Построение индикаторной диаграммы
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
«Владивостокский морской рыбопромышленный колледж»
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйствнный университет»
(«ВМРК» ФГБОУ ВО «Дальрыбвтуз»)
Эксплуатация судовых энергетических установок
Курсовая работа
Судовой двигатель внутреннего сгорания
MAN B&W L60MCE
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КП 26.02.05 ПЗ
Разработал курсант 531 группы
Я.В.Офицеров
« » 2022 г.
Проверил
С.Н.Тычина
« » 2022 г.
Нормоконтроль
С.Н.Тычина
« » 2022 г.
Владивосток - 2022
Cодержание
Введение. 3
Глава 1 Описательная часть. 4
1.1 Описание особенностей дизеля Man B&W L60MCE. 4
Глава 2 Расчётная часть. 8
2.1 Расчет рабочего процесса. 8
2.2 Построение индикаторной диаграммы.. 16
2.3 Расчет динамики дизеля. Силы, действующие в КШМ.. 18
Заключение. 26
Список использованной литературы.. 27
Введение
Развитие водного транспорта должно обеспечить судовладельцев высокоэффективными судовыми энергетическими установками, отвечающими требованиям наибольшей экономичности, эффективности их параметров, соблюдения норм экологической безопасности, а также улучшения условий труда для экипажа и соблюдения санитарно-технических норм работы судового технологического оборудования.
|
|
|
Двигатели внутреннего сгорания широко применяются в промышленности, на всех видах транспорта благодаря высокой экономичности. На морском транспорте и в рыбной отрасли двигатели внутреннего сгорания занимают доминирующее положение. Большинство судов мирового и отечественного флота оборудовано дизелями , обеспечивающих ход судна, а также в качестве приводов электрогенераторов и других вспомогательных механизмов. Дизелестроительные фирмы постоянно работают над совершенствованием своей продукции. Основные направления – снижение расхода топлива, увеличение межремонтного периода эксплуатации, уменьшение габаритов и веса, снижение расходов на ремонты и техническое обслуживание, снижение выбросов RОx газов, автоматизация процессов управления.
Дизели Man B&W l60MCE, 2-х -тактные, крейцкопфный реверсивный к комбинированным наддувом, прямоточно-клапанная системой газообмена. Дизели работают на тяжёлом топливе. У них сохранены конструктивные решения предыдущих моделей.
|
|
|
Глава 1 Описательная часть
1.1 Описание особенностей дизеля B&W L60MCE
Двигатель внутреннего сгорания B&W L60MCE - двухтактный простого действия, реверсивный, крейцкопфный с газотурбинным наддувом со встроенным упорным подшипником, расположение цилиндров рядное, вертикальное.
Фундаментная рама – сварная, коробчатой формы, с цельнолитыми металлическими балкамиявляется основанием для установки станины, цилиндрового блока, рамовых подшипников, коленчатого вала и служит картером для смазочного масла.
Станина - коробка картера (станина) состоит из А-образных стоек, к которым прикреплены направляющие для башмаков крейцкопфа. А-образные стойки соединены вместе тяжелыми стальными плитами при помощи коротких болтов.
Блок цилиндров –собран в единый моноблок на призонных болтах из отдельных литых чугунных блоков, которые крепятся к фундаментальной раме и коробке картера анкерными связями. Между собой блоки соединяются по вертикальным плоскостям. В блоке располагаются цилиндровые втулки.
Втулка цилиндра - верхняя часть цилиндровой втулки окружена охлаждающей рубашкой. Цилиндровая втулка крепится к верхней части блока крышкой и центруется в нижнем сверлении внутри блока. Плотность от утечек охлаждающей воды и продувочного воздуха обеспечивается четырьмя резиновыми кольцами, вложенными в канавках цилиндровой втулки. На нижней части цилиндровой втулки между полостями охлаждающей воды и продувочного воздуха расположено 8 отверстий для штуцеров подачи смазочного масла в цилиндр.
|
|
|
Крышка цилиндра - массивная поковка из жаропрочной стали. В центре крышки размещен выпускной клапан, имеющий гидравлический привод. Крышка цилиндра охлаждается пресной водой, поступающей из втулки цилиндра. Уплотнение крышки и втулки обеспечивается притиркой посадочного пояска между ними. Также в крышки установлены форсунки, предохранительный клапан, индикаторный экран и выпускной клапан.
