Расчет рабочих процессов ДВС 8ЧНСП 3А 22/28-2

turb1.doc

Выбор исходных данных для расчёта газотурбинного наддува5
Расчёт центробежного компрессора6
1 Параметры воздуха на входе в рабочее колесо7
2. Размеры рабочего колеса7
3. Параметры воздуха на выходе из рабочего колеса8
4. Размеры щелевого диффузора9
5. Параметры воздуха на выходе из щелевого диффузора10
6. Размеры лопаточного диффузора10
7. Параметры воздуха на выходе из лопаточного диффузора11
8. Параметры потока на выходе из лопаточного диффузора12
Расчёт осевой турбины13
1. Параметры газа за турбиной13
2 Параметры газа перед турбиной14
3. Выбор оптимальной окружной скорости14
4. Расчет сопел и рабочих лопаток17
5. Потери в турбине КПД и мощность17
6 Треугольники скоростей при различных значениях19
Мои решения при проектировании турбокомпрессора21
Список используемой литературы23
Значительно снижение габаритных показателей двигателей внутреннего сгорания оказалось возможным при использовании форсирования за счет турбонаддува. В настоящее время широкое распространение получил турбонаддувочный агрегат состоящий из газовой турбины и центробежного или осевого компрессора.
Компрессор устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. К. впервые стали применяться в середине 19 в. в России строятся с начала 20 в.
Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером теория осевых компрессоров и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского С. А. Чаплыгина и других учёных.
Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Во время работы центробежного компрессора частицам газа находящимся между лопатками рабочего колеса сообщается вращательное движение благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную.
Регулирование работы центробежного компрессора осуществляется различными способами в том числе изменением частоты вращения ротора дросселированием газа на стороне всасывания и др.
Осевой компрессор имеет ротор состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. На внутренней стенке корпуса располагаются ряды направляющих лопаток. Всасывание газа происходит через канал а нагнетание через канал. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие заставляя их сжиматься а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых компрессоров между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа
Зависимость давления потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же как и центробежных.
Техническое совершенство осевых центробежных компрессоров оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам показывающим в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.
Газовая турбина тепловой двигатель непрерывного действия в лопаточном аппарате которого энергия сжатого я нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Нагревание сжатого газа может осуществляться в камере сгорания. Первые газовые турбины появились в конце 19 в. как часть газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению были близки к паровой турбине. Газовые турбины представляет собой ряд последовательно расположенных неподвижных лопаточных венцов соплового аппарата и вращающихся венцов рабочего колеса образующих её проточную часть. Сопловой аппарат в сочетании с рабочим колесом составляет ступень турбины. Ступень состоит из статора в который входят неподвижные детали (корпус сопловые лопатки бандажные кольца) и ротора представляющего собой совокупность вращающихся частей (рабочие лопатки диски вал).
Газовые турбины классифицируют по направлению газового потока количеству ступеней способу использования теплоперепада и способу подвода газа к рабочему колесу. По направлению газового потока различают газовые турбины осевые (наиболее распространены) и радиальные а также диагональные и тангенциальные. В осевых газовых турбинах поток в меридиональном сечении движется в основном вдоль оси турбины в радиальных турбинах — перпендикулярно оси. Радиальные турбины могут быть центростремительными и центробежными. В диагональной турбине газ течёт под некоторым углом к оси вращения турбины. Рабочее колесо тангенциальной турбины не имеет лопаток такие турбины применяются при очень малом расходе газа например в приборах газовые турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые. Число ступеней определяется назначением турбины её конструктивной схемой мощностью развиваемой одной ступенью а также срабатываемым перепадом давления. По способу использования располагаемого теплоперепада различают турбины со ступенями скорости в рабочем колесе которых происходит только поворот потока без изменения давления (активные турбины) и турбины со ступенями давления в которых давление уменьшается как в сопловых аппаратах так и на рабочих лопатках (реактивные турбины). Газ может подводиться к рабочему колесу по части окружности соплового аппарата (парциальные газовые турбины) или по полной его окружности.
Процесс преобразования энергии в многоступенчатой турбине состоит из ряда последовательных процессов в отдельных ступенях. Сжатый и подогретый газ с начальной скоростью поступает в межлопаточные каналы соплового аппарата где в процессе расширения происходит преобразование части располагаемого теплоперепада в кинетическую энергию вытекающей струи. Дальнейшее расширение газа и преобразование теплоперепада в полезную работу происходит в межлопаточных каналах рабочего колеса. Поток газа действуя на рабочие лопатки создаёт крутящий момент на валу турбины. При этом абсолютная скорость газа уменьшается. Чем меньше эта скорость тем большая часть располагаемой энергии газа преобразуется в механическую работу на валу турбины. Рабочие лопатки воспринимают усилия возникающие как вследствие изменения направления скорости газа обтекающего их (активное действие потока) так и в результате ускорения потока газа при его относительном движении в межлопаточных каналах (реактивное действие потока).
Совершенство газовые турбины характеризуется эффективным кпд представляющим собой отношение работы снимаемой с вала к располагаемой энергии газа перед турбиной. Эффективный кпд современных многоступенчатых турбин достигает 092— 094.
Дальнейшее развитие газовых турбин зависит от возможности повышения температуры газа перед турбиной что связано с созданием жаропрочных материалов и надёжных систем охлаждения лопаток совершенствования проточной части и др.
Выбор исходных данных для расчёта газотурбинного наддува
Мощность двигателя = 1250 кВт;
Частота вращения n = 1050 ;
Число цилиндров двигателя
Рабочий объём цилиндра Vs= 0.010640 ;
Коэффициент тактности z = 05;
Удельный расход топлива ge=0.192 ;
Коэффициент наполнения н = 0881;
Коэффициент продувки пр = 115;
Температура выхлопных газов двигателя Tт= 800 К;
Коэффициент избытка воздуха α=17
Расчёт центробежного компрессора
= 0192 - удельный расход топлива;
= 1250 кВт - мощность двигателя;
пр = 115 - коэффициент продувки;
α=17 - коэффициент избытка воздуха;
l0 = 14325 - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива.
Степень повышения давления в компрессоре:
МПа - давление наддува;
МПа - давление атмосферного воздуха;
МПа - потеря давления за компрессором при наличии воздухоохладителя;
МПа - потеря давления на всасывание в воздушном фильтре и глушителе;
Изоэнтропийная работа сжатия воздуха в компрессоре:
к = 14 - показатель изоэнтропы для воздуха;
