Сторінка 1 / 49Перегляд дипломного проєкту
Інформація про дипломний проєкт та текст для пошуку
Проект 4 тактного дизельного двигуна з участю у розробці методичних вказівок до виконання дипломного проєкту
Автор: Микола ТИМБУР. Спеціальність: 133-Галузеве машинобудування. Освітня програма: Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згоряння.
Відокремлений структурний підрозділ
«ПЕРВОМАЙСЬКИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ
Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова»
Відділення «Двигуни та автомобілі»
Циклова комісія «Обслуговування автомобілів та виробництво двигунів»
Допущений до захисту
Голова циклової комісії
_________ Алла НЕРУБАЩЕНКО
« ___» ___________ 2024 р.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи (дипломного проєкту)
фаховий молодший бакалавр
(освітньо-кваліфікаційний ступінь)
на тему: Проект 4 тактного дизельного двигуна з участю у розробці
методичних вказівок до виконання дипломного проєкту
Виконав: здобувач освіти 4 курсу,
групи 431-ВД-20
Галузь знань: 13 Механічна інженерія
Спеціальність: 133 Галузеве
машинобудування
Освітньо-професійна програма: Виробництво,
сервісне обслуговування та експлуатація
двигунів внутрішнього згоряння
_______________________________
(підпис)
Керівник _________
(підпис)
Нормоконтролер
__________________
( підпис)
Рецензент__________
(підпис)
Дата захисту ______________
Микола ТИМБУР
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)
Федір БЕЛЬСЬКИЙ
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)
Ігор КОВАЛЕНКО
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)
Ігор КОВАЛЕНКО
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)
Оцінка за захист ____________________
Первомайськ – 2024 року
Відокремлений структурний підрозділ
«ПЕРВОМАЙСЬКИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ
Національного університету кораблебудування
імені адмірала Макарова»
Відділення: «Двигуни та автомобілі»
Циклова комісія: «Обслуговування автомобілів та виробництва двигунів»
Освітньо-кваліфікаційний ступінь: фаховий молодший бакалавр
Галузь знань: 13 Механічна інженерія
Спеціальність: 133 Галузеве машинобудування
Освітньо-професійна програма: «Виробництво сервісне обслуговування та експлуатація двигунів
внутрішнього згоряння
ЗАТВЕРДЖУЮ
Голова циклової комісії «Обслуговування
автомобілів та виробництва двигунів»
_______________ Алла НЕРУБАЩЕНКО
“____” _________________ 2024 року
З А В Д А Н Н Я
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ (ДИПЛОМНИЙ ПРОЄКТ) ЗДОБУВАЧЕВІ ОСВІТИ
Миколі ТИМБУРУ
(ім’я, ПРІЗВИШЕ)
1. Тема проєкту: Проєкт 4 тактного дизельного двигуна з участю у розробці методичних вказівок до
виконання дипломного проєкту
керівник проєкту: Бельський Ф.В.
затверджені наказом вищого навчального закладу від “15” березня 2024 року № 35-у
2. Строк подання студентом проєкту: 14.06.2024 р.
3. Вихідні дані до проекту: Потужність Ре = 550 кВт,
Частота обертання колінчастого валу n = 500 хв-1, ступень стиску Е = 13
Зміст розрахунково – пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)
1. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Розрахунок робочого процесу двигуна.
Розрахунок індикаторної діаграми.
Аналіз ефективних показників проєктованого двигуна й прототипу.
Динамічний розрахунок двигуна.
Розрахунок теплового балансу двигуна
2. РЕАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1 Призначення виконаної роботи.
2.2 Описання виконаної роботи.
ЛІТЕРАТУРА
ДОДАТКИ
1.Специфікація складального креслення.
2
3. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Аркуш 1 Поперечний розріз двигуна 6ЧН 25/34 ф. А1
Виготовити макет, стенд, пристрій: Прийняти участь у розробці та створенні методичних вказівок до
виконання дипломного проєкту спеціальності 133 Галузеве машинобудування, освітньо-професійної
програми «Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згоряння»
4. Дата видачі завдання: 22.04.2024 р.
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№
з/п
1
2
3
4
5
6
Назва етапів дипломного
проєкту
Строк виконання
етапів проєкту
Розділ 1
Розділ 2
Аркуш 1
Виконання реальної частини
Перевірка проєкту на плагіат
Оформлення проєкту
29.04.2024 р.
06.05.2024 р.
20.05.2024 р.
27.05.2024 р.
03.06.2024 р.
12.06.2024 р.
Здобувач освіти
_____________ Микола ТИМБУР
Керівник проєкту
_____________ Федір БЕЛЬСЬКИЙ
( підпис )
( підпис )
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)
Примітка
ЗМІСТ
1. Конструкторський розділ
3
1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна
3
1.2 Розрахунок індикаторної діаграми
16
1.3 Аналіз ефективних показників проектованого двигуна і
прототипу
26
1.4 Динамічний розрахунок двигуна
27
1.5 Розрахунок теплового балансу двигуна
33
2. Реальна частина
44
2.1 Призначення виконаної роботи
44
2.2 Описання виконаної роботи
44
Література
45
ДОДАТКИ
Додаток А Складальне креслення двигуна 6 ЧН25/34
Додаток Б Специфікація складального креслення двигуна 6 ЧН25/34
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
Розроб.
Перевір.
Н. Контр.
Затверд.
№ докум.
Тимбур М.М
Бельський Ф.В
Коваленко І.М.
Нерубащенко А
Підпис
Дата
Пояснювальна
записка
Літ.