Форсунки – закрытого игольчатого типа. Имеют бустеры давления топлива и системой электронного управления впрыска топлива.
Поршень – составной, его охлаждение осуществляется с помощью так называемых "сот", выполненных в виде глухих сверлений в головке поршня. Поршень охлаждается маслом, которое по шарнирной системе подводится к крейцкопфному устройству и далее поднимается по штоку поршня.
|
|
|
Крейцкопф – крейцкопф спроектирован в виде центральной части с шейками опорных подшипников на каждом конце, на которых установлены плавающие направляющие башмаки. Центральная часть крейцкопфа соединена с шейкой головного подшипника. В поперечной балке имеется отверстие для поршневого штока. Головной подшипник оборудован вкладышами, которые заливаются баббитом. Крейцкопф снабжен сверлениями для подачи масла, поступающего по телескопической трубке частично на охлаждение поршня, частично на смазку головного подшипника и направляющих башмаков, а также через отверстие в шатуне на смазку мотылёвого подшипника. Центральное отверстие и две скользящие поверхности башмаков крейцкопфа заливаются баббитом.
Шток - опирается на крейцкопф и направляется направляющим кольцом в крейцкопфе. крепится четырьмя болтами.
Шатун – двутавровый, с двумя головными подшипниками и одним мотылевым, вкладыши подшипника заливаются баббитом.
Распределительныйвал - составной. Его части соединяются с помощью фланцевых соединений. Осуществляет работу каждого ТНВД с помощью кулачковых шайб.
Коленчатый вал - выполняется цельно-литой. Масло к рамовым подшипникам поступает из главного трубопровода смазочного масла. Звездочка цепного привода установлена в кормовом конце.
Система топливоподачи высокого давления - ТНВД золотникового типа, с комбинированной регулировкой подачи топлива. Каждый цилиндр двигателя снабжен отдельным топливным насосом высокого давления.
Система охлаждения – охлаждение забортной водойразделяется на три ветви после закачки насосом забортной воды: через регулирующий клапан прямо на холодильники продувочного воздуха главного двигателя, через невозвратный клапан на вспомогательные двигатели, через регулирующий клапан на холодильник смазочного масла и рубашку водяного холодильника, который подсоединён последовательно. Термостат отрегулирован так, чтобы температура воды на входе насоса держалась выше 10 °С. для того, чтобы предохранить смазочное масло от повышенной вязкости на холодных поверхностях охлаждения. Зарубашечное пространство охлаждается пресной водой с ингибиторами коррозий. Вода рубашки охлаждения циркулирует через холодильник и цилиндры главного двигателя с помощью насоса рубашки. Термостатически управляемый регулирующий клапан на выходе из холодильника смешивает охлаждённую и неохлаждённую зарубашечную воду в такой пропорции, чтобы температура воды на выходе главного двигателя поддерживалась около 80-85 °С. Для предотвращения аккумуляции воздуха в системе водяного охлаждения в трубопровод встраивается деаэрационный танк. В главной системе охлаждения насос главного охлаждения прокачивает низкотемпературную пресную воду в цепи охлаждения по цепи: параллельно через холодильники наддувочного воздуха, холодильник лубрикаторного масла и холодильник рубашечного пространства, причём два последних объекта включены последовательно, и далее через вспомогательные двигатели.
Система смазки– применяется с вязкостью SAE30 и запрещено применение окисляющего и вызывающего коррозию масла. Насос забирает масло со дна танка и прокачивает его через холодильник масла, фильтр, с абсолютной чистотой от 50 мкр (0.05 мм), соответствующий номинальной мелкости примерно 30 мкр при поддержании потока до 90%) и после этого подаёт его в двигатель через два фланца. Масло для охлаждения поршня поступает через телескопическую трубу, крепящуюся к кронштейну на крейцкопфе. Здесь оно распределяется, поступая на подшипник крейцкопфа, направляющие башмаки, палец кривошипа, подшипник и в головку поршня.
