Задание . Заданием предусмотрен расчет судовой установки xxxхx ДВС.

Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Задание .
Заданием предусмотрен расчет судовой установки xxxхx ДВС.
Определить параметры, в характерных точках идеального и
действительного циклов энергетической установки; подсчитать
теоретическую и индикаторную мощности, коэффициенты полезного
действия; составить тепловой и эксергетический балансы установки; указать
направления повышения эффективности топливоиспользования.
Выбор аналога.
В качестве аналога выбираем [x] c.xxx-xxx
Двигатели МАК — Катерпиллар - Моторен GmbH
Среднеоборотные, четырехтактные двигатели, известные под маркой МАК,
ранее выпускались известным немецким концерном «Круп - МАК GmbH», в
xxxxг акции группы «МАК — Motoren» приобрела компания «Катерпиллар»
и двигатели выпускаются ее подразделением «Caterpillar-Motoren GmbH».
Мощностной ряд двигателей охватывает xxxx — xxxxx кВт Все двигатели с
турбонаддувом и могут работать как на дизельных сортах топлив типа MDO,
так и на тяжелых с вязкостью до xxxсСт. На судах применяются
в качестве главных с приводом гребного винта через реверсредукторы и для
привода генераторов судовых электростанций.
Таблица x. Технические данные двигателя Μ xx
Параметры
Размерность
Диаметр цилиндра
мм
Ход поршня
мм
Мощность цилиндра
кВт
Число оборотов
об/мин
Ср. эффективное
бар
давление
Давление наддува, ата
бар
Давление сжатия
бар
Степень сжатия
Макс. Давление цикла
бар
Темп. вып. газов за
«С
цилиндрами
Уд. расход топлива
г/кВт.час
Уд. расход масла
г/кВт.час
Количество цилиндров — x,x,x в рядном исполнении.
Величина
xxx
xxx
xxx/xxx
xxx/xxxx
xx,x/xx,x
x,xx
xxx
xx,x
xxx
xxx / xxx
xxx/xxx
x,x ±x,x
1
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Введение.
Целью расчета теоретических циклов является определение параметров в
характерных точках циклов, установление их основных характеристик работы и коэффициента полезного действия (КПД) и оценка степени
термодинамического совершенства.
При изучении реальных циклов учитываются особенности протекания
действительных (необратимых) процессов в элементах СЭУ, производится их
расчет и определяются значения действительных KПД и работы.
Значения величин вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), их
сопоставление и возможности использования определяются при составлении
теплового и эксергетического балансов СЭУ.
x.Идеальный цикл.
Расчет идеального цикла ДВС производится по уравнениям термодинамики в
зависимости от принятых для данного ДВС условий - начальной
температуры Τ и давления Р, степени сжатия ε, степени повышения
давления λ, степени предварительного расширения ρ, а также часового,
Вчас и удельного эффективного, ge, расходов топлив.
Применительно к обозначениям рис.x некоторые расчетные формулы
приведены ниже:
;
2
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Рис.x Цикл с изохорно-изобарным подводом теплоты.
Рабочим телом считается воздух, для которого показатель адиабаты
k≈ x,x, а теплоемкости сV =x,xxкДж/(кг*K),cp = x,xx кДж/(кг · К).
Задаемся исходными данными в соответствии с выбранным аналогом:
Давление наддува
рН=x,xx бар=xxx кПа , температура воздуха при этом TН=xxx K
Результаты расчета оформим в виде p-V , s-T диаграммы и таблицы x.
3
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Таблица x.
Рис.x.p-V диаграмма
4
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Рис.x.s-T диаграмма
;
x.x. Расчетная и индикаторная диаграммы ДВС
Расчетная диаграмма цикла ДВС отличается от теоретической тем,
что процессы расширения и сжатия принимаются не адиабатными, а
политропными с усредненными показателями nx, и nx равными для дизелей
nx=x,xx— x,x, принимаем nx=x,xx и nx =x,xx— x,x принимаем nx=x,xx
Параметры расчетной диаграммы ДВС подсчитываются по формулам (в
обозначениях рис. x):
5
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
;
6
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Рис.x.Расчетная диаграмма цикла ДВС
Результаты расчета оформим в виде p-V , s-T диаграммы и таблицы x.
Таблица x
7
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
;
Площадь действительной индикаторной диаграммы (а, следовательно, и индикаторная работа) меньше площади расчетной диаграммы. Это
уменьшение учитывается коэффициентом полноты диаграммы φ, который
находится в пределах φ =: x,xx— x,xx. Принимаем φ =: x,xx
Тогда индикаторная работа li, подсчитывается как
8
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Рис.x.p-V диаграмма
Рис.x.s-T диаграмма
а индикаторный КПД ДВС - по формуле
==x,xxx
9
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Соотношение между индикаторной работой и работой идеального
цикла оценивают внутренним (относительным индикаторным) КПД
Связь между различными КПД устанавливаем по формуле эффективного
КПД теплоэнергетической установки:
ηe= ηt ηoi ηмех= ηi ηмех=x,xxx*x,xx=x,xx
где ηмех механический КПД, учитывающий механические потери на трение,
работу насосных потерь и работу на привод навешенных механизмов.
Ориентировочные значения различных КПД дизелей приведены в
табл.x. методических указаний.
Эффективный ΚПД дизеля может быть подсчитан как
=x,xxx
Где
рабочая низшая теплота сгорания топлива
кг/(кВт-ч) , определяемый из соотношения
(взято по прототипу)
-часовой расход топлива ,кг/час;
,кВт
-эффективная мощность двигателя
-часовой расход топлива ,кг/час
M-массовый часовой расход рабочего тела (свежего заряда воздуха)
Расход отработанных газов:
МГ=
10
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Выводы.Таким образом, в результате расчетов индикаторной диаграммы
могут быть вычислены действительные параметры в характерных точках
расчетной диаграммы, индикаторная работа, значения индикаторного и
внутреннего КПД ДВС, а также определены значения эффективного КПД,
эффективной мощности и часовых расходов топлива и рабочего тела.
x.Тепловой баланс.
Тепловой баланс выберем , ориентируясь на таб.x Методических указаний
для типа дизеля СОД.
Таблица x.
Значения эффективного КПД Нормативный для СОД
и потерь теплоты.
Выбираемый
ηe
x,xx-x,xx
x,xx
qг
x,xx-x,xx
x,xx
qохл
x,xx-x,xx
x,xx
qм
x,xx-x,xx
x,xx
qост
x,xx-x,xx
x,xx
Располагаемая теплота Qm=Вчас * Qnp=
/час
Теплота , эффективно преобразованная в работу
Qe= Qm ηe =
Теплота, теряемая с выпускными газами
Qг= Qm qг =
Теплота, теряемая с охлаждением
Qохл= Qm qохл =
Теплота, теряемая с маслом
QМ= Qm qМ =
Остаточная теплота
11
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
Qост= Qm qост =
x.Направления повышения топливоиспользования.
Пожалуй, наиболее эффективным способом повышения
топливоиспользования, является применение наддува и предварительного
подогрева топлива, а также увеличение степени сжатия. Зависимости КПД от
предварительного повышения давления и степени сжатия показаны на рис
.x,x
Рис.x.
Рис.x.
12
Исследование термодинамических циклов энергетических установок . Вариант xx.Дизель.
1. И.В. Возницкий Судовые Двигатели внутреннего сгорания , том x:
М. Моркнига, xxxx. xxx с.
x.Программа «Циклы тепловых машин»
13