Характеристика двигателя 6kz70/120.

Выбор расчетных параметров.

Тепловой расчет

Исходные данные:

Двигатель-6 kz 70/120

мощность двигателя N_е  = 3500 кВт;

тип – 2^х тактный

частота вращения коленчатого вала n = 5,2 с^-1;                                                                                                                                                    

число цилиндров i = 6;

Сорт топлива МФ-5.

Перед началом расчета рабочего цикла необходимо выбрать исход­ные параметры в пределах, допустимых для данного типа двигателей.

Исходные параметры:

Теплота сгорания – 9870 ккал / кг = 41355 кДж/кг

максимальное давление Р_Z = 5,6 кг

степень сжатия ε = 14;

коэффициент избытка воздуха α = 2,0;

температура окружающей среды Т_о = 81 ⁰К;

давление окружающей среды Р₀ = 0,094 МПа;

температура остаточных газов Т_г = от 700 ÷ 800 К;

коэффициент использования тепла в конце сжатия ξ_z= 0,65 ÷ 0,85;

механический КПД ς_м= 0,82 ÷ 0,9 %.

коэффициент остаточных газов γ_г = 0,07 ÷ 0,15

давление после нагнетателя Р_к = 0,14 МПа;

доля потерянного хода поршня ψ_s = 0.20

средний показатель политропы сжатия п₁= 1,37;

средний показатель политропы расширения п₂ = 1,28;

эффективные расход топлива q_е = 0,180 ÷0,224 кг / кВт ч

Эффективный КПД η_е = 40 ÷ 38 %

Удельный индикаторный расход топлива q_i = 0,177 ÷ 0,218 кг / кВт ч;

Р_в = 0,39 МПа

λ = 1/4

Р_г = (0,75 – 1) ∙Р_s

Химический состав топлива МФ -5:

Углерод С : 0,853

Водород Н : 0,124

Сера S : 0,02

Кислород (О + N) : 0,03

Теплота сгорания Q_H МДж / кг.

Плотность топлива при t⁰ P⁰⁰_H : 0.97

Процесс наполнения. Определяем температуру воздуха после нагнетателя. Учитывая, что корпус нагнетателя охлаждаемый, принимаем средний показатель политропы сжатия n = (1,4 ÷ 1,8) = 1,5.

Р_а = (0,96 ÷ 1,04) · Р_s

Р_s = Р_к - ∆Р_х; Р_к = 0,14 МПа; 

Р_s =p_k=0,14мпа

Р_а = 0,96 · 0,14 = 0,134 МПа

Т_к = Т_о (Р_к / Р_о)^{((n – 1)/n)} ; Т_о = 18 С = 291;

Р_о = 760 р.т.с. = 0,101 МПа

Т_к = 291 · (1.14 / 0.101)^0,5-1/1,5 = 0,333 ⁰ К

При этой температуре охладитель не предусматривается. Следовательно, температура и давление перед клапанаими впуска:

Т_s = Т_k  = 324⁰К Т´_s =T_s +∆Т=324+6=330⁰ К; 

Температура cмеcи воздуха и остаточных газов в конце процесса наполнения:

Т_а = ((Т´_s + γ_rT_r) : (1 + γ_r),

γ_r = 0,12;

T_r = 700 ⁰K

Т_s = ((Т´_s + γ_rT_r) : (1 + γ_r) = ((330+ 1,12 • 700) : (1,12) = 369⁰ К

Коэффициент наполнения, отнесенный к полезному ходу поршня, рассчитывается по формуле:

η_н = (ε / (ε – 1)) • (Р_α/Р_s) * (Т_s/T_a) • (1 / (1 + γ_r));

ε_р = 13;

η_н = (14/ 13) • (0,134/ 0,14) • (330 / 369,9) • (1 / 1,12) = 0,821

В данном примере величину η_н определяем по параметрам Р_s и Т_s перед органами впуска. Следовательно, удельный индикаторный расход топлива будем определять также по Р_s и Т _s.

η_н^´ = η_н • (1 - ψ_s); ψ = 0,20

η_н^´ = 0,821 •0,8= 0,657

Процесс сжатия. Температура в цилиндре в конце процесса сжа­тия, формула:

Т_с = Т_aεⁿ₁ ^{– 1} = 369,6 • 14^0,37 = 981,3 ⁰К.

n₁ ≈ 1,37

Давление в цилиндре в конце сжатия, определяется по формуле:

Р_c= Р_аεⁿ₁ = 0,134 • 14 ^.1,37 = 4,98 МПа.

