Тип
судна
|
|
|
|
|
|
|
Сухогруз
|
2,4
|
16
|
15
|
84
|
1
|
14
|
2. Выбор главных двигателей и
основных параметров
.1 Определение суммарной мощности
главных двигателей
Мощность главных двигателей,
необходимая для движения судна, определяется сопротивлением , которое
оказывает окружающая среда (вода, воздух) и заданной скоростью движения.
Мощность, которую необходимо затратить на создание упора, преодолевающего силы
сопротивления, принято называть буксировочной .
Буксировочная мощность равна:
,
где - сопротивление движению судна, ;
- скорость судна, ;
Валовая мощность равна:
,
где - пропульсивный КПД;
- КПД валопровода;
Мощность на фланцах главных
двигателей или агрегатов в случае работы прямо на винт . При
наличии в ГЭУ передач, одинаковых на всех гребных валах:
,
где - КПД передачи.
Ориентировочное значение эффективной
мощности можно
получить при помощи обратного адмиралтейского коэффициента:
,
, кВт = 4156,7 л. с.
где - водоизмещение судна, т.
В приближенных расчетах,
пренебрегают формой корпуса и КПД передачи, этим выражением пользуются для
оценки суммарной мощности главных двигателей.
Прототипом выбираем 2 двигателя 8ЧНП
30/38: л.с. = 1544
кВт;
2.2 Выбор основных параметров дизеля
Цилиндровая мощность:
,
где - количество цилиндров, ;
;
Частота вращения и средняя скорость
поршня:
Главным критерием быстроходности
дизеля является средняя скорость поршня:
,
где - ход поршня, ;
- частота вращения дизеля, ;
;
Число цилиндров:
Число цилиндров выбирается исходя из
допускаемой цилиндровой мощности с учетом уровня форсирования и тактности
двигателя.
Для четырехтактного судового дизеля
при рядном расположении цилиндров примем ;
Габариты ДВС:
Определяющим габаритом для ДВС
является его длина. В первом приближении длина рядного двигателя на
фундаментной раме равна:
,
где - количество цилиндров, ;
- расстояние между осями,
выраженное в количестве диаметров цилиндра, , ;
;
Ширина двигателя на фундаментной раме:
,
где - коэффициент, равный 3,6;
- ход поршня двигателя.
;
Высота двигателя от оси коленчатого
вала до крайней верхней точки:
,
где - коэффициент, равный для тронковых
двигателей 4,6..5;
;
Расстояние по высоте от оси
коленчатого вала до нижней точки:
,
где - коэффициент, равный 1,25..2.
;
Общая высота двигателя:
, ;
Масса двигателя:
,
где - удельная масса равная 10..20;
;
Масса установки:
,
;
Ожидаемое значение среднего
эффективного давления:
,
где - эффективная мощность двигателя, ;
- диаметр поршня, ;
- ход поршня, ;
- коэффициент тактности равный 0,5
для четырехтактного двигателя;
- число цилиндров;
;
3. Тепловой расчет ДВС
.1 Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива - количество теплоты,
выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. Она зависит от элементарного
состава топлива.
Низшую теплоту сгорания жидкого топлива можно
определить по формуле Д.И. Менделеева:
,
где - низшая теплота сгорания рабочего
топлива, ;
- массовые доли углерода, водорода,
кислорода, серы и воды в топливе.
;
3.2 Процесс наполнения
Основными параметрами,
характеризующими процесс наполнения, являются:
- коэффициент наполнения;
- коэффициент остаточных газов;
- давление в конце наполнения;
- температура рабочей смеси;
- давление остаточных газов;
- температура остаточных газов;
Расчет процесса наполнения
заключается в определении значений этих параметров.
Давление в конце наполнения:
,
где - наибольшая скорость протекания
свежего заряда при открытии выпускных клапанов;
- давление наддува, ;
- коэффициент скорости истечения,
учитывающий вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны, для ДВС
с наддувом ;
- температура в начале процесса
наполнения, К.
,
где - температура воздуха после
воздухоохладителя, К;
- повышение температуры воздуха
вследствие нагрева его в системе двигателя;
;
Скорость поступающего заряда через
живые сечения клапана:
,
где - площадь поршня;
- площадь сечения полностью открытых
впускных клапанов;
- коэффициент, равный 6..9;
Наибольшая скорость протекания
свежего заряда при открытии выпускных клапанов равна:
,
.
;
Коэффициент остаточных газов
определяется по формуле:
,
где - давление остаточных газов, ;
- давление в конце наполнения;
- температура окружающей среды;
- повышение температуры воздуха
вследствие нагрева его в системе двигателя ;
- степень сжатия, 16;
- температура остаточных газов, ;
Так как при наддуве температура
воздуха после нагнетателя очень высока, то в систему включим «холодильник»,
который охлаждает воздух до температуры окружающей среды.
