Дизельді қозғалтқыштың жылулық есебі

 

Енгізу кезіндегі қысымның шығыны. Жылдамдық режимдеріне сәйкес және сору жүйесінің ішкі беттерін сапалы өңдеуі есебінде қабылдауға болады; 2+ в.п=2,8 және в.п=95м/с; Сонда Ра двигательдің барлық жылдамдық режимдерінде келесі формуламен есептеледі [1].

Dpa= (b2+xвп) w2впrk·10-6/2                  (11)

Dpa =2,7·702·1,189·10-6/2=0,008 МПа

 

Енгізу процесінің соңындағы қысым:

pa=pк-Dpa                   (12)

pa =0,1-0,008=0,092 МПа.

 

Қалдық газдың коэффициенті:

gr=pr (Tк+DT) / (Tr (epa-pr))                 (13)

gr = (293+20) ·0.105/ ( (17·0,092-0,105) 750) =0,03.

 

Енгізу процесінің соңындағы температура:

Ta= (Tк+DT+grTr) / (1+gr)                    (14)

Ta = (293+20+0,03·750) / (1+0,03) =326 К

 

Толтыру коэффициенті:

hV=Tк (epa-pr) / ( (Tк+DT) (e-1) pк)                  (15)

hV =293(17·0,092-0,105) / ( (293+20) · (17 - 1) ·0,1) =0,854.

 

1.4 Сығу процесінің параметрлерін анықтау

 

К1 орташа қысу адиабатаның көрсеткіші номограмма бойынша анықталады,ал n1 рташа қысу политроп көрсеткіші к1- ден аз ғана кіші қабылданады. nN =2200мин-1, Та=326 К, =17 болғанда карбюраторлы двигателб үшін қысу адиабата көрсеткіші номограмма бойынша анықталады к1=1,370. [1]:

үрлемесіз дизель үшін e=17, Ta=326 К [1]

k1 n1 1,370

 

Қысу процесінің соңындағы қысым:

pc=pae                   (16)

pc =0,092·171,37=4,462 МПа.

 

Қысу процесінің соңындағы температура:

Tc=Tae -1                   (17)

Tc =326 ·171,37-1=930 К.

 

Қысу процесінің соңындаңы орташа мольдік жылу сыйымдылығы:

а) жаңа қоспа (ауа)  

=20,6+2,638·10-3 tc                  (18)

үрлемесіз дизель үшін:

=20,6+2,638·10-3·657=22,333 кДж/ (кмоль·град);

 

мұндағы tc=Tc-273 = 930-273=657 0С;

б) қалдық газдар - - интерполяция әдісімен анықталады кесте 8 [1]:

үрлемесіз дизель үшін: a=1.4, tc=657 0С;

 

=24,168 кДж/ (кмоль·град)              (19)

 

в) жұмыс қоспасы:

                            (20)

= (1/ (1+0.03) (22,333+0,03·24,168) =22,386 кДж/ (кмоль·град).

 

1.5 Жану процесінің параметрлерін анықтау

 

Жанармайдың молекулалық өзгерісі коэффициенті:

m0=M2/M1                         (21)

m0=0,7315/ 0,7=1,045.

Жұмыс қоспасының молекулалық өзгерісі коэффициенті:

m= (m0+gr) / (1+gr)                   (22)

m= (1,045+0,03) / (1+0,03) =1,044.

 

Жұмыс қоспасының жану жылуы:

Hраб. см = Ни / (М1 (1+gr))                  (23)

Hраб. см =42440/ (0,7(1+0,03)) =58860 кДж/кмоль жұм.қос.

 

Жану өнімдерінің орташа мольдік жылу сыйымдылығы:

= (1/ ) [ + + + ] (24)

= +8,315                  (25)

= (1/0,7315) [0,0725 (39,123+0,003349 tz) +0,063 (26,67+0,004438 tz) +0,0416 (23,723+0,00155 tz) +0,5544 (21,951+0,001457 tz)] =24,160+0,00191tz;

=24,160+0,00191 tz+8,315=32,475+0,00191 tz кДж/(кмоль*град).

 

 жылуды пайдалану коэффициенті  қоспа дайындау және жанармайдың  жану процестерін ұйымдастыруға  тәуелді. Ол цилиндр қабарғаларына  кеткен газ жылуының төмендеуі  есебінен және поршень мен  цилиндр арасындағы тығыздықтың болмауы есебінен ұлғаяды. Жылдамдық режимін ұлғайтқанда азаяды nN=5000 мин -1 болғанда дизельді двигатель үшін жылуды пайдалану коэфицентінің өлшемі = 0,82.