Ср = 1005 - удельная теплоёмкость для воздуха;
Т0 = 298 К - температура атмосферного воздуха;
Окружная скорость на наружном диаметре рабочего колеса компрессора:
где - коэффициент напора.
Осевая скорость на входе в рабочее колесо:
где Ca = 025 - коэффициент расхода.
1 Параметры воздуха на входе в рабочее колесо
где - удельная теплоёмкость для воздуха.
где n1=136 - показатель политропы расширения во входном устройстве.
2. Размеры рабочего колеса
Площадь проходного сечения на входе:
Число лопаток колеса:
Частота вращения рабочего колеса компрессора:
Коэффициент мощности:
где - коэффициент трения диска.
3. Параметры воздуха на выходе из рабочего колеса
где n2 = 16 - показатель политропы сжатия;
Ширина рабочего колеса на выходе:
Абсолютная скорость на выходе из рабочего колеса:
Угол на выходе из рабочего колеса:
4. Размеры щелевого диффузора
Скорость на выходе из щелевого диффузора:
где - плотность потока на выходе и диффузора.
5. Параметры воздуха на выходе из щелевого диффузора
где - показатель политропы сжатия.
6. Размеры лопаточного диффузора
Число лопаток диффузора:
Площадь по горловинам диффузора на входе:
где - коэффициент изменения скорости и плотности в косом срезе.
Угол потока на входе:
Угол установки лопаток на входе:
Угол установки лопаток на выходе:
Угол потока на выходе:
Скорость на выходе из лопаточного диффузора:
где - плотность потока на выходе из диффузора.
7. Параметры воздуха на выходе из лопаточного диффузора
8. Параметры потока на выходе из лопаточного диффузора
Расчетная степень повышения давления в компрессоре:
Расчетная изоэнтропическая работа в компрессоре:
Потребляемая мощность компрессора:
Расчёт осевой турбины
Исходные данные для расчета турбины:
Коэффициент импульсности расхода:
Расчетный расход через турбину:
Внутренний КПД турбины (без поправки на импульсность):
Поправочный коэффициент на импульсность:
КПД турбокомпрессора:
где - механический КПД.
Изоэнтропийный перепад тепла в турбине:
Коэффициент импульсности перепада тепла в турбине:
1. Параметры газа за турбиной
Изоэнтропийный расчетный перепад температур в турбине:
Температура газа за турбиной:
где К - температура газа перед турбиной (из расчёта процесса в цилиндрах ПДВС).
Давление за турбиной:
Плотность газа за турбиной:
2 Параметры газа перед турбиной
Относительный изоэнтропийный перепад температур в турбине:
Расчетная степень понижения давления в турбине:
Расчетное давление на входе в турбину:
3. Выбор оптимальной окружной скорости
Угол выхода из сопла:
Условная изоэнтропийная скорость:
Степень реактивности:
Скорость истечения из сопел:
где - коэффициент скорости в соплах.
Относительная скорость на входе в рабочие лопатки (из треугольников скоростей):
Относительная скорость на выходе из рабочих лопаток:
Теплоперепад в соплах:
Относительный перепад температур в соплах:
Степень понижения давления в соплах:
Давление за соплами:
Температура за соплами:
Плотность за соплами:
Угол выхода из рабочих лопаток:
Окружная составляющая:
Отношение скоростей:
Оптимальная окружная скорость:
Определяем по кривой
4. Расчет сопел и рабочих лопаток
Средний диаметр турбины:
где - частота вращения турбины.
Высота рабочих лопаток:
Отношение высот рабочих лопаток и сопел (проверка):
5. Потери в турбине КПД и мощность
Потери в рабочих лопатках:
Абсолютная скорость за рабочими лопатками (из треугольника скоростей):
Потеря с выходной скоростью:
Потеря в радиальном зазоре:
где - радиальный зазор
Потеря на трение рабочего колеса о газ:
Внутренний КПД турбины:
Относительный эффективный КПД турбины:
Мощность компрессора (получена ранее):
кВт совпадение достаточное.
6 Треугольники скоростей при различных значениях
Мои решения при проектировании турбокомпрессора
При проектировании этого турбокомпрессора мною было изучено и рассмотрено несколько вариантов конструкции имеющих значительные принципиальные отличия друг от друга. Но в результате подробного детального рассмотрения каждого из них была выбрана данная конструкция как наиболее оптимальная по соотношению: простота конструкции простота эксплуатационного обслуживания легкость сборки наименьшие габариты и металлоемкость.
Турбокомпрессор выполнен с центробежным компрессором и осевой турбиной так как мощность двигателя превышает 800 кВт и при использовании осевой турбины были получены меньшие габариты чем при использовании центростремительной турбины.
Конструктивно турбокомпрессор состоит из корпуса состоящего из нескольких частей в котором размещены неподвижные элементы компрессора и турбины подшипники связанные одним валом.
Рабочее колесо компрессора отливается из сплава типа АЛ4 в гипсовые формы полученные по эластичным моделям. Рабочее колесо турбины изготавливается методом литья по выплавляемым моделям из жаропрочного никелевого сплава типа АНВ-300. Корпус изготавливается из жаропрочного чугуна.
Изначально я планировал использовать конструкцию с расположением подшипников перед компрессором и за турбиной. Однако по сравнению со схемой расположения: за компрессором и перед турбиной наряду с выигрышем в простоте обслуживания подшипников я получил серьезный проигрыш в габаритных размерах и усложнение подвода воздуха в осевом направлении к компрессору в итоге я решил использовать второй вариант как наиболее мне интересный. В корпусе установлены шариковые радиально-упорные подшипники. Для уменьшения протечки масла в зазорах между корпусом и валом используются масло сгонные резьбы возле турбины и возле компрессора. С целью разгрузить подшипники я решил сделать агрегат усилия компрессора и турбины в котором компенсируются друг другом в следствии того что действуют в противоположные стороны. В результате я получил достаточно интересную конструкцию но столкнулся с более жесткими требованиями к системе смазки подшипников и системе охлаждения так как получил достаточно компактный корпус и необходимость качественной смазки подшипников и отводом от них теплоты для того что бы они максимально долго не выходили из строя.
Для смазывания и охлаждения подшипников используется дизельное масло которое подается из накопительного бака подсоединенного к системе смазки двигателя. Такой вид смазки позволяет отводить большое количества тепла образующегося из-за трения шарика подшипника о наружное и внутреннее кольцо. Масло подается под давлением.
Для уменьшения нагревания корпуса ТК и подшипников установленных в нем от выхлопных газов и воздуха повышенного давления применяется жидкостное охлаждение.
Колесо компрессора и турбины надеты на шлицы в то время как сопловой аппарат жестко закреплен к корпусу четырьмя болтами. Выбор такого вида крепления продиктован условиями простоты сборки и разборки для данной конструкции.
Данная конструкция мне кажется достаточно продуманной. Однако я предполагаю что эту конструкцию можно усовершенствовать например несколько изменить систему смазки подшипников и систему охлаждения за счет чего получить меньшие габариты но это возможно сделать лишь при глубоком просчете этих систем.
Список используемой литературы
Агрегаты турбонаддува двигателей внутреннего сгорания: Методические указания: Сост.: А.М.Захаров И.В. Котляр. Горький 1986.
Общие требования к оформлению чертежей и пояснительных записок курсовых и дипломных проектов. НГТУ: Сост. Ю.Н. Ручкин. Н.Новгород 2001.
Турбонаддувочные агрегаты : Р.В. Русинов 1981.
Конспект лекций по агрегатам наддува: П.В. Семашко.