Арк.
Аркушів
2
45
ВСП ПФК НУК
1 КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ
1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна
Умова завдання:
Ефективна потужність
Pe = 550 кВт
Частота обертання колінчастого валу
n = 500 хв-1
Діаметр циліндра
d = 0,25 м
Хід поршня
S = 0,34 м
Ступінь стиску
ε=13
Число циліндрів
і=6
Вихідні дані теплового розрахунку:
Згідно літератури [1] та [2] вибираємо наступні параметри для теплового
розрахунку двигуна.
Тиск наддуву
Рв =0,24 МПа
[1]
α=1,8
[2]
z=4
[2]
Ра=0,1 мПа
[2]
Температура навколишнього середовища
Та=293 К
[2]
Підігрів свіжого заряду
ΔТ=10 К
[2]
Тиск залишкових газів
Pr=0,18 МПа
[2]
Tr=740 К
[2]
λ=1,4
[2]
Коефіцієнт використання теплоти в точці “z”
ξ z = 0,82
[2]
Коефіцієнт повноти індикаторної діаграми
ξ = 0,96
[2]
QH=42500 кДж/кг
[2]
Коефіцієнт надлишку повітря
Коефіцієнт тактності
Тиск навколишнього середовища
Температура залишкових газів
Ступінь підвищення тиску
Нижча теплота згорання дизельного палива
Паливо: дизельне марки Л-0,2-40 ДСТУ 3868-99
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
3
Середній елементарний склад палив:
С=0,86
Н=0,13
О=0,01
1.1.1 Розрахунок параметрів робочого тіла
- теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кмоля
палива:
L0 =
L0 =
1 C H O
+ − , кмоль/кг
0,21 12 4 32
(1)
1 0,86 0,13 0,01
+
−
= 0,495 кмоль кг
0,21 12
4
32
l0 = 28.95 L0 , кг
(2)
l0 = 28.95 0,495 = 14,33 кг
-
загальна кількість продуктів свіжого заряду
M 1 = L0 ,
кмоль /кг
M 1 = 1,8 0,495 = 0,891
(3)
кмоль /кг
- кількість окремих компонентів продуктів згорання
-
кількість СО2:
C
,
12
кмоль/кг
0,86
= 0,072
12
кмоль/кг
M co2 =
M co2 =
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(4)
Арк.
4
- кількість Н2О:
M Н 2О =
M Н 2О =
-
Н
, кмоль/кг
2
(5)
0,13
= 0,065 кмоль/кг
2
кількість О2:
M o2 = 0.21 (α − 1) L 0 ,
кмоль/кг
(6)
M o2 = 0.21 (1,8 - 1) 0,495 = 0,083 кмоль/кг
- кількість N2:
M
M
-
N2
N2
= 0.79 L 0 ,
кмоль/кг
(7)
= 0.79 1,8 0,495 = 0,704
загальна кількість продуктів згорання
М 2 = М СО2 + М Н 2О + М О 2 + М N 2 ,. кмоль/кг
(8)
М 2 = 0,072 + 0,065 + 0,083 + 0,704 = 0,924 кмоль/кг
1.1.2 Розрахунок параметрів процесу газообміну
- температура на впуску у двигун
nк −1
Р nк
Т в = Т а в , К
Ра
(9)
де nк =1,6 показник політропи стиску повітря в нагнітачі
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
5
1, 6 −1
0,24 1,6
Т в = 293
= 406,86 К
0,101
-
тиск в кінці впуску
Pd = (0,85 0,95) Pв , МПа
(10)
Приймаємо число з інтервалу - 0,95
Pd = 0,95 0,24 = 0,228МПа
-
коефіцієнт залишкових газів
r =
Tв − T1 + T
Pr
Tr
Pd − Pr
(11)
де ΔТ - ступінь охолодження повітря. Приймаємо: ΔТ=40 К, [2]
r =
-
406,86 − 40 + 10
0,18
= 0,0329
740
13 0,228 − 0,18
температура в кінці впуску
Td =
Tв − Т 1 + Т + r Tr
,K
1+ r
Td =
406,86 − 40 + 10 + 0,0329 + 740
= 388.44 К
1 + 0,0329
(12)
- коефіцієнт наповнення
Фс =
Рd
Та
− 1 Pа Т d (1 + r )
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(13)
Арк.