 

Көрінетін жану процесінің соңындағы температура:

xzHраб. см+ [ +8.315λ] tc +2270 (λ-m) =m tz             (26)

 

0,82·58860+[22,386+8.315·2]657+2270·(2-1,044)=1,044(32,475+0,00191tz)tz немесе   0,001994t2z+33,904tz-76069=0;

осындан tz= (-33,904+√ (33,9042+4·0,001994·76069)) / (2·0,001994) =20070С;

ТZ= tz+273=2007+273=2280 К.

 

Жанудың теориялық максимал қысымы:

pz=λ pc                         (27)

pz=2·4,462=8,924 МПа.

 

Жанудың ақиқат максимал қысымы:

ρ= m Tz / (λ Tc)                 (28)

ρ=1,044·2280/ (2·930) =1,28.

 

1.6 Ұлғаю және шығару процестерінің параметрін анықтау

 

Дизель үшін  кейінгі ұлғаю процесі:

δ=ε/ρ                     (29)

δ =17/1,28=13,28.

 

Ұлғаю процесiнiң нәтижесiнде жанармайдың  жылулық энергиясы механикалық жҰмысқа айналдырылады. Ұлғаю процесiн есептеу кезiнде ол процестiң басталу нұктесi ретiнде индикаторлық диаграмма бойынша z нүктесi алынады. Ұлғаю процесiнiң бас кезiнде де жанармайдың қарқынды жануы жалғаса бередi. Сонымен қатар, бiр мезгiлде, газдардың жоғары дәрежедегi қозғалыс жылдамдықтары және газдар мен цилиндрлер қабырғаларының арасындағы температуралардың  үлкен айырмасы салдарынан жылудың белгiлi бiр мөлшерiнiң жану камерасының, цилиндрдiң қабырғалары мен поршень түбiне берiлуi қатар жүредi. ßғни, ұлғаю процесiне политропалық сипат тән.

Ұлғаю политропасының орташа көрсеткiшiнiң шамасы n2 есептелiп жатқан қозғалтқыштың иiндi  бiлгiнiң айналым жиiлiгiне, суыту қарқындылығына,  жылуды пайдалану және артық ауа коэффициенттерiне байланысты белгiленедi. Сонымен қатар n2 шамасы жоғарыда аталып көрсетiлген факторларды есепке ала отырып, ұлғаю адиабатасының орташа көрсеткiшi К2 бойынша анықталуы мүмкiн. Ұлғаю адиабатасының орташа көрсеткiшi арнайы номограммалар көмегiмен анықталады.

 

Дизель үшін δ =13,28, Tz=2280, a=1.4 қабылдаймыз:  

k2=1.2728    және    n2=1.26 [1]:

 

Ұлғаю процесi соңындағы қысым мен температура:

pb=pz/ δ n2                   (30)

pb=8,924/13,281.26=0,343 МПа;

Тb=Tz/ δ n2-1                   (31)

Tb=2280/13,281.266-1=1164 К.

 

Қалдық газдардың температурасының алдын ала қабылданған мәнiн тексеру:

 

Tr=Tb/                   (32)

Tr=1164/ =784 К; D=100* (784-750) /784 = 4,3%;

мұндағы D - есептің қатесі. Қате 5%-дан аспауы керек.

 

1.7 Жұмысшы циклдің индикаторлық параметлері

 

Теориялық орташа индикаторлық қысым:

  (33)

1,011мПа.

 

Орташа индикаторлық қысым:

pi=jи*pi                          (34)

pi=0,95*1,011=0,96 МПа;

мұндағы диаграмманың толықтық коэффитциентіjи=0,95.

 

Дизельдер үшін индикаторлық ПӘК:

hi=pi*l0*a/ (Hи*rк*hV)                 (35)

hi=1.96*14,452*1.4/ (42,44*1.189*0,854) =0,450.

 

Дизельдер үшін индикатрлық салыстырмалы жанармай шығыны:

gi=3600/ (Hи*hi)                  (36)

gi=3600/ (42,44*0,450) =189 г/ (кВт*ч).

 

Қозғалтқыштың тиімділік көрсеткіштерін анықтаймыз

 

Механикалық шығындардың орташа қысымы:

рм=0,089 +0,0118*vп. ср                      (37)

рм=0.089+0.0118*9=0.195;

мұндағы поршеннің жылдамдығын vп. ср =9 м/с деп қабылдаймыз.

 

Орташа тиімді қысым және механикалық ПӘК:

ре=рi-рм                         (38)

ре=0,96-0.195=0,765 МПа;

hм=ре/рi                         (39)

hм=0,765/0,96=0,797.