ref.doc

Комбинированный двигатель
Двигателем называется энергосиловая машина преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Двигатели в которых механическая работа создается в результате преобразования тепловой энергии называются тепловыми. Тепловая энергия получается при сжигании какого-либо топлива. Тепловой двигатель в котором часть химической энергии топлива сгорающего в рабочей полости преобразуется в механическую энергию называется поршневым двигателем внутреннего сгорания.
Поршневые дизели относятся к роду тепловых двигателей в которых химическая энергия топлива преобразуется в тепловую непосредственно внутри рабочего цилиндра. Поступающие в цилиндр воздух и впрыскиваемое топливо образуют горючую смесь которая самовоспламеняется благодаря высокой температуре в конце сжатия а также химической реакцией топлива с кислородом воздуха. В результате процесса сгорания образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой. Эффективность процесса сгорания характеризуется количеством теплоты выделенной в объёме рабочего цилиндра.
Преобразование полученной тепловой энергии в механическую происходит посредством передачи работы расширения продуктов сгорания на поршень поступательно-возвратное движение которого в свою очередь преобразуется через кривошипно-шатунный механизм во вращательное движение на коленчатом валу двигателя. Создаваемый на валу крутящий момент совершает полезную работу преодолевая сопротивление внешней нагрузки например гребного винта судна.
Газораспределительный механизм периодически открывает и закрывает выпускные и впускные органы что обеспечивает своевременную очистку цилиндра от газов и заполнение его свежим зарядом воздуха. Топливная система осуществляет своевременную подачу топлива в цилиндр.
Комплекс последовательных процессов периодически повторяющихся и обуславливающих работу двигателя называется рабочим циклом. В настоящее время коэффициент полезного действия у современных двигателей достигает значения в 50-52%.
В данной работе двигатель предназначен для привода гребного винта судна.
Однако значительно снижение габаритных показателей двигателей внутреннего сгорания оказалось возможным при использовании форсирования за счет турбонаддува. В настоящее время широкое распространение получил турбонаддувочный агрегат состоящий из газовой турбины и центробежного или осевого компрессора.
Компрессор устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. К. впервые стали применяться в середине 19 в. в России строятся с начала 20 в.
Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером теория осевых компрессоров и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского С. А. Чаплыгина и других учёных.
Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Во время работы центробежного компрессора частицам газа находящимся между лопатками рабочего колеса сообщается вращательное движение благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную.
Регулирование работы центробежного компрессора осуществляется различными способами в том числе изменением частоты вращения ротора дросселированием газа на стороне всасывания и др.
Осевой компрессор имеет ротор состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. На внутренней стенке корпуса располагаются ряды направляющих лопаток. Всасывание газа происходит через канал а нагнетание через канал. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие заставляя их сжиматься а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых компрессоров между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа
Зависимость давления потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же как и центробежных.
Техническое совершенство осевых центробежных компрессоров оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам показывающим в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.
Газовая турбина тепловой двигатель непрерывного действия в лопаточном аппарате которого энергия сжатого я нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Нагревание сжатого газа может осуществляться в камере сгорания. Первые газовые турбины появились в конце 19 в. как часть газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению были близки к паровой турбине. Газовые турбины представляет собой ряд последовательно расположенных неподвижных лопаточных венцов соплового аппарата и вращающихся венцов рабочего колеса образующих её проточную часть. Сопловой аппарат в сочетании с рабочим колесом составляет ступень турбины. Ступень состоит из статора в который входят неподвижные детали (корпус сопловые лопатки бандажные кольца) и ротора представляющего собой совокупность вращающихся частей (рабочие лопатки диски вал).
Газовые турбины классифицируют по направлению газового потока количеству ступеней способу использования теплоперепада и способу подвода газа к рабочему колесу. По направлению газового потока различают газовые турбины осевые (наиболее распространены) и радиальные а также диагональные и тангенциальные. В осевых газовых турбинах поток в меридиональном сечении движется в основном вдоль оси турбины в радиальных турбинах — перпендикулярно оси. Радиальные турбины могут быть центростремительными и центробежными. В диагональной турбине газ течёт под некоторым углом к оси вращения турбины. Рабочее колесо тангенциальной турбины не имеет лопаток такие турбины применяются при очень малом расходе газа например в приборах газовые турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые. Число ступеней определяется назначением турбины её конструктивной схемой мощностью развиваемой одной ступенью а также срабатываемым перепадом давления. По способу использования располагаемого теплоперепада различают турбины со ступенями скорости в рабочем колесе которых происходит только поворот потока без изменения давления (активные турбины) и турбины со ступенями давления в которых давление уменьшается как в сопловых аппаратах так и на рабочих лопатках (реактивные турбины). Газ может подводиться к рабочему колесу по части окружности соплового аппарата (парциальные газовые турбины) или по полной его окружности.
Процесс преобразования энергии в многоступенчатой турбине состоит из ряда последовательных процессов в отдельных ступенях. Сжатый и подогретый газ с начальной скоростью поступает в межлопаточные каналы соплового аппарата где в процессе расширения происходит преобразование части располагаемого теплоперепада в кинетическую энергию вытекающей струи. Дальнейшее расширение газа и преобразование теплоперепада в полезную работу происходит в межлопаточных каналах рабочего колеса. Поток газа действуя на рабочие лопатки создаёт крутящий момент на валу турбины. При этом абсолютная скорость газа уменьшается. Чем меньше эта скорость тем большая часть располагаемой энергии газа преобразуется в механическую работу на валу турбины. Рабочие лопатки воспринимают усилия возникающие как вследствие изменения направления скорости газа обтекающего их (активное действие потока) так и в результате ускорения потока газа при его относительном движении в межлопаточных каналах (реактивное действие потока).
Совершенство газовые турбины характеризуется эффективным кпд представляющим собой отношение работы снимаемой с вала к располагаемой энергии газа перед турбиной. Эффективный кпд современных многоступенчатых турбин достигает 092— 094.
Дальнейшее развитие газовых турбин зависит от возможности повышения температуры газа перед турбиной что связано с созданием жаропрочных материалов и надёжных систем охлаждения лопаток совершенствования проточной части и др.
Наряду с положительными качествами ДВС же обладают рядом недостатков. Исходя из этих недостатков необходимо определить ряд перспективных направлений дальнейшего развития СДВС.
-Увеличение агрегатной мощности по сравнению с паровыми и газовыми турбинами.
- Борьба с большим уровнем шума.
- Уменьшение токсичности выхлопных газов.
- Решение проблемы возвратно-поступательного движение поршня ограничивающего частоту вращения и являющегося причиной появления неуравновешенных сил инерции и моментов от них.
- Увеличение эффективной мощности за счет улучшения процесса смесеобразования и подачи топлива максимально близко к ВМТ.
- Создание двигателя работающего на любом виде топлива.
- Перспективным направлением развития поршневых двигателей внутреннего сгорания является более полное использование энергии выпускных газов в турбине обеспечивающей мощность компрессора нужную для достижения заданного давления наддува. Избыточная мощность в этом случае передается на коленчатый вал дизеля. Реализация такой схемы наиболее возможна для четырехтактных двигателей.
- Создание СДВС обеспечивающих большой жизненный цикл.
Теперь необходимо сказать пару слов о технологическом процессе.
Технологический процесс составляет основу любого производственного процесса является важнейшей его частью связанной с переработкой сырья и превращением его в готовую продукцию. Технологический процесс включает в себя ряд стадий ("стадия" — по-гречески "ступень"). Итоговая скорость процесса зависит от скорости каждой стадии. В свою очередь стадии расчленяются на операции. Операция — это законченная часть технологического процесса выполняемая на одном рабочем месте и характеризуемая постоянством предмета труда орудий труда и характером воздействия на предмет труда. Практически любой конкретный технологический процесс можно рассматривать как часть более сложного процесса и совокупность менее сложных технологических процессов. В соответствии с этим технологическая операция может служить элементарным технологическим процессом. Элементарный технологический процесс - это простейший процесс дальнейшее упрощение которого приводит к потере характерных признаков технологического процесса. Поэтому наиболее наглядную структуру технологического процесса можно представить на примере простой операции обладающей одним рабочим ходом и комплексом вспомогательных ходов и переходов обеспечивающих ее протекание.
Развитие технологических процессов а также их важнейшие технико – экономические показатели и построение технических систем происходит в соответствии с определенными закономерностями невзирая на скудность информационного поля вызванного недостаточной степенью изученности данной проблематики.
Операцией называется элементарный процесс который соответствует одному рабочему действию. Структура ТР зависит в первую очередь от технологии которая может совершенствоваться во времени в соответствии с прогрессом знаний и состоит из отдельных операций в определенной последовательности.
Из этого можно сделать вывод. Проектирование технологического процесса является важнейшим этапом производства продукции который влияет на весь жизненный цикл товара и способен стать определяющим при принятии решения о производстве того или иного продукта.

