Тепловой расчет двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Практическая работа №1

Тепловой расчет двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя

Цель работы

научиться определять основные параметры проектируемого двигателя, а также индикаторные и эффективные показатели работы двигателя.

Теоретическая часть

Тепловой расчет позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизируемого двигателя, а также оценить индикаторные и эффективные показатели работы созданного двигателя.

Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы деталей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, построения характеристик и решения ряда вопросов динамики двигателя.

Результаты теплового расчета зависят от совершенства оценки ряда коэффициентов, используемых в расчете и учитывающих особенности проектируемого двигателя. Они будут тем ближе к действительным, чем больше используются фактические данные испытаний таких двигателей, которые по ряду основных параметров близки к проектируемому.

Результаты теплового расчета дизеля в дальнейшем используются при выполнении кинематического и динамического расчетов. В примерах расчетов не учитывается дозарядка и продувка цилиндров

При выполнении расчета задаемся рядом параметров с учетом пределов их изменения, а также их значений для двигателей, принятых в качестве прототипов.

Если задана или определена методом тягового расчета эффективная мощность двигателя, выбраны номинальная частота вращения , число цилиндров i и отношение S/D, то при известном значении ре на основе формулы, определяющей эффективную мощность двигателя:

где - эффективное давление, МПа;

- рабочий объем цилиндра, л;

- частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

- коэффициент тактности двигателя (число ходов поршня за один цикл),

можно определить основные конструктивные параметры двигателя: диаметр цилиндра и ход поршня.

При этом литраж двигателя (рабочий объем всех цилиндров) определяется по формуле:

где - индикаторное давление двигателя, МПа;

- механический КПД.

Рабочий объем одного цилиндра:

где - ход поршня, м.

Обозначим отношение и представим Тогда диаметр цилиндра:

и ход поршня:

Полученные значения D и S округляют до целых чисел и по принятым их значениям определяют уточненные основные параметры и показатели двигателя.

Литраж двигателя (л):

Эффективная мощность (кВт):

Эффективный крутящий момент (Н·м):

Часовой расход топлива (кг/ч) :

где - эффективный удельный расход топлива, г/кВт·ч.

Средняя скорость поршня (м/с):

Литровая мощность двигателя (номинальная мощность, отнесенная к единице рабочего объема):

Значение литровой мощности для современных автотракторных двигателей находится в следующих пределах:

для автомобильных карбюраторных двигателей - 20 ...45 кВт/л;

для автотракторных дизелей - 10...20 кВт/л.

В качестве оценочного показателя применяют также удельную поршневую мощность (номинальную мощность, отнесенную к единице площади поршня):

Значение удельной поршневой мощности для современных автотракторных двигателей находится в следующих пределах: для автомобильных карбюраторных двигателей - 15...35 кВт/дм2, для автотракторных дизелей - 15...25 кВт/дм2.

Важные удельные показатели двигателя - литровая масса (масса сухого незаправленного двигателя, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндров) и удельная масса (масса сухого двигателя, приходящаяся на единицу номинальной мощности).

Так как то

Значение литровой массы характеризует совершенство конструкции и технологии изготовления двигателя, а также качество применяемых материалов. При уменьшении литровой массы с учетом создании заданной надежности и долговечности двигателя может быть достигнут существенный экономический эффект. Удельная масса двигателя зависит от литровой массы и степени форсирования, которая характеризуется литровой мощностью. Относительный прирост литровой мощности называют степенью форсирования.

Литровая и удельная массы дизелей больше, чем карбюраторных двигателей (при условии одинаковых их рабочих объемов), в связи с высокими нагрузками от давления газов на детали и соответственно большей поверхностью сопряжений и размеров несущих конструкций.

Значения литровой и удельной масс для современных автотракторных двигателей находятся в следующих пределах:

-для автомобильных карбюраторных двигателей =75...150 кг/л, =1,5...6 кг/кВт;

-для автотракторных дизелей = 100... 200 кг/л, = 4...10 кг/кВт.

Конструктивная компактность двигателей характеризуется габаритной мощностью (кВт/м3):

После деления и умножения правой части этого выражения для на литраж двигателя , габаритную мощность можно представить как произведение коэффициента компактности на литровую мощность , т. е. .

Коэффициент компактности двигателей без воздухоочистителя составляет:

-для V-образных дизелей жидкостного охлаждения грузовых автомобилей 13...15;

-для V-образных дизелей воздушного охлаждения грузовых автомобилей - 12...14.

Габаритная мощность V-образных дизелей с жидкостным охлаждением составляет 270...325 кВт/м3, а таких же дизелей с воздушным охлаждением значительно ниже - 155...185 кВт/м3. С увеличением числа цилиндров габаритная мощность возрастает. За счет выбора отношения S/D можно изменять габаритные размеры и массу двигателя.

Практическая часть

Исходные данные:

Удельная теплота сгорания топлива кДж/кг;

Номинальная мощность кВт;

Номинальная частота вращения об/мин;

Коэффициент тактности ;

Степень сжатия ;

Количество цилиндров ;

Коэффициент избытка воздуха ;

Отношение хода поршня к диаметру ;

Элементный состав топлива ,кг/кмоль.

Расчет ведем для условий сгорания 1 кг топлива. При выполнении расчета задаемся рядом параметров с учетом пределов их изменения, характерных для прототипа.

Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя:

 МПа

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы

Среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы:

МПа.

Индикаторный КПД:

.

Индикаторный удельный расход топлива:

г/(кВт-ч).

Эффективные показатели двигателя.

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня =13 м/с.

Среднее давление механических потерь:

МПа.

Среднее эффективное давление:

МПа.

Механический КПД:

.

Эффективный КПД:

.

Эффективный удельный расход топлива:

г/(кВт-ч).

Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя.

Литраж двигателя:

л.

Рабочий объем цилиндра:

л.

Обозначим отношение . Тогда диаметр цилиндра:

мм.

Ход поршня:

мм.

Площадь поршня:

мм или 127,47 см.

Средняя скорость поршня:

м/с.

соответствует принятой при определении среднего давления механических потерь и входит в предел 5%:

.

Эффективный крутящий момент:

Нм.

Часовой расход топлива:

кг/ч.

Литровая мощность:

кВт/л.

Удельная поршневая мощность:

кВт/дм.

Если принять массу сухого (не заправленного) двигателя без вспомогательного оборудования по прототипу карбюраторного ЗИЛ-130 кг, то литровая масса:

параметр двигатель цикл давление

кг/л.

Удельная масса:

кг/кВт.

Вывод

научились определять основные параметры проектируемого двигателя, а также индикаторные и эффективные показатели работы двигателя.

Размещено на Allbest.ru