Процесс сгорания. Максимальную температуру сгорания Т_z, определяем из уравнения сгорания по формуле:

(ξ_z•Q_н / (L (1 + γ_r)) + (Ĉ_v + 8.31 ƛ) • T_c) = βĈ_р^" • Т_z

Р_z = 5.6 МПа

Λ = Р_z / Р_с = 5,6 / 4,98 = 1,12

Количество воздуха, теоретически необходимое для полного сго­рания I кг топлива, рассчитываем по формулам:

L₀ = (1 / 0.21) • ((C/12) + (H / 4) – (О/32)) = ( (0.853/ 12) + (0.124 / 4) - (0.002 / 32)) = 0.484 кмоль/кг.

L = L₀ • α = 0,484 • 2,0 = 0,968 кмоль/кг

Количество молей продуктов сгорания I кг топлива

М = (С/12) + (Н / 2) + L₀ (α - 0,21) = (0.853 / 12) + (0.124 / 2) + 0,484 (2,0 - 0,21) = 1,105 кмоль/кг.

Теоретический (химический) коэффициент молекулярного измене­ния рассчитывается по формуле:

β₀  =8H+O/32 L = 8*0,124+0,03 / 32*0,0319 = 1,0319

Действительный (расчетный) коэффициент молекулярного измене­ния составит:

β = β_z = (β₀ + γ_r) / (1 + γ_r)= (1.0319 + 0.12) / (1,12) = 1.028

Средняя мольная изобарная теплоемкость смеси "чистых" продук­тов сгорания с оставшимся в цилиндре после сгорания избыточным воздухом и остаточными газами в точке ε, рассчитывается по формуле:

Ĉ_v=19,26+0,0025• Т_c=19,26+2,453=21,71

Ĉ_р^" ((20.49 + (α – 1) 19.27) / α) + ((3.6 + (α – 1) 2.5) / (α• 10³)) •T_z + 8.31 = ((20,49 + (2,0 - 1) / 19,27) + (3,6 + (2,0 - 1) 2,5/ 1000)) • Т_z + 8,31 = 28,19 + 0,00305 Т_z кДж/(кмоль• К)

Т_c• (Ĉ_v + 8.31 λ) + (ξ_z•Q_н / (L (1 + γ_r)) = β_z Ĉр^" • Т_z$

ξ_z = 0.85

Подставив значения параметров в уравнение сгорания, получим:

Q_H = 41.3 • 10³ КДж

912 • ((21,71 + 8.31 • 1.12) + ((0.85 • 41.3 • 10³) / (2,0 • 0.484 • 1.1)) = 1.029 (28.19 •T_z + 0.00305 • T_z ²)

36,550 + 28512 = 29,01 • Т_z + 0,00314 • Т_z²

0.00314 • T_z² + 29.01 • T_z – 62831 = 0

Решая полученное квадратное уравнение, найдем:

T_z = (- β + √β² + 2AC) / 2А

T_z = ((- 29.01 + √29.01² + 4 • 0.00314 • 62,831) / 2*0,00314 = (- 29.01 + 841,6)/ 0,00628= 1811 ⁰K

Процесс расширения. Степень предварительного расширения рассчитывается по формуле:

 (β_z • Tz) / (λT_c) = (1,028 • 1812) / (1.12 • 981,3) = 1.7

Степень последующего расширения рассчитывается по формуле:

δ = ε / ρ = 14 / 1,7 = 8,23

Давление газов в конце расширения рассчитывается по формуле:

P_в = Р_z (1 / δⁿ₂) = 5,6 / 8,23^1,28 = 0,377 Мпа.

Т_в = Т_z • (1 / δ ⁿ₂^-1) = 1812 • (1 / 8 ,23^1,28) = 1004 ⁰К

Энергетические и экономические показатели двигателя.

Среднее индикатор­ное давление теоретического (расчетного) цикла рассчитываются по формуле:

P_ip = (P_c / ε – 1) [ λ (ρ – 1) + (ρλ)/ n₂-1(1– (1 / δⁿ₂ ^{– 1})– (-1 / (n₁ – 1) •

(1 – (1 / (εⁿ₁ ^{– 1} ) ] = (5,53 / 12) • [1.25 ( 1.69 – 1) + (1.25 • 1.64) / (0,29) • (1 – (1 / 7,9^0.29) – (1 / (1.367 – 1) • (1 – (1 / 13^0.367)] = 0,46 • [0,8 + 7,1 • 0,45 – 2,72 • 0,6] = 0,46 • (3,995 – 1,632) = 0,815 МПа.

P_ip = P_ip η_м (1 – ψ_s) • ψ_скр = P_ip • 0,815• 0,8 • 1= 0,625

Индикаторная мощность двигателя составит:

N_i = 0,785 • D² • S • n • i = 0.785 • 0.7² • 1,2 • 2,17 • 6 • 652 = 3917 Квт

Среднее аффективное давление

N_e=N_i• η_м=3917 •0,9=3526 Квт

P_е =P_i • η_м = 0,65 • 0,9 = 0,5869 МПа,

где η_м =0, 9 - механический КПД.