;
Температура смеси в конце
наполнения:
,
;
Коэффициент наполнения равен:
,
где - температура в начале процесса
наполнения, К;
- температура в конце процесса
наполнения, К;
- давление в конце наполнения;
- давление остаточных газов;
.
3.3 Процесс сжатия
Основными параметрами,
характеризующими процесс наполнения, являются:
- давление начала сжатия;
- температура начала сжатия;
- степень сжатия;
- показатель политропы сжатия;
- температура конца сжатия;
- давление конца сжатия;
Так как процесс сжатия политропный,
то величины, характеризующие его начало и окончание, связаны уравнениями:
;
,
где - показатель политропы, ;
;
;
3.4 Процесс сгорания
Количество воздуха теоретически
необходимое для сгорания 1кг топлива:
,
где - массовые доли углерода, водорода,
кислорода в топливе.
;
Действительное количество воздуха поступающее в
цилиндр:
,
где - коэффициент избытка воздуха при
горении,
; ;
Мольное количество смеси воздуха и
остаточных газов, находящееся в цилиндре до горения:
,
;
Количество молей продуктов сгорания:
А) Теоретическое:
,
.
Б) Фактическое:
,
где - количество молей остаточных газов
в конце процесса сгорания;
,
;
;
Действительный коэффициент
молекулярного изменения:
,
;
При постоянном объеме:
Приближенные значения средних
молекулярных теплоемкостей:
для азота:
,
;
для кислорода:
,
;
для водяного пара:
,
;
- для углекислого газа:
,
;
Содержание кислорода в свежем
заряде:
,
;
Содержание азота в свежем заряде:
,
;
Количество молей продуктов сгорания:
азота:
,
;
кислорода:
,
;
- водяного пара:
,
;
углекислого газа:
,
;
Количество молей остаточных газов:
азота:
,
;
кислорода:
,
;
водяного пара:
,
;
- углекислого газа:
,
;
Молярные доли компонентов топлива:
кислород:
,
;
азот:
,
;
водяной пар:
,
;
- углекислый газ:
,
;
Молярная теплоемкость смеси газов:
;
;
При постоянном давлении:
Приближенные значения средних
молекулярных теплоемкостей:
для азота:
;
для кислорода:
;
для водяного пара:
,
для углекислого газа:
,
Количество молей продуктов сгорания:
азота:
,
;
кислорода:
,
;
водяного пара:
,
;
углекислого газа:
,
;
Молярные доли компонентов топлива:
Молярные доли компонентов топлива
считаем по формуле:
;
азот:
;
кислород:
;
водяной пар:
;
углекислый газ:
;
Молярная теплоемкость смеси газов:
;
;
Уравнение сгорания для смешанного цикла:
,
где - коэффициент использования тепла, ;
- степень повышения давления, ;
;
Температура в точке Z: ;
Давление в точке Z:
,
;
Степень предварительного расширения:
,
;
Степень последующего расширения:
, ;
3.5 Процесс расширения
Основными параметрами, характеризующими процесс
наполнения, являются:
- температура начала расширения;
- давление начала расширения;
- показатель политропы расширения;
- температура конца расширения;
- давление конца расширения;
Давление начала расширения:
,
;
Давление конца расширения:
,
;
Температура конца расширения:
,
;
3.6 Процесс выпуска
В связи с тем, что в момент открытия выпускного
клапана давление в цилиндре сравнительно высокое, приходится выпускные окна
открывать с некоторым опережением, несколько раньше прихода поршня в нижнюю
мертвую точку, чтобы избежать большого противодавления на поршень и, кроме
того, чтобы ускорить и улучшить очистку цилиндра от остаточных газов.
Ввиду того, что характер колебаний
давления газов при выпуске не поддается точному теоретическому подсчету,
поэтому в расчете вместо переменного давления используем среднее постоянное
давление газов в период выпуска .
Это давление выше давления в
выпускной трубе . По
практическим данным можно принять и . Средняя температура отработавших
газов .
3.7 Построение расчётной
индикаторной диаграммы
Построение расчётной индикаторной
диаграммы проводим по данным расчёта рабочего процесса.
Откладываем по оси ординат давление,
а по оси абцисс объёмы.
Для этого выбираем масштабы
диаграммы:
=150мм=>1Па=1.2732×10-5мм=200мм=>1м3=9345,7944
мм
Далее определяем координаты
остальных объёмов:
мм=Vc+Vs=200+12,5=221,5 мм=r×Vc=1,94×12,5=21,75
мм
мм
мм
мм
) Построение политропы сжатия:
Разобьем на 10
равных частей. Задавая объемы , определим значение давления, которое
равно:
.
