Модернизация двигателя 6ЧН25/34 с изменением параметров мощности до Ne =350 кВт и частоты вращения до n=540 об/мин (9,0 с-1)

-

Весь текст будет доступен после покупки

На данный момент в России имеется 10 предприятий, занимающихся производством судовых дизельных двигателей, а также несколько десятков предприятий, специализирующихся на изготовлении комплектующих. Почти все дизелестроительные предприятия имеют статус открытых акционерных обществ согласно законодательству. Они долгие годы ведут самостоятельную деятельность, стараясь выжить в условиях общего промышленного застоя.
К сожалению, некоторые из них не смогли выдержать потерю заказов и прекратили свое существование. Один из таких предприятий - бывший завод Нобеля, известный как ОАО "Русский дизель". Он производил главные двухтактные среднеоборотные двигатели собственной конструкции мощностью 3440, 4700 и 6305 кВт при оборотах от 640 до 900 об/мин, а также лицензионные двигатели фирмы MAN мощностью от 450 до 1800 кВт при оборотах от 900 до 1000 об/мин и двигатели по лицензии фирмы Semt-Pielstik мощностью 2868 и 3330 кВт при оборотах 520 и 550 об/мин.
Еще одно прекратившее свою деятельность предприятие - ОАО "Ленинградский дизельный завод", построенное в 80-90 годы. Оно производило среднеоборотные двигатели по лицензии фирмы Wartsila мощностью от 580 до 7380 кВт при оборотах от 720 до 1000 об/мин.

Весь текст будет доступен после покупки

1.Тепловой расчет дизеля в соответствии с прототипом 6ЧН25/34.
Исходные данные:
Ne = 350 кВт (476 л с)
n = 540 об/мин (9,0c-1)
Cm = 6,1 м/с
Z = 6
4-х тактный с наддувом Рк=0.14МПа
1.1 Определение основных параметров (давление, температуру и объема) в конце процесса наполнения в цилиндре дизеля.
Температура воздуха после нагнетателя:
Т_к= Т_о (Р_к/Р_о )^((n-1)/n),
где То – температура воздуха в машинном отделении.
Принимаю: То = 303К
Ро – атмосферное давление,
n – показатель политропы сжатия центробежном нагнетателе. (1,45 – 1,8).
Принимаю: n = 1,5
Рк – давление воздуха после нагнетателя. Если Рк составляет менее 1,4 кгс/см, то установками воздуха охладителя не предусматривается: при Рк = 1,4 – 3 кгс/см требуется воздухоохладителя.
Температура воздуха после нагнетателя при Рк = 1,40 кгс/см.
Тк=303*(1,40/1)^((1,5-1)/1,5)=339 К.
Для определения давления и температуры в конце наполнения необходимо знать давление Рк и температуру Тк перед выпускным клапаном.
Т.к. в данном случае воздухоохладитель не требуется.
Температура воздуха перед впускными клапанами - ?Т=20°
Тs = Тк-?Т=339-20=319 К
Ps=Pk-? Р=1.4-0,05= 1,35 кгс/см? =0,132 МПа
где ? Р=0,05 кгс/см?
Давление в конце наполнителя
Ра = k1 *Рs, k1 = 0,90-0,96

