Розрахунок двигуна типу 6ЧН 2634

Розрахунок двигуна типу 6ЧН 26/34

Опис двигуна

Дизелі встановлюються на суднах - перевантажувача річкового флоту і на земснаряді в якості приводів грунтових насосів, а також поставляються для заміни зношених в дізельгенератора.

Головний судновий дизель 6ЧН 26/34 зі знижувальним редуктором і пневматичною системою дистанційного автоматизованого управління призначений для установки на буксирах - кантовщиків і транспортно-кранових судах обмеженого району плавання для роботи на гвинт регульованого кроку.

Загальне пристрій систем

Дизелі чотиритактні, нереверсивні, з вертикальним однорядним розташуванням циліндрів, з безпосереднім уприскуванням палива, з газотурбінним наддувом і охолодженням наддувочного повітря.

Дизель 6ЧНП 26/34 зі знижувальним редуктором встановлюється на судновий фундамент і жорстко кріпиться до нього. Дизель обладнаний місцевим постом управління і дистанційним автоматизованим управлінням режимами.

Остов дизелів складається з блок-картера і фундаментної рами, скріплених анкерними зв'язками, що утворюють жорстку конструкцію, на якій змонтовані всі інші деталі та вузли.

На передньому торці дизеля розміщені: турбокомпресор, охолоджувач наддувочного повітря, фільтр палива, насоси води, масла, топливоподкачивающий і маслопрокачівающій насоси.

З боку заднього торця розміщені: щит приладів, головний пусковий клапан, розподільник повітря, механізм безпеки, регулятор швидкості, привід распредвала.

На верхній частині дизеля розміщені кришки робочих циліндрів, до яких кріпляться: впускний колектор, випускний колектор і колектор відводу води з кришок циліндрів.

На боці управління дизелем розміщені: розподільний вал, паливні насоси і їх приводи, привід впускних і випускних клапанів, механізм регулювання подачі палива, тяга з клямками механізму безпеки і фільтр тонкого очищення масла.

На протилежній стороні управлінню дизеля розташовані: колектор подачі охолоджуючої води до втулок робочих циліндрів, запобіжні клапани противибухові, охолоджувачі масла і води з регуляторами температури прямої дії.

Колінчастий вал сталевий. З боку переднього торця на колінчастому валі розташовуються шестерні приводу насосів води і масла, із заднього торця - шестерня приводу розподільного валу.

Для гасіння коливань і забезпечення необхідного ступеня нерівномірності обертання колінчастого вала дизель 6ЧНП 26/34 має силіконовий демпфер, який одночасно є маховиком, а також становить частину пружної муфти відбору потужності.

Поршень цільний, чавунний, охолоджуваний маслом.

Шатун сталевий, штампований з прямим роз'ємом нижньої головки.

Турбокомпресори з фільтром - глушником на вході.

Регулятор швидкості гідравлічний, непрямої дії, з вбудованим серводвигуном і стоп-пристроєм.

Паливна система складається з шестеренчатого топливоподкачивающего насоса з редукційним клапаном, здвоєного фільтра тонкого очищення, окремих паливних насосів високого тиску для кожного циліндра і форсунок.

Система змащення циркуляційна, під тиском, з вільним зливом масла в раму і відкачуванням в окремо розташований маслобак. На дизелі встановлений двосекційний масляний насос. Перша секція насоса - нагнітає масло через фільтри з маслобака в дизель, друга секція - відкачує масло з картера у маслобак. Передпускова прокачування дизеля маслом проводиться пневмоагрегати, змонтованим на подмоторной рамі. Фільтрація масла проводиться фільтром полнопоточного тонкого очищення зі змінними фільтруючими елементами і відцентровим фільтром, розташованим на маслобаку.

