ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Филиал  г. Нефтеюганска

Кафедра ЭОМ 
 
 
 
 
 
 

  КУРСОВая   РАБОТа

«Рабочие процессы, конструкция и основы расчета ЭУ и ТТМ» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:               студент гр. СТЭзс-07

                                                                         Портной П.С.

                                                                      шифр:07-11-000046. 
 

Проверил :                                                                               Панфилов А.А

Нефтеюганск 2010г.

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 
 
 
 

ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Исходные данные:

                                                       Введение

Главной особенностью работы дизельного двигателя  является то, что топливо подается форсункой или насос-форсункой  непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением в конце такта сжатия. Необходимость подачи топлива под большим давлением обусловлена тем, что степень сжатия у таких двигателей в несколько раз больше, чем у карбюраторных. И так как давление и температура в цилиндре дизельного двигателя очень высоки, то происходит самовоспламенение топлива. А это означает, что искусственно поджигать смесь не надо. Поэтому у дизельных двигателей отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания.

                       Аналитический обзор двигателя В-306 (В-2)

Семейство двигателя В-2

Двигатель В-2 является родоначальником целого семейства быстроходных дизелей.

На базе двигателя В-2 после Великой Отечественной  войны были созданы облегчённые быстроходные дизели Д12, а также шестицилиндровый дефорсированный Д6, получившие широкое распространение на речных судах: двигатель 3Д6 устанавливался на лесосплавные катера «Костромич», ЛС-56А, речные трамваи «Москвич», МО, ОМ, «Москва», буксиры БМ, БВ, а 3Д12 — на буксиры РТ, БТМ (дефорсированный до 225 л.с.) и судно на воздушной подушке «Луч» (форсированный до 520 л.с.). Двигатель 4Д12 применяется также на тяжёлых тракторах Т-330 и Т-500 (позже был заменён на ЯМЗ-240Н), а 1Д12 — на большегрузных автомобилях МАЗ-525 и МАЗ-530, тепловозах ТУ2, ТУ7 железных дорог узкой (750 мм) колеи, тепловозах ТГМ40 нормальной (1520 мм) колеи.

Путём увеличения рабочего объёма до 61 литра, на базе В-2 был сконструирован дизель М400 мощностью 800 л.с. и М401 (с турбонаддувом) мощностью 1000 л.с., которые и по настоящее время устанавливаются на скоростных судах «Заря», «Ракета», «Восход» и «Метеор», на гусеничном тягаче высокой проходимости АТ-Т, а также инженерных машинах, созданных на его базе (МДК-2, БАТ-М, БТМ-3, ИМР).

Модификации дизелей М-400 и М-401 под маркой М-736 и М-773 соответственно, применяются  на маневровых тепловозах ТГМ3 с гидропередачей.

На базе двигателя Д12 был создан дизель Д20 с уменьшенной высотой, за счет увеличенного до 120° угла развала цилиндров.

По состоянию  на 2008 год дизели Д6, Д12, Д20 и М-401 продолжают производиться на ОАО «Барнаултрансмаш». 

Также на базе двигателя В-2 были созданы  дизельные электростанции, компрессорные установки, насосные установки а также военная техника

                                                         Конструкция

Объём 38,8 л, степень сжатия 14—15. Расположение цилиндров под углом в 60°.

Номинальная мощность базовой модели — 500 л.с. Также производились модификации двигателя мощностью 375, 400, 450 и 600 л.с. Использовался в лёгком танке БТ-7М, средних танках Т-34 (В-2, 500л.с.), тяжёлых танках КВ (В-2К, 600 л.с.), гусеничных тягачах Ворошиловец (В-2В, 375 л.с.)

Изначально  двигатель разрабатывался для применения в авиации — на тяжёлых бомбардировщиках. Это обстоятельство определило некоторые конструктивные особенности дизеля, не характерные для двигателей сухопутных машин. Среди них:

• облегчённая конструкция;
• верхнее расположение распределительных валов (OHC);
• 4 клапана на цилиндр;
• сухой картер;
• струйное смесеобразование;
• привод всех агрегатов и систем двигателя посредством конических зубчатых передач и промежуточных наклонных валов.

