Завдання. С О.В.Кулініч, О.І.Олефір, В.М.Стадніченко

ББК з 365 я 7

С О.В.Кулініч, О.І.Олефір, В.М.Стадніченко

Вступ

Задача виконання розрахунково-графічної роботи полягає у тому, щоб закріпити і поглибити теоретичні знання студентів, отримані під час вивчення курсу. До розрахунково-графічної роботи входить: тепловий і динамічний розрахунок двигуна та визначення його основних розмірів; виконання графіків до теплового та динамічного розрахунків, розрахунки основних деталей двигуна і перевірка їх на міцність, аналіз пристрою основних конструктивних елементів та функціонування основних систем двигунів внутрішнього згорання.

Розрахунково-графічна робота згідно з програмою дисципліни "Теорія теплових двигунів" складається з етапів згідно з таблицею 1:

Таблиця 1.

Етапи виконання розрахунково-графічної роботи

Назва етапів	Кількість годин самостійної роботи
1. Тепловий розрахунок двигуна.
2. Динамічний розрахунок двигуна.
3. Графіки до теплового та динамічного розрахунку двигуна
4. Розрахунки основних деталей двигуна
5. Аналіз конструкції і функціонування основних систем двигуна
5. Оформлення пояснювальної записки і захист роботи
Всього

ВИБІР ВАРІАНТУ РОБОТИ І ОФОРМЛЕННЯ ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ

Оформлення пояснювальної записки розрахунково-графічної роботи провадиться на стандартних листах білого паперу А4 (210*297мм.), шрифтом TIMES NEW ROMAN 14 через півтора інтервалу. У зв’язку з тим, що деякі моделі принтерів не роздруковують рамки, дозволяється оформлювати проект на листах без рамок і штампів з дотриманням інших вимог ДСТУ по оформленню технічної документації.

Пояснення повинні підкріплюватись схемами і кресленнями. Схеми і креслення можуть бути виконані на електронних носіях, у цьому випадку прикладати до пояснювальної записки додаються не великоформатні роздруковки креслень, а їх електронний варіант на магнітних чи оптичних носіях, а до пояснювальної записки підшивається роздруківка кресленнями на листі паперу формату А4.

Нижче приведен зразок оформлення титульного аркуша розрахунково-графічної роботи.

---------------------------------------------------------------------------------------------------

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЙ АЕРОПОРТІВ

РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНА РОБОТА

з дисципліни

«ТЕОРІЯ ТЕПЛОВИХ ДВИГУНІВ»

ВАРІАНТ № ________

Виконав студент ______ групи

факультету літальних апаратів,

номер залікової книжки

ХХХХХХХХХХХХ

_______________________()

підпис П.І.Б. студента

Завдання видано

"____"_____________200 р.

_______________________()

підпис П.І.Б. викладача

Завдання прийняв до виконання

"____"_____________200 р.

_______________________()

підпис П.І.Б. студента

Розрахунково-графічна робота захищена з оцінкою ________________________

Викладач, канд. тех. наук, доцент

_______________________()

підпис П.І.Б. викладача

Київ –2007

--------------------------------------------------------------------------------------------------

Вибір номеру варіанту завдання провадиться згідно з двох останніх цифр залікової книжки студента згідно з приведеною нижче таблицею 2 вибору варіанта завдання. Студент для двигунів з примусовим запалюванням може самостійно орієнтуючись на приведені у методичному посібнику і рекомендованій літературі вибрати один з варіантів вибору завдання, а саме чи вид палива, підібравши ступінь стиску, чи ступінь стиску, підібравши вид використовуємого палива.

Таблиця 2.

