Курсовая работа Тепловой расчёт двигателя (Прототипный двигатель 6ЧРН 36/45)

СКАЧАТЬ:  1361083528_kursovoy_raschyot.zip [148,71 Kb] (cкачиваний: 256)

2.1 Тепловой расчёт двигателя

(Прототипный двигатель 6ЧРН 36/45)

Рассчитать рабочий процесс дизеля с газотурбинным наддувом мощность N_e = 900 э.л.с. при частоте вращения n = 375 об/мин.

Исходные данные расчёта:

Степень сжатия E = 12,5

Максимальное давление цикла P_z = 68 бар

Коэффициент избытка воздуха α = 1,9

Коэффициент остаточных газов γ_г= 0,04

Давление наддува Р_к = 1,6 бар

Давление в выпускном коллекторе учитывая сопротивление газовой турбины P_г = 1,4 бар

Коэффициент использования тепла в точке z ξ_z = 0,8

Коэффициент использования тепла в точке b ξ_b = 0,85

Температура окружающей среды Т_о = 290 °К

Давление окружающей среды Р₀ = 1 бар

Механический КПД η_мех = 0,81.

Расчёт ведём для топлива со средним весовым составом:

C=0.87; H=0.126; O=0.004

Низшая теплотворная способность Q_н=10136 ккал/кг

Расчёт:

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива.

L₀ = моль/кг

Действительное количество молей воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива.

L = α*L₀=1.9*0.495= 0.94 моль/кг

Параметры наполнения рабочего цилиндра.

Температура воздуха после нагнетания (показатель политропы сжатия принимаем n = 1,8).

=290*1,23= 358 °К

Температура воздуха после холодильника:

°Κ

Температура воздуха, c учётом подогрева от стенок цилиндра ( Δt= 10°Κ)

Т= Т_s+Δt =320+10= 330°К

Температура смеси свежего заряда с остаточными газами в конце впуска:

T_a = ==346°K

, где температура остаточных газов принимается 750°K

Давление воздуха после холодильника, учитывая потери в холодильнике Δp=0.03 бар (сопротивление холодильника):

P_s= P_к-Δp=1.6-0.03=1.57 бар

Температура смеси в конце сжатия:

Среднийпоказатель политропы расширения.

7.466≠7.5946

Основные размеры цилиндра двигателя

Заданная мощность N_e= 900 э.л.с.

Для оценки форсировки двигателя определяем поршневую удельную мощность

Получившая форсировка соответствует среднеоборотным четырёхтактным двигателям с наддувом

[N_п]=13-18

2.2 Расчёт и построение индикаторной диаграммы

Выбираем масштаб ординат давления

1 бар - 2 мм. (m=2)

Ординаты давлений характерных точек цикла

Точка а = m*P_a=2*1.46=2.92 мм

Точка c = m*P_c=2*46.7=93.4 мм

Точка z = m*P_z=2*68=136 мм

Точка b = m*P_b=2*4.93=9.86 мм

Точка f = m*P_г=2*1.4=2.8 мм

Базу диаграммы принимаем V_a = 200 мм.

Объём камеры сгорания V_c = ==16 мм.

Объём предварительного расширения

V_z = ρ*V_c=1.56*16=24.96 мм.

Рабочий объём цилиндра V_s=V_a-V_c=200-16=184 мм.

Ординаты давления процесса сжатия и последующего расширения определим методом определения ординат давлений для произвольно взятых промежуточных объёмов. Расчёт производится в табличной форме.
Таблица 2.1

В прямоугольной системе координат PV наносим принятые объёмы и соответствующие им ординаты давлений. Полученные точки соединяем между собой. Снимаем площадь.

Площадь индикаторной диаграммы

F=3533 мм²

Определяем среднее индикаторное давление

(P_i)=бар

Полученное расчётным путём индикаторное давление P_i=9.72 бар

Погрешность

Проверочный расчёт поршня на прочность двигателя 6ЧРН 36/45.

Исходные данные:

P_z=68 бар

P_i=9.72 бар

n=375 мин^-1

С_m=5.625 м/с

Поршень выполнен из чугуна марки СЧ24-44. Поршневой палец плавающего типа, пустотелый выполненный из стали марки 20Х.

Материал для изготовления четырёх компрессионных и двух маслосъёмных колец служит чугун марки СЧ24-44. Кольца имеют замок косого типа.

Определяем основные конструктивные размеры.

1.1 Диаметр головки поршня:

D-D₁=(0.00080.008)D

D₁=D-0.006*D=360-0.006*360=360-2.16=357.8

1.2 Диаметр юбки поршня:

D₂=D-(0.00080.008)D=360-0.0008*360=

=360-0.288=359.712 мм.

1.3 Толщина днища:

δ=(0,120,18)D=(0.120,18)*360=43,264,8 мм

Принимаем по протипному двигателю

δ=42 мм. По центру δ=85 мм.

1.4 Расстояние от первого кольца до кромки поршня.

С=(0,150,3)D=(0.150.3)*360=54108 мм

Принимаем по прототипу С=92 мм.

1.5 Толщина цилиндричной стенки головки

S₁=(0.030.1)*D=(0.03-0,01)*360=10,8-36 мм

Принимаем S₁=36мм.