Однако  довести мощность до требований авиаторов (1000—1500 л.с.) даже путём применения наддува  не удалось, и конструкция двигателя  была откорректирована для установки  на танки.

До Великой  Отечественной войны производился только на моторостроительном заводе № 75, подрядчиками выступали ХТЗ, Челябинский и Кировский заводы. После начала войны выпускался на Сталинградском тракторном заводе и в Свердловске, позднее и на новом заводе в Барнауле. В октябре 1941 года завод № 75 был эвакуирован в Челябинск и объединён с Кировским заводом.

Преимущества и недостатки

Разработанные в 30-х годах дизели Д12 и М-401 даже по состоянию на 2008 год характеризуются высокими удельными параметрами, их удельная масса составляет всего 2,05 кг/л.с., а удельный расход топлива — 165 г/л.с.*ч. Но возраст конструкции обуславливает следующие недостатки:

• неэффективная работа маслосъёмных колец устаревшей конструкции — как следствие, большой расход масла на угар — 20 г/л.с.*ч;
• сложная схема приводов распределительных валов, содержащая большое количество механических передач (в 30-х годах еще не существовало приводных цепей, способных работать на высоких скоростях) — как следствие — повышенный уровень шума, низкий ресурс, сложность в обслуживании;
• сложный сборный коленвал, стоимость которого составляет около 30 % от всего двигателя — в 30-х годах еще не существовало способов объёмной штамповки столь крупных деталей;
• сложный, ненадёжный и дорогой ТНВД (топливный насос высокого давления), содержащий большое количество прецизионных деталей;
• неэффективная система электростартерного пуска (низкий КПД стартера СТ-712, неоптимальное передаточное число).

Тем не менее, за долгие годы серийного выпуска  дизелей В-2, Д12 и М-401, их конструкция, несмотря на появление новых материалов и технических решений, позволяющих  сравнительно легко устранить указанные недостатки, практически не претерпела изменений.

                               1.1.Процессы впуска и выпуска

  а)         Задаются значениями: Т₀; р₀; Т_r; р_r; DТ; g_r.

      Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со  стандартными атмосферными условиями: То=273+25=298 К;  ро=0,1 МПа.

      Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

Для двигателей с газотурбинным наддувом:

рr=(0,75…0,95)рк,    = 0,75· 0,15=0,11 МПа

давление  наддувочного воздуха для существующих двигателей:

рк=(1,5…2,2)ро.  = 1,5· 0,1=0,15 МПа

Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха a, степени сжатия e, частоты вращения коленчатого вала.

В существующих двигателях значения Тr  соответствуют:

для дизелей------600…900 К.

Большие значения Тr выбираются для высокооборотных двигателей и низкой степенью сжатия.

     DТ-степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается в следующих пределах:

для двигателей с наддувом------------------------- 0…10 , берем 5

     Коэффициент остаточных газов gr        принимается в следующих пределах:

для дизелей без наддува и с  наддувом-------0,03…0,06.  берем gr =0,05

Для двигателей с высокой степенью сжатия принимаются  меньшие значения g_r.

б)      Температура воздуха за компрессором:

= =333,8 К

где - показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается в пределах 1,4…2.

в)      Давление в конце впуска ра  принимается из следующего соотношения:

ра=рк - Dра=0,15-0,00375=0,14 МПа     

       Потери давления (Dр_а) за счет сопротивления впускного тракта:

=0,00375МПа

где  к – коэффициент сопротивления впускного тракта (принимается в пределах 2,5…4,0);       ω_вп – скорость свежего заряда на впуске в сечении клапан-седло (принимается в пределах 50…130 м/с);  ρ_к – плотность заряда на впуске:

, =1,5  

R_в – удельная газовая постоянная для воздуха (R_в =287 Дж/кг. град).

У двигателей потери давления Dра за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах:

для дизелей с наддувом---------------------------(0,03…0,1)рк. =0,03·0,15=0,0045

     г)       Определяют величины Т_а и h_v (коэффициент наполнения) по следующим формулам:

  =356К                                                                                             (1) 
 

  =0,97                                                         

                                                                                                                       (2)

       Для двигателей без наддува  в уравнениях (1) и (2)   Тк =То;        рк =ро.

