Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Выбор и расчет исходных параметров

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Учебно-методическое пособие

к выполнению курсовой работы

по дисциплине: «Теплотехника»

на тему: «Тепловой расчет поршневого двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом»

Уфа

Учебно-методическое пособие содержит контрольные задания к выполнению курсовой работы по тепловому расчету поршневого двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом. Даны рекомендации по выполнению работы.

Пособие рекомендуется для студентов всех форм обучения специальности 130503 62 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», направления 130500 62 «Нефтегазовое дело».

Составители: Галиуллина И.Ф., преподаватель

Колосов Б.В., ст. преподаватель

Мухаметдинова Л.Д., ст. преподаватель

Рецензент Нурутдинов Р.Г., доц., канд. техн. наук

ВВЕДЕНИЕ

Двигателем внутреннего сгорания называют тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в механическую работу.

По конструктивному оформлению рабочего процесса двигатели внутреннего сгорания разделят на две основные группы: поршневые двигатели, где весь рабочий процесс осуществляется полностью в цилиндре и газотурбинные двигатели, где рабочий процесс последовательно совершается в воздушном компрессоре, камере сгорания и расширительной машине (газовой турбине).

Поршневые двигатели внутреннего сгорания применяют в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте.

Основными достоинствами поршневых двигателей являются высокая экономичность, компактность и малая масса установки, быстрый запуск, бездымный выхлоп и относительная небольшая потребность в воде (вода расходуется для охлаждения двигателя, что очень важно для нефтяных и газовых промыслов, расположенных в безводных районах).

Все поршневые двигатели внутреннего сгорания можно по способу осуществления рабочего процесса разделить на две основные группы: 4-х тактные и 2-х тактные. Под тактом понимается ход поршня, т.е. путь, пройденный им от одного крайнего положения до другого. Одно крайнее положение принято называть верхней мертвой точкой (в.м.т.), а другое – нижней мертвой точкой (н.м.т.). В мертвых точках поршень изменяет направление своего движения, и скорость его в этих точках равна нулю.

В четырехтактных двигателях рабочий цикл совершается в течение четырех ходов поршня (4-х тактов) или за два оборота коленчатого вала, в двухтактных двигателях – в течение двух ходов (2-х тактов) поршня или за один оборот коленчатого вала.

Рабочий цикл состоит из процессов, периодически протекающих в следующей последовательности:

1) наполнение цилиндра воздухом или топливоздушной смесью;

2) сжатие топливоздушной смеси или воздуха (в конце сжатия подается электрическая искра или впрыскивается дизельное топливо);

3) сгорание рабочей смеси и последующее расширение продуктов сгорания (этот такт принято называть рабочим ходом);

4) выхлоп (выпуск) продуктов сгорания из цилиндра в атмосферу.

В двухтактном двигателе очистку цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежим зарядом выполняют продувочным воздухом, предварительно сжимаемым в продувочном насосе или в кривошипной камере. Если принять, что скорость вращения коленчатого вала (в оборотах в минуту или секунду), диаметр и ход поршня одинаковы, то цилиндровая мощность двухтактного двигателя превышает цилиндровую мощность четырехтактного двигателя на 60-80%. Несмотря на такие преимущества, двухтактные двигатели не получили столь широкого распространения, как четырехтактные, отличающиеся большой экономичностью.

Это объясняется рядом недостатков, присущих 2-х тактным двигателям:

– температура выхлопных газов и отдельных деталей в среднем их на 30-40 % выше, чем в четырехтактных;

– перезарядка цилиндров продувочным воздухом требует затраты относительно большой мощности и менее совершенна по сравнению с перезарядкой в четырехтактных двигателях;

– двухтактные двигатели имеет ограниченную быстроходность, так как повышение угловой скорости приводит к увеличению давлению продувочного воздуха и высоты продувочных и выхлопных окон, а это в свою очередь, приводит к уменьшению полезного хода поршня.

Превосходство двухтактных двигателей над четырехтактными удается только в крупных стационарных и судовых тихоходных двигателях при мощности в 1500 л.с. (1100 кВт) и выше. Исключение составляют двухтактные быстроходные двигатели с прямоточной продувкой, например, Ярославского завода (ЯМЗ).