6
Фс =
13
0,228
293
= 0,941
13 − 1 0,24 388,44(1 + 0,0329)
- густина заряду на впуску
Рв 10 6
в =
, кг 3
м
R п (Т в − Т 1 )
(14)
де RП = 287 Дж кг К - універсальна газова постійна для повітря
в =
0,24 10 6
= 2,2794 кг 3
м
287 (406,86 − 40)
1.1.3 Розрахунок параметрів процесу стиску
Показник політропи стиску приймаємо згідно номограми [2] n1 =1,376
-
nиск в кінці стиску
Pc = Pd n1 , МПа
(15)
Pc = 0,228 131,376 = 7,7754МПа
-
температура в кінці стиску
Т с = Т d n1 −1 , K
(16)
Т с = 387,315 131,376−1 = 1019К
- середня мольна теплоємкість повітря
mC v = 19,88 + 0,002638 TC , кДж
кмоль К
(17)
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
7
mC v = 19,88 + 0,002638 1020 = 22,571кДж
кмоль К
1.1.4 Розрахунок параметрів процесу згоряння
- теоретичний коефіцієнт молекулярної зміни
0 =
0 =
М2
М1
(18)
0,0,923
= 1,0367
0,891
- дійсний коефіцієнт молекулярної зміни
=
=
-
0 + r
1+ r
(19)
1,0367 + 0,0329
= 1,0355
1 + 0,0329
емпіричні формули середніх мольних теплоємкостей окремих газів
при сталому об’ємі:
для О2: mCv΄΄O2=23,3+0,00155×Tz
(20)
для N2: mCv΄΄N2=21,554+0,001457×Tz
(21)
для СО2: mCv΄΄СO2=38,609+0,003349×Tz
(22)
для Н2О: mCv΄΄Н2О=25,459+0,004438×Tz
(23)
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
8
- середня мольна теплоємкість продуктів згоряння при сталому об’ємі
mC v =
) + M H2O (mC vH2O
) + кДж
1 M CO2 (mC vCO2
,
кмоль К
) + M N2 (mC vN2
)
M 2 + M O2 (mC vO2
(24)
- після підстановки одержимо рівняння
mC v = а + в TZ , кДж
кмоль К
(25)
де а = 23,309
в = 0,0018
-
середня мольна теплоємкість продуктів згоряння при сталому тиску
mC p = mCv + 8,134 кДж
кмоль К
(26)
- після підстановки одержимо рівняння
де а=31,443
в=0,0018
- максимальний тиск згоряння
Pmax = Pc , МПа
(27)
Pmax = 1,4 7,7754 = 10,885МПа
Максимальна температура процесу згоряння:
Z QH
+ (mC v + 8.314 ) TC = (mC p ) TZ
M 1 (1 + r )
(28)
Після підстановки одержимо квадратне рівняння:
A TZ2 + B TZ − С = 0
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(29)
Арк.
9
де: А=β∙в=0,0019
В= β∙а=32,558
С=72321,7
Звідки:
TZ =
TZ =
− B + B2 + 4 A C
,K
2 A
(30)
− 32,558 + 32,558 2 + 4 0,0019 72321,7
= 1995К
2 0,019
- ступінь попереднього розширення
=
=
TZ
Tc
(31)
1,0355 1995
= 1,4481
1,4 1019
1.1.5 Розрахунок параметрів процесу розширення
- ступінь подальшого розширення
=
=
-
(32)
13
= 8,977
1,4481
середній показник політропи розширення
Показник політропи стиску приймаємо згідно номограми [2] n2 =1,24
- тиск в кінці розширення
Pв =
Pmax
n
2
, МПа
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(33)
Арк.
10
Рв =
10,886
= 0,7161МПа
8,9771, 24
- температура в кінці розширення
Тв =
Тв =
TZ
n2 −1
,К
(34)
1995
= 1178,1К
8,9771, 24−1
1.1.6 Розрахунок індикаторних показників робочого циклу
- середній теоретичний індикаторний тиск
Pmi =
PC
1
1
1
( − 1) +
1 − n2 −1 −
1 − n1 −1 , МПа
−1
n2 − 1
n1 − 1
(35)
1,4 1,4481
1
1,4 (1,4481 − 1) + 1,24 − 1 1 − 8.98651, 24−1 −
7.7754
Pmi =
= 1,5814 МПа
13 − 1
1
1
1 − 1,376−1
−
1,376 − 1 13
-
дійсний індикаторний тиск
Pmi = Pmi , МПа
(36)
Рmі = 0,96 1,5814 = 1,518МПа
- індикаторний ККД
i =
Pmi l0
QH в Фс 10−3
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(37)
Арк.
11
i =
-
1,5814 14,43 1,8
= 0,4295
42500 2,2794 0,941 10 −3
питома індикаторна витрата палива
ві =
ві =
3600 кг
,
кВт г од.
QH i
(38)
3600
= 0,1972 кг
кВт год
42500 0,4295
1.1.7 Розрахунок ефективних показників робочого циклу
Середній тиск механічних втрат :
PM = 0.089 + 0.0118
-
VП.СР , МПа
(39)
середня швидкість поршня
VП .СР. =
Vп.ср. =
S ПР. n м
,
с
30
(40)
0,34 500
= 5,6667 м
с
30
де SПР=0,34 м - хід поршня по прототипу;
PM = 0,089 + 0,0118 VП.СР = 0,1559МПа
-
середній ефективний тиск
Pme = Pmi − Pm , МПа
(41)
Рте = 1,5814 − 0,1559 = 1,3623.МПа
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
12
-
механічний ККД
е =
e =
Рme
Pmi
(42)
1,3623
= 0,9
1,5181
- ефективний ККД:
e = i M
(43)
е = 0,4295 0,9 = 0,3866
- питома ефективна витрата палива
ве =
ве =
3600 кг
,
кВт г од.
QH e
(44)
3600
= 0,2191 кг
кВт год.
42500 0,3866
- годинна витрата палива
B = ве Ре , кг
(45)
год
В = 0,2191 550 = 120,51кг
год
1.1.8 Розрахунок основних розмірів циліндра і двигуна
- літраж двигуна
VSt = 30 Z
Pe
,л
Pme n
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(46)
Арк.