Результаты вычислений занесем в
таблицу:
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
114,730,715,810,17,25,54,43,63,12,62,3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построение политропы расширения:
Разобьем на 10
равных частей. Задавая объемы , определим значение давления, которое
равно:
.
Результаты вычислений занесем в таблицу:
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
,
12,532,552,572,592,5112,5132,5152,5172,5192,5212,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
314,195,152,234,925,720,1516,413,811,810,39,1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По полученным значениям в табл.№1 строим
расчётную индикаторную диаграмму. Станиметрировав участок acz¢zba
диаграммы, получим её площадь F=4951,35 мм2 , на которой найдём среднее
теоретическое индикаторное давление:
Па
Среднее теоретическое индикаторное
давление для цикла смешанного сгорания:
,
;
Среднее индикаторное давление с
учетом поправки на полноту диаграммы:
,
где - принимаем 0,95...0,98;
;
3.8 Параметры, характеризующие
рабочий цикл
К параметрам, характеризующим действительный
рабочий цикл двигателя, относят давление в конце сжатия, давление в конце
горения, среднее индикаторное давление, среднее эффективное давление ,
эффективный расход , эффективный
КПД , а также
приводятся диаметр цилиндра и ход поршня .
Среднее эффективное давление:
,
где - механический КПД,
;
;
Удельный индикаторный расход:
,
;
;
Удельный эффективный расход топлива:
,
;
Индикаторный КПД:
,
;
Эффективный КПД:
,
;
Диаметр цилиндра:
, ;
Диаметр поршня ;
Ход поршня:
;
4. Динамический расчёт двигателя
.1 Диаграмма движущих усилий
Сила тяжести Рв:
Па
где mn=1000 кг/м2 - удельная масса
поступательно движущихся частей, отнесённая к единице площади поршня
(принимаем).
Далее строим кривую удельных сил
инерции по способу Гои, для чего проводим горизонтальный отрезок АВ, равный
длине индикаторной диаграммы: АВ=200мм, затем из точки А в масштабе
индикаторной диаграммы откладываем удельную силу инерции в ВМТ Jпо:
Jпо= -mn×ao= -mn×R×w2×(1+l)= -1000×0,18×76,452 ×(1+1/4,5)= - 1285812,55 Н/м2по= 16,4 мм
где R - радиус мотыля, L - длина
шатуна.
с-1 - угловая скорость вращения
коленчатого вала.
Из точки В вниз откладываем удельную
силу инерции в НМТ:
Jп180=
-mn×a180 = -mn×[-R×w2×(1-l)] = -12000×[(-0,18)×(76,45)2×(1-1/4,5)]=818244,35 Н/м2
= 10,4мм
Полученные точки C и D соединяют прямой. Из
точки пересечения CD и AB откладывают вниз в принятом масштабе величину EF:
=3×mn×l×R×w2=3×1000×1/4,5×0,18×(76,45)2=701352,3=8,9
мм.
Точку F соединяют прямыми с точками C и D. Линии
CF и FD делят на одинаковое число равных частей и соединяют точки одного и того
же номера прямыми. Через точки C и D по касательным и прямым, соединяющим
одинаковые номера, проводим главную огибающую линию, которая и будет кривой
удельных сил инерции. Построение диаграммы сил инерции, отнесённых к единице
площади поршня, изображено в графической части проекта.
Построение диаграммы движущихся усилий проводим
следующим образом:
проводим горизонтальный отрезок mm, равный
четырём АВ:
=4АВ=4×200=800 мм
делим отрезок mm на четыре равных участка;
принимая прямую mm за атмосферную линию, строим
развёрнутую индикаторную диаграмму;
делим отрезок mm на четыре равных участка;
на каждом участке наносим кривую сил инерции,
отнесённых к единице площади поршня в зеркальном изображении;
на каждом участке, как на диаметре, строим
полуокружность;
определяем поправку Брилса в масштабе абсцисс
диаграммы:
мм
откладываем из центра О каждого участка отрезок
ОО’;
построенные ранее полуокружности делим через
каждые 15°, устанавливая транспортир в (×)
О’ ;
из каждой точки деления, на полуокружностях
проводим вертикаль до пересечения с кривыми диаграммы;
замеряем длину каждого из перпендикуляров между
кривыми сил инерции и давления газов;
результаты замеров заносим во вторую колонку
таблицы №2 с учётом знака;
подсчитываем значения касательного усилия Рк,
соответствующим приведённым значениям углов.