По особенностям исполнения различают следующие группы двигателей:

I – по роду сжигаемого топлива – двигатели, работающие:

а) на газообразном топливе;

б) на легком жидком топливе (бензине, керосине, лигроине);

в) на тяжелом жидком топливе (дизельном топливе, соляровом масле);

г) на бинарном (двойном) топливе, т.е. использующиеся в качестве основного топлива нефтяные газы с добавкой небольшого количества жидкого дизельного топлива.

II – по способу заполнения цилиндра свежим зарядом – двигатели без наддува, у которых наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью происходит за счет образовавшегося в цилиндре разрежения, и двигатели с наддувов, у которых свежий заряд подается в цилиндр нагнетателем (воздуходувкой), благодаря чему увеличивается масса свежего заряда и удельная цилиндрическая мощность, т.е. мощность, приходящаяся на единицу полезного объема цилиндра;

III – по способу подготовки топливовоздушной смеси – двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые двигатели, схема 1) и с внутренним смесеобразованием (дизели, калоризаторные и др. двигатели, схема 2).

IV – по способу воспламенения рабочей смеси – двигатели с воспламенением от постороннего источника (электрической искры, запального шара-калоризатора или факела пламени, образуемого в предкамере) и двигатели с воспламенением распыленного жидкого топлива от воздуха, сжатого в цилиндре (дизели и газодизели, т.е. работающие на бинарном топливе);

Схема 1 Схема 2

Рисунок 1 – Способы подготовки и воспламенения рабочей смеси

V – по конструктивному исполнению:

а) одно- и многоцилиндровые двигатели;

б) двигатели с вертикальным, горизонтальным, V-образным и другими видами расположения цилиндров;

в) двигатели с кривошипно-шатунным механизмом крейцкопфного и тронкового типов.

В двигателе крейцкопфного типа поршень, жестко соединенный со штоком, шарнирно связан с ползуном. Крестовина ползуна, перемещающаяся в направляющих, в свою очередь шарнирно связана с шатуном.

Поршни с ползуном применяются преимущественно, в тихоходных установках, например, в газомоторных компрессорах. В двигателе тронкового типа нижняя часть поршня – (юбка) исполняет роль ползуна; в этом случае поршень соединен непосредственно с шатуном.

VI – по способу действия – двигатели простого действия, у которых рабочий процесс совершается в полости, расположенной над поршнем, и двойного действия, у которых рабочий процесс совершается и в верхней полости цилиндра (над поршнем), и в нижней его полости (над поршнем).

VII – по степени быстроходности:

а) двигатели тихоходные (со средней скоростью поршня до 6,5 м/сек);

б) повышенной быстроходности (со средней скоростью поршня 6,5-8,5 м/сек);

в) быстроходные (со средней скоростью поршня превышающей 8,5 м/сек).

VIII – по назначению – двигатели могут быть стационарные, судовые, автотракторные, авиационные.

Двигатели внутреннего сгорания на жидком топливе, применяются в качестве привода для силовых механизмов и оборудования в различных установках, передвижных агрегатах и транспортных средствах при бурении, разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Курсовая работа «Тепловой расчет реального цикла двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и наддувом» выполняется студентами после изучения теоретического курса «Теплотехника» и представляется к защите в сроки, предусмотренные учебными графиками.

Выполнение курсовой работы ставит своей целью углубление знания студентов в области процессов, протекающих в двигателях внутреннего сгорания на жидком топливе, применяемых в качестве силовых механизмов и оборудования в различных установках, передвижных агрегатах и транспортных средствах при бурении, разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Выполнение курсовой работы должно способствовать повышению качества подготовки специалиста, в частности:

– научить студента самостоятельно работать с теоретическим материалом курса;

– научить студента самостоятельно работать с технической литературой, справочными материалами;

– научить студента анализировать получаемые данные;

– научить, грамотно и сжато, техническим языком, излагать суть вопроса с выводами, схемами, таблицами и диаграммами.

К выполнению курсовой работы следует приступать только после изучения материала по лекциям и учебной литературе.

Исходные данные к курсовой работе приведены в таблице 1 приложения.

Выбор шифра варианта производится по двум последним цифрам номера зачетной книжки студента. Курсовая работа, выполненная не по своему варианту, не рассматривается.

Решение нужно сопровождать краткими объяснениями и подробными вычислениями. Нужно указывать, какая величина определяется, по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они взяты (из условия задачи, по справочным данным или были определены выше). Расчеты выполняются с точностью до 3-го знака после запятой, размерности должны быть проставлены.