13
VSt = 30 4
550
= 96,898 л
1,3623 500
де Z=4-коефіцієнт тактності
-
робочий об’єм циліндра
Vs =
Vs =
Vst
,л
i
(47)
96,898
= 16,15 л
6
- діаметр циліндра
d = 100 3
d = 100 3
4 Vs
, мм
m
(48)
4 16,7033
= 250,46 мм
3,14 1,36
де m – відношення ходу поршня прототипу до діаметра циліндра
m=
т=
S ПР
d ПР
(49)
0,34
= 1,36
0,25
- хід поршня
S = m d , мм
(50)
S = 1,36 25046 = 340,63мм
Прийняті уточнені розміри циліндра і двигуна:
-
діаметр циліндра: d=0,25м
-
хід поршня:
S=0,34м
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
14
- літраж двигуна:
VSt =
d 2 S i
4 10 6
,л
(51)
3.14 250.46 2 340.63 6
VSt =
= 100,09 л
4 10 6
- ефективна потужність двигуна
Pep =
Рер =
Pme VSt n
, кВт
30 Z 10 3
(52)
1,3623 100,09 500
= 568,1кВт
30 4 10 3
Отримана величина Рер відрізняється від заданої на:
Ре =
Реср =
де
Реср =
Pе =
Рер − Ре
Реср
Рер + Ре
2
100,%
, кВт
(53)
(54)
568,1 + 550
= 559,05кВт
2
568,1 − 550
100 = 3,2376%
559,05
Так як Δ Ре <5, тепловий розрахунок виконано вірно [3].
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
15
1.2 Розрахунок індикаторної діаграми
Розрахунок теоретичної індикаторної діаграми.
Визначаємо масштаб діаграми:
а) по вісі абсцис задаємо довжину lv=325 мм
mv = lv /ε , мм/1
(55)
mv = 325/13 = 25 мм/1
масштаб по вісі абсцис mv=25 мм/1
б) по вісі ординат:
задаємо довжину
lp = 0,64 × lv , мм
(56)
lp = 0,64 × 325 =211,2 мм
приймаємо lр = 211 мм
масштаб
mp = Pmax / lр ,кПа/мм
(57)
mp = 10886/211 =51,643кПа/мм
приймаємо: mp = 51 кПа /мм.
Вихідні дані для розрахунку:
- середній індикаторний тиск
′
Pmi
= 1581 кПа
- тиск в кінці впуску
Рd = 228 кПа
- показник політропи стиску
n1=1,376
- ступінь стиску
ε = 13
- максимальний тиск в циліндрі
Рmax = 10886 кПа
- показник політропи розширення
n2=1,24
- ступінь попереднього розширення
=1,45
- масштаб по осі стиску
mp = 51 кПа/мм
- коефіцієнт повноти індикаторної діаграми
ξ = 0,96
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
16
1.2.1 Розрахунок лінії стиску на діаграмі
Pcm =
Pd ×εn1
(
V n1
)
Vc
, кПа
(58)
228 × 131,376
= 7775,367 кПа
Pcm1 =
11,376
228 × 131,376
Pcm1,25 =
= 5719,639 кПа
1,251,376
228 × 131,376
Pcm1,45 =
= 4663,141 кПа
1,451,35
228 × 131,376
Pcm1,5 =
= 4450,608 кПа
1,51,376
Інші точки на лінії стиску визначаємо аналогічно.
1.2.2 Розрахунок лінії розширення на діаграмі
P
×ρn2
max
Pроз = (V/V
, кПа
)n2
c
(59)
10886 × 1,451,24
Pроз1,45 =
= 10886 кПа
1,451,24
10886 × 1,451,24
Pроз1,5 =
= 10437,861 кП
1,51,24
Pроз1,75 =
10886 × 1,451,24
= 8621,791 кПа
1,751,24
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
17
Інші точки на лінії розширення визначаємо аналогічно. Значення лінії
стиску і розширення в міліметрах :
- стиску:
Pст =
Pст 1 =
Pсm
mр
, мм
(60)
7775,367
= 152,45мм
51
Pст 1,25 =
5719,693
= 112,15 мм
50
Інші точки на лінії стиску визначаємо аналогічно.
- розширення:
Pроз =
Pроз
mр
Pроз 1,45 =
Pроз 1,5 =
, мм
( 61)
10886
= 213мм
51
10437
= 204 мм
51
Інші точки на лінії розширення визначаємо аналогічно.
Результати розрахунків заносимо до таблиці 1.
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
18
Таблиця 1 Результати розрахунку індикаторної діаграми.
VC
PCT ,КПа
РСТ , мм
Р роз,КПа
Р роз, мм
1
1,25
1,45
1,5
1,75
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
7775,367
5719,693
4663,141
4450,608
3599,984
2995,737
1714,755
1154,214
849,06
660,67
534,399
444,702
378,167
327,13
286,922
254,547
235,444
152,45
112,15
90,3
86
70
60
34
23
17
13
10,5
9
7,4
6,5
5,5
5
3,6
10886
10437,861
8621,791
7306,131
4419,105
3093,216
2345,535
1870,928
1545,408
1309,583
1131,629
993,035
882,344
792,1
738,326
213,8
204,2
169,0
143
86
69
45
36
30,3
25
22
19
17
15
13
V
PmiД =
F
9353
mp =
51 = 1590 кПа
AB
300
(62)
де F = 9353 мм² - площа індикаторної діаграми
[АВ] = 300мм – відстань від ВМТ до НМТ на діаграмі
Об’єм камери згоряння
Vc =
VS
, мм
−1
(63)
де VS = AB = 300 мм - приведений робочий об’єм
Vc =
300
= 25 мм
13 − 1
Похибка середнього індикаторного тиску
Pmi =
Pmi − PmiД
Pmicp
100%
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
19
Pmicp =
Pmicp =
Pmi =
Pmi + PmiД
, кПа
2
(64)
1581 + 1590
= 1586кПа
2
1581 − 1590
1586
100% = 0,56%
Похибка не перевищує 5%
1.2.2 Розрахунок дійсної індикаторної діаграми
С , ДоВМТ
- точка подачі палива;
f , ДоВМТ - точка початку згоряння палива;
2 , ПісляВМТ - точка після ВМТ де тиск максимальний;
b, ПісляВМТ
- точка відкриття випускного клапана;
r, ДоВМТ
- точка відкриття впускного клапана;
r, ПісляВМТ - точка закриття випускного клапана;
d , ДоВМТ
- точка закриття впускного клапана.