dvigki.doc

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОРШНЯ 620 ММ ОППОЗИТНОГО КОМПРЕССОРА 4М10-10083
Применяемый материал.3
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ15
Наиболее широкое применение имеют поршни тронковые дисковые и дифференциальные.
В поршневых бескрейцкопфных компрессорах применяют тронковые поршни которые непосредственно соединяются с шатунами с помощью поршневых пальцев. Поршни этой конструкции применяются в холодильных воздушных и газовых компреccopax. Тронковые поршни воспринимают дополнительные боковые усилия действующие вдоль оси шатунов поэтому предъявляются особые требования к шероховатости наружной поверхности поршней и точности их изготовления.
Все тронковые поршни имеют сквозное отверстие под поршневой палец проходящее через весь его диаметр.
Дисковые поршни широко применяются в горизонтальных и вертикальных компрессорах крейцкопфного типа. Дисковые поршни вертикальных машин работают в более благоприятных условиях чем горизонтальных. Это объясняется тем что в горизонтальных машинах дисковые поршни испытывают дополнительные усилия от трения о стенки цилиндров под воздействием своего веса. Это вызывает быстрый износ сопрягаемых поверхностей и создает опасность для целостности внутренних поверхностей цилиндров из-за задиров возникающих при трении. Поэтому верхняя часть дисковых поршней крупных горизонтальных машин имеет конус что значительно уменьшает поверхность сопрягаемую с цилиндром а в нижней части -наружную поверхность залитую баббитом.
Дифференциальные поршни применяются в многоступенчатых компрессорах высокого давления и малой производительности. Конструкция дифференциальных поршней допускает их самоустановку по оси цилиндра благодаря соединению с плавающим шарниром имеющим шаровую форму.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОРШНЯ 620 ММ ОППОЗИТНОГО КОМПРЕССОРА 4М10-1008
Поршень оппозитного компрессора 4М10-1008 показан на рис. 1.
Применяемый материал.
Заготовка сварная (рис. 2) состоит из отдельных частей. Перед механической обработкой заготовка подвергается гидравлическим испытаниям и отжигается.
Сварные заготовки широко распространены в машиностроении что объясняется значительными преимуществами сварки по сравнению с другими способами соединения заготовок. Экономия материалов снижение стоимости продукции высокая производительность оборудования и качество продукции – далеко не все преимущества которые обеспечивает использование сварки в машиностроительном производстве. Использование сварных заготовок позволяет упростить конструкцию исходных заготовок уменьшить толщину стенок и массу заготовок использовать разные профили сортового и специального проката.
Технологичность сварных заготовок обеспечивается рациональным выбором материалов их составных частей способов их получения конструкцией сварных элементов и режимом сварки.
Технологическая схема обработки дана на рис. 2-10
Токарно-карусельная (рис. 3 а-б).
Предварительная обработка. Заготовка закрепляется в кулачках планшайбы токарно-карусельного станка. Обработка производится с двух установок. Вначале растачивают отверстие 80H11 и подрезают прилегающую торцовую поверхность оправкой закрепленной в суппорте траверсы станка затем заготовку переустанавливают и растачивают отверстие мм подрезают торец в размере 326-05 мм точат по наружной поверхности 618h11 и прорезают канавки b = 8 мм боковым суппортом. В связи с тем что заготовка поршня тонкостенная необходимо перед точением производить точную установку и выверку по боковым наклонным поверхностям допуская биение не свыше 01 мм.
Расточка отверстия 80 подрезка прилегающей торцовой поверхности 60 подрезка торца в размере 326 мм обточка по наружной поверхности 618 прорезка канавки b = 8 мм боковым суппортом.
Растачивание отверстия 80H11
Растачивание черновое.
Наиболее вероятные значения величин:
Теоретическая формула машинного времени:
Наиболее вероятное машинное время:
Подрезание торца черновое.
Растачивание отверстия
Обтачивание по наружной поверхности 618h11
Обтачивание черновое.
Прорезание канавки b = 8 мм
Оборудование: токарно-карусельный станок
Токарно-карусельная (рис. 4). Обработка наклонных поверхностей поршня. Заготовка устанавливается в кулачки планшайбы станка с точной выверкой так как допускается отклонение по толщине не свыше 01 мм. Вертикальный суппорт ставят на требуемый угол и производят обработку наклонных поверхностей с переустановкой заготовки.
Обработка наклонных поверхностей.
Разметочная. Заготовку устанавливают на разметочную плиту и размечают пазы расположенные с двух сторон отверстий.
Разметка пазов расположенных с двух сторон отверстий.
Оборудование: разметочная плита
Фрезерная (рис. 5). Фрезерование пазов. Заготовка закрепляется в призме приспособления установленного на поворотный стол горизонтально-расточного станка; призма фиксирует положение заготовки параллельно оси шпинделя станка. За две установки фрезеруют пазы расположенные на поверхности центрального отверстия.
Фрезерование пазов расположенных на поверхности центрального отверстия
Фрезерование черновое.
Оборудование: фрезерный станок горизонтально-расточной станок призма.
Фрезерная (рис. 6). Фрезерование пазов под заливку баббитом. Заготовку закрепляют в приспособление на поворотном столе горизонтально-расточного станка. Торцовой фрезой производят обработку паза по радиусу а затем устанавливают в шпиндель станка угловую фрезу для образования угловой поверхности вдоль всего паза. К выполнению данной операции предъявляются особые требования в связи с заливкой их баббитом. Обработку пазов ведут без охлаждения так как попадание керосина бензина масла и других жидкостей на поверхность заливаемую баббитом не допускается. Время пролеживания между операцией фрезерной и заливочной должно быть не более суток. Поршни хранят до заливки баббитом в сухом месте.
Фрезерование пазов под заливку баббитом
Фрезерование чистовое.
Оборудование: фрезерный станок горизонтально-расточной станок.