Удельный индикаторный расход топлива рассчитывается по формуле:

g_i = 433 • η_н • (Р_s / Р_i) • (1 / L • T_s) = 433 • 0,657• (0,14 / 2,0*0,484*330*0,625) • = 0.73 кг / кВт.ч.

Удельный аффективный расход топлива:

g_e = g_i / η_M= 0.73 / 0.9 = 0.811 кг/(кВт«ч).

Проверяем правильность выполнения расчета. Определяем откло­нение величины мощности от заданной по формуле:

G_u = q_e • N_e = 0.173 • 2080 = 359,8 кг / ч

q_ц = G_u / (n • 60 • i) = 1030 / ( 2.08 • 60 • 6) = 1,37 г /цикл

Эффективный КПД

η_e = η_i• η_щ = 0,659 • 0,9 = 0,593

Ne_p = 0.785 • D^z • S • n • i • P_e = 0.785 • 0.7² •1.2 • 2.17 • 6 • 5868= 3526,5 кВт.

Проверяем погрешность расчета по формуле:

((Ne_p – Ne₃) / Ne₃ )•100 % = ((3526,5–3500) /350) • 100 % = 0,7 %

Это вполне допустимо, так как отклонение расчетной мощности от заданной не превышает I%.

Динамический расчет

Таблица 1 - Расчет точек для построения диаграммы

	Vxмм	Политропа сжатия		Политропа расширения
		( n1	n1m	n2	n2m
1.0	120	1	1.7	1	5.3
1.25	96	1.35	2.4	1.3	7
1.50	80	1.7	3	1.68	9
2.00	60	2.58	4.5	2.42	13
3.00	40	4.50	8	4.08	21
4.00	30	6.68	11	5.89	31
5.00	24	9.06	16	7.84	42
6.00	20	11.64	20	9.90	53
8.00	15	17.26	30	14.32	77
10	12	23.44	41
10.7	11.2	25.71	45
12	10	30.07	53
13	9.2	35.58	59
14	8.5	37.17	66

Принимаем обьем цилиндра V_a в масштабе равным отрезку А=120мм.

Тогда V_c=V_a/ ε = 120 / 14 = 8.5 мм

Находим объём V_ƶ; V_ƶ = ρ • V_c = 1,17 • 8.5 = 9.94мм

V´_s = (V_а – V_с)/ (1 – ψ_s) = (120 – 8.5) / (1 – 0,20) = 139,3 мм

m = β / P_z

β = A / 1.5 = 120 / 1,5 = 80

m = 80 / 5.8 = 13.8 мм

Принимаем масштаб деления m : 11,5мм, тогда точку, соответствующую   P_ƶ по оси ординат. Найдём отложив отрезок, равный

mP_ƶ = 10• 11,5 = 1,91 мм.

Определяем промежуточные объемы и соответствующие им давления сжатия и расширения.

Р_в • m = 0,482 • 11,5 = 5,54

Р_i = 0.869 • 11.5 = 10

P_i = F / L • m = 1249 / (11,5 • 129,3) = 0,84

F = 1249; L = 129,3 мм

((0,369 – 0,84) / 0,869) • 100 % = 3,3 %, что допустимо

Поправка Брикса

ОО₁ = R² / 2L = 0,25 • 700 / 2 = 87,5 мм.   ОО₁ = 87,5  / 11,5 = 7,6 мм

где R – радиус мотыля;

L – длина шатуна;

g – ускорение свободного падения.

Построение сил инерции.

ОО₁ = R² / 2L = (R / L) • (R / 2) • (70 / 2) = 0,25 • 350 = 87,5 мм / м = 87,5 / 13,9 = 7,1

ω = π • n´ / 30 = (3.14 • 135) / 30 = 14.3

P_в = 1,1 кг / см;    λ = 1 / 4 = 0,25;

Р_я = 6,94 кг/см²          D = 620 мм

R = 700 мм;             n = 135 об/мин;

Р_g = m • a_max = (P_в / g) • a_max

P_i / P _в = a_max / g

a_max = R • ω² • (1 + λ) = (0.7 • 14,13² • 1.25) / 30 = 174.7 м/c²

a_min = R • ω² • (1 - λ) = - 0.7 • 135² • 0.75) = 104.8 м/c²

EF = - 3 • λ • R • ω² = - 3 • 0.25 • 0.7 • 14.13² = -104.8 м/c²

Р_g0 = (1.1/ 9.81) • 174.7 = 19.59 кг / см² = 19.59 vv (P_g) = 1

Мы поможем в написании ваших работ!