ТЕМАТИКА РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОЇ РОБОТИ

Номер варіанту	Дві останні цифри шифру залікової книжки	Номінальна потужність , кВт	Частота обертання валу, n, хв^-1	Паливо	Ступінь стиску, e	Система для розробки і аналізу
	01, 51			А-92		ПС
	02, 52			А-76		КШМ
	03, 53			А-98		ГРМ
	04, 54			Дизельне		ПНВТ
	05, 55			А-95		СЗ
	06, 56			Дизельне		ПННТ
	07, 57			А-98		СМ
	08, 58			Дизельне		ПС
	09, 59			Дизельне		СВК
	10, 60			А-95		СІ
	11, 61			А-76		СК
	12, 62			А-92		ПС
	13, 63			Дизельне		ПНВТ
	14, 64			А-76		КШМ
	15, 65			А-92		ГРМ
	16, 66			Дизельне		ПННТ
	17, 67			А-92		СМ
	18, 68			Дизельне		ПС
	19, 69			А-76		ГРМ
	20, 70			А-92		СІ
	21, 71			А-76		СЗ
	22, 72			Дизельне		ПННТ
	23, 73			А-92		КШМ
	24, 74			Дизельне		СКВ
	25, 75			А-95		СВК
	26, 76			Дизельне		ПНВТ
	27, 77			А-92		СІ
	28, 78			А-76		СЗ
	29, 79			Дизельне		ГРМ
	30, 80			Дизельне		КШМ
	31, 81			А-76		СК
	32, 82			А-98		ГРМ
	33, 83			Дизельне		КШМ
	34, 84			А-92		СМ
	35, 85			Дизельне		ПННТ
	36, 86			Дизельне		ПНВТ
	37, 87			А-95		СІ
	38, 88			А-76		СК
	39, 89			А-76		СЗ
	40, 90			А-95		СВ
	41, 91			Дизельне		СР
	42, 92			А-98		СО
	43, 93			А-92		СМ
	44, 94			А-76		СВК
	45, 95			А-98		СЗ
	46, 96			Дизельне		СО
	47, 97			А-92		СМ
	48, 98			А-76		СК
	49, 99			Дизельне		ПННТ
	50, 00			Дизельне		ПНВТ

Згідно з приведеним нижче прикладом оформляється друга сторінка роботи, де приводиться завдання на виконання розрахунково-графічної роботи. Наприклад: згідно з двома останніми цифрами залікової книжки 98, вибирається 48 варіант, а саме бензиновий карбюраторний двигун потужністю 90 кВт, частота обертання колінчатого валу 3400 об/хв, паливо – бензин А-76, ступінь стиску – 6,, система для розробки і аналізу – система карбюрації.

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Завдання

на виконання розрахунково-графічної роботи

з дисципліни “Теорія теплових двигунів”

Варіант № 48

Номер залікової книжки ХХХХХХХ98

Тема розрахунково-графічної роботи: розрахунок ДВЗ з параметрами:

Потужність – 90 кВт

Паливо – бензин А-76

Ступінь стиску – 6

Частота обертання колінчатого валу – 3400 об/хв

Система для розробки і аналізу: система живлення - карбюратор.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Розрахунково-графічна робота повинна мати наступний зміст, який приводиться на третій сторінці пояснювальної записки. Приклад типового змісту пояснювальної записки приведен нижче.

Зміст

		Стор.
1.   1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9.	ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК, Робочі процеси і характеристики двигуна Паливо і хімічні реакції Процес впуску Процес стискання Процес згоряння Процес розширення Індикаторні параметри робочого циклу Ефективні показники двигуна Основні розміри циліндра двигуна Побудова індикаторної діаграми
2.   2.1. 2.2. 2.3.	Кінематика кривошипно-шатунного механізму Переміщення поршня Швидкість поршня Прискорення поршня
3.   3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.	ДИНАМІЧНИЙ РОЗРАХУНОК двигуна і Динаміка кривошипно-шатунного механізму Сили тиску газів Приведення мас частин кривошипно-шатунного механізму Сили інерції Сумарні сили, що діють в кривошипно-шатунному механізмі Сили, що діють на шатунні шийки
4.	Система для розробки і аналізу
5. 6.	Література Додатки

Номера сторінок дозволяється проставляти вручну. Дозволяється розташовувати зміст на другій сторінці після завдання, якщо ці два елемента пояснювальної записки розташовані на одному аркуші. У третьому розділі дається розширена назва системи для розробки та аналізу (приведен приклад).

Методичні рекомендації призначені для самостійного виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни “Теорія теплових двигунів”. Комплект матеріалів включає три ехсель-програми, але мається можливість виконати розрахунки на калькуляторі, приклад проведення розрахунків приведен.

Перед виконанням розрахунково-графічної роботи необхідне з'ясування наступних базових понять:

Механізм - від грецького слова mexanizmys – пристосування, це cовокупність рухомо з'єднаних ланок для передачі і перетворення руху.

Машина - від латинського слова mahina - устаткування, сукупність механізмів задатних робити доцільні рухи, що забезпечують перетворення не механічної енергії (теплової, електричної, хімічної, тощо) у механічну і виконання роботи.

Механізм і машина розрізняються тим, що в машині є, а в механізмі немає перетворення енергії, і якщо результатом є доцільна передача або перетворення механічного руху для виконання механічної роботи, то машина повинна мати додатковий пристрій, що перетворить не механічну енергію (теплову, електричну, хімічну) у механічну, яка потім і використовується. Безпосередньо у машині цю функцію виконує ДВИГУН.