Таблица 4.1
a0
|
P9
, мм
|
|
|
0
|
-15,32
|
0
|
0
|
15
|
-14,46
|
0,315
|
-4,55
|
30
|
-12,03
|
0,596
|
-7,17
|
45
|
-8,4
|
0,819
|
-6,88
|
60
|
-4,26
|
0,964
|
-4,11
|
75
|
0,01
|
1,023
|
0,01
|
90
|
3,87
|
1
|
3,87
|
105
|
6,87
|
0,91
|
6,25
|
120
|
9,02
|
0,767
|
6,92
|
135
|
10,39
|
0,595
|
6,18
|
150
|
11,1
|
0,404
|
4,48
|
165
|
11,37
|
0,203
|
2,31
|
180
|
11,43
|
0
|
0
|
195
|
-11,4
|
0,203
|
-2,31
|
210
|
-11,09
|
0,404
|
-4,24
|
225
|
-10,77
|
0,595
|
-6,41
|
240
|
-9,86
|
0,767
|
-7,56
|
255
|
-8,3
|
0,91
|
-7,55
|
270
|
-6,41
|
1
|
-6,41
|
285
|
-4,41
|
1,023
|
-4,51
|
300
|
-3,83
|
0,964
|
-3,69
|
315
|
-7,72
|
0,819
|
-6,32
|
330
|
-20,46
|
0,596
|
-12,19
|
345
|
-42,94
|
0,315
|
-13,53
|
360
|
-132,36
|
0
|
0
|
375
|
132,22
|
0,315
|
41,64
|
382,42
|
134,13
|
0,441
|
59,15
|
390
|
92,65
|
0,596
|
55,22
|
405
|
48,17
|
0,819
|
39,45
|
420
|
29,25
|
0,964
|
28,2
|
435
|
21,85
|
1,023
|
22,35
|
450
|
19,46
|
1
|
19,46
|
465
|
18,82
|
0,91
|
17,13
|
480
|
18,68
|
0,767
|
14,33
|
495
|
18,65
|
0,595
|
11,1
|
510
|
18,5
|
0,404
|
7,47
|
525
|
18,32
|
0,203
|
3,72
|
540
|
-18,23
|
0
|
0
|
555
|
-10,34
|
0,203
|
-2,1
|
570
|
-10,07
|
0,404
|
-4,07
|
585
|
-9,36
|
0,595
|
-5,57
|
600
|
-7,99
|
0,767
|
-6,13
|
615
|
-5,84
|
0,91
|
-5,31
|
630
|
-2,84
|
1
|
-2,84
|
645
|
1,03
|
1,023
|
2,99
|
660
|
5,29
|
0,964
|
5,1
|
675
|
9,48
|
0,819
|
7,76
|
690
|
13,06
|
0,596
|
7,78
|
705
|
15,49
|
0,315
|
4,88
|
720
|
16,35
|
0
|
0
|
|
|
|
|
|
4.2 Диаграмма касательных усилий
Построение диаграммы проводим следующим образом:
проводим горизонтальную прямую и на ней в
принятом масштабе оси абсцисс откладываем отрезок xx, равный четырём ходам
поршня: xx=800мм;
делим отрезок xx на 48 равных частей;
нумеруем полученные точки деления с учётом того,
что каждая часть выражает 720:48=15°
поворотом мотыля;
из каждой точки деления восстанавливаем
перпендикуляр, на котором с учётом знака откладываем соответствующие ей
касательные усилия, значение которого выбирается из таблицы №2;
полученные точки соединяем плавной кривой.
4.3 Диаграмма суммарных касательных
усилий
Угол поворота радиуса мотыля между двумя
последовательными вспышками:
,
где - число цилиндров;
;
Таблица углов:
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
0153045607590
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90
|
105
|
120
|
135
|
150
|
165
|
180
|
|
180
|
195
|
210
|
225
|
240
|
255
|
270
|
|
270
|
285
|
300
|
315
|
330
|
345
|
360
|
|
360
|
375
|
390
|
405
|
420
|
435
|
450
|
|
450
|
465
|
480
|
495
|
510
|
525
|
540
|
|
540
|
555
|
570
|
585
|
600
|
615
|
630
|
|
630
|
660
|
675
|
690
|
705
|
720
|
Таблица значений:
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
0
|
-4,55
|
-7,17
|
-6,88
|
-4,11
|
0,01
|
3,87
|
3,87
|
6,25
|
6,92
|
6,18
|
4,48
|
2,31
|
0
|
0
|
-2,31
|
-4,24
|
-6,41
|
-7,56
|
-7,55
|
-6,41
|
-6,41
|
-4,51
|
-3,69
|
-6,32
|
-12,19
|
-13,53
|
0
|
0
|
41,64
|
55,22
|
39,45
|
,28,2
|
22,35
|
19,46
|
19,46
|
17,13
|
14,33
|
11,1
|
7,47
|
3,72
|
0
|
0
|
-2,1
|
-4,07
|
-5,57
|
-6,13
|
-5,31
|
-2,84
|
-2,84
|
2,99
|
5,1
|
7,76
|
7,78
|
4,88
|
0
|
14,08
|
54,54
|
65,4
|
39,31
|
17,94
|
6,88
|
14,08
|
Постоянная удельная сила сопротивления:
графо-аналитический метод:
,
где - площадь под кривой диаграммы
касательных усилий, ;
- масштаб давлений, ;
- масштаб объемов,
, ;
- удельный объем, ;
;
- аналитический метод:
,
где - количество цилиндров;
;
Так как разница между значениями
удельной силы сопротивления посчитанными аналитическим и графо-аналитическим
метод превышает 4%, то дальнейший расчет по значению посчитанному
графо-аналитическим методом.