Заливочная. Заливка пазов баббитом. Деталь закрепляют в специальном приспособлении и заливают пазы баббитом.
Заливка пазов баббитом .
Заготовку закрепляют на оправке которая концами укладывается на опоры. Медленно и равномерно поворачивая поршень с оправкой газовыми горелками расположенными под поршнем нагревают его до 150 °С. После этого пазы обезжиривают щелочным раствором протравливают серной кислотой и покрывают флюсом. Затем поршень нагревают до температуры 280—300 °С при которой припой плавится от соприкосновения с поршнем Расплавленный припой растирают по поверхности пазов щеткой.
После этого заливают пазы баббитом. Оправка с закрепленным на ней поршнем быстро устанавливается на опорах в таком положении чтобы пазы были наверху. На поршне закрепляют приспособления для заливки (рис. 6) и через литниковые отверстия в их кожухах 3 заливают расплавленный баббит.
Приспособления закрепляют на поршне гайками 4. Для правильной ориентации приспособлений по окружности поршня на них имеются риски которые при установке приспособлений на поршне совмещаются с разметочными рисками. Положение приспособлений вдоль оси поршня определяет шаблон 2 зуб которого входит в среднюю канавку под поршневое кольцо. Утечки баббита через неплотности предотвращаются асбестовым шнуром 1 уложенным в канавке идущей вдоль всего периметра заливаемого паза.
Завершают обработку поршня обтачиванием наружной поверхности баббитовых поясков. Операцию выполняют на токарном станке с базированием по центральному отверстию на оправке.
Токарно-карусельная (рис. 7). Окончательная обработка поршня. Поршень устанавливают в кулачки планшайбы токарно-карусельного станка и производят выверку по торцу и обработанному отверстию с точностью до 01 мм. Окончательно подрезают торцы растачивают отверстие а пояски заливаемые баббитом—с припуском 01 мм под шабрение. Затем деталь переустанавливают и подрезают торец с другой стороны.
Окончательная обработка поршня подрезают торцы растачивают отверстие пояски заливаемые баббитом.
Обтачивание чистовое.
Растачивание чистовое.
Оборудование: токарно-карусельный станок.
Подрезание торца чистовое.
Гидроиспытание. На специальном стенде испытывают полость поршня на прочность давлением 48 Па. После испытания поршень продувают сжатым воздухом и просушивают в печи при 100 °С. После испытания устанавливают в отверстия контрольные пробки.
Испытание полости поршня на прочность давлением
Оборудование: специальном стенд печь.
Слесарная. Производят зачистку сварных швов заподлицо с телом поршня. Затем взвешивают его. Допускаемое отклонение от расчетной массы не должно превышать 2—3%. Массу поршня клеймят на торце со стороны его посадки. Технология литых поршней аналогична сварным.
Зачистка сварных швов взвешивание.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Технология компрессоростроения И. Н. Свечков А. М. Ярославский. - М. : Машиностроение 1978. - 200 с. : ил. ; 21 см. - Библиогр.: с. 197.
Технология компрессоростроения Ястребова Н. А. Кондаков А. И. Лубенец В. Д. Виноградов А. Н. Москва "Машиностроение" 1987 г. 336 стр.
Краткий справочник технолога-машиностроителя А.Н. Балабанов : Издательство стандартов 1992. с. 464
Справочник конструктора-машиностроителя Анурьев В.И. Издание 5-е переработанное. М. Машиностроение 1980г.
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Тепловых двигателей и энергетических установок»
« Технология двигателестроения»
«Механическая обработка поршня 4М10-1008»
Нижний Новгород 2010г

turb2.doc

Рис. 2 Зависимость окружного к.п.д. от характеристики uCад

list_2.cdw

График зависимости Т
Графическая часть работы
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)
Развернутая индикаторная диаграмма

shema_komb_dv.frw

list_1.cdw

КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)
Свернутая индикаторная диаграмма
Внешняя скоростная характеристика
Развернутое уравнение мощности

list_4.cdw

list_5.cdw

КР-НГТУ-140500-(07-ДВС)-КТ
Неуказанные радиусы 6 мм min
Неуказанные предельные отклонения H14

list_3.cdw

spec.spw

КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-КТ
Пояснительная записка
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-01
Колесо рабочее турбины
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-02
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-03
Колесо рабочее компрессора
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-04
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-05
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-06
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-07
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-08
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-09
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-10
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-11
Аппарат направляющий
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-12
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-13
Шайба пружинная 24 ГОСТ 6402-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-14
Штуцер прямой 12 ГОСТ 16045-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-15
Штуцер прямой 25 ГОСТ 16044-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-16
Штуцер прямой 18 ГОСТ 16044-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-17
Подшипник 36210 ГОСТ 831-75
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-18
Болт М8 х 30 ГОСТ 15589-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-19
Болт М6 х 25 ГОСТ 7805-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-20
Болт М6 х 20 ГОСТ 15589-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-21
Болт М6 х 30 ГОСТ 7805-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-22
Винт М8 х 25 ГОСТ 17475-80
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-23
Винт М6 х 25 ГОСТ 17475-80
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-24
Гайка М24 ГОСТ 2526-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-25
Штифт 4 х 10 ГОСТ 3128-70
КП-НГТУ-140500-(07-ДВС)-26
Шайба стопорная 24 ГОСТ 13466-77