Двигун перетворює теплову, хімічну, електричну (та інші види) енергію у механічну у виді найпростішого поступального або обертального руху. Тому що саме в двигуні в результаті перетворення енергій виникають сили, що роблять роботу, про двигун часто говорять як про силову установку. Найпростіша машина – це двигун.

Деталь - частина машини, що складає з цілого шматка матеріалу.

Вузол - з'єднання декількох деталей.

Механізм - пристрій, призначений для перетворення руху і швидкості.

Агрегат - з'єднання декількох пристроїв в одне ціле.

Система - сукупність окремих частин, зв'язаних загальною функцією. Наприклад: система живлення, система охолодження, гальмівна система і т.д.

Розрахунки рекомендується виконувати з ЕОМ, чи з допомогою калькулятора. При виконанні розрахункової роботи на ЕОМ виберіть відповідний ЕХЕЛЬ-файл з тепловим розрахунком відповідно бензинового для даного прикладу, чи відповідно до Вашого завдання дизельного двигуна. Відкривши його впишіть у відповідні клітинки параметри Вашого двигуна згідно з завданням і проведіть розрахунки. Скопіруйте розрахунки як таблицю і приведіть її на наступних сторінках Вашої роботи згідно з прикладом.

--------------------------------------------------------------------------------------------------

Початкові дані двигуна	Потужність		кВт	Число циліндрів
Частота		хв^-1	i=
Характеристика палива
Масова частка вуглецю	С	0,855	кг/кг
Масова частка водню	Н	0,145	кг/кг	Молярна маса палива
Масова частка кисню	О		кг/кг	mт=
Характеристика навколишнього середовища
Температура		То		К
Тиск			Ро	0,101325	МПа
Вибір величин для теплового розрахунку
Ступінь стиску		e	8,2
Коефіцієнт надлишку повітря	a	0,9
Підвищення температури		T		^о
заряду в період впуску
Розрахунок процесу випуску
Коефіцієнт пропорційності	y	1,1
Тиск в кінці випуску		Pr	0,111458	МПа
Температура в кінці випуску	Tr		К
Вибір деяких показників і коефіцієнтів
Показник політропи стиску	n1	1,36
Показник політропи розширення	n2	1,23
Коефіцієнт використання теплоти	x	0,88
Ступінь підвищ тиску за згорання	l	4,060681
Коеф скруглення діаграми	f	0,95
Відношен. ходу до діаметра циліндра	s/d	0,8
Розрахунок кількості повітря, свіжого заряду і продуктів згорання
Кількість повітря, необхідна	Lo	0,511905	кмоль/кг
для згорання 1 кг палива	lo	14,95652	кг/кг
Кількість свіжого заряду	M1	0,469335	кмоль/кг
Кількість продуктів згорання	M2	0,507714	кмоль/кг
Розрахунок процесу впуску
Сумарний коефіцієнт		b+x	2,6
Середня швидкість руху заряду	w		м/с
Газова стала повітря		Rв		Дж/(кг К)
Густина заряду		r	1,23015	кг/м^3
Тиск в кінці впуску		Pa	0,093489	МПа
Коефіцієнт залишкових газів	g	0,055385
Температура в кінці впуску	Ta	324,8545	К
Коефіцієнт наповнення		h	0,882709
Розрахунок процесу стиску
Тиск в кінці стиску		Pc	1,63511	МПа
Температура в кінці стиску	Tc	692,886	К
Розрахунок процесу згорання
Низча теплота згорання		hн		МДж/кг
Невикористана теплота згорання	Dhа	6,142857	МДж/кг
Активна теплота згорання	hа	37,85714	МДж/кг
Коефіцієнт молекулярної зміни	mo	1,081774
Коефіцієнт молекулярної зміни	m	1,077482	Dhа	6,142857
Внутрішня енергія заряду за стиску	Uc	10,70792	Мдж/кмоль
Внутрішня енергія при згоранні	Uz	72,3583	Мдж/кмоль	37,85714
Температура кінця згорання	Tz	2611,262	К
Тиск в кінці згорання		pz	6,639661	МПа
Ступінь попереднього розширення	r
Ступінь подальшого розширення	d	8,2
Розрахунок процесу розширення
Тиск в кінці розширення		Pb	0,499062	МПа
Температура в кінці розширення	Tb	1609,434	К
Індикаторні показники двигуна
Середній індикаторний тиск циклу
	розрахункового	Pi роз	1,203184	МПа
	дійсного		Pi	1,143025	МПа
Індикаторний ККД		hi	0,322033
Питома індикаторна витрата палива	gi	0,254068	кг/(кВт год)
Ефективні показники двигуна
Експериментальні коефіцієнти	a	0,04
			b	0,0135
Середня швидкість поршня	c		м/с
Середній тиск механічних втрат	Pm	0,202	МПа
Середній ефективний тиск	Pe	0,941025	МПа
Механічний ККД		hm	0,823276
Ефективний ККД		he	0,265122
Питома витрата палива	ge	0,308606	кг/(кВт год)
Розрахунок основних розмірів двигуна
Літрова потужність		Nл	42,34614	кВт/л
Робочий об'єм двигуна		Vл	0,684832	л
Робочий об'єм циліндра		Vh	342,4161	см^3	Приймаєм
Діаметр циліндра		D		мм		мм
Хід поршня			S		мм		мм
			lш	0,25
Радіус кривошипа		R		мм		мм
Довжина шатуна		lш		мм
Перерахунок потужності двигуна
Робочий об'єм циліндра		Vh	348,5471	см^3
Робочий об'єм двигуна		Vл	0,697094	л
Потужність двигуна		Ne	29,51925	кВт
Визначення сил інерції в КШМ
Маса поршня і шатуна		mп		кг/м^2	mш		кг/м^2
Складова сил інерції мас, що
рухаються поступально	K	1,489041	МПа
Сила інерції мас, що обертаються	Pjo	1,14643	МПа