5. Расчет прочности деталей
двигателя
.1 Детали поршневой группы
Расчет поршня.
Диаметр головки поршня:
,
где - диаметр поршня;
;
Диаметр юбки поршня:
,
;
Толщина днища:
,
;
Расстояние от первого кольца до
кромки днища:
,
;
Толщина цилиндрической стенки головки:
,
;
Толщина направляющей части юбки:
,
;
Длина направляющей части юбки:
,
;
Расстояние от нижней кромки юбки до
оси поршневого пальца:
,
;
Полная длина поршня:
,
;
Необходимая длина направляющей части
поршня:
,
где при : ;
- сила, действующая на поршень в
конце сгорания топлива;
- допустимое удельное давление на 1 площади
проекции боковой поверхности поршня в , принимаемое равным ;
- площадь поршня;
;
Днище поршня рассчитываем на изгиб,
так как днище поршня плоское, то условие прочности имеет вид:
,
где - толщина днища: для чугунных
неохлаждаемых поршней: ,
- допускаемое напряжение на изгиб:
эквивалентные допускаемые напряжения на изгиб для чугунных поршней должны быть ;
;
Расчет поршневого пальца:
Диаметр пальца:
Рис. 5.1
,
;
Длина вкладыша головного подшипника:
,
;
Внутренний диаметр пальца:
,
;
Длина пальца:
, ;
Расстояние между серединами опор пальца:
,
;
Длина опорной части бобышки:
,
;
Напряжение изгиба, возникающее в
момент действия силы:
,
где - допускаемое напряжение изгиба,
для углеродистой стали:
;
;
Напряжение среза:
,
где - допускаемое напряжение среза:
;
;
Степень овализации пальца:
По методу Кинасошвили определим
увеличение наружного диаметра в горизонтальной плоскости:
,
где - модуль упругости материала, для
стали ;
;
;
Удельное давление в подшипнике
скольжения:
,
где - допускаемое давление, для
игольчатых подшипников ;
;
Удельное давление на гнездо бобышки:
,
где - допускаемое давление, для бобышек
из чугуна ;
;
5.2 Расчет коленчатого вала
1. Выбор материала вала:
вал изготовлен из стали марки 45Х,
предел прочности , предел текучести .
2. Диаметр коленчатого вала:
,
где - диаметр цилиндра в ;
- ход поршня в ;
- расстояние между центрами рамовых
подшипников в ;
и - безразмерные коэффициенты,
зависящие от () и ();
- безразмерный коэффициент,
зависящий от числа цилиндров и тактности: ;
- безразмерный коэффициент
зависящий от предела прочности и вычисляемый по формуле:
,
;
;
. Диаметр шатунной () и рамовой
() шейки
примем равными расчетному значению диаметра вала ().
. Толщина щеки:
,
;
5. Ширина щеки:
,
;
. Длина шатунной шейки:
,
;
. Длина рамовой шейки:
,
;
. Расстояние между осями коренной и
шатунной шеек , между средним слоем щеки и
серединой рамового подшипника , между серединами рамовых шеек .
. Радиусы закруглений:
у мотылевой шейки
,
;
у рамовой шейки
,
;
- у фланца
,
;
. Определение наиболее нагруженного
мотыля в первом опасном положении:
№ мотыля и
Углы
поворота мотыля, градПорядок вспышек
|
|
|
|
|
|
0,720
|
90
|
180
|
270
|
360
|
450
|
540
|
630
|
|
1
|
03,870-6,41019,460-2,841
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-15,32-0,88-11,11,46-132,36-4,4418,230,65
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
0-6,41019,460-2,8403,877
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-132,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
19,460-2,8403,870-6,4104
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,03
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-132,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34
|
019,460-2,8403,870-6,415
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19,46
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-132,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
-2,8403,870-6,41019,4602
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20,49
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-132,36
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-6,41019,460-2,8403,8706
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16,92
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-132,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0-2,8403,870-6,41019,463
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16,92
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-132,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
3,870-6,41019,460-2,8408
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14,08
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-132,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В первом опасном положении следует рассчитывать
мотыль второго цилиндра, как передающий наибольшее касательное усилие от
цилиндров, расположенных впереди.