Принимаю: k1 = 0,90
Ра = 0,90*1,35 = 1,22 кгс/см = 0,12 МПа
Давление остаточных газов:
Рr = k2 *Ps k2 = 0,75-1
Принимаю: k2 = 0,95
Pr= 0,95*1,35 = 1,28 кгс/см? = 0,124 МПа
T’s – температура воздуха при поступлении в цилиндр.
T’s = Ts+?T.
?T- повышение температуры воздуха за счет нагревания о стенки впускного
тракта (5 – 10?).
Принимаю: ?Т = 10?
T’s = 319+10 = 329 К
Температура в конце наполнения:
Т_а=(?T^' s+??_r T_r)/?1+??_r
?r – коэффициент остаточных газов.
?_r=(Т_0^/)/T_r *P_r/(?E*P?_a-P_r )
Тr – температура остаточных газов выбирается по справочной литературе.
Принимаю: Тr = 750К.
? – степень сжатия; величина ее выбирается близкой к степени сжатия; величина ее выбирается к степени сжатия прототипа.
Степень сжатия различных дизелей:
Малооборотных – МОД (100-120 об/мин) – 11-12,5
Среднеоборотных – СОД (200-500 об/мин) – 14-15
(500-1000 об/мин) – 15-16
Высокооборотных – ВОД (свыше 1000 об/мин) – 15-18
Чтобы не утяжелять конструкцию степень сжатия у дизелей с наддувом стараются уменьшить.
Принимаю: ? = 13
?r = T's/Tr*Pr/(E*Pa-Pr)=329/750*1.28/(13*1,22-1,28)=0.039

Температура в конце наполнения:
Ta=(T^' s+?_r*Tr)/(1+?_r )=(329+0.039*750)/(1+0.039)=345K
Процесс наполнения характеризуется также и коэффициентом накопления:
?_н=?/(?-1)*P_a/P_s T_s/T_a *1/?1+??_r
?_н=13/(13-1)*(1.22*319)/(1.35*345)*1/(1+0.039)=0.87
Конец наполнения характеризуется давлением Ра и объемом Va, представляющим собой полный объем цилиндра.
Если эти и другие параметры в масштабе изобразить в координатах P-V, то получится индикаторная диаграмма расчетного цилиндра. Для начала построения диаграммы (нанесения точки а), необходимо:
- выбрать масштаб давления и объемов.
Масштаб давлений: м – 1 кгс/см? = 2 мм
Масштаб объемов: выбирается следующим образом; полный объем Va, соответствующий ходу поршня и высоте камеры сжатия проектируемого дизеля, принимается равным 150 м. Va = 150 мм.
По данным расчета нанести на диаграмму в масштабе параметры точки а.
Ра = 1,22 кгс/см = 0,12 МПа
1.2. Определение основных параметров в конце сжатия (точки с).
Давление: Pc = Pa*?n1, где n_1 – следует уточнить методом проследования приближения по формуле:
n_1=1,986/(4,6+0,0006?Т_а (1+?^(n_1-1)))+1
Принимаю: n_1 = 1,372
n_1=1.986/(?4.6+0.0006*345(1+13?^0,372))+1=1,3716?1,372
Принимаю: n1 = 1,372
При ранее рассчитанных и выбранных численных значениях:
Рс= 1,22 х 131,372 = 41 кгс/см2 = 4,0 МПа
Полученное значение Рс необходимо сравнить с данными, предпочтительная разница должна составлять не более 5-8 кгс/см.