Вихідні дані:
- кривошипно- шатунне відношення
L = 0,25
- відстань від ВМТ до НМТ на діаграмі
[АВ] = 300 мм
- кут затримки згоряння
∆φ2 = 10о ПКВ
- тиск залишкових газів
Рr = 180 кПа
- масштаб тиску
mp = 51 кПа / мм
- хід поршня
𝑆 = 340 мм
- тиск в кінці стиску
Рс = 7775 кПа
- максимальний тиск
Рmax = 10886 кПа
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
20
Таблиця 2 Розрахунок дійсної індикаторної діаграми.
Позначка
точки
, ПКВ
0
Положення
точки
відносно
ВМТ
Постійна
X = (1 − cos ) +
(1 − cos 2 )
0 , ПКВ
L
4
Відстань
від ВМТ
до
точки,мм
Х АВ
2
С, ДоВМТ
14
0,0370
5,6
f , ДоВМТ
4
0,003
1
b, ПісляВМТ
130
1,716
261,7
r , ДоВМТ
23
0,098
15,0
r , ПісляВМТ
20
0,074
11,4
d , ДоВМТ
155
1,928
294,1
2 , ПісляВМТ
10
0,0189
2,9
Ордината точки (r):
r=
r=
180
51
Рr
mp
, мм
(65)
= 3,6мм
Тиск газів в ВМТ.
Р″с = (1,15 ÷ 1,2) × Рс , кПа
(66)
Приймаємо число з інтервалу 1,2;
Р″с = 1,2 × 7775 = 9330 кПа
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
21
Р″с =
Р″с =
Р″с
mp
, мм
(67)
9330
= 183 мм
51
Максимальний тиск згоряння :
Pzd = Pmax = 10886 кПа
Pzd =
Pzd
, мм
mp
Pzd =
10886
= 213,82 мм
51
(68)
Поправка Брікса :
ОО =
2
S
340
2
2
R= =
де
R×λL
ОО =
, мм
= 170 мм
170 × 0,25
= 21,25 мм
2
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(69)
Арк.
22
Масштаб переміщення :
S
Мs = [AB]
Мs =
340
300
(70)
= 1,11 мм/мм
Поправка Брікса в масштабі переміщення :
ОО′ =
ОО′ =
ОО
Мs
, мм
21,25
= 19,1мм
1,11
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(71)
Арк.
23
1.3 Аналіз ефективних показників проектованого двигуна та
прототипу
Таблиця 3 Порівняння ефективних показників спроектованого двигуна
та двигуна прототипу
Показники
двигуна
Ефективна
потужність,
кВт
Питома
Позначення
Двигун
прототип
Спроектований
двигун
Pe
530
568
ве
225+12
219
Частота
обертання
колінчастого
валу, хв-1
n
500
500
Діаметр
циліндра, мм
d
250
250
S
340
340
Рк
210
240
i
6
6
ефективна
витрата
палива,
г/кВт·год
Хід поршня,
мм
Тиск
наддуву, кПа
Кількість
циліндрів
Потужність спроектованого двигуна вище потужності прототипу
за рахунок збільшення тиску наддуву. Питома ефективна витрата палива
зменшилась за рахунок вибору більш оптимальних вихідних даних
для розрахунку робочого процесу двигуна.
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
26
1.4 Динамічний розрахунок двигуна
Вихідні дані:
Кривошипно-шатунне відношення
𝜆𝐿 = 0,25
Радіус кривошипа
r = 0,17 м
Кутова швидкість
𝜔 =52,3 с-1
Масштаб тиску
40 кПа/мм
Масштаб сил
2,5 кН/мм
Тиск у кінці впуску
Pd =228 кПа
Атмосферний тиск
Ра =101 кПа
Показник політропи стиску
n1 =1,376
Показник політропи розширення
n2 =1,24
Теоретичний тиск згоряння
Pmax =10886 кПа
Дійсний тиск згоряння
Pzd =10886 кПа
Дійсний тиск у кінці стиску
Pс´´ = 9330 кПа
Тиск залишкових газі
Рr =180 кПа
Діаметр циліндра
d =0,25 м
Хід поршня
S=0,34 м
𝜀=13
Ступінь стиску
Частота обертання
n=500 хв-1
Визначаємо площу поршня:
Aп =
d2 2
,м
4
Aп =
3,14 0,25 2
= 0,049 м2
4
(72)
Кутова швидкість обертання двигуна :
=
n
, с-1
30
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(73)
Арк.
