avangard-pressa.ru

Расчет параметров газообмена двухтактных длинноходных дизелей МАН – Бурмейстер и Вайн типа МС и Зульцер типа RTA - Математика

3.1.1. Выбор исходных данных

3.1.1.1. Диаметр цилиндра Dц, м

3.1.1.2. Ход поршня S, м

3.1.1.3. Частота вращения коленчатого вала n, мин-1

3.1.1.4. Степень сжатия ε

3.1.1.5. Давление наддувочного воздуха ps, МПа

3.1.1.6. Коэффициент остаточных газов γг

3.1.1.7. Температура наддувочного воздуха Ts, К

3.1.1.8. Температура в начале сжатия Ta, К

3.1.1.9. Максимальное давление сгорания pz, МПа

3.1.1.10. Максимальная температура сгорания Tz, К

3.1.1.11. Показатель политропы расширения n2

3.1.1.12. Степень предварительного расширения ρ

3.1.1.13. Коэффициент расхода выпускного клапана в период предварения выпуска μв1

3.1.1.14. Коэффициент расхода выпускного клапана в период принужденного выпуска μв

3.1.1.15. Коэффициент расхода продувочных окон μп

3.1.1.16. Угол начала открытия выпускного клапана φb, 0ПКВ от ВМТ

3.1.1.17. Угол начала открытия продувочных окон φd, 0ПКВ от ВМТ

3.1.1.18. Угол конца линейной части подьема клапана φ1, 0ПКВ от ВМТ

3.1.1.19. Угол закрытия продувочных окон φd1, 0ПКВ от ВМТ

3.1.1.20. Угол начала закрытия клапана φ2, 0ПКВ от ВМТ

3.1.1.21. Угол начала сжатия φa, 0ПКВ от ВМТ

3.1.1.22. Массовый коэффициент избытка продувочного воздуха φg

3.1.1.23. Относительная ширина продувочных окон β

3.1.1.24. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна λш

В исходных данных численные значения пунктов 3.1.1.1 – 3.1.1.12 принимаются по результатам теплового расчета, остальные – из методических указаний / 14 /.

3.1.2. Расчет постоянных

3.1.2.1. Объем, описанный ходом поршня, м3

3.1.2.2. Доля хода поршня, потерянная на линии сжатия до закрытия выпускного клапана

3.1.2.3. Объем камеры сжатия, м3

3.1.2.4. Объем цилиндра в момент начала сжатия (определяется по моменту закрытия выпускного клапана), м3

3.1.2.5. Объем в точке «z» индикаторной диаграммы, м3

3.1.2.6. Объем цилиндра в начале выпуска газов, м3

3.1.2.7. Степень последующего расширения в точке «b»

3.1.2.8. Температура газов в точке «b», К

3.1.2.9. Давление газов в точке «b», МПа

3.1.2.10. Объем цилиндра в момент открытия (закрытия) продувочных окон, м3


3.1.2.11. Средний объем цилиндра за период предварения выпуска, м3

3.1.2.12. Максимальное проходное сечение выпускного клапана, м2

Это сечение, как правило, намного превышает проходное сечение корпуса клапана. При отсутствии чертежа клапанного узла можно принимать внутренний диаметр корпуса 0,75×dкл , а площадь штока равной 7 % от проходной площади. Тогда

В дальнейших расчетах принимаем за максимальное проходное сечение клапана проходное сечение корпуса клапана.

3.1.3. Расчет время-сечения продувочных окон

В предлагаемом методе расчета газообмена дизеля с прямоточно-клапанной продувкой, открытие выпускного клапана осуществляется гидравлическим приводом и диаграмма открытия имеет вид трапеции (рис. 3.1), поэтому время сечение выпускного клапана может быть определено аналитически вместо графического определения площадей диаграммы открытия (закрытия) клапана. Для общности время-сечение продувки определяется также аналитически.

Методика графического построения диаграммы время-сечение приведена в /14/.

Рис. 3.1. Диаграмма время – сечение длинноходного двигателя и ее построение

К моменту открытия продувочных окон путь поршня от ВМТ определяется как

, м

а доля потерянного хода поршня на продувочные окна

Элементарное время - сечение продувки, м2 ∙с

После ряда математических преобразований имеем полное располагаемое время-сечение продувки, м2 ∙с

(3.1)

Так как продувка начинается при φн > φd , то часть Апр теряется на свободный выпуск, что учитывается в формуле

(3.2.)

В расчетно-пояснительную записку входит расчет только Апр , а после определения φн и Ап1р.

