Система воздухоснабжения двигателя в целях ускорения реакции ГТК на изменение режима работы двигателя включен Лямбда-Регулятор.

Схема системы охлаждения двигателя представлена на рис. 2.

II. Расчёт рабочего цикла

Задание:

Тип двигателя                                                    MAN B&W L21/31

Частота вращения                                                       n = 900 об/мин

Удельный эффективный расход топлива                            geзад = 180 г/кВт·ч

Среднее эффективное давление                                 Peзад = 2,48 МПа

Данные по двигателю:

Число цилиндров                                                        i = 8

Диаметр цилиндра                                                     D = 21 см

Ход поршня                                                                S = 31 см

Максимальное давление цикла                                  Pzзад = 20 МПа

Угол открытия выпускных органов                          jb = 40°ПКВ до НМТ

Угол открытия продувочных органов            jd = 40°ПКВ до ВМТ

Угол закрытия выпускных органов                 jв’ = 50°ПКВ после ВМТ

Угол закрытия продувочных органов             jа = 30°ПКВ после НМТ

Постоянная КШМ                                                      lш = 0,23

Механический КПД                                                    hм = 0,93

Коэффициент тактности (4х-тактного)                       m = 2

Топливо (Дизельное)

Массовое содержание углерода С = 0,87

Массовое содержание водорода Н = 0,128

Массовое содержание серы S = 0,002

Массовое содержание воды W = 0

Проверка: Σт = С + H + S + W = 1,0 - верно

Исходные данные к расчёту:

Коэффициент тактности для четырёх тактного двигателя m=2.

Проектная эффективная мощность двигателя, кВт:

Neзад =  = = 1596.

Радиус кривошипа, м:

R =  =  = 0,155.

Поправка Брикса, м:

ОО′ =  =  = 0,0178.

Коэффициент потерянного хода поршня:

yа =  = 0 , где

Молярная масса кислорода в воздухе m02 = 32 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса азота в воздухе mN2 = 28 кг/кмоль (принимаем).

Молярная масса воздуха, кг/кмоль:

mв = 0,23·m02 + 0,77·mN2 = 0,23·32 + 0,77·28 = 28,92.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

Lо =  =  = 0,503.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

Lo′=  =  = 14,54.

Процесс наполнения:

Температура забортной воды tзв = 25°C.

Температурный перепад в охладителе пресной воды Dtоп = 0°C (принимаем).

Температура охлаждающей воды, °C:

tохл = 40.

Температурный напор в воздухоохладителю ∆tво=12°C (принимаем).

Температура надувочного воздуха, К:

Ts = tохл + Dtво + 273 = 40 + 12 + 273= 325.

Подогрев воздуха от стенок цилиндра Dtст = 10°C (принимаем).

Коэффициент остаточных газов gr = 0,05 (принимаем).

Температура остаточных газов Tr = 820°C(принимаем).

Температура воздуха в цилиндре к моменту начала сжатия Ta, K:

Ta =  =  = 358.

Действительная степень сжатия eд = 15,5 (принимаем).

Отношение Pa/Ps = 0,98

Коэффициент наполнения hн:

hн =  =  =0,904.

Цикловая подача топлива, кг/цикл:

gц = =  = 0,00133.

Рабочий объем цилиндра, м3:

Vh =  =  = 0,0107.

Газовая постоянная для воздуха Rв = 287 Дж/кг∙К(принимаем).

Коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива a = 2,2 (принимаем).

Давление наддува, МПа:

Ps =  =  = 0,41.

Плотность наддувочного воздуха, кг/м3:

rs =  =  = 4,396.

Действительный воздушный заряд к моменту начала сжатия, кг:

Gв = Vh·rs·hн = 0,0107·4,396·0,904 = 0,0425.

Давление в цилиндре к моменту начала сжатия, МПа:

Pa=Ps= 0,41

Расчетный коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива:

aрасч =  =  = 2,198.

Погрешность расчета, %:

Da = ·100% = ·100 = 0,091.

Температура воздуха в машинном отделении Tмо= 20 °С = 293 К.

Относительная влажность φмо=80%.

Температура точки росы, К:

Tp = (0,9·(Тмо – 273) + 0,3·jмо + 10·(10·Ps – 0,99) – 22) + 273 =

= (0,9·(293 – 273) + 0,3·80 + 10·(10·0,41 – 0,99) – 22) + 273 = 322,93.

Запас по точке росы,°C:

DTp = Ts – Tp = 325 – 322,93 = 2,07

(допуск: DTp³2°C).

Процесс сжатия:

Показатель политропы сжатия n1 = 1,365 (принимаем).

Температура в конце сжатия, К:

Тс = Та · eдn-1 = 358 · 15,51,365–1 = 985.

Давление в конце сжатия, МПа:

Pc = Pa · eдn = 0,41 · 15,51,365 = 18.

Процесс сгорания:

Ro = 8,315 кДж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная.

Действительное кол-во воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

L = a·Lo = 2,2 · 0,503 = 1,107.

Коэффициент использования тепла в точке “z” xz = 0,83 (принимаем).

Степень повышения давления по прототипу:

lпр =  =  = 1,111.

Принимаем l =1,1.

Химический (теоретический) коэффициент молекулярного изменения:

bo = 1 +  = 1 +  = 1,029

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

bz =  =  = 1,028.

Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов при температуре Tc, кДж/(кмоль·К):

(mСм)с » (mСм)возд =19,26 + 0,00251∙Tс = 19,26 + 0,00251∙985 = 21,73

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг:

Qнр = 33915·С + 125600·Н – 10886·(О – S) – 2512·(9·H + W)

Qнр=33915·0,87+125600·0,128–10886·(0) –2512·(9·0,128+0)=42711.

Уравнение сгорания в общем виде:

, где

(mСp)z = (mСv)z + Ro – средняя мольная изобарная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Тz.

(mСv)z =  –

средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Тz.

После подстановки численных значений в уравнение сгорания:

.

Температура в точке “z”, К:

Тz =  = 1772.

Максимальное давление цикла, МПа:

Pz = l·Pc = 1,1·18 = 19,8.

Погрешность расчета, МПа:

DPz = Pz – Pzзад = 19,8– 20 = - 0,2.

(допуск: ± 0,3 МПа).

Степень предварительного расширения :

r =  =  = 1,681.

Процесс расширения:

Степень последующего расширения:

d =  =  = 9,518.

n2 – показатель политропы расширения (принимаем n2 = 1,215).

Давление в конце расширения, МПа:

Pb =  =  = 1,294.

Температура в цилиндре в конце расширения, К:

Tb =  =  = 1091,6.

Построение диаграммы:

Полный рабочий объём цилиндра, м3:

Vh = Vh′ = 0,0107.

Объём цилиндра в конце сжатия, м3:

Vc =  =  = 0,00071.

Объём цилиндра в начале сжатия, м3:

Vа = Vc + Vh′ = 0,00071 + 0,0107 = 0,01141.

Объем цилиндра в конце процесса сгорания, м3:

Vz =  =  = 0,0012.

Максимальный объем цилиндра, м3:

Vf = Vc + Vh = 0,00071 + 0,0107 = 0,01141.

Таблица расчета политроп сжатия и расширения:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9