. Значение радиальной силы вычислим по формуле:
двигатель топливо
сгорание охлаждение
Определение наиболее нагруженного
мотыля во втором опасном положении:
№ мотыля и
Углы
поворота мотыля, градПорядок вспышек
|
|
|
|
|
|
22,42
742,22
|
112,42
|
202,42
|
292,42
|
382,42
|
472,42
|
562,42
|
652,42
|
|
1
|
-7,016,35-3,15-4,7949,6515,83-3,963,251
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-10,97-2-11,37
2,3-114,72-9,959,291,56
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
-3,15-4,7949,6515,83-3,963,25-7,016,357
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-114,72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
15,83-3,693,25-7,016,35-3,15-4,7949,654
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-114,72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34
|
49,6515,83-3,693,25-7,016,35-3,15-4,795
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
58,65
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-114,72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
3,25-7,016,35-3,15-4,7949,6515,83-3,962
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
71,93
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-114,72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-4,7949,6515,83-3,693,25-7,016,35-3,156
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
56,34
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-114,72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-3,963,25-7,016,35-3,15-4,7949,6515,833
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
52,92
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-114,72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
6,35-3,15-4,7949,6515,83-3,963,25-7,018
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
56,44
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-114,72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Во втором опасном положении следует рассчитывать
мотыль второго цилиндра, как передающий наибольшее касательное усилие от
цилиндров, расположенных впереди.
Первое опасное положение.
Расчет шатунной шейки.
. Сила давления в конце горения:
,
;
16. Момент, изгибающий шатунную шейку:
,
;
. Напряжение изгиба:
,
где - осевой момент сопротивления, для
сплошной шейки ;
. Наибольшее касательное усилие от
расположенных впереди цилиндров:
,
;
. Момент, скручивающий мотылевую
шейку:
,
20. Напряжение кручения:
,
. Эквивалентное напряжение в шейке:
,
. ,
где - допускаемое напряжение, для валов
из легированной стали ;
- условие выполняется.
Расчет рамовой шейки.
. Изгибающий момент:
,
;
. Напряжение изгиба:
;
25. Напряжение кручения:
напряжение кручения шатунной шейки равно
напряжению кручения рамовой шейки:
;
. Эквивалентное напряжение:
,
;
. ,
где - допускаемое напряжение, для валов
из легированной стали ;
- условие выполняется.
Расчет щеки.
. Изгибающий момент:
,
;
. Момент сопротивления на широкой
стороне щеки:
,
;
,
;
. Момент сопротивления на узкой
стороне щеки:
,
;
. Напряжение изгиба на узкой стороне
щеки:
;
. Напряжение сжатия от силы :
,
;
. Суммарное напряжение:
, ; 35. ,
где - допускаемое напряжение, для валов
из легированной стали ;
- условие выполняется.
Второе опасное положение.
Расчет шатунной шейки.
. Наибольшее касательное усилие
одного цилиндра:
,
;
. Наибольшее радиальное усилие
одного цилиндра:
,
;
. Изгибающий момент от наибольшего
касательного усилия:
,
;
. Изгибающий момент от наибольшего
радиального усилия:
, ;
. Напряжение изгиба от действия :
,
где - соевой момент сопротивления, для
сплошной шейки ;
;
. Напряжение изгиба от действия :
,
;
. Равнодействующее напряжение
изгиба:
,
;
. Суммарное касательное усилие,
передаваемое шейкой рамового подшипника:
,
;
44. Касательное усилие от впереди расположенных
цилиндров:
,
;
. Крутящий момент от касательной
силы :
,
;
. Крутящий момент от касательной
силы одного цилиндра:
,
;
. Напряжение кручения от моментов и :
,
;
,
;
48. Суммарное напряжение кручению:
,
;
. Эквивалентное напряжение в шатунной
шейке:
,
;
. ,
где - допускаемое напряжение, для валов
из легированной стали ;
- условие выполняется.
Расчет щеки.
. Изгибающий момент на широкой
стороне щеки:
,
;
. Напряжение изгиба на широкой
стороне щеки:
,
;
53. Напряжение изгиба на узкой стороне щеки:
,
;
. Напряжение сжатия силой :
,
;
. Суммарное напряжение:
,
;
. Момент, скручивающий щеку:
,
;
. Момент сопротивления кручению на
середине широкой стороны щеки:
, ;
58. Касательное напряжение на середине широкой
стороны щеки:
,
;
. Напряжение кручения на середине
узкой стороне щеки:
,
;
. Равнодействующее напряжение на
середине широкой стороны щеки:
,
;
. Равнодействующее напряжение на
середине узкой стороны щеки:
,
;
Расчет рамовой шейки.