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Нижче приведен алгоритм розрахунку при виконанні розрахунків на калькуляторі. Наступне – готовий приклад виконання одного з варіантів. При виконанні роботи без використання ЕОМ, робота і розрахунки оформлюються акуратно вручну. При виконанні розрахунків на ЕОМ дається повне пояснення проведених розрахунків згідно з приведеним нижче прикладом. Графічний матеріал приводиться у тексті на окремих аркушах, чи підшивається у кінці роботи, з обов’язковим позначенням цих залежностей. Рекомендовано графічний матеріал виконувати з використанням ЕОМ в любому з редакторів, наприклад Ехcеl, чи Mathcad.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

1. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК, Робочі процеси і характеристики двигуна

1.1. Паливо та хімічні реакції

Для бензинових палив с достатньою точністю можна прийняти наступний ваговий склад:

С=0,8555; Н=0,145.

Для повного згоряння палива необхідно конкретна кількість повітря, яка називається теоретично необхідною та визначається зо елементарним складом палива:

, або ,

де - теоретично необхідна кількість повітря (в кг) для згоряння 1 кг палива;

- теоретично необхідна кількість повітря (в моль) для згоряння 1 кг палива.

0,232 – масовий вміст кисню в 1 кг повітрі;

0,208 – об’ємний вміст кисню в 1 моль повітря.

кг

кмоль/кг

Відношення дійсної кількості повітря , яке приймає участь у згорянні 1 кг палива, до теоретично необхідної кількості повітря є коефіцієнт надлишку кисню

(для бензинових двигунів)

Приймаємо =0,85

Кількість горючої суміші:

,

де - молекулярна маса парів палива (для бензину =110...120 кг/моль)

Приймаємо = 115 кг/моль.

кмоль/кг

Кількість окремих компонентів продуктів неповного згоряння палива ( <1)

- диоксиду вуглицю (СО₂/кг палива)

; = 0,0492

- оксиду вуглецю (кмоль СО/кг палива)

; ;

- водяної пари (кмоль Н₂О/кг палива)

; ;

- водню (кмоль Н₂/кг палива)

; =0,01;

- азоту (кмоль N₂/кг палива)

; ;

де К=0,45...05. Приймаємо К=0,46

Загальна кількість продуктів неповного згоряння палива (кмоль на кг палива):

Зміна кількостей молів робочого тіла при згорянні визначається як різниця кількості пальної суміші і загальної кількості продуктів повного чи неповного згоряння палива (кмоль/кг палива)

; .

Відносна зміна обсягу при згорянні характеризується величиною хімічного коефіцієнту молекулярної зміни палючої суміші , що являє собою відношення кількості молів продуктів згоряння до кількості молів палючої суміші.

; .

Зміна об’єму при згорянні робочої суміші враховує дійсний коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші, що являє собою відношення загальної кількості молей газів у циліндрі після згоряння до числа молів до згоряння:

;

де - коефіцієнт залишкових газів при повному навантаженні.

Для бензину: =0,03...0,096. Найчастіше приймається =0,06

При визначенні теплоти згоряння паливно-повітряної суміші Н_р.сум необхідно враховувати, що в процесі згоряння бере участь не паливна суміш, а робоча суміш і залишкові гази.

Якщо , то

; =73,07,

де - нижча теплота згоряння палива. =44 МДж/кг – для бензину.

= - витрата тепла при неповному згорянні палива.

=9,3.

Дата добавления: 2015-07-10