27
=
3,14 500
= 52,3 с-1
30
Знаходимо масу деталей що рухаються зворотно-поступально :
ms = mпш + mп + 4 mк +
mш
, кг
3
(74)
де mпш – маса поршня, mпш = 50 кг;
mп – маса пальця, mп =11,2 кг;
mк – маса кільця, mк = 0,250 кг;
mш – маса шатуна, mш = 63,7 кг;
Маси деталей вибрано за прототипом двигуна.
ms = 50 + 11,2 + 4 0,250 +
63,7
= 82,4 кг
3
На деталі кривошипно-шатунного механізму діють наступні сили:
Сила тиску газу :
Fг = (Рц − Pa )
d 2
4
,Н
(75)
Сила інерції мас, що рухаються зворотно-поступально :
Fи = −ms r 2 (cos + L cos 2 ) , Н
(76)
Сумарна сила (дійсна) :
Fd = Fг Fи ,Н
(77)
Fn = Fd tg
(78)
Нормальна сила :
,Н
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
28
Радіальна сила :
cos ( + )
,Н
cos
(79)
sin( + )
,Н
cos
(80)
Fr = Fd
Дотична сила :
FK = Fd
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
29
Динамічний розрахунок двигуна виконувався в програмі (Excel).
Таблиця 1.4 Розрахунок сил, діючих у кривошипно-шатунному механізмі
φ0
Pц
Fг
Fі
Fd
Fn
Fr
Fk
Fг
Fі
Fd
Fn
Fr
Fk
пкв
мм
кн
кн
кн
кн
кн
кн
мм
мм
мм
мм
мм
мм
0
3,6
7,36
-42,78
35,42
0
-35,42
0
3
-17
-14
0
-14
0
30
3,6
7,36
-33,91
-25,55
-3,35
-21,32
-16,17
3
-13
-10
-1
-8
-6,5
60
3,6
7,36
-12,83
-5,47
-1,21
-1,69
-5,35
3
-5
-2
-0,5
-0,7
-2
90
3,6
7,36
8,56
15,91
4,11
-4,11
15,91
3
3,5
6
1,6
-1
6,3
120
3,6
7,36
21,39
28,75
6,38
-19,89
21,71
3
8,5
11,5
2,5
-8
8,6
150
3,6
7,36
25,36
37,72
4,12
-30,40
12,79
3
10
13
1,6
-12
5
180
210
3,6
5
7,36
12,27
25,67
25,36
33,03
37,62
0
-4,74
-33,03
-34,95
0
-14,71
3
5
10
10
13
15
0
-2
-13
-13
0
-6
240
6
14,72
21,39
36,11
-8,01
-24,99
-27,27
6
8,5
14
-3
-10
-10
270
10
24,53
8,56
33,09
-8,54
-8,54
-33,09
10
3,4
13
-3
-3,5
-13
300
20
49,06
-12,83
36,23
-8,03
11,16
-35,39
20
-5
14
-3
4,5
-14
330
60
147,19
-33,91
113,27
-14,27
90,96
-69,00
60
-13
45
-5
36,4
-27
360
157
385,14
-42,78
342,36
0
342,26
0
154
-17
136
0
137
0
370
213
515,16
-41,74
473,42
20,57
462,65
102,47
207
-16
189
8,2
185
50
390
140
343,44
-33,91
309,52
39,00
248,56
188,53
137
-13
123
15,6
99,4
75
420
52
127,56
-12,83
114,73
25,44
35,33
112,08
51
-5
45
10
14
45
450
27
66,23
8,56
74,79
19,31
-19,31
74,74
26,5
3,5
30
7,7
-7,7
30
480
18
44,16
21,39
65,54
14,54
-45,36
49,50
17,5
8,5
26
6
-18
20
510
540
15
10
36,80
25,36
25,67
62,16
50,20
7,83
0
-57,74
-50,20
24,30
0
15
10
10
10
24
20
3
0
-23
-20
9,7
0
570
3,6
25,36
35,17
-4,43
-32,67
-13,75
4
10
14
-1
-13
-5,5
600
3,6
21,39
31,20
-6,92
-21,59
-23,56
4
8,5
12
-2,7
-8
9,4
630
3,6
8,56
18,37
-4,74
-4,74
-18,37
4
3,2
7,3
-2
-2
-7,3
660
3,6
-12,83
-3,02
0,67
-0,93
2,95
4
-5
-1,2
0,2
-0,4
1,1
690
3,6
-33,91
-24,10
3,04
-19,35
14,68
4
-13
-10
1,2
-7,7
5,87
720
3,6
-42,78
-32,96
0
-32,96
0
4
-17
-13
0
-13
0
24,53
9,81
9,81
9,81
9,81
9,81
9,81
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
30
1.5 Розрахунок теплового балансу двигуна
Умова завдання:
ефективна потужність:
Ре= 568 кВт
частота обертання колінвалу:
n =500 хв-1
діаметр циліндру:
d =250 мм
хід поршня:
S =340 мм
число циліндрів.
і=6
коефіцієнт тактності:
Z=4
нижча теплота згоряння нафтового газ
Qн = 42500 кДж/м3
годинна витрата пального:
Br=120.48 кг/год
індикаторний к.к.д.:
ηi =0,4297
ефективний к.к.д.:
ηe=0,3867
кількість свіжого заряду
М1=0,891 кмоль/кг
загальна кількість продуктів згоряння
Mr=0,924 кмоль/кг
температура залишкових газів
Тг=740 К
температура на початку стиску
Td=388,83 К
коефіцієнт надлишку повітря
α=1,8
Рівняння теплового балансу
Загальна кількість теплоти, введеної у двигун з паливом
Qп = Qп + Qв + Qг + Qн.в. , Дж/с
(81)
де Qe – теплота, еквівалентна ефективній роботі;
Qв – теплота, що відводиться охолоджувальною рідиною;
Qг – теплота, що виноситься випускними газами;
Qм – теплота, що відводиться маслом;
Qн.в. – невраховані теплові втрати .