1.6 Толщина направляющей части юбки

S₂=мм

Принимаем S₂=16 мм

1.7 Длина направляющей части юбки принимаем по прототипному двигателю:

L_н=501,7 мм

1.8 Расстояние от нижней кромки поршня до оси пальца принимаем с прототипного двигателя

l₂=(0.81.2)D=1*0.18=0.18 м

1.9 Общая длина поршня:

L=709 мм.

2. Проверка тронка поршня на удельное давление

2.1 Длина направляющей части поршня.

L_н=====49,41 см.

Полученное значение направляющей части поршня меньше принятого

501.7<494.1 мм.

Следовательно, невыжимаемость смазки обеспечена.

3. Расчёт толщины днища.

3.1 Результирующий изгибающий момент, действующий на днище поршня.

M_из=кг*см,

3.2 Напряжение сжатия и растяжения, возникающие соответственно в верхних и нижних ??? :

σ_из= МПа,

Момент инерции сечения днища и расстояния от нейтральной оси сечения до нижней и верхней кромки сечения подсчитываем в табличной форме.

σ_сж=бар

σ_р=

Условия прочности удовлетворяются, так как полученные напряжение меньше допустимых бар.

3.3 Поршень охлаждается маслом.

Определяем тепловое напряжение

σ_т=бар.

где силовая нагрузка

g=(6000+26n)P_i=(6000+26.375)*9.72=153090

тогда

σ_т=бар

3.4 Суммарное напряжение

σ_сум=σ_р+σ_г=664,23+643=1307,23 бар

Допустимое напряжение изгиба для чугунных поршней [σ_сум\] = 2000 бар.

ΣF=104.95 ΣM_ст=336,46 ΣY^/_0-0=456.74

Y^/_0-0=2ΣY^/_0-1=2*456,74=913,48

Условиям прочности принятые размеры днища удовлетворяют.

Расчёт поршневого пальца

Конструктивные элементы

4.1 Диаметр пальца

d=(0.35-0.45)D=0.388*310=

Принимаем по прототипуd=140 мм

4.2 Внутренний диаметр пальца выбираем из прототипного двигателя

d₀=45 мм.

4.3 Длина вкладыша головного подшипника

l=(0.45-0.6)D=(0.45-0.6)360=162-216 мм.

4.4 Длина пальца

l_п= (0,82-0,85)D=(0.82-0.85)360=295.2-306

принимаем согласно прототипа

l_п=285 мм.

4.5 Расстояние между серединами опор пальца

l₁=мм.

4.6 Длина опорной части бобышки

а=мм.

4.Расчёт поршневого пальца.

Конструктивные элементы

4.1 Диаметр пальца

d=(0.35-0.45)D=0.388*310=

Принимаем по прототипу d=140мм.

4.2 Внутренний диаметр пальца выбираем из прототипного двигателя

d₀=45 мм.

4.3 Длина вкладыша головного подшипника

l=(0.45-0.6)D=(0.45-0.6)360=162-216 мм

Принимаем по прототипу l= 162 мм

4.4 Длина пальца

l_n=(0.82-0.85)D=(0.82-0.85)360=295.2-306

Принимаем согласно прототипа l_п=285 мм.

4.5 Расстояние между серединами опор пальца

l₁=мм

4.6 Длина опорной части бобышки

а=мм.

Расчёт

4.7 Напряжение изгиба, возникающее в момент действия силы P_d,

σ_из==915 бар.

4.8 Напряжение среза, возникающее в момент действия силы P_d.

σ_ср==250,72 бар.

Допускаемое напряжение изгиба для углеродистой стали [σ_из]=900-1200 бар

Допускаемое напряжение среза [σ_ср]=500 бар.

Следовательно, условиям прочности вполне удовлетворительно.

4.9 Удельное давление в подшипнике скольжения

бар.

Допускаемое удельное давление в подшипнике скольжения (головном подшипнике шатуна)

[K_п]=200-300 бар (вкладыш выполнен из бронзы).

4.10 Удельное давление на гнездо бобышек.

бар.

Допускаемое удельное давление на гнездо бобышек из чугуна [K_б]=250-450 бар.

Следовательно условия прочности соблюдено.

5. Расчёт поршневого кольца.

Конструктивные элементы.

5.1 Радиальная ширина кольца.

b=мм.

Принимаем b=11 мм.

5.2 Высота кольца.

h=(0.8-1.2)b=(0.8-1.2)*11=8.8-13.2

Принимаем h=10 мм.

5.3 Длина выреза в замке

l=(2-3)b=(2-3)*11=22-33 мм.

5.4 Температурный зазор

S=(0.003-0.005)D=(0.003-0.005)*360=1.08-1.8 мм.

5.5 Значение f^/

f^/=l-s=22-1.8=20.2 мм.

5.6 Значение f^//

f^//=8b-f^/=8*11-20.2=88-20.2 = 67.8 мм.

5.7 Напряжения в кольце при нахождении его в сжатом состоянии.

σ^/_из==775.32 бар, что вполне допустимо, так как предельное значение напряжения[σ^/_из=800-1500 бар].

5.8 Напряжения, возникающие в кольце в момент надевания его на поршень.

σ^//_из=бар,

что несколько выше допустимого напряжения при надевании кольца на поршень [σ^//_из]=2000-2500 бар.

Но, учитывая надёжное действие колец прототипного двигателя тех не размеров, окончательно принимаем указанные размеры поперечного сечения.

5.9 Удельное давление кольца P на стенку цилиндра

P==0.239 бар.

Что не превышает предельно допустимое давление для тихоходных дизелей.

[P]=0.3-0.6 бар.