Наддув двигателя – газотурбинный. осуществляется от двух турбокомпрессоров с постоянным давлением. На одном валу с колесом турбины установлено колесо компрессора, который забирает воздух из машинного отделения и подает воздух в охладитель. На корпусе охладителя устанавливается влагоотделитель. Из охладителя воздух поступает в ресивер через открытые невозвратные клапаны, расположенные внутри ресивера надувочного воздуха. С обоих торцов ресивера установлены вспомогательные воздуходувки, которые подают воздух мимо охладителей в ресивере при закрытых невозвратных клапанах.
Система газообмена - прямоточно-клапанная. Осуществляется посредством всасывания компрессором воздуха из машинного отделения. Он проходит фильтрацию, воздухоохладитель для сбора конденсата. Выпускные газы вращают турбонагнетатель, тот приводит в действие компрессор. Из ресивера продувочного воздуха воздух поступает в цилиндр через продувочные окна, когда поршень находится в нижнем положении.
Рисунок 1.1 Поперечный разрез двигателя B&W L60MCE
Глава 2 Расчётная часть
Расчет рабочего процесса
Параметры проектируемого двигателя представлены в таблице 2.1.1.
Таблица 2.1.1 Параметры двигателя
| Название величины | Обозначение | Размерность | Значение |
| Эффективная мощность | Ne | кВт | 11138 |
| Число оборотов | n | об/мин | 117 |
| Среднее эффективное давление | Pe | МПа | 1,298 |
| Удельный эффективный расход топлива | ge | Кг/кВт*час | 0,178 |
| Коэффициент тактности двигателя (двух тактный) | Z | - | 1 |
| Число цилиндров | i | - | 8 |
| Диаметр поршня | D | м | 0,60 |
| Ход поршня | S | м | 1,944 |
Проверочный расчет рабочего процесса двигателя выполнен на ПВМ с использованием программы ДВСН. Программа разработана на основании методики расчета рабочего цикла, изложенной в учебнике «Судовые двигатели внутреннего сгорания» авторов: Ю.Я. Фомин, А.И. Горбань В.В. Добровольский, А.И. Лукин, «Судостроение» Ленинград и пособии «Проектирование судовых дизелей», разработанное преподавателем Дальрыбвтуза, доктором транспорта А.Н.Соболенко.
Проектантом выбраны значения исходных данных для расчета с учетом средних значений, приведенных в вышеупомянутых учебниках, а так же в учебниках по судовым двигателям внутреннего сгорания авторов: И.В. Возницкого, Е.Г. Михеева, А.Г. Миклоса, Н.Г. Чернявской, С.П. Червякова.
Таблица 2.1.2 Значения исходных данных для проектирования рабочего цикла
| Название величины | Обозначение | Размерность | Значение |
| 1Коэффициент остаточных газов | γr | - | 0,09 |
Продолжение таблицы 2.1.2
| 2 Доля хода поршня, потерянная на продувку | Ψ | - | 0,13 |
| 3 Коэффициент снижения давления в начале сжатия | Крa | - | 1,200 |
| 4 Давление окружающей среды | Ρ0 | МПа | 0,103 |
| 5 Давление наддува | Ρk | МПа | 0,200 |
| 6 Потеря давления в воздухоохладителе | ΔΡохл | МПа | 0,005 |
| 7 Температура окружающей среды | Τ0 | К | 300 |
| 8 Температура остаточных газов | Τr | К | 700 |
| 9 Температура забортной воды | Τзв | К | 300 |
| 10 Адиабатный КПД компрессора | ηка | - | 0,86 |
| 11 КПД воздухоохладителя | ηохл | - | 0,820 |
| 12 Подогрев свежего заряда от стенок цилиндра | ΔΤа | К | 15 |
| 13 Степень сжатия | ε | - | 15 |
| 14 Коэффициент избытка воздуха для сгорания | α | - | 2,200 |
| 15 Коэффициент использования тепла в конце видимого сгорания | ξz | - | 0,850 |
| 16 Коэффициент использования тепла к концу расширения | ξв | - | 0,950 |
| 17 Степень повышения давления при сгорании | λ | - | 1,350 |
| 18 Углерод | C | кг/кг | 0,864 |
| 19 Водород | H | кг/кг | 0,120 |
| 20 Сера | S | кг/кг | 0,015 |
| 21 Кислород | O | кг/кг | 0,001 |
Окончание таблицы 2.1.2
| 22 Теплота сгорания топлива | Qн | кДж/кг | 42707 |
| 23 Коэффициент полноты индикаторной диаграммы | ζ | - | 1,000 |
| 24 Механический КПД двигателя | ηм | - | 0,940 |
По данным таблицы 2.1.2 с использованием программы рассчета DVSN были произведены вариантные расчеты с целью достижения заданных характеристик двигателя. Результаты расчета приведены в таблице 2.1.3.