RPDVS.doc

Задание на курсовую работу4
Назначение двигателя6
Классификация двигателя7
Схема комбинированного двигателя11
Маркировка двигателя12
Выбор топлива для двигателя13
Выбор камеры сгорания и способа смесеобразования14
Выбор фаз газораспределения15
Выбор форсунки и вращательного числа свежего заряда в цилиндре двигателя16
Классификация степени автоматизации17
Основные направления развития судовых дизелей19
Расчёт рабочих процессов двигателя20
Процесс смесеобразования и сгорания21
Процесс расширения21
Анализ развёрнутого уравнения эффективной мощности23
Выбор основных параметров для расчёта рабочего цикла по развёрнутой формуле эффективной мощности24
Расчет процесса наполнения26
Расчет процесса сжатия27
Расчет процесса смесеобразования и сгораниия27
Расчет процесса расширения и процесса выпуска28
Расчёт показателей рабочего цикла двигателя29
Расчет индикаторных показателей29
Расчет механических потерь в двигателе30
Расчет эффективных показателей двигателя30
Расчет термодинамических показателей двигателя30
Определение основных размеров цилиндра30
Вывод по расчёту рабочего цикла32
Исследовательская часть работы33
Вывод по исследовательской части35
Расчет внешней скоростной характеристики36
Расчетные формулы для нахождения параметров внешней скоростной характеристики37
Параметры внешней скоростной характеристики38
Построение свернутой и развернутой индикаторной диаграммы40
Поршневые дизели относятся к роду тепловых двигателей в которых химическая энергия топлива преобразуется в тепловую непосредственно внутри рабочего цилиндра. Поступающие в цилиндр воздух и впрыскиваемое топливо образуют горючую смесь которая самовоспламеняется благодаря высокой температуре в конце сжатия а также химической реакцией топлива с кислородом воздуха. В результате процесса сгорания образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой. Эффективность процесса сгорания характеризуется количеством теплоты выделенной в объёме рабочего цилиндра.
Преобразование полученной тепловой энергии в механическую происходит посредством передачи работы расширения продуктов сгорания на поршень поступательно-возвратное движение которого в свою очередь преобразуется через кривошипно-шатунный механизм во вращательное движение на коленчатом валу двигателя. Создаваемый на валу крутящий момент совершает полезную работу преодолевая сопротивление внешней нагрузки например гребного винта судна.
Газораспределительный механизм периодически открывает и закрывает выпускные и впускные органы что обеспечивает своевременную очистку цилиндра от газов и заполнение его свежим зарядом воздуха. Топливная система осуществляет своевременную подачу топлива в цилиндр.
Комплекс последовательных процессов периодически повторяющихся и обуславливающих работу двигателя называется рабочим циклом. В настоящее время коэффициент полезного действия у современных двигателей достигает значения в 50-52%.
Задание на курсовую работу
Произвести тепловой расчёт двигателя внутреннего сгорания определить его индикаторные эффективные термические механические показатели и геометрические размеры цилиндра. А так же на основе полученных данных построить индикаторную диаграмму.
Двигатель марки 8ЧНСП 3А 2228-2.
Исходные данные двигателя:
-номинальная мощность Ne = 1250 кВт;
-номинальная частота вращения n = 1050 мин-1;
-удельный расход топлива qе = 192 г кВт ч.
Для расчёта двигателя необходимо принять дополнительные данные. Все рекомендации по выбору предварительно оцениваемых параметров для расчёта рабочего процесса относятся к судовым дизелям работающим на жидком углеводородном топливе.
Абсолютное атмосферное давление равновесного рабочего тела Ро при нормальных условиях для поршневых двигателей внутреннего сгорания соответствует 100000 Па (0.1 МПа) ГОСТ 10150-88.
Абсолютная температура равновесного рабочего тела То при нормальных условиях для поршневых двигателей внутреннего сгорания равна 298 К. ГОСТ 10150-88.
Коэффициент избытка воздуха (α) равен отношению действительного количества воздуха обеспечивающее полное сгорание 1 кг топлива к теоретически необходимому количеству воздуха для полного сгорания 1 кг топлива. Принимаем α =1.7 руководствуясь тем что при данном значении коэффициента избытка воздуха меньшему количеству воздуха не участвующему в процессе горения передаётся теплота сгорания. Но необходимо считаться с тем что при малых коэффициентах избытка воздуха возрастает тепловая напряженность цилиндра.
Коэффициент продувки (φa). Для четырёхтактных ДВС с наддувом коэффициент продувки лежит в пределах (105.. 12). Большие значения коэффициента продувки принимаются при контурной продувке меньшие значения при промежуточной. Для нашего двигателя принимаем φa =115.
Коэффициент остаточных газов (γr) равен отношению количества молей остаточных газов к количеству молей свежего заряда. Для четырёхтактных среднеоборотных двигателей с наддувом коэффициент остаточных газов находиться в пределах (001..004) принимаем γr = 004.
В большинстве четырёхтактных двигателей с наддувом применяется газотурбинный наддув. Прототип нашего двигателя также выполнен с газотурбинным наддувом поэтому выберем его. В нагнетателе применим центробежный компрессор в силу его компактности простоты и более высокого КПД по сравнению с осевым. Для центробежного компрессора показатель политропы (m) изменяется в пределах (13..14). Принимаем m=14.
Потери в ХНВ (Pохл) находятся в пределах (0001..0005)МПа . Большие значения потерь для высокооборотных двигателей. Так как наш двигатель высокооборотный то подогрев заряда о стенки цилиндра (Ta) находится в пределах (5..10)К для двигателей с наддувом. Принимаем Ta = 10 К.
Температура остаточных газов (Tr) изменяется в пределах (600..900)К.
Степень повышения давления (λ) лежит в пределах (14..16)
Коэффициент использования теплоты (z)- Сгорание топлива сопровождается неизбежными потерями теплоты на диссоциацию продуктов сгорания неполноту сгорания и на охлаждаемость стенок цилиндра. Данный коэффициент учитывает все потери при сгорании. Коэффициент использования теплоты изменяется в пределах (07..095) для высокооборотных дизелей. Принимаем z =085.
Коэффициент полноты индикаторной диаграммы (φ) равен отношению площади действительной индикаторной диаграммы к площади теоретической индикаторной диаграммы. По источнику коэффициент полноты индикаторной диаграммы лежит в пределах (095..097). Допустим что площадь действительной индикаторной диаграммы достаточно приближена к площади теоретической индикаторной диаграммы тогда примем φ = 096.
Назначение двигателя