Система охолодження дизеля водяна двоконтурна, складається з двох водяних насосів внутрішнього і зовнішнього контурів, охолоджувача наддувочного повітря, охолоджувача масла, охолоджувача води, регулятора температури масла, регулятора температури води і розширювального бачка. Дизель і турбокомпресор охолоджуються циркулюючої прісною водою внутрішнього контуру, а наддувочне повітря, масло і вода охолоджуються в охолоджувачах повітря, води і масла проточною водою зовнішнього контуру (забортної водою).

Система пуску пневматична (стислим повітрям тиском 25-30 кгс/див2) складається з пускових балонів, головного пускового клапана, повітророзподільника золотникового типу і пускових клапанів на кришках циліндрів.

Засоби контролю над роботою дизеля і станом параметрів розташовані на щиті приладів дизеля:

Манометри масла, палива, наддувочного повітря.

Термометри води, що виходить з дизеля; масла, що надходить в дизель.

Система для вимірювання температури випускних газів на виході з кожного циліндра, перед турбокомпресором і за турбокомпресором.

Тахометр частоти обертання колінчастого вала.

Паливо для роботи застосовується дизельне марки Л за ГОСТ 305-82, моторне ДТ ГОСТ 1667-68 і мазут Ф5 ГОСТ 10585-75.

Масло в дизелі повинно застосовуватися марок М-10Г2ЦС, М10ДЦЛ20, М14ДЦЛ20 ГОСТ 12337-84. Замінниками зазначених масел можуть бути масла зарубіжних фірм з класом в'язкості SAE-30.

Охолоджуюча рідина внутрішнього контуру - прісна вода з тимчасовою жорсткістю 1,5-3,0 мгм. екв / л. з додаванням антикорозійного присадки.

Вибір вихідних даних

Середнє ефективне тиск P _е = 1,4 МПа

Діаметр циліндра D = 26 см

Хід поршня S = 34 см

Частота обертання колінчастого вала двигуна n = 500 об / хв

Атмосферний тиск P ₀ = 0,1013 МПа

Температура навколишнього середовища T ₀ = 293 K

Тиск наддуву P _K = (0,15 ÷ 0,2) P _e = 0,2 * 1,4 = 0,24 МПа

Коефіцієнт надлишку повітря α = 1,8 ÷ 2,2

Приймаються α = 1,85

Коефіцієнт залишкових газів γ _г = 0,01 ÷ 0,04

Приймаються γ _р = 0,03

Коефіцієнт використання тепла в точці z: ξ _z = 0,7 ÷ 0,85

Приймаються ξ _z = 0,85

Коефіцієнт використання тепла в точці b: ξ _b = 0,8 ÷ 0,92

Приймаються ξ _b = 0,91

Коефіцієнт скруглення індикаторної діаграми ξ = 0,96

Ступінь стиснення ε = 12 ÷ 16 Приймаються ε = 12,5

Ступінь підвищення тиску при згорянні λ = 1,437

Механічний ККД: η _м = 0,87 ÷ 0,94 Приймаються η _м = 0,87

Температура відпрацьованих газів Т _г = 800К

Масовий склад палива: C = 0,865 кг / кг O = 0,004 кг / кг

H = 0,126 кг / кг S = 0,005 кг / кг

Нижча теплота згоряння:

Q _н ^р = 418, 7 [81 * C +300 * H-26 (OS) -6 (9 * H + W)] кДж / кг

Q _н ^р = 418, 7 [81 * 0,865 +300 * 0,126-26 * (0,004-0,005) -6 * (9 * 0,126 +0)] = 42303 кДж / кг

Показник політропи стиснення n _К = 1,75

Підігрів заряду від стінок циліндра Δ T _а = 10К

Зниження температури в повітроохолоджувачі Δ T _охол = 90К

Втрата тиску в повітроохолоджувачі Δ P _охол = 0,003 МПа

Розрахунок процесу наповнення

Температура повітря за компресором

Температура повітря перед двигуном

T _s = T _K - Δ T _охол = 424,04-90 = 334,04 K

Температура заряду до кінця процесу наповнення

Тиск повітря перед двигуном

P _s = P _K - Δ P _охол = 1,4-0,003 = 0,237 МПа

Тиск заряду до кінця процесу наповнення

P _a = k _a * P _s, k _a = 0,97

k _{a-коефіцієнт} зміни тиску при наповненні, що залежить від конструкції впускних органів і оборотності двигуна.