Температура:
Т_С=Т_а??^(n_1-1)
Т_с=345?13^(1,372-1)=895К
Т.к. ? =V_a/V_c ; то Vc=V_a/? Vс= 150/13=12 мм
Полученные данные:
Рс = 41 кгс/см?; (4,0 МПа)
Vс = 12 мм;
В масштабе наносим на диаграмму.
1.3. Определение давления сгорания (точка z/)
Процесс сгорания характеризуется степенью повышения давления:
?=P_z/P_c откуда P_z=P_z^/=??P_c
? - выбирается по справочной литературе в зависимости от быстроходности дизеля и будет равно: ?=1,5
P/z = 1,5 х 41 = 61,5 кгс/см2 = 6,0МПа
Полученное значение Pz/ необходимо сравнить с данными прототипа. Предпочтительная разница должна составлять не более 5-8 кгс/см?.
Полученное значение Pz/=61,5 кгс/см? откладывается в масштабе на диаграмме.
1.4. Определение основных параметров в конце сгорания (точка z).
Давление до конца сгорания остается неизменным Pz = Pz/. Температура конца сгорания выбирается по справочной литературе в зависимости от оборотности дизеля:
Для МОД – 1700-1800Кк.
Для СОД – 1800-1900К.
Для ВОД – 1900-2000К.
Принимаю: Tz = 2000К
Объем газов в цилиндре в конце сгорания Vz = p * Vs,
где p– степень предварительного расширения.
? – расчетный мольный коэффициент сгорания ?=М_1/М_2 , где М_2 – количество молей смеси газов после сгорания; М_1 – количество молей смеси газов до сгорания.
М_2=М+?_??L
М_1=L(1+?_?)
L – действительное количество воздуха в молях, необходимое для сгорания 1 кг топлива L = ? *Lo.
L_0=1/0",21" (С/13+Н/4-о/32)=1/0,21(0,87/13+0,126/4-0,004/32)=0,495 (к?моль)/кг
C, H, O – компоненты химического состава топлива. Для дизеля топлива можно принять в среднем по весу:
С = 87%, Н = 12,6%, O = 0.4%
? – коэффициент избытка воздуха выбирается по справочной литературе в зависимости от быстроходности дизеля:
Принимаю: ? = 1.6
L = 1.6*0,495 = 0,790 кмоль/кг.
М – количество молей продуктов сгорания 1 кг топлива.
М=С/12+Н/2+L_0 (?-0",21")=0,87/12+0,126/2+0,495?(1,6-0,21)=0,824?моль/кг М2 = 0,824 + 0,039 х 0,89 = 0,854 кмоль/кг
М1 = 0,79 (1 + 0,039) =0,823 кмоль/кг
?=0.854/0.823=1.038 ?=T_z/T_c *?/8=2000/895*1.038/1.5=1.547
Vz = 1,547*12 = 17.8 мм.
Полученное значение:
Pz = 61.5 кгс/см2; (6.02 МПа)
Vz = 174,9 мм, откладывается в масштабе на диаграмме.
1.5. Определение основных параметров в конце расширения (точки b).
Давление Pb = Pz (g/?) n2, где n2 – показатель политропы расширения; следует уточнить методом последовательных приближений по формуле:
n_2=1.986/(?4.76+0.00074*T?_z*(?1+1/S?^n-2^(-1) ) )+1
Принимаю: n2 = 1,278
n2 = 1,986 / 4,76+0,00074*2000(1+1/8.40,278) +1=1, 2778 ? 1,278
Pb = 61.5*(1,55/13)0,278 = 4,05 кгс/см? = 0,4 МПа.
Температура в конце расширения в цилиндре дизеля:
Т_b=Т_z (?/?)^(n_2-1)=2000?(1",55/13" )^"1,278-1" =1107К
Температура отработавших газов в выпускном коллекторе будет меньше и составляет 620-870К (350-600°C).
Температура отработавших газов принимается как у прототипа:
tr (прототипа) = 400°С.
Объем в конце расширения Vb = Va.
Степень последующего расширения:
?=?/?=13/1,55=8,4
Полученное значение Pb = 4,05 кгс/см? Va = Vo = 150 мм, откладывается в масштабе на диаграмме.
1.6. Построение политроп сжатия и расширения.
Для построения отрезок Va делится на десять равных частей, и каждая часть обозначается соответственно: 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.
Политропа сжатия строится на основании уравнения политропы произведение давления на объем в степени n1 – величина постоянная.
Следовательно P_a V_a^(n-1)=P_0.9 V_0.9^n1= P_0.8=?=P_0.1 V_0.1^(n1 ) Если объем Va принять за 1, то долевые объемы будут соответственно равны 0.9, 0.8, 0.7, … 0.1. В этом случае: PaVan1 = P0.9*0.9n1; Pa*1n-1 = P0.9*0.9n1; P0.9 = Pa*(1/0.9) n1 … P0.1 = Построение политропы сжатия и расширение:
РV n- 1 – const
Р0,9 = 1,22 · (1 / 0,9)1,372 =1,4 кг/ см2=0,137МПа
Р0,8 = 1,22 · (1 / 0,8)1,372 =1,7 кг/ см2=0,167МПа