Двигателем называется энергосиловая машина преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Двигатели в которых механическая работа создается в результате преобразования тепловой энергии называются тепловыми. Тепловая энергия получается при сжигании какого-либо топлива. Тепловой двигатель в котором часть химической энергии топлива сгорающего в рабочей полости преобразуется в механическую энергию называется поршневым двигателем внутреннего сгорания.
В данной работе двигатель предназначен для привода гребного винта судна.
Классификация двигателя
Двигатели устанавливаемые на судах различного типа можно подразделять по следующим основным характерным признакам:
- способу осуществления рабочего цикла:
Четырёхтактные (Ч) у которых рабочий цикл совершается за четыре последовательных хода поршня и два оборота коленчатого вала;
Двухтактные (Д) у которых рабочий цикл совершается за два последовательных хода поршня и один оборот коленчатого вала;
Простого действия (Ч и Д) у которых рабочий цикл осуществляется только в верхней полости цилиндра (имеют преимущественное распространение на судах);
Двойного действия (ДД) у которых рабочий цикл осуществляется в двух полостях цилиндра верхней (над поршнем) и нижней (под поршнем) такие судовые дизели в настоящее время вытеснены более простыми и совершенными: двухтактными крейцкопфными простого действия с газотурбинным наддувом;
С противоположно движущимися поршнями (ПДП) являющимися по существу двумя двухтактными дизелями простого действия с общей камерой сгорания;
-по числу цилиндров: одноцилиндровые двухцилиндровые и многоцилиндровые ;
-по расположению цилиндров: однорядные с вертикальным расположением цилиндров в одной плоскости; двухрядные с параллельным расположением рядов (сдвоенные) или с расположением рядов цилиндров под углом (V-образные); многорядные с расположением цилиндров под разными углами (Х- W- и А-образные);
-по способу охлаждения: на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением;
-по степени сжатия: в зависимости от степени сжатия
различают двигатели высокого (=12 18) и низкого (=4 9) сжатия;
-роду применяемого топлива:
Лёгкое жидкое топливо (бензин лигроин керосин бензол и др.) которое вводится в цилиндр в парообразном состоянии в смеси с воздухом;
Тяжёлое жидкое топливо (дизельное моторное соляровое масло газойль мазут и др.) впрыскиваемое в цилиндр под давлением;
Газообразное топливо (газы - естественный генераторный сжиженный и др.) газ и воздух вводят раздельно или в смеси зажигание производят электрической искрой;
Газожидкостные: основное топливо – газ запальное топливо (около 10-15 %) – жидкое;
Многотопливные приспособленные для работы на широком ассортименте жидких топлив – от лёгких до тяжёлых;
-способу наполнения рабочего цилиндра:
Без наддува у которых наполнение воздухом или рабочей смесью обеспечивается перемещением поршня из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ) или за счёт продувочного воздуха;
С наддувом у которых воздух или рабочая смесь подаётся в цилиндр под повышенным давлением наддува из особого надувочного агрегата (наддувом принято считать принудительную подачу воздуха под давлением в цилиндр);
-способу смесеобразования:
С внутренним смесеобразованием у которых рабочая смесь образуется внутри цилиндра в результате распыливания топлива (все дизели а также двигатели работающие на лёгком топливе с непосредственным впрыском в цилиндр) основными способами внутреннего смесеобразования дизелей является объёмное объёмно-плёночное и плёночное последнее находит применение у маломощных дизелей с диаметром цилиндра до 150 мм;
С внешним смесеобразованием у которых горючая смесь состоящая из паров лёгкого жидкого топлива с воздухом (или газа с воздухом) образуется вне рабочего цилиндра (двигатели карбюраторные а также газообразного топлива с искровым зажиганием)
Смесеобразованием принято считать процесс организованного смешения распыленного топлива с воздухом с целью подготовки рабочей смеси для зажигания. Под рабочей смесью подразумевают смесь состоящюю из свежего заряда воздуха распыленного топлива и газов оставшихся в цилиндре в конце рабочего цикла;
-конфигурации камер сгорания (КС):
С неразделёнными однополосными КС (в основном дизели средней и большой мощности);
С полуразделёнными КС (дизеля с КС в поршне);
С разделёнными двумя или более полостями КС (предкамерные
вихрекамерные воздушнокамерные);
-способу воспламенения топлива:
С самовоспламенением впрыскиваемого в КС топлива благодаря высокой температуре достигаемой в конце процесса сжатия; С принудительным зажиганием горючая смесь воспламеняется от постоянного источника – электрической искры (карбюраторные и газовые ДВС); С комбинированным воспламенением у газовых дизелей в которых основная горючая газовая смесь поджигается за счёт самовоспламенения небольшого количества (10-15 %) жидкого распылённого запального топлива впрыскиваемого в цилиндр;
- по конструктивному выполнению (КШМ):
Тронковые у которых направляющей является тронковая часть поршня; Крейцкопфные у которых направляющей поршня служит ползун перемещающийся на параллелях;
-расположению рабочих цилиндров:
вертикальные (большая часть дизелей) горизонтальные однорядные V-образные двухрядные многорядные звёздообразные с противоположно движущимися поршнями и другие;
-возможности изменения направления вращения коленчатого вала:
Нереверсивные имеющие одно постоянное направление вращения (в основном вспомогательные судовые дизели);
Реверсивные у которых изменение направления вращения осуществляется особым реверсивным механизмом изменяющим фазы газораспределения (главные судовые дизели);
-частоте вращения коленчатого вала:
Малооборотные n240 обмин.;
Среднеоборотные 240n750 обмин.;
Повышенной оборотности 750n1500 обмин.;
Высокооборотные n>1500 обмин.;
-средней скорости поршня:
Тихоходные 45-7 мс.;
Средней быстроходности 7-10 мс.;
Быстроходные 10-15 мс.;
Главные реверсивные с непосредственной передачей мощности на винт или при посредстве какой-либо передачи;
Главные нереверсивные имеющие какие-либо реверсивные устройства или работающие на электрогенераторы;
Вспомогательные судовые нереверсивные приводящие в действие вспомогательные механизмы машинной установки (дизель-компрессоры);
Схема комбинированного двигателя
-выпускной сдвоенный трубопровод;
-охладитель рабочего тела;
-впускной трубопровод;
Маркировка двигателя
