Судовой двухтактный двигатель с турбонаддувом - Дипломная работа

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания достигли высокой степени совершенства, продолжая тенденцию непрерывного роста удельных мощностей, снижения удельной материалоемкости, токсичности отработанных газов, снижения удельных расходов топлива и масел, повышения надежности и долговечности. Поэтому выполнение задач по производству и эксплуатации поршневых двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса, конструкции двигателя и методов их расчета. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций, повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания. Рассмотрение отдельных процессов в двигателе и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность, экономичность, а также давление газов, действующее в камере сгорания, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диметр цилиндра и ход поршня), проверить на прочность его основные детали, оценить надежность его работы и т.д. Также от специалиста требуется умение с наибольшим экономическим эффектом использовать современные технические средства и материалы, понимать технологический процесс изготовления и сборки двигателя. 1. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 1.1 Тепловой расчет Выбор исходных параметров для теплового расчета рабочего цикла двигателя Определим исходные параметры для расчета: - давление в цилиндре в начале сжатия, где - давление, нагнетаемое компрессором; -температуру выпускных газов выбираем из ист. Процесс наполнения Находим температуру воздуха (выходящего из нагнетателя) по формуле: , (1.1) где - давление окружающей среды; - температура окружающего воздуха. В таблице 2 [3] находим: Теоретически необходимое количество воздуха: Подсчитываем: . Процесс сжатия По графику на фиг.7 [3] находим значение среднего показателя адиабаты сжатия и определяем: - температуру в конце сжатия Tc: ; (1.5) ; - давление в конце сжатия pc: . После чего определяем теоретическое максимальное давление: . (1.11) Определение среднего индикаторного и эффективного давления Индикаторные показатели характеризуют действительный рабочий цикл и определяются или расчётом цикла или экспериментально по снятой индикаторной диаграмме изменения давления в цилиндре за время рабочего цикла. (1.14) К эффективным показателям относится: мощность Ne, среднее давление Pe и среднее давление механических потерь NМ, эффективные расходы топлива - часовой GТ и удельный ge. Определим диаметр цилиндра: (1.17) Окончательно принимаем: На основании полученного определим среднюю скорость поршня: (1.18) Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя Определяем полезную индикаторную мощность: (1.19) Показателями экономичности работы двигателя служат эффективный КПД ?е и удельный эффективный расход топлива ge. (1.27) Построение проектной индикаторной диаграммы Завершающим этапом теплового расчета двигателя может служить построение проектной индикаторной диаграммы (рисунок 1.1). Рисунок 1.1 - Проектная индикаторная диаграмма двухтактного дизеля 1.2 Динамический расчет Кинематический расчет КШМ двигателя Перемещение поршня рассчитывается по формуле: , (1.29) где -радиус кривошипа ( ), - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна ( ), - угол поворота коленчатого вала. Таблица 1.2 - Значение зависимости перемещения, скорости и ускорения поршня от угла поворота КВ Рисунок 1.2 - Зависимость Sп, Vп, Jп от угла поворота КВ Динамический расчет КШМ двигателя Основной целью динамического расчета является определение сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме и установление закономерностей их изменения за рабочий цикл двигателя. Для этого индикаторная диаграмма перестраивается в развернутую с помощью метода Брикса (см. рис.3) - на отрезке, соответствующем ходу поршня, строится полуокружность радиусом, равным половине хода. Таблица 1.4 - Изменение сил, действующих на поршень в зависимости от угла поворота КВ Рисунок 1.5 - График сил, действующих на поршень Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала От действия суммарной силы возникают следующие силы (рисунок 1.6): Рисунок 1.6 - Схема сил, действующих на детали КШМ - суммарная нормальная (боковая) сила N, направленная перпендикулярно оси цилиндра; определяется по формуле ; (1.40) - суммарная радиальная сила Z, направленная по радиусу кривошипа; определяется по формуле ; (1.41) - суммарная тангенциальная сила Т, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа; определяется по формуле ; (1.42) - суммарная сила, действующая вдоль шатуна К определяется по формуле , (1.43) где - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра, . Так как величины и характер изменения крутящего момента по углу поворота коленчатого вала одинаковы и отличаются лишь угловыми интервалами, равными угловым интервалам между вспышками в отдельных цилиндрах, то для подсчета суммарного крутящего