Графическая часть курсовой работы должна содержать:

– схему двигателя с газотурбинным наддувом (приводится на отдельном листе), с кратким описанием;

– таблицу расчета координат характерных и промежуточных точек линий процессов сжатия и расширения (приводятся на отдельном листе);

– графическое изображение рассчитанного теоретического и действительного циклов двигателя в PV – диаграмме с нанесенными линиями теоретического P_i^Т и действительного P_i индикаторных давления (приводятся на отдельном листе);

– схему работы четырехтактного двигателя (приводятся на отдельном листе), с кратким описанием;

– схему теплового баланса двигателя (приводятся на отдельном листе).

1.1 Цель и содержание работы

Задачами теплового расчета реального цикла двигателя внутреннего сгорания являются определения показатели цикла, характеризующих экономичность и эффективность рабочего процесса, а также определение максимального давления в цилиндре и переменных давлений в зависимости от хода поршня, необходимых для последующих прочностных и конструктивных расчетов деталей и узлов двигателя. На основании теплового расчета с достаточной точностью строится индикаторная диаграмма, и по заданной мощности и числу цилиндров определяются их размеры.

В работе требуется произвести следующее:

1. Выбор и расчет основных параметров.

2. Термохимический расчет процессов сгорания топлива.

3. Расчет рабочего цикла двигателя.

4. Расчет индикаторных и эффективных показателей работы двигателя.

5. Определение основных размеров цилиндра.

6. Построение индикаторных диаграмм рассчитанного двигателя с нанесением линий средних индикаторных давлений.

7. Выполнение принципиальной схемы двигателя и указание порядка работы цилиндров.

8. Ответ на вопрос по варианту.

9. Составление схемы теплового баланса двигателя внутреннего сгорания

Оформление работы

Выполненная работа оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД, представляется в сброшюрованном виде и должна содержать:

– титульник, оформленный по нормативам на текущий год;

– содержание, должна быть оформлена на листе с большой рамкой;

– цель и содержание работы;

– исходные данные с указанием номера варианта;

– расчет в системе СИ с необходимыми обоснованиями и пояснениями. Вычисления приводятся в развернутом виде;

– ответ на вопрос;

– графическую часть;

– список использованной литературы.

ЗАДАНИЕ 1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Тепловой расчет рабочего цикла производится для режима, соответствующего заданной номинальной мощности при номинальном числе оборотов.

Так как действительные процессы, происходящие в реальных двигателях внутреннего сгорания, отличаются большой сложностью, быстротечностью и зависят от некоторых факторов, не достаточно учитываемых расчетом, поэтому при выполнении расчета необходимо сопоставлять получаемые данные с аналогично выполненными конструкциями, близкими к рассчитываемому двигателю по степени сжатия и наддува, тактности, мощности и числу цилиндров.

Исходные данные к заданию 1

Исходные данные к заданию 1 берутся в таблице 1 приложения.

ЗАДАНИЕ 2. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Исходные данные к заданию 2

Исходные данные к заданию 2 берутся в таблице 1 приложения. Также нужно воспользоваться полученными расчетными данными из предыдущего задания 1.

Приложение

Таблица 1 - Варианты индивидуальных заданий по расчету двигателя

Наименование величины	Обозна-чение	Единица измере-ния	Данные берутся по предпоследней цифре шифра вариантов

Эффективная мощность	N_e	кВт
Номинальное число оборотов	n	об/мин
Число цилиндров	i	-
Коэффициент полноты индикаторной диаграммы	φ_n	-	0,95	0,94	0,93	0,92	0,91	0,92	0,92	0,93	0,94	0,94
Коэффициент использования тепла	ξ	-	0,68	0,70	0,72	0,75	0,76	0,78	0,80	0,82	0,85	0,87
Механический к.п.д. двигателя	η_мех	-	0,88	0,88	0,87	0,86	0,85	0,84	0,82	0,80	0,78	0,75
			Данные берутся по последней цифре шифра вариантов
Степень повышения дав-ления в агрегате наддува	π	-	2,0	1,95	1,90	1,85	1,80	1,75	1,70	1,65	1,60	1,55
Степень сжатия	ε	-	12,0	12,5	13,5	14,0	14,5	15,0	15,5	15,5	16,0	16,5
Снижение температуры воздуха охладителем	ΔT_охл	К
Показатель политропы сжатия	n₁	-	1,34	1,34	1,35	1,35	1,36	1,36	1,36	1,37	1,37	1,37
Степень повышения давления	λ	-	1,22	1,24	1,26	1,28	1,30	1,32	1,34	1,36	1,38	1,40
Показатель политропы расширения	n₂	-	1,22	1,23	1,24	1,25	1,26	1,27	1,28	1,29	1,30	1,31
Состав топлива в массовых долях	С	-	0,86	0,87	0,88	0,87	0,86	0,87	0,88	0,89	0,87	0,88
Н	-	0,14	0,122	0,115	0,126	0,13	0,125	0,12	0,134	0,123	0,112
О	-	-	0,008	0,005	0,004	0,001	0,005	-	0,005	0,007	-
Теплота сгорания	Q^р_н	кДж/кг
Номер вопроса	-	-

