- •Учебно-методическое пособие
- •Введение
- •1 Общие положения
- •Цель и содержание работы
- •1.2 Оформление работы
- •Задание 1. Расчет основных параметров двигателя внутреннего сгорания
- •2.1 Выбор и расчет исходных параметров
- •2.2 Термохимический расчет и параметры наполнения
- •2.3 Расчет процессов сжатия, сгорания и расширения
- •2.4 Индикаторные и эффективные показатели двигателя
- •2.5 Определение размеров цилиндров двигателя
- •2.6 Построение индикаторных диаграмм двигателя
- •2.7 Исходные данные к заданию 1
- •3 Задание 2. Составление схемы теплового баланса двигателя внутреннего сгорания
- •3.1 Теоретические основы и порядок расчета
- •3.2 Схема теплового баланса двигателя внутреннего сгорания
- •3.3 Исходные данные к заданию 2
- •Приложение
- •Вопросы к заданию 1
- •Литература
- •Содержание
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ФИЛИАЛ УГНТУ В г. ОКТЯБРЬСКОМ
КАФЕДРА МЕХАНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Учебно-методическое пособие
к выполнению курсовой работы
по дисциплине: «Теплотехника»
на тему: «Тепловой расчет поршневого двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом»
Уфа
2011
Учебно-методическое пособие содержит контрольные задания к выполнению курсовой работы по тепловому расчету поршневого двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом. Даны рекомендации по выполнению работы.
Пособие рекомендуется для студентов всех форм обучения специальности 130503 62 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», направления 130500 62 «Нефтегазовое дело».
Составители: Галиуллина И.Ф., преподаватель
Колосов Б.В., ст. преподаватель
Мухаметдинова Л.Д., ст. преподаватель
Рецензент Нурутдинов Р.Г., доц., канд. техн. наук
Введение
Двигателем внутреннего сгорания называют тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в механическую работу.
По конструктивному оформлению рабочего процесса двигатели внутреннего сгорания разделят на две основные группы: поршневые двигатели, где весь рабочий процесс осуществляется полностью в цилиндре и газотурбинные двигатели, где рабочий процесс последовательно совершается в воздушном компрессоре, камере сгорания и расширительной машине (газовой турбине).
Поршневые двигатели внутреннего сгорания применяют в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте.
Основными достоинствами поршневых двигателей являются высокая экономичность, компактность и малая масса установки, быстрый запуск, бездымный выхлоп и относительная небольшая потребность в воде (вода расходуется для охлаждения двигателя, что очень важно для нефтяных и газовых промыслов, расположенных в безводных районах).
Все поршневые двигатели внутреннего сгорания можно по способу осуществления рабочего процесса разделить на две основные группы: 4-х тактные и 2-х тактные. Под тактом понимается ход поршня, т.е. путь, пройденный им от одного крайнего положения до другого. Одно крайнее положение принято называть верхней мертвой точкой (в.м.т.), а другое – нижней мертвой точкой (н.м.т.). В мертвых точках поршень изменяет направление своего движения, и скорость его в этих точках равна нулю.
В четырехтактных двигателях рабочий цикл совершается в течение четырех ходов поршня (4-х тактов) или за два оборота коленчатого вала, в двухтактных двигателях – в течение двух ходов (2-х тактов) поршня или за один оборот коленчатого вала.
Рабочий цикл состоит из процессов, периодически протекающих в следующей последовательности:
1) наполнение цилиндра воздухом или топливоздушной смесью;
2) сжатие топливоздушной смеси или воздуха (в конце сжатия подается электрическая искра или впрыскивается дизельное топливо);
3) сгорание рабочей смеси и последующее расширение продуктов сгорания (этот такт принято называть рабочим ходом);
4) выхлоп (выпуск) продуктов сгорания из цилиндра в атмосферу.
В двухтактном двигателе очистку цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежим зарядом выполняют продувочным воздухом, предварительно сжимаемым в продувочном насосе или в кривошипной камере. Если принять, что скорость вращения коленчатого вала (в оборотах в минуту или секунду), диаметр и ход поршня одинаковы, то цилиндровая мощность двухтактного двигателя превышает цилиндровую мощность четырехтактного двигателя на 60-80%. Несмотря на такие преимущества, двухтактные двигатели не получили столь широкого распространения, как четырехтактные, отличающиеся большой экономичностью.