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
33
Теплота, що підводиться у циліндр двигуна з паливом:
Qп =
Qп =
Br Qн
3,6
, Дж/с
(82)
120,48 42500
= 1422333 Дж/с
3,6
у відсотковому відношенні Qп приймаємо за 100%
Теплота, еквівалентна ефективній роботі двигуна:
Qe = 1000 Pе , Дж/с
Qe = 1000 568 = 568000
(83)
Дж/с
у відсотковому відношенні:
q=
q=
Qе
100 ,%
Qп
(84)
568000
100 = 38,6689 %
1422333
Перевірка:
Qe = Qп е , Дж/с
Qe = 1422333 0,3867 = 550016
(85)
Дж/с
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
34
Вираховуємо похибку:
=
=
(Qe − Qе )
Qe
100,% ,
(86)
(568000 − 550016) 100 = 0,00296 %
568000
Теплота, яка відводиться охолоджувальною рідиною:
Qв = Qw + Qг.п. + Qв.н. , Дж/с
( 87)
де Qw – теплота, яка відводиться робочим тілом в стінки
циліндра;
Qт.п. – теплота, еквівалентна роботі на тертя поршня по
гільзі циліндра;
Qв.н. – теплота, еквівалентна роботі на привід водяного
насосу.
Теплообмін між робочим тілом і стінками циліндра :
Qw = (− Wнап + Wст +W г.р.+Wвип ) Qп Дж/с
,
(88)
де Wнан.,Wст, Wг.р., Wвип – відповідно відносні втрати палива
на дільницях наповнення, стиску, горіння-розширення та випуску
газів із циліндра;
З експериментальних даних:
Wнан.= 0
Wг.р. =0,14
Wст.= 0
Wвип.=0,05
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
35
Qw = (− 0 + 0 + 0,14 + 0,05) 1422333 = 327137 Дж/с
Теплота, еквівалентна роботі на тертя поршня по гільзі циліндра.
Середній тиск механічних втрат в механізмах двигуна:
Pмд = (a + b Cm ) 103 , кПа
(89)
де а = 0,09
в=0,012 – коефіцієнти для визначення середнього тиску
механічних втрат;
Pмд = (0,09 + 0,012 5,6) 10 3 = 155,867 кПа
Cередня швидкість поршня:
Cm =
Cm =
S n , м/с
30
(90)
0,34 500
= 5,6 м/с
30
Середній тиск тертя поршня :
Pср.т. = 0,6 Pмд , кПа
(91)
Pср.т. = 0,6 155,867 = 93,52 кПа
Потужність тертя поршня:
Pп =
Pср.т V ns i
30 Z
, кВт
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(92)
Арк.
36
92,52 0,016681 500 6
= 39,0008 кВт
30 4
Pп =
де Vs – робочий об'єм циліндру;
Vs =
Vs =
d 2 S
4
0,25 2 0,34
4
, м3
(93)
= 0,016681 м 3
Теплота, еквівалентна роботі тертя поршня:
Qт. п. =1000 Pп , Дж/с
(94)
Qm.п. = 1000 39,0008 = 39000,8 Дж/с
Теплота, еквівалентна роботі на привід водяного насосу.
Визначаємо витрату води по сумі теплот:
Qв = Qw + Qт.п. , Дж/с
(95)
Qв = 327137 + 39000,8 = 36613 Дж/с
тоді витрата охолоджуючої рідини :
Qв 10 −3 К
Vв =
, м3/с
C тв Tв
(96)
де К – коефіцієнт запасу, приймаємо К= 1,5;
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
37
ρв = 1000 кг/м3 – середня щільність води;
Cт.в.= 4,19 кДж/кг – середня теплоємкість води;
∆Тв – температурний перепад води в холодильнику.
Приймаємо ∆Тв = 10 K,
Vв =
309244 10 −3 1,5
3
= 0,01311 м /с
1000 4,19 10
Потужність, що використовується на привід водяного насосу:
Pв.н. =
де
Vв Pв
в.н.
, кВт
(97)
∆Рв = 98 кПа – гідравлічний опір системи охолодження;
ηв.н. – ККД водяного насосу, приймаємо 0,85;
Pв.н. =
0,01107 98
= 1,51122 кВт
0,85
тоді Qв.н. =1511,2 Дж/с
Загальна теплота, що відводиться охолоджувальною рідиною :
Qв = Qw + Qт.п. + Qв.н. , Дж/с
(98)
Q в = 270243+390008+12764=367649 Дж/с
що складає у відсотковому відношенні:
q=
Qв
100,%
Qп
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(99)
Арк.
38
q=
367649
100 = 25,8%
1422333
Теплота, яка виноситься випускними газами:
Qг =
Br
t
t
M 2 (mCp )t г Tг − M1 (mCp )t d Td Дж/с
0
0
3,6
(100)
де mC΄΄p=33,3 – ізобарна теплоємкість продуктів згоряння;
mCp=29,1 – ізобарна теплоємкість свіжого заряду.
Обираємо за таблицею додатку: [4] для температури
t r = Tr − 273, °С
(101)
t r = 740 − 273 = 467 °С
де tr = 467°С - температура залишкових газів;
t d = Td − 273, °С
(102)
t d = 388,83 − 273 = 115,83 °С
td = 115,83°С - температура на початку стиску.
Теплота, яка виноситься випускними газами :
Qг =
78,2
(0,924 33,3 467 − 0,891 29,1 115,83) = 380381 Дж / с
3,6
Що складає у відсотковому відношенні
qг =
Qг
100,%
Qп
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(103)
Арк.