Значения  Т_а  для современных двигателей находятся в пределах:

дизели  с наддувом – 320…400 К, берем 356 К

д)  В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха a определяют массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):

                М₁ = a l_о / 29 = 1,8·14,5/29=0,9 кмоль.                                                             (3)

l_o = 14,5 кг. воздуха / кг. топлива – для дизеля;

Масса воздуха  в кмолях:         

                L_o =l_o/29 = 14,5/29=0,5 кмоль.                                                            

Для принятия значения a необходимо учесть  способ смесеобразования в соответствии с рекомендациями таблицы 1. 

Таблица 1

Расчетные значения a в зависимости от способа смесеобразования

1.2. Процесс сжатия

Определяют  параметры процесса сжатия: n₁; р_с; Т_с, .

   а)  Показатель политропы сжатия определяется из соотношения:

              n₁ = 1,41 – 100/n_н =  1,41-100/1500 =1,34                                                           

                                                                                                                                    (4)                                                                                                     

   где  n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя. 

   б)  Давление конца сжатия:

                                                 = =5,2                      (5) 

     в)  Температура конца сжатия:

   г)  Масса рабочей смеси в конце сжатия :

   д)  Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия:

   С_vc=20,16+1,74×10^-3Т_с =20,16+1,74×10^-3· 893,9=21,71 кДж/(кмоль.град) 
 

   1.3. Процесс сгорания

а)  Определяют массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.

    a³1,0 +М₁ g_r =

         = 0,87/12+0,125/2+0,79·1,8·0,5+0,21(1,8-1) ·0,5+0,9·0,05 = 0,95             (8) 

где С = 0,855; 0,87; Н = 0,145; 0,125 – соответственно элементарный состав топлива для бензина и дизтоплива (ориентировочно).

б)    Определяют температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений:  

    для дизеля           , ,                    (9)

где     С_vz – теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме:   

С_vz =(18,4+2,6a) + (15,5 + 13,8a)10 ^{– 4} Т_z =23,08+ 24,84 Т_z                          (10)

           С_rz – теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

  С_rz =(20,2 + 0,92/a) + (15,5 + 13,8/a) 10 ^–4 Т_z + 8,314=(20,2 + 0,92/1,8) + (15,5 + 13,8/1,8) 10 ^–4 Т_z + 8,314= 29,014+0,0023 · Т_z                                         

                                                                                                                                 (11)                                                       

        m -коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания                   

     m= =0,95/0,95=1    (значения m находятся в пределах 1,01…1,1)                                                                                

            x - коэффициент использования теплоты в ходе сгорания,

для дизелей - x=0,7…0,9.

         Н_н- низшая теплотворная способность топлива:

                                              для дизтоплива -            

      Уравнения  (10) и (11) после подстановки  соответствующих значений решаются  как квадратные уравнения: 

А Т_z² + В Т_z + C =0,

А0,0023Т_z² + 29,014 Т_z -70287,3 =0,

T_z =

в)    Определяют максимальное давление газов в цилиндре по формулам: 

        для дизелей     р_z = l × р_c =1,8·5,2=9,36МПа                           (12)

   Степень  повышения давления l принимается:

  для дизелей с неразделенной камерой сгорания  - 1,8…2,2;

  для дизелей  с разделенной камерой сгорания   -  1,4…1,6;

  для дизелей  с пленочным смесеобразованием  -  1,5…1,8;

   (для дизелей  с наддувом принимаются меньшие  значения l) 

1.4. Процесс расширения

 Определяют параметры процесса расширения: n₂; р_b; Т_b.

а) Показатель политропы расширения определяется из соотношения:

n₂ = 1,22 + 130/n_н=1,22+130/1500=1,306

б) Давление и  температура конца расширения:   

       для дизелей:

                                 = =1,05                                                   (13) 

  =1048                                                (14) 

где =15,0/1,6=9,37 -степень последующего расширения,

 = 1,6  -степень предварительного расширения.

      Полученные  расчетные значения  термодинамических параметров процессов  цикла необходимо сопоставить  с данными таблицы 2.

Таблица 2

Предельные  значения параметров процессов цикла