Таблица 2.1.3 Расчет процесса наполнения
| Величина | Обозначение | Размерность | Формула | Значение |
| 1 Давление воздуха за компрессором. | Pk | МПа | Pk+ΔΡохл | 0,205 |
| 2Температура воздуха за компрессором | Tk | К | T0 
| 375,893 |
| 3Температура воздуха перед двигателем | Ts | К | Tk(1-ηохл) + Тзвηохл | 313,661 |
| 4Температура заряда в начале сжатия | Ta | К | 
| 359,322 |
| 5 Давление в начале сжатия | Pa | МПа | ξaΡk | 0,240 |
| 6 Коэффициент наполнения, отнесённый к полному ходу поршня | ηн | __ | 
| 0,896 |
Таблица 2.1.4 Расчет процесса сжатия
| Величина | Обозначение | Размерность | Формула | Значение |
| 1 Средняя мольная изохорная теплоемкость воздуха | 
| кДж/мол К | 19,251 + 0,0025Tо | 20,001 |
| 2 Средняя мольная изохорная теплоемкость чистых продуктов сгорания | 
| кДж/мол К | 20,47 + 0,0036Tо | 21,55 |
| 3 Средняя изохорная теплоёмкость смеси Воздуха и ост, газов | 
| кДж/мол К | | |
| 4 Свободный член в уравнении средней изохорной теплоемкости смеси | А | | 19,827 | |
| 5 Коэффициент в уравнении средней изохорной теплоемкости смеси | B | | 0,00254 | |
| 6 Средний показатель политропы сжатия | n1 | ___ | 
| 1,366 |
| 7 Температура в конце сжатия | Tc | К | 
| 969,752 |
| 8 Давление в конце сжатия | Pc | МПа | 
| 9,716 |
Таблица 2.1.5 Расчет процесса сгорания
| Величина | Обозначение | Размерность | Формула | Значение | |
| 1 Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания топлива | L0 | кмоль/кг |
| 0,488 | |
| 2 Химический коэффициент молекулярного изменения | β0 |
| 1,028 | ||
| 3 Действительный коэффициент молекулярного изменения | Β |
| 1,026 | ||
| 4Доля топлива, сгоревшего к концу видимого сгорания точке Z | xz | ξr / ξb | 0,895 | ||
| 5 Расчетный коэффициент молекулярного изменения в точке Z | Βz |
| 1,023 | ||
| 6 Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси Воздуха и ЧПС в точке Z | 
|
| |||
| 7 Свободный член в уравнении средней изохорной теплоемкости в точке Z | Az |
| 19,773 | ||
| 8 Коэффициент в уравнении средней изохорной теплоемкости в точке Z |
|
|
0,00296
| ||
Продолжение таблицы 2.1.5
| 9 Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси в точке b | 
| = | ||
| 10 Средняя мольная изобарная теплоемкость в точке Z | 
|
| ||
| 11 Cвободный член в уравнении средней изохорной теплоемкости в точке b | avb |
| 19,827 | |
| 12 Коэффициент в уравнении средней изохорной теплоемкости в точке b | bb |
| 0,00300 | |
| 12. Максимальное давление сгорания | Рz | МПа | λPc | 13,116 |
| 13 Максимальная температура сгорания (в точке z) | Tz |
| 1838,110 | |
+ 8,315 = 
+ 
T
Таблица 2.1.6 Расчет процесса расширения
| Величина | Обозначение | Размерность | Формула | Значение |