Это объясняется рядом недостатков, присущих 2-х тактным двигателям:
– температура выхлопных газов и отдельных деталей в среднем их на 30-40 % выше, чем в четырехтактных;
– перезарядка цилиндров продувочным воздухом требует затраты относительно большой мощности и менее совершенна по сравнению с перезарядкой в четырехтактных двигателях;
– двухтактные двигатели имеет ограниченную быстроходность, так как повышение угловой скорости приводит к увеличению давлению продувочного воздуха и высоты продувочных и выхлопных окон, а это в свою очередь, приводит к уменьшению полезного хода поршня.
Превосходство двухтактных двигателей над четырехтактными удается только в крупных стационарных и судовых тихоходных двигателях при мощности в 1500 л.с. (1100 кВт) и выше. Исключение составляют двухтактные быстроходные двигатели с прямоточной продувкой, например, Ярославского завода (ЯМЗ).
По особенностям исполнения различают следующие группы двигателей:
I – по роду сжигаемого топлива – двигатели, работающие:
а) на газообразном топливе;
б) на легком жидком топливе (бензине, керосине, лигроине);
в) на тяжелом жидком топливе (дизельном топливе, соляровом масле);
г) на бинарном (двойном) топливе, т.е. использующиеся в качестве основного топлива нефтяные газы с добавкой небольшого количества жидкого дизельного топлива.
II – по способу заполнения цилиндра свежим зарядом – двигатели без наддува, у которых наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью происходит за счет образовавшегося в цилиндре разрежения, и двигатели с наддувов, у которых свежий заряд подается в цилиндр нагнетателем (воздуходувкой), благодаря чему увеличивается масса свежего заряда и удельная цилиндрическая мощность, т.е. мощность, приходящаяся на единицу полезного объема цилиндра;
III – по способу подготовки топливовоздушной смеси – двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые двигатели, схема 1) и с внутренним смесеобразованием (дизели, калоризаторные и др. двигатели, схема 2).
IV – по способу воспламенения рабочей смеси – двигатели с воспламенением от постороннего источника (электрической искры, запального шара-калоризатора или факела пламени, образуемого в предкамере) и двигатели с воспламенением распыленного жидкого топлива от воздуха, сжатого в цилиндре (дизели и газодизели, т.е. работающие на бинарном топливе);
Схема 1 Схема 2
Рисунок 1 – Способы подготовки и воспламенения рабочей смеси
V – по конструктивному исполнению:
а) одно- и многоцилиндровые двигатели;
б) двигатели с вертикальным, горизонтальным, V-образным и другими видами расположения цилиндров;
в) двигатели с кривошипно-шатунным механизмом крейцкопфного и тронкового типов.
В двигателе крейцкопфного типа поршень, жестко соединенный со штоком, шарнирно связан с ползуном. Крестовина ползуна, перемещающаяся в направляющих, в свою очередь шарнирно связана с шатуном.
Поршни с ползуном применяются преимущественно, в тихоходных установках, например, в газомоторных компрессорах. В двигателе тронкового типа нижняя часть поршня – (юбка) исполняет роль ползуна; в этом случае поршень соединен непосредственно с шатуном.
VI – по способу действия – двигатели простого действия, у которых рабочий процесс совершается в полости, расположенной над поршнем, и двойного действия, у которых рабочий процесс совершается и в верхней полости цилиндра (над поршнем), и в нижней его полости (над поршнем).
VII – по степени быстроходности:
а) двигатели тихоходные (со средней скоростью поршня до 6,5 м/сек);
б) повышенной быстроходности (со средней скоростью поршня 6,5-8,5 м/сек);
в) быстроходные (со средней скоростью поршня превышающей 8,5 м/сек).
VIII – по назначению – двигатели могут быть стационарные, судовые, автотракторные, авиационные.
Двигатели внутреннего сгорания на жидком топливе, применяются в качестве привода для силовых механизмов и оборудования в различных установках, передвижных агрегатах и транспортных средствах при бурении, разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.