P _a = 0,97 * P _s = 0,97 * 0,237 = 0,225 МПа

Коефіцієнт наповнення

Розрахунок процесу стиснення

Середня мольна теплоємність повітря

C _x ^'= a ^_v' + b ^'T = 19,26 +0,0025 T

Середня мольна теплоємність чистих продуктів згоряння

C _^x''= a ^{_v''+ b''T} = 20,47 +0,0036 T

Середній показник політропи стиснення

Приймаються n ₁ = 1,372 в першому наближенні

Приймаються n ₁ = 1,372

Тиск в кінці стиснення

P _c = P _a * ε ^{n 1} = 0,225 * 12,5 ^1,372 = 7,0916 МПа

Температура в кінці стиснення

T _c = T _a * ε ^{n 1-1} = 357,3 * 12,5 ^1,372-1 = 900,37 До

Розрахунок процесу згоряння

Кількість повітря для згоряння

Справжнє кількість повітря для згоряння

L = α L ₀ = 1,85 * 0,4934 = 0,91509 кмоль / кг

Хімічний коефіцієнт молекулярного зміни

- Зміна кількості молей газів при згорянні 1 кг палива

Дійсний коефіцієнт молекулярного зміни

Частка палива, згоріла в точці z

x _z = ξ _z / Ξ _b = 0,85 / 0,91 = 0,9341

Коефіцієнт молекулярного зміни в точці z

Постійна палива

Середня мольна ізохоричному теплоємність суміші в точці z

25,82

Приймаються T _Z = 1944 K

Максимальний тиск згорання

P _Z = λ * P _C = 1,437 * 7,0916 = 10,1919 МПа

Розрахунок процесу розширення

Ступінь подальшого розширення

Ступінь попереднього розширення

Приймаються T _b = 1137 K

Середня мольна ізохоричному теплоємність суміші продуктів згорання і надлишкового повітря в кінці розширення точки b

Середній показник політропи розширення

Приймаються n ₂ = 1,2562; T _b = 1137К

Тиск в кінці процесу розширення

Визначення індикаторних показників

Теоретичне середнє індикаторне тиск

Дійсне середнє індикаторне тиск

P _i = P _i ^'* ξ = 1,6909 * 0,96 = 1,6232 МПа

Індикаторний питома витрата палива

Індикаторний к.к.д.

Визначення ефективних показників

Середнє ефективне тиск

P _e = P _i * η _м = 1,6232 * 0,87 = 1,4122 МПа

Ефективний питома витрата палива

g _e = g _i / η _м = 0,1938 / 0,87 = 0,2228 кг / (кВт * год)

Ефективний ККД:

η _е = η _i * η _м = 0,4353 * 0,87 = 0,3787

N _i = 13,1 * D ² * S * z * P _e * n * i = 13,1 * 0,26 ² * 0,34 * 4 * 1,4 * 500 * 6 = 732,2 кВт

N _e = N _i * η _м = 732,2 * 0,88 = 637,8 кВт

Розрахунок і побудова теоретичної індикаторної діаграми

Довжина індикаторної діаграми L _V = 228 мм

m _V = L _V / ε = 228/12, 5 = 18,24

Висота діаграми L _P = 112 мм

m _P = P _Z / L _p = 10,1919 / 112 = 0,091

Повний обсяг циліндра V _a = V _S + V _C = 17 +1,48 = 18,48 дм ³

Робочий об'єм циліндра V _S = 17 дм ³

Об'єм камери згоряння

дм ³

Процес стиснення

Процес розширення

Ординати політропи стиснення та розширення. Таблиця.