Р0,7 = 1,22 · (1 / 0,7)1,372 =2,0 кг/ см2=0,196МПа
Р0,6 = 1,22 · (1 / 0,6)1,372 =2,4 кг/ см2=0,235МПа
Р0,5 = 1,22 · (1 / 0,5)1,372 =3,1 кг/ см2=0,300МПа
Р0,4 = 1,22 · (1 / 0,4)1,372 =4,3 кг/ см2=0,3421МПа
Р0,3 = 1,22 · (1 / 0,3)1,372 =6,4 кг/ см2=0,627МПа
Р0,2 = 1,22 · (1 / 0,2)1,372 =11,2 кг/ см2=1,098МПа
Р0,1 = 1,22 · (1 / 0,1)1,372 =29 кг/ см2=2,84МПа
РV n- 2 – conct
Р0,2 = 4,05 · (1 / 0,2)1, 278 =30,5 кг/ см2=2,99МПа
Р0,3 = 4,05 · (1 / 0,3)1, 278 =18,1 кг/ см2=1,77МПа
Р0,4 = 4,05 · (1 / 0,4)1, 278 =12,5 кг/ см2=1,23МПа
Р0,5 = 4,05 · (1 / 0,5)1,278 =9,4 кг/ см2=0,92МПа
Р0,6 = 4,05 · (1 / 0,6)1, 278 =7,4 кг/ см2=0,72МПа
Р0,7 = 4,05 · (1 / 0,7)1, 278 =6,1 кг/ см2=0,60МПа
Р0,8 = 4,05 · (1 / 0,8)1, 278 =5,1 кг/ см2=0,50МПа
Р0,9 = 4,05 · (1 / 0,9)1, 278 =4,4 кг/ см2=0,43МПа
Полученные численные значения умножают на масштаб давления (1кгс/см2 = 2мм) и результаты в мм откладывают на диаграмме.
1.7. Индикаторная диаграмма расчетного цикла.
При соединении всех точек на диаграмме прямыми и плавными кривыми линиями получится индикаторная диаграмма расчетного цикла.
Среднее индикаторное давление расчетного цикла:
?P'?_c=P_c/(E-1) [?*(S-1)+?/n_(2-1) (1-1/S^(n 2-1) )-1/n_(1-1) (1-1/E^(n_(1-1) ) )].
?P^'?_c=41/(13-1) [1,5*(1.55-1)+(1.5*1,55)/(1.28-1) (1-1/?8,4?^( 1,28-1) )-1/(1.37-1) (1-1/(13^1,37-1))]=9,9 кгс/см?=0,97 МПа
Учитывая поправку на округление острых углов диаграммы, вводится коэффициент полноты к, который находится в пределах 0,95 – 0,98
Принимаю: к = 0,95
Таким образом, величина расчетного среднего индикаторного давления будет равно. Pi = Pi*k.
Pi = 9,9 *0.95 = 9,4 кгс/см? = 0,92МПа.
Полученная величина сравнивается с данными прототипа.
1.8. Определение основных индикаторных и эффективных показателей цикла и его экономичности.
Среднее эффективное давление:
P_e=P_i*?_m
Механический КПД:
?_m=N_e/N_i учитывает потери в дизеле на трение и на привод навешенных агрегатов. Величина его выбирается по справочной литературе в зависимости от быстроходности проектируемого дизеля.
Принимаю: ?m = 0.85
Ре = 9,4 * 0,85 = 7,99 кгс/см? = 0,78 МПа
Полученная величина Ре сравнивается с данными прототипа и не должно выходить за пределы 5,2-6,5 кгс/см? (0,52 –0,65 МПа).
Индикаторный удельный расход топлива:
? g?_i=318,4•(?_n^/•P_s)/(P_i•L•T_s )
Vg – объём воздуха действительно поступающий в цилиндр дизеля за 1 рабочий цикл.
? g?_i=318,4•(0,869•1,35)/(9,4•0,79•319)=0,157 кг/и.л.с.ч.•1000 =157 г/и.л.с.ч.
? g?_i=157•1,36=214 г / кВт ч
Эффективный удельный расход топлива:
g_e=g_i/?_m
g_e=0.157/0.85 = 185 г/э.л.с.ч.
g_e = 185 * 1.36 = 252 г/кВт ч.
Эффективный удельный расход топлива – это важнейший показатель экономичности дизеля. Он показывает во что обходится одна лошадиная сила или дин киловатт. Величина ge сравнивается с данными прототипа и для однокамерных дизелей не должна выходить за пределы 120-185 г/э.л.с.ч. (160-250 г/кВт. ч).
Индикаторный КПД ?i показывает какое количество теплоты в дизеле затрачивается на создание всей работы (полезной и на преодоение трения), т.е. учитывается только тепловые потери ?_i=623.3/(g_i*Q_н ),
где 632,3 – количество теплоты в килокалориях эквивалентное работе 1 л.с. в течении 1 часа; gi – в кг/и.л.с.ч.
? g?_i - в кг / и.л.с.ч.
? Q?_n - 10000 ккал — низшая теплопроводная способность топлива.
? ?`?_i=632,3/(0,157•10000)=0,40
Эффективный КПД дизеля, показывающий какое количество теплоты затрачивается на создание полезной работы, учитывает все потери как тепловые, так и механические.
?_е=?_i*?_m
?_e=0,4*0,85= 0,34
Величина его является важнейшим комплексным показателем эффективности работы дизеля и не должна выходить за пределы:
для МОД 0,53-0,38
для СОД 0,50-0,38
для ВОД 0,38-0,35
1.9. Определение конструктивных показателей и марки проектируемого дизеля. 1