. Изгибающий момент силы :
,
;
. Изгибающий момент силы :
,
;
. Равнодействующий изгибающий
момент:
,
;
. Напряжение изгиба:
,
;
. Момент, скручивающий рамовую
шейку:
,
;
67. Напряжение кручения:
,
;
. Суммарное напряжение в рамовой
шейке:
,
;
. ,
где - допускаемое напряжение, для валов
из легированной стали ;
- условие выполняется.
6. Определение уравновешенности ДВС
Под внешней неуравновешенностью ДВС понимается
наличие в нем периодических сил или моментов сил, передающихся на фундамент.
Причиной внешней неуравновешенности ДВС являются силы инерции приведенных
поступательно движущихся масс и неуравновешенных вращающихся масс кривошипно-
шатунного механизма всех цилиндров, а так же опрокидывающие моменты.
Расчет уравновешенности ДВС:
Схема вала:
Рис. 6.1
Примем величину условной
центробежной силы ;
Найдем углы развала мотылей для всех
цилиндров ДВС при положении мотыля первого цилиндра в ВМТ:
Рис. 6.2
№
цилиндра
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
0
|
3,5H
|
1
|
0
|
3,5H
|
0
|
10
|
3,5H
|
1
|
0
|
3,5H
|
0
|
2
|
0
|
2,5H
|
1
|
0
|
2,5Н
|
0
|
0
|
2,5H
|
1
|
0
|
2,5H
|
0
|
3
|
180
|
1,5H
|
-1
|
0
|
-1,5H
|
0
|
0
|
1,5H
|
1
|
0
|
1,5Н
|
0
|
4
|
180
|
0,5H
|
-1
|
0
|
-0,5Н
|
0
|
0
|
0,5H
|
1
|
0
|
0,5H
|
0
|
5
|
270
|
-0,5H
|
0
|
-1
|
0
|
-0,5Н
|
180
|
-0,5H
|
-1
|
0
|
0,5Н
|
0
|
6
|
90
|
-1,5Н
|
0
|
1
|
0
|
-1,5Н
|
180
|
-1,5Н
|
-1
|
0
|
1,5Н
|
0
|
7
|
90
|
-2,5Н
|
0
|
1
|
0
|
-2,5Н
|
180
|
-2,5Н
|
-1
|
0
|
2,5Н
|
0
|
8
|
270
|
-3,5H
|
0
|
-1
|
0
|
3,5Н
|
180
|
-3,5H
|
-1
|
0
|
3,5Н
|
0
|
|
|
|
0
|
0
|
4Н
|
-1,5Н
|
|
|
0
|
0
|
16H
|
0
|
. Определение уравновешенности ДВС сведем в
таблицу:
В таблице:
- составляющая условной
центробежной силы инерции первого порядка в вертикальной плоскости;
- составляющая условной
центробежной силы инерции первого порядка в горизонтальной плоскости;
- момент сил инерции относительно
центра тяжести в вертикальной плоскости;
- момент сил инерции относительно
центра тяжести в горизонтальной плоскости;
- составляющая условной
центробежной силы инерции второго порядка в вертикальной плоскости;
- составляющая условной
центробежной силы инерции второго порядка в горизонтальной плоскости;
- момент сил инерции относительно
центра тяжести в вертикальной плоскости;
- момент сил инерции относительно
центра тяжести в горизонтальной плоскости;
. ,
;
,
;
Положение вектора моментов на
диаграмме мотылей относительно мотыля первого цилиндра, расположенного в ВМТ,
определяется углом из
выражения:
, ;
. ,
; , ;
, ;
7. Определим неуравновешенные силы и моменты от
системы сил вращающихся масс. Неуравновешенные силы и моменты сил инерции
определяются при положении мотыля в верхней мертвой точке. Методика определения
аналогична методике определения неуравновешенных сил и моментов инерции первого
порядка.