	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 процесу стиснення

Для процесу розширення

Динамічний розрахунок

Динаміка двигуна характеризується тими силами, які діють в кривошипно-шатунном механізмі. Цими силами є сили тиску газів і інерційні сили, що виникають при русі деталей. Інерційні сили, крім величин прискорень рухомих деталей, залежать також від їхньої маси.

Схема сил, діючих на кривошипно-шатунний механізм двигуна

При роботі двигуна сумарна сила, прикладена до центру поршневого пальця, являє собою алгебраїчну суму сили P тиску газів і сил інерції X поступально рухомих частин:

F = P ± X,

Сила, прикладена до поршневого пальця при роботі кривошипно-шатунного механізму, може бути розкладена на силу, що діє вздовж шатуна РШ, і силу, нормальну до осі циліндра N. Сила РШ, що діє за шатуна і перенесена до центру кривошипа, може бути розкладена на силу тангенціальну Т і радіальну Z. Тангенціальна сила Т, діючи на радіусі r кривошипа, забезпечує обертання колінчастого вала двигуна і розвиток на ньому крутного моменту Mкр. При обертанні колінчастого вала від неврівноважених обертових частин кривошипа виникає відцентрова сила S, прикладена до центру шатунной шийки. Радіальна сила Z і відцентрова сила S сприймаються підшипниками колінчастого валу і створюють відповідне навантаження на підшипники валу. Сила N, нормальна до стінки циліндра, діючи на плечі А від центру поршневого пальця до центру колінчастого валу, створює зворотний крутний момент МОБР, чисельно рівний моменту, що крутить Мкр двигуна. Зворотний крутний момент сприймається від корпусу двигуна рамою автомобіля через деталі підвіски двигуна. Значення всіх зазначених сил періодично змінюються за своєю величиною і напрямком за один повний оберт колінчастого валу. Навантаження на підшипники визначається значеннями максимальних і середніх питомих тисків на шатунні і корінні шийки валу.

Постійна кривошипа

r = s / 2 = 34 / 2 = 17 см

L _ш = 260 мм

λ = r / L _ш = 170/660 = 0,2576

Надмірний тиск

P _з = P _Г - P ₀

β = arcsin (λ * sin φ)

Рушійна сила

P _дв = Р _{Г-Р 0} + Р _j + P _Т

Сила інерції

P _j =- m _S rw ² (cos φ + λ * cos2 φ)

m _S - Зворотно-поступальна маса

m _S = 250 ÷ 700 Приймаються m _S = 600

Кутова швидкість

w = (π * n) / 30 = (3,14 * 500) / 30 = 52,4 с ^-1

Сила тяжіння

P _Т = m _S g = 600 * 9,81 = 5886 Па

Нормальна сила

N = P _дв tg β

Сила, що діє по осі шатуна

Q = P _дв / cos β

Радіальна сила

Дотична сила

Розрахунки наведені в таблиці

Середня сумарна дотична сила

T _{Σφ ср} = Σ T _Σφ * (Δφ / α)

α = 720 / i = 720 / 6 = 120

Σ T _Σφ = 13,726

T _{Σφ ср} = 13,726 * (15/120) = 1,716 МПа

Обертаючий момент

M _вр = Σ T _Σφ * r * F _n = 13,726 * 0,17 * 0,0531 = 0,124 МН * м

r = 170мм - радіус кривошипа

F _n - Площа поршня; F _n = π D ² / 4 = 3,14 * 0,26 ² / 4 = 0,0531 м ²

M _вр.ср.. = T _{Σφ ср} * r * F _n = 1,716 * 0,17 * 0,053 = 0,0155 МН * м

Середнє індикаторне тиск

P _i = (T _{Σφ ср} * π) / (i * z) = 1,716 * 3,14 / (6 * 0,5) = 1,797 МПа