Краткие характеристики двигателя 6 NVD AU

Расчет рабочего цикла двигателя

Процесс впуска

Давление впуска в начале сжатия определяется по формуле:

 

P_а=(1-δ_n) P_n (Н/м²)_.

 

Где:

δ_n – относительная потеря давления из-за сопротивления впуску

P_n – давление наддува

P_a=(1–0.10)*1.4=0.95*1.4=1.33 Н/м²

Определяем величину нагрева воздуха в турбокомпрессоре:

 

Где:

n – показатель политропы сжатия компрессора

T_o – температура окружающей среды

Р_n – давление наддува

Р_о - атмосферное давление

 

Определяем температуру в начале сжатия по формуле:

 

T_a=(T_o+γ_rT_r)/1+γ_r

Найдем температуру свежего заряда с учетом подогревания его от стенок:

 

T_o=T_o+ΔT+ΔT₁

 

T¹_o=293+6+81=380 К

Подставив значение в формулу получим:

Температура наддува воздуха равна:

 

T_н=Т_о-ΔТ

 

T_н=380–10=370 К

 

Определяем коэффициент наполнения:

 

 

Процесс сжатия

Основные параметры состояния газа в начале сжатия Р_а и Т_а определены.

Процесс сжатия протекает по политропе, и для простоты расчета цикла полагают, что политропа имеет средний постоянный показатель.

Найдем параметры состояния газа по окончании процесса сжатия Р_с и Т_с.

Давление в конце сжатия:

 

Где:

Р_а-давление начала сжатия

ε-степень сжатия

n₁-показатель политропы сжатия

Р_с= 1,26*13,3^1,36 =38 кгс/см²

Температура в конце сжатия определяется по формуле:

 

 

Где:

Т_а-температура в начале сжатия.

Т_с=380*13,3^1,36-1=380*2,5=890 К

 

Процесс сгорания

Самовоспламенение и сгорание топлива сложный процесс химического соединения его горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемый выделением теплоты.

При расчете процесса сгорания рассчитывают давление в конце сгорания Р_z и температуру в конце сгорания Т_z.

Давление в конце сгорания рассчитывают по формуле:

 

Р_z=λ*P_c, кгс/см²

 

Где:

λ – степень повышения давления, берется по справочным данным и колеблется в пределах от 1,4 до 2,2.

Произведем расчет давления конца сгорания:

Р_z=1.6*38=60.8 кгс/см²

Температуру конца сгорания определяют путем решения уравнения сгорания:

 

 

Где:

β – коэффициент молекулярного изменения

λ – степень повышения давления при сгорании

ξ – коэффициент использования теплоты при сгорании

Q_н – низкая теплота сгорания топлива

М₁ – количество газа в начале горения

-средняя малярная изобарная теплоемкость продуктов сгорания

-средняя малярная изохорная теплоемкость свежего заряда

Рассчитаем все составляющие уравнения. Расчеты будем вести в системе единиц измерения СИ.

Найдем количество газов в начале сгорания М₁, по формуле:

 

М₁=0,5α (1+γ_r), КМоль/кг

 

Где:

α – коэффициент избытка воздуха и для данного дизеля колеблется в пределах от 1,5 до 1,7.

Произведем расчет количества газов в начале сгорания:

М₁=0,5*1,5 (1+0,04)=0,78 КМоль/кг

Найдем количества продуктов сгорания М₂ по формуле:

М₂= М₁+0,03 КМоль/кг

Произведем расчет количества продуктов сгорания:

М₂=0.78+0.03=0.81 КМоль/кг

Найдем коэффициент молекулярного изменения β по формуле:

β= М₂/ М₁

 

Произведем расчет коэффициента молекулярного изменения:

β=

Найдем степень повышения давления по формуле:

 

 

Произведем расчет степени повышения давления:

По справочным данным коэффициент использования теплоты при сгорании ζ колеблется в пределах от 0,8 до 0,85, а низкая теплота сгорания топлива Q_н равна 42000 кДж/кг.

Среднюю молярную изохорную теплоемкость свежего заряда  рассчитывается по следующей эмпирической формуле:

 

=19.39=0.0031 Т_с, кДж/(кМоль*К)

 

Рассчитаем :

=19,39+0,0031*890=22,1

Средняя молярная изобарная теплоемкость продуктов сгорания  рассчитывается по следующей эмпирической формуле:

 

=  кДж/(кМоль*К)

 

Примем температуру конца сжатия Т_z считается неизвестной.

Тогда выразим через Т_z величину :

=28.4+0.003* Т_z кДж/(кМоль*К)

Подставив это выражение в выше указанное уравнение сгорания получим полное квадратное уравнение относительно Т_z. Решив его получим температуру конца сгорания Т_z:

29,252 Т_z+0,0309 Т_z²=31508,136+43076,923

0,0309 Т_z²-29,252 Т_z-74585,059=0

Д=855,6795+4*0,0309*74585,059=10074,39279

Т_z=

Процесс расширения

При расширении газа совершается полезная работа.