| 1 Степень предварительного расширения | Ρ | — | 
| 1,436 |
| 2 Степень последующего расширения | Δ | — | ε/ρ | 10,444 |
| 3 Показатель политропы расширения | 
|
| 1,257 | |
Продолжение таблицы 2.1.6
| 4 Температура в конце расширения | Tb | K | 
| 1001,03 |
| 5 Давление в конце расширения | Pb | МПа | 
| 0,687 |
Таблица 2.1.7 Расчет индикаторных и эффективных показателей работы двигателя
| Величина | Обозначение | Размерность | Формула | Значение |
| 1 Среднее индикаторное давление (теоретическое) | Pi’ МПа |
| 1,588 | |
| 2 Среднее индикаторное давление (действительное) | Pi | МПа |  ζ (1-ψп)
| 1,381 |
| 3 Индикаторный расход топлива | gi | кг/кВтчас | 
| 0,167 |
| 4 Индикаторный КПД | ηi | _____ | 3600/g  Qн
| 0,505 |
| 5 Среднее эффективное давление | Pe | МПа | Pi*ηм | 1,298 |
| 6 Эффективный удельный расход топлива | ge | кг/кВт*ч | gi/ηм | 0,178 |
| 7 Эффективный КПД | ηe | _____ | ηi*ηм | 0,475 |
Таблица 2.1.8 Распечатка расчета
| 1 Процесс наполнения: | |
| Давление воздуха за компрессором | 0,205 |
| Температура воздуха за компрессором | 375,893 |
| Снижение температуры воздуха в воздухоохладителе | 62,232 |
| Температура воздуха перед двигателем | 313,661 |
| Температура заряда в начале сжатия | 359,322 |
| Давление в начале сжатия | 0,240 |
| Коэффициент наполнения, отнесенный к полному ходу | 0,869 |
| 2 Процесс сжатия: | |
| Средний показатель политропы сжатия | 1,366 |
| коэффициент а | 19,305 |
| коэффициент в | 0,00254 |
| Давление в конце процесса сжатия | 9,716 |
| Температура в конце процесса сжатия | 969,752 |
| Свободный член в управлении средней изохорной теплоемкости воздуха | 19,305 |
| Коэффициент в управлении средней изохорной теплоемкости воздуха | 0,00254 |
| 3 Процесс сгорания: | |
| Количество воздуха теоретически необходимого для сгорания | 0,488 |
| Коэффициент молярного изменения (химический) | 1,028 |
| Коэффициент молярного изменения (действительный) | 1,026 |
| Доля топлива сгоревшего в точке Z | 0,895 |
| Максимальное давление сгорания в точке Z | 13,116 |
| Максимальная температура сгорания в точке Z | 1838,110 |
| Свободный член в управлении средней изохорной теплоемкости смеси в точке Δ | 19,773 |
| Коэффициент в управлении средней изохорной теплоемкости смеси в точке B | 0,00296 |
| 4 Процесс расширения: | |
| Степень предварительного расширения | 1,436 |
| Степень последующего расширения | 10,444 |
| Средний показатель политропы расширения | 1,257 |
| Температура в конце процесса расширения | 1001,032 |
Продолжение таблицы 2.1.8
| Давление газов в точке В | 0,687 |
| Среднее индикаторное давление теоретического цикла, отнесенное к полезному ходу поршня | 1,588 |
