3956 -0,2589 0,237 0,042 0,279 0,0709 0,2886 -0,0213 0,287 90 1,5700 0,2324 0,237 0,1712 0,4082 0,1054 0,4195 -0,1054 0,4082 100 1,7444 -0,1308 0,237 0,2798 0,5168 0,1313 0,5213 -0,219 0,4861 110 1,9189 -0,0114 0,237 0,3653 0,6023 0,1456 0,6023 -0,3428 0,5162 120 2,0933 0,1501 0,237 0,4279 0,6649 0,1475 0,6725 -0,4602 0,5021 130 2,2678 -0,2419 0,237 0,4698 0,7068 0,1379 0,7280 -0,56 0,4528 140 2,4422 0,2553 0,237 0,4948 0,7318 0,1191 0,7563 -0,6372 0,3791 150 2,6167 -0,1852 0,237 0,5074 0,7444 0,0938 0,7574 -0,6915 0,291 160 2,7911 0,0566 0,237 0,5123 0,7493 0,0643 0,7505 -0,7261 0,1958 170 2,9656 0,0894 0,237 0,5135 0,7505 0,0326 0,7535 -0,7447 0,0982 180 3,1400 -0,2079 0,237 0,5135 0,7505 0 0,7670 -0,7505 0 190 3,3144 0,2600 0,2268 0,5135 0,7402 -0,0322 0,7659 -0,7346 -0,0969 200 3,4889 -0,2269 0,2318 0,5123 0,7441 -0,0639 0,7637 -0,721 -0,1945 210 3,6633 0,1208 0,2405 0,5074 0,7479 -0,0942 0,7534 -0,6948 -0,2923 220 3,8378 0,0228 0,2537 0,4948 0,7485 -0,1219 0,7487 -0,6517 -0,3878 230 4,0122 -0,1594 0,2724 0,4698 0,7423 -0,1448 0,7518 -0,5881 -0,4755 240 4,1867 0,2460 0,2984 0,4279 0,7263 -0,1611 0,7488 -0,5027 -0,5485 250 4,3611 -0,2527 0,3342 0,3653 0,6996 -0,1691 0,7225 -0,3981 -0,5995 260 4,5356 0,1769 0,384 0,2798 0,6637 -0,1686 0,6742 -0,2813 -0,6244 270 4,7100 -0,0454 0,454 0,1712 0,6252 -0,1614 0,6258 -0,1614 -0,6252 280 4,8844 -0,1001 0,5547 0,042 0,5967 -0,1516 0,5997 -0,0457 -0,614 290 5,0589 0,2146 0,7037 -0,1031 0,6007 -0,1452 0,6148 0,069 -0,6141 300 5,2333 -0,2605 0,9313 -0,2568 0,6745 -0,1496 0,6980 0,2077 -0,659 310 5,4078 0,2210 1,2914 -0,4104 0,881 -0,1719 0,9030 0,4346 -0,7854 320 5,5822 -0,1105 1,879 -0,5542 1,3248 -0,2157 1,3329 0,8762 -1,0168 330 5,7567 -0,0341 2,8468 -0,6786 2,1682 -0,2732 2,1695 1,7411 -1,3207 340 5,9311 0,1683 4,3466 -0,7745 3,572 -0,3066 3,6232 3,2518 -1,5098 350 6,1056 -0,2496 6,1567 -0,8352 5,3215 -0,2312 5,4917 5,2005 -1,1518 360 6,2800 0,2496 10,1919 -0,8559 9,336 0 9,6346 9,336 -0,0001 370 6,4544 -0,1683 10,1919 -0,8352 9,3567 0,4066 9,4908 9,144 2,0251 380 6,6289 0,0341 10,1919 -0,7745 9,4174 0,8082 9,4229 8,573 3,9803 390 6,8033 0,1105 7,6288 -0,6786 6,9502 0,8756 6,9929 5,5812 4,2334 400 6,9778 -0,2210 5,2063 -0,5542 4,652 0,7574 4,7680 3,0768 3,5705 410 7,1522 0,2605 3,6874 -0,4104 3,277 0,6394 3,3914 1,6166 2,9213 420 7,3267 -0,2146 2,73 -0,2568 2,4732 0,5485 2,5313 0,7616 2,4161 430 7,5011 0,1001 2,1098 -0,1031 2,0068 0,485 2,0169 0,2306 2,0516 440 7,6756 0,0454 1,6953 0,042 1,7372 0,4413 1,7390 -0,1329 1,7874 450 7,8500 -0,1769 1,4099 0,1712 1,5811 0,4082 1,6062 -0,4082 1,5811 460 8,0244 0,2527 1,2086 0,2797 1,4883 0,3781 1,5371 -0,6308 1,4001 470 8,1989 -0,2460 1,0638 0,3653 1,4291 0,3454 1,4735 -0,8134 1,2248 480 8,3733 0,1594 0,9585 0,4279 1,3864 0,3075 1,4042 -0,9595 1,0469 490 8,5478 -0,0228 0,8815 0,4698 1,3513 0,2637 1,3517 -1,0706 0,8657 500 8,7222 -0,1208 0,8256 0,4948 1,3204 0,215 1,3301 -1,1496 0,684 510 8,8967 0,2269 0,786 0,5074 1,2934 0,163 1,3274 -1,2016 0,5056 520 9,0711 -0,2599 0,7597 0,5123 1,272 0,1092 1,3162 -1,2326 0,3325 530 9,2456 0,2079 0,7446 0,5135 1,2581 0,0547 1,2858 -1,2485 0,1646 540 9,4200 -0,0894 0,4468 0,5135 0,9603 0 0,9642 -0,9603 0 550 9,5944 -0,0566 0,2234 0,5135 0,7368 -0,032 0,7380 -0,7312 -0,0964 560 9,7689 0,1852 0,2234 0,5123 0,7357 -0,0631 0,7485 -0,7129 -0,1923 570 9,9433 -0,2553 0,2234 0,5074 0,7308 -0,0921 0,7553 -0,6789 -0,2856 580 10,1178 0,2419 0,2234 0,4948 0,7182 -0,1169 0,7397 -0,6253 -0,3721 590 10,2922 -0,1501 0,2234 0,4698 0,6932 -0,1353 0,7011 -0,5492 -0,4441 600 10,4667 0,0114 0,2234 0,4279 0,6513 -0,1444 0,6513 -0,4508 -0,4918 610 10,6411 0,1308 0,2234 0,3653 0,5887 -0,1423 0,5938 -0,3351 -0,5045 620 10,8156 -0,2324 0,2234 0,2798 0,5031 -0,1278 0,5170 -0,2132 -0,4733 630 10,9900 0,2589 0,2234 0,1712 0,3946 -0,1019 0,4082 -0,1019 -0,3946 640 11,1644 -0,2007 0,2234 0,042 0,2654 -0,0674 0,2708 |