Процесс происходит по политропе с показаниями n_2, который для тихоходных двигателей равен 1,24–1,30, а для быстроходных 1,20–1,25. Давление газа в конце расширения рассчитывается по формуле:

 

, кгс/см²

 

Произведем расчет давления газа в конце расширения:

 Кгс/см²

Температура газа в конце расширения рассчитывается по формуле:

 

, К

 

Произведем расчет температуры газа в конце расширения:

 К

Выпуск

Давление газов в цилиндре за период выпуска не остается постоянным и зависит от проходного сечения выпускного канала, сопротивления выпускного трубопровода. Колебание давления газов при выпуске не поддаются точному теоретическому подсчету, поэтому используют среднее постоянное давление газов в период выпуска.

Вывод: расчетные числовые значения давлений и температур не выходят за пределы полученных опытным путем для рабочего цикла ДВС.

Расчет детали на прочность

Вопрос эксплуатации

Режим приработки

При вводе судна в эксплуатацию после постройки, а также после каждого ремонта, связанного с заменой ответственных узлов и деталей (поршня, поршневых колец, цилиндровой втулки, подшипников, цепного или шестеренного привода) применяют режим приработки двигателя.

Новый двигатель проходит первичный режим приработки при обкатке на заводском стенде в течение 40 – 60 ч, для приработки рабочих узлов требуется значительно большее время (до 500 – 1000 ч), поэтому фактически двигатель проходит режим приработки в первый период эксплуатации до наработки указанного в инструкции завода-изготовителя времени. Продолжительность режима приработки зависит от типа двигателя, размеров цилиндра, конструктивных особенностей деталей ЦПГ и системы продувки, степени форсировки двигателя.

Наиболее ответственен и продолжителен режим приработки для высоконапряженных малооборотных двигателей с высокой степенью наддува и большой цилиндровой мощностью.

В первоначальный период идет приработка поршневых колец по зеркалу цилиндра, причем от качества первичной приработки зависит дальнейшая работа колец и компрессия в цилиндре. При нормальном износе колец в период приработки в момент изменения направления движения поршня происходит их перекос, что приводит к быстрому истиранию кромок и образованию выпуклой рабочей поверхности кольца. Это способствует образованию масляного клина и стабильной гидродинамической масляной пленки, улучшающей и ускоряющей процесс приработки колец. При повышенном износе колец рабочая поверхность имеет плоскую форму с острыми кромками, условия смазывания ухудшаются, износ значительно возрастает. Частицы износа попадают на рабочую поверхность нижних колец, вызывая их интенсивное изнашивание.

Вследствие повышенного трения на рабочих поверхностях колец создается окисная пленка высокой прочности, что практически исключает нормальную приработку колец. Для обеспечения нормальных условий приработки в начальный период устанавливается пониженная нагрузка двигателя, не превышающая 0,6 – о, 8 номинальной. По мере приработки нагрузка постепенно увеличивается. Для улучшения условий приработки подача масла насосами повышается в 1,2 – 1,3 раза для лучшего вымывания продуктов износа рекомендуется применение минерального масла. В целях улучшения условий приработки некоторые фирмы специальным квадратным резцом наносят на рабочую поверхность винтовую канавку глубиной 0,02 – 0,05 мм с шагом 2 – 5 мм.

Режим приработки назначают при каждой замене колец и даже при установке старых колец после моточистки цилиндра, так как во время снятия колец с поршня они меняют свою форму. Продолжительность приработки в этом случае от нескольких часов до нескольких суток, с повышением нагрузки по специальному графику. Во избежание излишних приработок колец увеличивают период работы без вскрытия цилиндров в зависимости от фактического технического состояния. Этому в значительной мере способствуют системы технического диагностирования, позволяющие оценить состояние колец в эксплуатационных условиях.

Втулки цилиндров прирабатываются дольше, поэтому главным критерием режима приработки являются поршневые кольца.

Продолжительность режима приработки после замены деталей и узлов в период эксплуатации двигателя в зависимости от объема проведенных работ назначают в соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя. Во время приработки рекомендуется усиленный контроль за состоянием замененных деталей.

Литература.

1. Гогин А.Ф., Кивалкин Е.Ф. Судовые дизели (основы теории, устройство и эксплуатация): Учебник для речных училищ и техникумов водного транспорта. – М: Транспорт, 1978.-480 с.

2. Глотов Ю.Г, Семченко В.А, Беляев И.Г. Эксплуатация судовых энергетических установок: Учебное пособие для мореходных училищ – М.: Транспорт, 1995.-342 с.