 

Тиімді ПӘК және тиімді салыстырмалы жанармай шығыны:

hе=hi*hм                        (40)

hе=0,450*0,797=0,359;

gе=3600/Ниhе                        (41)

gе=3600/42.44*0.359=236,28 г/ (кВт*ч).

 

1.8 Двигатель мен цилиндрдің негізгі параметрлері

 

Литраж:

Vл=30*t*Nе/ (pе*n)                   (42)

Vл=30*4*170/ (0,765*2200) =12,12 л.

 

Бір цилиндрдің жұмыс көлемі:

Vh=Vл/i                     (43)

Vh=12,12/8 = 1,515 л.

Цилиндр диаметрі. Поршеннің жүрісін алдын ала S=124 мм деп қабылдағандықтан S/D≥1. S/D=1 деп қабылдаймыз:

                  (44)

=124 мм;

S= D =124 мм.

 

Двигательдің негізгі көрсеткіштері мен параметрлері соңғы қабылданған D және S мәндері бойынша анықталады:

Vл=p*D2*S*i/ (4*106)                  (45)

Vл=3,14*1242*124*8/ (4*106) = 11,974 л; 

Fп=p*D2/4                   (46)

Fп=3,14*1242/4=12070 мм2=12,7 см2;   

Vп. ср = Sn/ (3*104)                   (47)

Vп. ср=124*2200/30000=9,09 м/с;   

Nе=pе*Vл*n/ (30*t)                   (48)

Nе=0,765*12,12*2200/ (30*4) =169,98 кВт; 

Ме=3*104*Nе/ (p*n)                   (49)

Ме=3*104 *169,98/ (3.14*2200) =738,2 Н*м; 

Gт=Nе*gе                   (50)

Gт=169,98*236,28=40,163 кг/ч;     

Nл=Nе/Vл                        (51)

Nл=169,98/12,12=14,02 кВт/дм3.    

 

1.9 Индикаторлық диаграмманы тұрғызу

 

Қозғалтқыштың номиналды жұмыс режимі үшін Nе=169,98 кВт және  n=2200 айн/мин кезіндегі индикаторлық диаграмма салынады. (Сурет 1)

Диаграмманың масштабтары:

поршен жүрісінің масштабы Мs=1,5 мм;

қысым масштабы Mp=0,08 МПа 1 мм деп қыбылдаймыз.

Жану камерасының көлемiне сәйкес келетiн ОА кесiндiсi және поршен жүрісінің көлеміне сәйкес келетін АВ кесіндісі:

АВ=S/Ms                        (52)

АВ=124/1,5=82,67 мм;

ОА=АВ/ (e-1)                   (53)

ОА=82,67/ (17-1) =5,17 мм.

 

Диаграмманы максималды биіктігі (z нүктесі):

pz/Mp=8,924/0,08=111,55 мм;

z'z=ОА/ (ρ-1)                    (54)

z'z=5,17· (1,28-1) =1,45≈1,5 мм.

Ерекше нүктелердегi қысымның шамалары:

pa/Mp=8,924/0,08=111,55 мм;

pc/Mp=4,462/0,08=55,775 мм;

pb/Mp=0,343/0,08=4,29 мм;

pr/Mp=0,105/0,07 =1,3 мм;

pк/Mp=0,1/0,08 =1,25 мм;

po/Mp= 0,1/0,08=1,3 мм.

 

Политропты  ұлғаю және сығу сызықтарын графикалық әдісті пайдалана отырып тұрғызылады.

А) ОС сәулесі үшін бұрыш

Б) β2= 20° 49'

В) Од және ОС сәулелерін пайдалана отырып, политропты ұлғаюды тұрғызамыз (1-сурет).

г) tg β2= (1+tgα) n2 -1=0.351; β2= 19° 14';

д) ОЕ және ОС cәулелерін пайдаланып, z нүктесінен бастап ұлғаю политропасын құрамыз;

 

Индикаторлы диаграмманың тұйықталуы. Iштен жану қозғалтқышының индикаторлық диаграммасы қозғалтқыштың жұмыс процесiн есептеу нәтижесiнде алынған мәлiметтерге сәйкес тұрғызылады. Диаграмманы тұрғызу барысында абсцисса осi бойында цилиндрдiң жұмыс көлемiне сәйкес келетiн , ал шамалық мәнi Ms масштабымен алынған поршень жүрiсiне тең АВ кесiндiсi салынады.