Весь текст будет доступен после покупки

1.Захаров Г.В. Техническая эксплуатация судовых энергетических установок- изд.3 исп. и допол. - М.Трас Лит.2013.-320с.
2.Соболенко А.Н., Симашов P.P. Судовые энергетические установки. Дипломное проектирование. Часть 1- М; Моркнига, 2015г. 478с.
3.Соболенко А.Н., Симашов P.P. Судовые энергетические установки. Дипломное проектирование. Часть 2- М; Моркнига, 2015г. 425с.
4.Авдеев К.А. Динамика двигателей внутреннего сгорания. - Учебное пособие. Тула: Тульский гос. ун-т, 2010. - 103 с.
Дополнительная литература:
1.Архангельский В.С., Юрескул М.К. Организация и технология судоремонта: Учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение, 1984. – 184 с.
2.Белоусов Е.В. Дизельные двигатели современных морских судов. – М: Машиностроение, 2010. – 67 с.
3.Возницкий И.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 1. – С.-П.: Моркнига, 2007. – 285 с. ISBN:9785903080045.
4.Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. – С.-П.: Моркнига, 2008. – 470с. ISBN:9785903080380.
6.Двигатели внутреннего сгорания. В 3 книгах. Книга 1. Теория рабочих процессов. Под ред. Луканина В.Н., Шатрова М.Г. – М.: Высшая школа, 2010. – 480 с. ISBN 978-5-06-006199-4, 978-5-06-006200-7.
7.Двигатели внутреннего сгорания. В 3 книгах. Книга 2. Динамика и конструирование / Под ред. Луканина В.Н., Шатрова М.Г. – М.: Высшая школа, 2010. – 400 с. ISBN 978-5-06-006118-5, 978-5-06-006120-8.
8.Двигатели внутреннего сгорания. Книга 3. Компьютерный практикум. Моделирование процессов в ДВС / Под ред. Луканина В.Н., Шатрова М.Г. – М.: Высшая школа, 2010. – 416 с. ISBN 5-06-004144-1, 5-06-004145-3.
9.Каминер А.А., Кузнецов Б.В. Проектирование судовых двигателей внутреннего сгорания Л. Судостроение 2007 с .163.

Весь текст будет доступен после покупки