 

Краткие характеристики двигателя 6 NVD AU

 

Двигатели предназначены для установки на суда, в качестве главных, при непосредственной передаче мощности на гребной винт. Двигатели реверсивные, четырехтактные, с рядным расположением цилиндров, тронковые, простого действия, со струйным распыливанием топлива и воспламенением от сжатия.

Система охлаждения двигателей замкнутая. Насос внутреннего контура центробежный, наружного контура поршневой. В систему входят также водяной охладитель трубчатого типа и терморегулятор.

Смазка двигателей – циркуляционная под давлением, осуществляется навешенным двухсекционным насосом. Для прокачки двигателей перед пуском в системе установлен ручной насос.

Топливная система состоит из насосов высокого давления, форсунок закрытого типа, сдвоенного фильтра и трубопровода.

Пуск двигателей осуществляется сжатым воздухом давления 30 кГ/см². Для пополнения воздушных баллонов в период работы двигателя имеется навешенный поршневой двухступенчатый компрессор. Система реверса – пневмогидравлическая с перемещением распределительного вала.

Двигатели, эксплуатирующиеся на судах МРФ, оборудуются системами ДАУ и АПС. Наибольшее распространение получила пневматическая система ДАУ конструкции ЛИВТ – ЦТКБ МРФ. Двигатели выпускаются правой и левой модели.

Конструктивные и общие технические данные двигателя 6NVD48Au:

Количество цилиндров – 6

Диаметр цилиндра, мм – 320

Ход поршня, мм – 480

Рабочий объем цилиндра, л – 38,6

Степень сжатия – 13,2

Максимальное давление сгорания на номинальной мощности, кГ/см² – 60

Давление сжатия, кГ/см² – 42

Давление наддува, кГ/см² при числе оборотов в минуту 330 – 1,14

Система смазки:

Тип системы – циркуляционная под давлением

Масляный насос – один шестеренчатого типа, двухсекционный

Система пуска – пуск ДВС осуществляется сжатым воздухом

Остов двигателя состоит из фундаментной рамы, блока и цилиндровых крышек. Отдельные его части соединяются между собой шпильками и болтами, а фундаментная рама и блок, кроме того, анкерными связями.

Фундаментная рама. Это цельная чугунная отливка, имеющая поперечные перегородки по числу цилиндров, в которых расточены отверстия для установки рамовых подшипников. Рама имеет также продольные полки с наружной стороны, служащие для установки двигателя на судовой фундамент.

Нижняя часть фундаментной рамы является маслосборником. В диаметральной плоскости маслосборника установлена отсасывающая масляная труба с прорезями.

Блок цилиндра представляет собой чугунную отливку, разделенную перегородками по числу цилиндров. Внутри блока размещены цилиндровые втулки. Нижняя часть блока имеет с обеих сторон люки осмотра и ремонта механизма движения и рамовых подшипников. Люки закрываются крышками на прокладках из прессшпана.

Со стороны выпускного коллектора выше смотровых люков расположены лючки, служащие для осмотра и чистки зарубашечного пространства, образуемого внутренней поверхностью блока и наружной поверхностью цилиндровых втулок.

Со стороны всасывающего коллектора блок имеет горизонтальную полку, на которой располагаются топливные насосы и пусковые золотники.

Цилиндровая втулка изготавливается из легированного чугуна. В верхней части ее имеется бурт, опирающийся на поверхность выточки в блоке.

Уплотнение между полостью зарубашечного пространства и втулкой в верхней части достигается за счет пришабровки поверхностей опорного бурта и вытачки блока.

На торцевой поверхности втулки имеется кольцевая канавка, в которую входит буртик крышки цилиндров.

Крышка цилиндров представляет собой отливку из серого чугуна. Крепится она к блоку цилиндров шестью шпильками, проходящими через сверления в крышке.

С нижнего торца крышка имеет бурт, которым она входит в кольцевую выточку втулки цилиндра. Для предотвращения прорыва газов из камеры сгорания в выточку устанавливается красномедная прокладка.

В цилиндровой крышке имеется пять сквозных вертикальных отверстий для установки клапанов: впускного, выпускного, пускового, предохранительного и форсунки.

Коленчатые валы двигателей типа NVD48 цельные, изготавливаются поковкой из мартеновской стали. Угол заклинки валов 6-цилиндровых двигателей 120^о.

С противоположного маховику конца коленчатого вала имеется фланец, к которому крепится зубчатая шестерня привода масляного насоса и эксцентрик для привода компрессора и поршневых водяных насосов.

Шатуны двигателя изготавливаются поковкой из стали. Каждый шатун состоит из стержня, верхней и нижней головок.

Стержень шатуна имеет круглое сечение. По оси стержня проходит канал для подвода смазки из нижней головки шатуна к головному подшипнику.