Содан кейiн қозғалтқыштың жылулық есебi мәлiметтерi бойынша диаграмма бойынан белгiленген масштабқа сәйкес ерекше нүктелердегi қысымның шамалары анықталады: a, c, z¢, z, b, r.

 

Индикаторлық диаграмманың шеткi нүктелерiндегi иiлу шамаларын анықтау үшiн қозғалтқыштың енгiзу және шығару клапандарының ашылу және жабылу мезгiлдерiн, ұқсас қозғалтқыштар мәлiметтерiне сәйкес, белгiлеймiз. Қозғалтқыштың газ үлестiру нүктелерiнiң орнын есептеу нәтижелерiн 2-кестеге енгiземiз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кесте 2

Қозғалтқыштың газ үлестiру фазалары

 

Нүктелердің белгіленуі	Нүктелердің орналасуы	jо	(1-cosj) + l (1-cos2j) /4	Ж.Ө.Н. ден АХ нүктелеріне дейінгі арақашықтық, мм.
b'	60° т.ө.н. дейін.	120	1,601	66,18
r'	25° ж.ө.н. дейін.	25	0,122	5
а'	25° ж.ө.н. дейін.	25	0,122	5
а''	60° т.ө.н. дейін.	120	1,601	66,18
с'	20° ж.ө.н. дейін.	20	0,076	3
f	(20-8)° ж.ө.н. дейін.	12	0,038	1,6

 

Жоғарыда көрсетiлген нүктелердiң орнын жоғары өлi нүктеге байланысты анықтау  төмендегi формула бойынша жүзеге асырылады:

                                                 

мұнадғы - иiндi  бiлiктiң жоғары  өлi  нүктеге  байланысты бұрылу

                бұрышы;

     - иiндi   бiлiк  кривошипiнiң  радиусының   R    шатун            

               ұзындығына Lш қатынасы.

                                          

Индикаторлық диаграмманы құру барысында = 0,27 деп қабылдаймыз.

с'' нүктесін келесі түрде анықтаймыз.

 

МПа

нүктесі түзу сызығының ортасында орналасқан.

Қозғалтқыштардың көрсеткіштерін салыстыру мәндері 3-кестеде көрсетілген.

 

Кесте 3

Қозғалтқыштың көрсеткіштерін салыстыру

 

Қозғалтқыш	Nе, кВт	п, айн/мин	Vл, л	ε	S, мм	D, мм	S/D	gе, г/кВт*сағ	Gт, кг/сағ
Жобаланушы	169,98	2200	12,12	17	124	124	1	236,28	40,163
Жобаланған	154,4	2600	10,85	17	120	120	1	224	35

 

2 Қозғалтқышының жылулық балансы

 

Қозғалтқышқа жанармаймен енгiзiлген жалпы жылу мөлшерi:

                   (53)

.

Двигательдің 1с-тағы тиімді жұмысына тең жылу:

                   (54)

.

Қоршаған ортаға берілетін жылу:

                 (55)

;

мұндағы с=0,45¸0,53 – төрттактілі двигатель үшін пропорция коэффитциенті. Есептеуде с=0,48 қабылданған;

i – цилиндр саны;

D – цилиндрлердің диаметрі, см;

n – двигательдің иінді білігінің айналу жиілігі, айн/мин;

m=0,6¸0,7 – n-төрт тактілі двигательдер үшін дәреже көрсеткіші.

 

Қалдық газдарға кеткен жылу:

           (56)

мұндағы =21,8647 кДж/ (кмоль*град) – қалдық каздардың жылусиымдылығы (5-кестеден интерполяция әдісімен анықталған [1]             tr=Тr-273=800-273=527°С; =20,9 кДж/ (кмоль*град) – 3.6-кестеден қоспаның жылусиымдылығы анықталған tк=Тк-273=400-273=127°С.

.

 

Ескерілмеген жылу шығыны:

Qост= Q0- (Qe +Qв + Qr)                 (57)

Qост=473477 - (169980+16883+128449)=158165 Дж/с.

 

Жылулық баланс 4-кестеде көрсетілген:

 

 

 

 

 

 

Кесте 4

Жылулық баланс

 

Жылу балансын құратындар	Үрлемесіз дизель
	Q, Дж/с.	q,%
Қозғалтқыштың тиiмдi жұмысына айналдырылған  жылу мөлшерi:	169980	35,9
Қоршаған ортаға берілетін жылу:	16883	3,6
Қалдық газдарға кеткен жылу:	128449	27,1
Ескерілмеген жылу шығыны:	158165	33,4
Қозғалтқышқа жанармаймен енгiзiлген жалпы жылу мөлшерi:	473477	100