| Среднее индикаторное давление действительного цикла | 1,381 |
| Удельный индикаторный расход топлива | 0,167 |
| Индикаторный КПД | 0,505 |
| Среднее эффективное давление | 1,298 |
| Удельный эффективный расход топлива | 0,178 |
| Эффективный КПД двигателя | 0,475 |
Расчет невязок Ре, ge:
ΔРe = ( Peзад – Peрасчет) х 100 / Рeзад = ( 1,296 – 1,298) х 100 / 1,296= -0,15%
Δge = (geзад –g eрасчет) х 100/ geзад
Δge = (0,174 –0,178) х 100/ 0,174= -2,29%
Построение индикаторной диаграммы
Индикаторную диаграмму строим, используя данные расчета цикла:
1 давление в конце наполнения цилиндра Ра = 0.240 МПа;
2 давление в конце сжатия Рс = 9,716 МПа;
3 давление в конце видимого сгорания (точка z) Pz = 13,116 МПа;
4.давление в конце расширения Рb= 0,687 МПа;
5 степень предварительного расширения ρ = 1,436
6 степень сжатия ε = 15
7 показатель политропы сжатия п1= 1,366
8 показатель политропы расширения n2= 1,257
Политропы процессов расширения и сжатия рассчитаны в таблицах приведенные ниже:
Таблица 2.2.1 Расчет политропы сжатия для индикаторной диаграммы
| m | n | m/n | (m/n)n1 | (m/n)n1*Pa |
| 15 | 15 | 1,00 | 1,00 | 0,24 |
| 15 | 14 | 1,07 | 1,10 | 0,26 |
| 15 | 13 | 1,15 | 1,22 | 0,29 |
| 15 | 12 | 1,25 | 1,36 | 0,33 |
| 15 | 11 | 1,36 | 1,53 | 0,37 |
| 15 | 10 | 1,50 | 1,74 | 0,42 |
| 15 | 9 | 1,67 | 2,01 | 0,48 |
Продолжение таблицы 2.2.1
| 15 | 8 | 1,88 | 2,36 | 0,57 |
| 15 | 7 | 2,14 | 2,83 | 0,68 |
| 15 | 6 | 2,50 | 3,50 | 0,84 |
| 15 | 5 | 3,00 | 4,48 | 1,08 |
| 15 | 4,5 | 3,33 | 5,18 | 1,24 |
| 15 | 4 | 3,75 | 6,08 | 1,46 |
| 15 | 3,5 | 4,29 | 7,30 | 1,75 |
| 15 | 3 | 5,00 | 9,01 | 2,16 |
| 15 | 2,5 | 6,00 | 11,56 | 2,77 |
| 15 | 2 | 7,50 | 15,68 | 3,76 |
| 15 | 1,5 | 10,00 | 23,23 | 5,57 |
| 15 | 1,25 | 12,00 | 29,80 | 7,15 |
| 15 | 1 | 15,00 | 40,41 | 9,70 |
Таблица 2.2.2. Расчет политропы расширения для построения
индикаторной диаграммы
| m | n | m/n | (m/n)n2 | (m/n)n2*Pb | |
| 15 | 15 | 1,00 | 1,00 | 0,69 | |
| 15 | 14 | 1,07 | 1,09 | 0,75 | |
| 15 | 13 | 1,15 | 1,20 | 0,82 | |
| 15 | 12 | 1,25 | 1,32 | 0,91 | |
| 15 | 11 | 1,36 | 1,48 | 1,01 | |
| 15 | 10 | 1,50 | 1,66 | 1,14 | |
| 15 | 9 | 1,67 | 1,90 | 1,31 | |
| 15 | 8 | 1,88 | 2,20 | 1,51 | |
| 15 | 7 | 2,14 | 2,61 | 1,79 | |
| 15 | 6 | 2,50 | 3,16 | 2,17 | |
| 15 | 5 | 3,00 | 3,98 | 2,73 | |
| 15 | 4,5 | 3,33 | 4,54 | 3,12 | |
| 15 | 4 | 3,75 | 5,27 | 3,62 | |
| 15 | 3,5 | 4,29 | 6,23 | 4,28 | |
| 15 | 3 | 5,00 | 7,56 | 5,19 | |
| 15 | 2,5 | 6,00 | 9,51 | 6,53 | |
| 15 | 2 | 7,50 | 12,59 | 8,65 | |
| 15 | 1,5 | 10,00 | 18,07 | 12,42 | |
| 15 | 1,25 | 12,00 | 22,73 | 15,61 | |
| 15 | 15 | 15,00 | 30,08 | 20,67 | |
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!