39
qг =
306706
100% = 26,7434 %
923194
Теплота, що відводиться маслом і затрачується на привід
масляного насосу.
Теплота, яка відводиться маслом, від гарячих деталей двигуна:
Qм1 = (Qw + Qмд ) − Qв , Дж/с
(104)
Qмі = (923194 + 58614) − 215293 = 49104,3 Дж/с
Теплота, еквівалентна роботі на подолання опору в механізмах
двигуна:
Qмд = мд Qп , Дж/с
де
(105)
∆мд – доля втрат у механізмах двигуна.
мд =
Δмд =
Pмд
Pmi
i ,
(106)
155,867
0,433 = 0,06
1,063
тоді:
Qмд = 0,06 1422333 = 89616,2 Дж/с
Теплота, еквівалентна роботі на привід насоса системи
мащення
Витрата циркуляційного масла:
Vм =
K Qм1
м Cтм
,м3/c
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(107)
Арк.
40
де К – коефіцієнт запасу, приймаємо K=1,5;
ρм = 900 кг/м3 – щільність масла;
Стм = 2,094 кДж/кг – середня теплоємкість масла;
∆Tм = 15 К - температурний перепад масла в охолоджувачі
двигуна
Vм =
1,5 18728,2
= 0,00279 м3 /c
900 2,094 15
Потужність, що використовується на привід масляного насоса:
Pмн =
Vм Pо
103
, кВт
(108)
де Ро – робочий тиск масла в системі, приймаємо
Ро=40000Па;
ηм – механічний ККД масляного насоса, ηм =0,87;
Pмн =
0,00262 400000
= 1,28352 кВт
0,8 103
Теплота, еквівалентна роботі на привід масляного насосу:
Qм 2 = 1000 Pмн ,Дж/с
(109)
Qм 2 = 1000 1,28352 = 1283,52 Дж/с
Загальна кількість теплоти складає :
Qм = Qм1 + Qм 2 , Дж/с
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
(110)
Арк.
41
Qм = 49339,1 + 1203,68 = 50387,8 Дж/с
у відсотковому відношенні:
qм =
Qм
100,%
Qп
qм =
50387,8
100 = 3,55%
1422333
(111)
Невраховані теплові втрати :
Qнв = Qп − (Qе + Qв + Qг + Qм ) , Дж/с
(112)
Qнв = 1422333 − (550000 + 367649 + 380381 + 50387.8) = 73916 Дж/с
Що складає у відсотковому відношенні:
q нв =
q нв =
Q нв
100,%
Qп
(113)
73916
100 = 5,19%
1422333
Усі дані розрахунків зводимо у таблицю 4.
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
42
Таблиця 4 Зведена таблиця теплового балансу
Складові теплового балансу
Дж/сек
%
теплота, еквівалентна ефективній роботі
550000
38,669
367649
25,848
теплота, яка виноситься випускними газами
380381
26,743
теплота, яка відводиться маслом
50387,8
3,5426
невраховані теплові втрати
73916
5,1968
142233
100
теплота, яка відводиться охолоджувальною
рідиною
Загальна кількість теплоти, введеної в двигун з
паливом
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
43
Рисунок 1 Графіки сили газів, інерції та дійсної сили
Арк.
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
31
Рисунок 2 Графіки нормальної, радіальної, та дотичної сили
Арк.
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
32
2
РЕАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1 Призначення виконаної роботи
Методичні вказівки призначені для надання допомоги здобувачам
освіти при виконанні
спеціальності
133
кваліфікаційної роботи (дипломного проєкту)
Галузеве
машинобудування,
освітньо-професійної
програми «Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів
внутрішнього згоряння».
В
методичних вказівках дані основи виконання кваліфікаційної роботи
(дипломного проєкту), зміст та обсяг
роботи, основні положення
оформлення пояснювальної записки
графічної частини, правила
та
оформлення пояснювальної записки, зразки оформлення документів.
2.2 Описання виконаної роботи
В дипломному проекті в якості реальної частини я прийняв участь в
розробці методичних вказівок до кваліфікаційної роботи (дипломного
проєкту) спеціальності 133 Галузеве машинобудування, освітньо-професійної
програми «Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів
внутрішнього згоряння». Згідно завдання керівника кваліфікаційної роботи
(дипломного проекту), я проробив документацію по оформленню змісту
пояснювальної записки дипломного проєкту, оформленню літератури
пояснювальної записки, оформлення формул, оформлення ілюстрацій,
оформлення додатків, оформив приклад пояснювальної записки та виконав
комп’ютерний набір.
Арк.
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
44
ЛІТЕРАТУРА
1. Дизели 6ЧН25/34. Инструкция по эксплуатации. – М.: Энергоэкспорт.105с.
2. Доценко С.М., Діденко О.В. Методичні вказівки до виконання
практичної роботи розрахунок робочого процесу дизельного двигуна з
дисципліни «Теорія двигунів внутрішнього згоряння» Первомайськ:
ППІ НУК, 2012. – 40 с.
3. Орлин А.С., Круглов М.Г. Конструирование и расчет на прочность
поршневых и комбинированных двигателей. – М.: Машиностроение,
1984.- 382 с.
4. Натальчишина В.П., Брендуля М.Ф., Гиль О.О. Вимоги до оформлення
курсових та дипломних проектів і робіт. Методичні вказівки для
студентів інституту та коледжу. – Первомайськ: ППІ – 47с.
Арк.
ВСП ПФК НУК 133.431.24.20 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
45