№
цилиндра
|
|
|
|
|
|
|
1
|
0
|
3,5H
|
1
|
0
|
3,5H
|
0
|
2
|
0
|
2,5H
|
1
|
0
|
2,5Н
|
0
|
3
|
180
|
1,5H
|
-1
|
0
|
-1,5H
|
0
|
4
|
180
|
0,5H
|
-1
|
0
|
-0,5Н
|
0
|
5
|
270
|
-0,5H
|
0
|
-1
|
0
|
-0,5Н
|
6
|
90
|
-1,5Н
|
0
|
1
|
0
|
-1,5Н
|
7
|
90
|
-2,5Н
|
0
|
1
|
0
|
-2,5Н
|
8
|
270
|
-3,5H
|
0
|
-1
|
0
|
3,5Н
|
|
|
|
0
|
0
|
4Н
|
-1,5Н
|
В таблице:
- составляющая условной
центробежной силы инерции первого порядка в вертикальной плоскости;
- составляющая условной
центробежной силы инерции первого порядка в горизонтальной плоскости;
- неуравновешенный момент в
вертикальной плоскости;
- неуравновешенный момент в
горизонтальной плоскости;
Максимально неуравновешенный момент
равен:
,
;
Положение вектора моментов на диаграмме мотылей
относительно мотыля первого цилиндра:
,
;
7. Расчет системы охлаждения
Подача насоса пресной воды
определяется количеством теплоты , которую необходимо отвести от
двигателя с водой в течение часа:
,
где - коэффициент запаса подачи, ;
- доля теплоты, отводимой пресной
водой, по тепловому балансу двигателя, при охлаждении поршней и цилиндров, ;
- теплоемкость пресной воды, ;
- плотность пресной воды, ;
- перепад температур, ;
- низшая теплота сгорания рабочего
топлива, ;
- массовый расход охлаждающей воды,
,
;
Подача насосов забортной воды
зависит от количества теплоты, отводимой от маслоохладителя , охладителя
пресной воды и
охладителя наддувочного воздуха :
, ;
где - доля теплоты отводимой от
маслоохладителя, ;
,
где - доля теплоты отводимой от
охладителя пресной воды ;
;
,
где - теплоемкость воздуха, ;
- температурный перепад
наддувочного воздуха, ;
,
где - суммарный коэффициент избытка
воздуха, для четырехтактного СОД ;
- теоретически необходимое
количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, ;
.
Подача насоса забортной воды равна:
,
где - коэффициент запаса, учитывающий
дополнительный расход забортной воды на охлаждение компрессоров, подшипников
валопровода и теплообменных аппаратов, не учтенные в отводимой теплоте , ; -
теплоемкость забортной воды, ; - перепад температур забортной
воды, ; - плотность
забортной воды, ;
Площадь охлаждающей поверхности
водо-водяного охладителя равна:
,
где - коэффициент запаса на глушение
трубок, ;
- общий коэффициент теплопередачи
от воды к воде, ; - температурный напор:
,
здесь и - температуры охлаждаемой пресной
воды на входе и выходе из охладителя, , ; и - температуры забортной воды на
входе и выходе из охладителя, , ;
;
Объем расширительной цистерны равен:
,
;
Мощность насосов, обслуживающих
системы ДУ: Насос пресной воды:
,
где - подача насоса пресной воды; -
необходимый напор, для центробежного насоса ; - общий КПД насоса, для центробежного
насоса ;
;
) Насос забортной воды:
,
где - подача насоса забортной воды;
- необходимый напор, для
центробежного насоса ;
- общий КПД насоса, для
центробежного насоса ;
Вывод
В результате работы над данным
курсовым проектом был разработан судовой дизельный двигатель 8ЧН 27,5/36.
Данный двигатель относится к СОД (частота вращения коленчатого вала 730
об/мин), имеет 8 цилиндров, расположение цилиндров - рядное. Он отвечает
требованиям, указанным в учебном техническом задании: развивает необходимую
мощность, что обеспечивает судну требуемую скорость. Спроектированный двигатель
также имеет достаточно низкий удельный расход топлива - . Данное
значение удельного расхода топлива ниже среднего для СОД, что говорит об
экономичности двигателя. Кроме того, по сравнению с прототипом, разработанный
дизель имеет несколько меньшие габариты по ширине (максимальная ширина 1296мм,
у прототипа - 1360мм) и высоте (максимальная высота - 2196мм, у прототипа -
2860мм), что позволяет говорить о некотором выйгрыше в массе двигателя и,
конечно же, о меньшей массе и стоимости исходных материалов, что, в свою
очередь, приводит к снижению себестоимости двигателя.
Но тем не менее данный двигатель не
пригоден для использования в качестве ГД на ледоколе. Для наиболее эффективного
преодоления ледяных преград ледоколу необходим ВОД. Рассчитанный двигатель
может быть использован в качестве вспомогательного, например для движения по
безледному пространству, как двигатель использующий более дешевое топливо.
Список литературы
1.
Стенин В.А., Альпин, «Проектирование судовых ДВС.», уч. пособ., Северодвинск,
1998.
.
Стенин В.А. «Судовое главное энергетическое оборудование. Судовые дизели», уч.
пособ. по курс. и дипл. проект., Северодвинск, 2003.
.
Андросов Б.И., Кравцов А.И., Коншин И.А., «Дизели морских судов», атлас
конструкций, М.: Транспорт, 1966.
.
Ваншейдт В.А., «Судовые ДВС.», Л.: Судостроение, 1977.
.
Овсяников М.К., «Судовые дизельные установки», Л.: Судостроение, 1986.