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