3.1.4. Определение давлений в цилиндре и выпускном коллекторе в период продувки (первое приближение)

При расчете газообмена известно только давление наддувочного воздуха ps. Давление в цилиндре в период принужденного выпуска рн и давление за цилиндром рг должны быть определены по известному располагаемому времени-сечению. Этими давлениями можно задаться в качестве первого приближения, основываясь на опытных данных, но тогда неизбежно применение метода нескольких последовательных приближений. Более короткий путь определения рн и рг состоит в определении функции истечения воздуха через продувочные окна ψп и газов через выпускной клапан ψв

для чего в формуле для ψпнеобходимо определить коэффициент наполнения.

3.1.4.1. Коэффициент наполнения

3.1.4.2. В первом приближении потеря время-сечения на свободный выпуск не учитывается. По формуле (3.1) находим Апр

3.1.4.3. Функция истечения через продувочные окна

3.1.4.4. По ψп находим перепад давлений βп

3.1.4.5. Давление в цилиндре в период продувки – выпуска, МПа

3.1.4.6. Располагаемое время-сечение выпускного клапана (без учета свободного выпуска) от момента открытия до закрытия продувочных окон (рис.3.1), м2 ∙с

3.1.4.7. Масса газа, покинувшая цилиндр от начала выпуска до начала продувки, кг

, К , кг , кг

3.1.4.8. Функция истечения через выпускной клапан за период принужденного выпуска (без учета свободного выпуска)

Средняя температура смеси газов и воздуха в период выпуска - продувки определяется по формуле

, К

3.1.4.9. Отношение давлений

3.1.4.10. Давление газов за выпускным клапаном, МПа

3.1.5. Расчет газообмена с учетом свободного выпуска (второе приближение)

3.1.5.1. Располагаемое время – сечение предварения выпуска, м2 ∙с

3.1.5.2. Отношение давлений в момент открытия продувочных окон

3.1.5.3. Допустимое отношение давлений

(верхняя граница поля допуска) (нижняя граница поля допуска)

В малооборотных дизелях к началу открытия окон давление в цилиндре падает до ps в ресивере и затем, вследствие эжектирующего действия потока газа, вытекающего из цилиндра, оно снижается до давления в выпускном патрубке рг . Таким образом, если полученное отношение входит в допустимые пределы, то заброс газов из цилиндра в продувочный ресивер или из выпускного патрубка в цилиндр исключается. Наличие или отсутствие заброса газов определяется максимальным давлением pz , углом φв и временем – сечением предварения выпуска .

3.1.5.4. Давление рd в цилиндре в момент открытия продувочных окон определяется из выражения

3.1.5.5. Критическое давление в цилиндре для давления рг

До открытия продувочных окон процесс истечения проходит сначала в надкритической фазе, затем в подкритической и формула для справедливая для двух фаз считается примененной правильно.

3.1.5.6. Время – сечение свободного выпуска от момента открытия продувочных окон до начала принужденного выпуска

3.1.5.7. Полученное через масштаб откладываем на диаграмме время – сечение выпускного клапана и находим угол начала продувки φн . Для двигателей с трапецевидной диаграммой сдвиг по углу ПКВ можно найти аналитически

3.1.5.8. Уточненное располагаемое время – сечение продувки с учетом потери на свободный выпуск определим по формуле (3.2)

3.1.5.9. Функция истечения через продувочные окна

3.1.5.10. По значению этой функции находим отношение

и давление рн из выражения

3.1.5.11. Уточненное время-сечение выпуска, м2 ∙с

3.1.5.12. Масса газа, покинувшая цилиндр с учетом свободного выпуска, кг

, К , К , кг

3.1.5.13. Функция истечения газа через выпускной клапан (во втором приближении)

По ψв находим

и из выражения находим рг.

3.1.6. Фаза потери заряда

В современных двухтактных длинноходных дизелях закрытие выпускного клапана происходит при угле поворота кривошипа φа, т.е. позже угла закрытия продувочных окон. За этот период происходит начальное сжатие заряда цилиндра и истечение смеси через закрывающийся клапан. Потеря заряда снижает коэффициент наполнения и коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива.

3.1.6.1. Время-сечение потери заряда, м2 ∙с

3.1.6.2. Изменение давления в цилиндре за этот период можно определить по методу проф. Глаголева Н.М. Частный случай расчетного уравнения имеет вид

где двV и dV - частные приращения объема цилиндра за счет выпуска и перемещения поршня

3.1.6.3. Давление в цилиндре к началу сжатия

3.1.6.4. Массовая потеря заряда

3.1.6.5. Масса смеси в начале сжатия

3.1.6.6. Масса возможного свежего заряда в объеме Vs

3.1.6.7. Коэффициент наполнения цилиндра воздушным зарядом

3.1.6.8. Коэффициент избытка воздуха при сгорании при цикловой подаче топлива qц

3.1.6.9. Доля потери заряда