Таблица 2 – Средняя мольная теплоемкость газов при постоянном давлении С_рт, кДж /(кмоль×град)

t, ⁰C	O₂	N₂	CO₂	H₂O	Воздух (абсолютно сухой)
	29,278	29,022	35,865	33,503	29,077
	29,542	29,052	38,117	33,746	29,156
	29,935	29,135	40,065	34,123	29,303
	30,404	29,290	41,760	34,579	29,525
	30,882	29,504	43,255	35,094	29,793
	31,338	29,768	44,579	35,634	30,099
	31,765	30,048	45,759	36,200	30,408
	32,156	30,346	46,819	36,794	30,727
	32,506	30,639	47,769	37,397	31,032
	32,829	30,928	48,624	38,013	31,325
	33,122	31,200	49,398	38,624	31,602

Таблица 3 – Координаты точек индикаторной диаграммы

Точки	Значения объема	Значения давления
Расчетная формула	дм³	Расчетная формула	бар
a	V_а = V_с + V_n		Ρ_а= (0,8 ÷ 1,1) Ρ_к
	V_х1= 1/3 V_a
	V_х2= 1/2 V_a
	V_х3= 3/4 V_a
c			Р_с= Р_а× ε ⁿ¹
z′	V_z_′=V_с		Р_z′ = λ Р_с
z	V_z = ρV_с		Р_z = Р_z_′
	V_х4= 1/3 V_a
	V_х5= 1/2 V_a
	V_х6= 3/4 V_a
в	V_в= V_а
г	V_г= V_с		Ρ_г= (0,75 ÷ 1,0) Ρ_к

Вопросы к заданию 1

1. Опишите физико-химические свойства моторных топлив.

2. Путиповышения мощностей двигателей внутреннего сгорания.

3. Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

4. Идеальные термодинамические циклы поршневых ДВС.

5. Устройство, принцип работы и индикаторная диаграмма двух-тактных ДВС.

6. Параметры, влияющие на термический к.п.д. ДВС.

7. Газовые двигатели.

8. Каковы особенности ТЭС с дизелями и газотурбинными установками, их достоинства и недостатки? Объясните основные схемы парогазовых установок, их преимущества и перспективы.

9. Системы питания ДВС.

10. Системы наддува.

Литература

1 Нигматуллин И.Н и др. Тепловые двигатели. – М.: Высшая школа, 1974. – 323 с.

2 Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания, – М.: Машиностроение, 1971. – 400 с.

3 Двигатели внутреннего сгорания. /Под редакцией А.С.Орлина, М.Г. Круглова, – М.: Машиностроение, 1983. – 378 с.

4 Дизели. Справочник. /Под редакцией В.О. Ванштейна, – М.: Машиностроение, 1964. – 180 с.

5 Могильницкий И.П. Двигатели внутреннего сгорания в нефтяной и газовой промышленности. – М.: Недра, 1974. – 282с.

6 Хачиян А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. – М.: Высшая школа, 1978.

Содержание

с.:

	Введение
	Общие указания
1.1	Цель и содержание работы
1.2	Оформление работы
	Задание 1. Расчет основных параметров двигателя внутреннего сгорания
2.1	Выбор и расчет основных параметров
2.2	Термохимический расчет и параметры наполнения
2.3	Расчет процессов сжатия, сгорания и расширения
2.4	Индикаторные и эффективные показатели двигателя
2.5	Определение размеров цилиндра двигателя
2.6	Построение индикаторных диаграмм двигателя
2.7	Исходные данные к заданию 1
	Задание 2. Составление схемы теплового баланса двигателя внутреннего сгорания
3.1	Теоретические основы и порядок расчета
3.2	Схема теплового баланса двигателя внутреннего сгорания
3.3	Исходные данные к заданию 2
	Приложение
	Вопросы к заданию 1
	Список литературы