Марки дают представление об основных размерах и конструктивных особенностях судовых дизелей. Стандартную маркировку отечественных дизелей производят по ГОСТ 4393 — 82. Цифра в марке перед буквами обозначает число цилиндров буквы — характеристику двигателя дробь после буквы — диаметр цилиндра (числитель) и ход поршня (знаменатель) в сантиметрах. После дроби стоит цифра указывающая номер модификации данного типа (1 2 и т. д.) двигателя.
Буквы в марке двигателя обозначают: Ч — четырехтактный Д — двухтактный Г — главный Р — реверсивный С — судовой с реверсивной муфтой П — с редукторной передачей
К — крейцкопфный (при отсутствии буквы К — тронковый) Н — с наддувом (при отсутствии буквы Н — без наддува).
- количество цилиндров двигателя;
С – с реверсивной муфтой;
П – с редукторной передачей;
А – степень автоматизации по ГОСТ 14228-80;
– диаметр цилиндра в сантиметрах;
– ход поршня в сантиметрах;
Выбор топлива для двигателя
Для двигателя- 8ЧНСП3А2228-2 используемого на судне будем применять дизельное топливо с цетановым числом ЦЧ=45 содержанием:
с низшей теплотой сгорания Qн = 42648 кДжкг;
Выбор камеры сгорания и способа смесеобразования
В связи с тем что при сгорании необходимо обеспечить тонкость распыливания топлива и распределить его мелкие капели равномерно по пространству камеры сгорания выбираем неразделенную камеру сгорания с объёмным способом смесеобразования.
Конструктивная схема неразделенной камеры сгорания.
Углубление в поршне воспроизводит форму факелов распыливания что повышает равномерность распределения частиц топлива.
Выбираем объёмный способом смесеобразования.
Выбор фаз газораспределения
Для осуществления действительного цикла необходимо удалить из цилиндра
продукты сгорания образовавшиеся в предыдущем цикле и наполнить его
воздухом для обеспечения сгорания топлива в очередном цикле. Чем больше поступит в цилиндр воздуха тем большее количество топлива сможет сгореть в нем и тем большую мощность может развить дизель при равных прочих условиях. Процессы происходящие в цилиндре во время очистки его от продуктов сгорания и наполнения воздухом называют процессами газообмена а весь период в течение которого протекают эти процессы - периодом газообмена.
Фазы газообмена. Период газообмена условно подразделяют на отдельные фазы продолжительность которых измеряют в градусах поворота кривошипа. У четырехтактного дизеля период газообмена превышает один оборот коленчатого вала. Этот период состоит из следующих фаз газообмена: свободного выпуска выпуска наполнения и дозарядки. В период перекрытия клапанов когда одновременно открыты впускной и выпускной клапаны на фазы выпуска и наполнения накладывается фаза продувки.
Для обеспечения более совершенной очистки цилиндра от продуктов сгорания охлаждения стенок поршня крышки и выпускных клапанов и максимальной дозарядки выбираем следующие фазы газораспределения:
-выпуск: откр. за 50° до НМТ;
закр. через 20° после ВМТ;
-впуск: откр. за 25° до ВМТ;
закр. через 60° после НМТ;
Выбор форсунки и вращательного числа свежего заряда в цилиндре двигателя
Форсунку выбираем многодырчатую ( 10 отверстий). Диаметр сопловых отверстий оказывает наибольшее влияние на тонкость распыливания и выбираем диаметр = 0038 миллиметра.
Выбор вращательного числа свежего заряда в цилиндре двигателя (вокруг и вдоль продольной оси цилиндра).
Выбираем вращательное число = 10 – интенсивность течения воздуха в камере сгорания.
Классификация степени автоматизации
Существуют четыре степени автоматизации: А1 А2А4
Двигатель 8ЧНСП 3А 2228-1 выполнен по третьей степени.
Первая степень (А1): должен выполнятся следующий минимум операций:
автоматическое регулирование частоты вращения вала дизеля напряжения и температуры в системах охлаждения и (или) смазки;
местное и (или) дистанционное управление пуском остановом предпусковыми и послеостановочными операциями а также частотой вращения (нагружением) реверсированием;
автоматическая подзарядка АКБ обеспечивающих пуск и (или) питание средств автоматизации (при электростартерном пуске);
автоматическая аварийно-предупредительная сигнализация и защита;
индикация значений контролируемых параметров на местном (дизельном) щитке и (или) дистанционном пульте.
Вторая степень(А2): дополнительно к 1-ой степени должны выполняться:
дистанционное автоматизированное и (или) автоматическое управление пуском остановом предпусковыми и послеостановочными операциями частотой вращения (нагружением) и реверсированием при его наличии;
автоматический прием нагрузки при автономной работе или выдача сигнала о готовности к приему нагрузки;
автоматизация совместной работы двигателей в том числе автоматический прием нагрузки в ходе синхронизации при параллельной работе ДГ между собой или с внешней сетью;
автоматическое поддержание двигателя в готовности к быстрому приему нагрузки;
автоматическое регулирование вязкости тяжелого топлива и автоматизированное управление переходом с одного вида топлива на другой;
автоматизированный экстренный пуск и (или) останов;
исполнительная сигнализация.
Третья степень (А3): дополнительно ко 2-ой степени должны выполняться:
автоматическое пополнение расходных емкостей: топлива масла охлаждающей жидкости и сжатого воздуха;
автоматизированное и (или) автоматическое управление вспомогательными агрегатами и (или) отдельными операциями обслуживания двигателя.
Четвертая степень (А4): дополнительно к остальным степеням должны выполняться:
централизованное управление двигателем с помощью управляющих машин;
централизованный автоматический контроль;
автоматизированное и (или) автоматическое техническое диагностирование состояния двигателя в целом или его отдельных частей.
Основные направления развития судовых дизелей
Наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недостатков. Исходя из этих недостатков необходимо определить ряд перспективных направлений дальнейшего развития СДВС.
-Увеличение агрегатной мощности по сравнению с паровыми и газовыми турбинами.
- Борьба с большим уровнем шума.
- Уменьшение токсичности выхлопных газов.
- Решение проблемы возвратно-поступательного движение поршня ограничивающего частоту вращения и являющегося причиной появления неуравновешенных сил инерции и моментов от них.
- Увеличение эффективной мощности за счет улучшения процесса смесеобразования и подачи топлива максимально близко к ВМТ.
- Создание двигателя работающего на любом виде топлива.
- Перспективным направлением развития поршневых двигателей внутреннего сгорания является более полное использование энергии выпускных газов в турбине
обеспечивающей мощность компрессора нужную для достижения заданного давления наддува. Избыточная мощность в этом случае передается на коленчатый вал дизеля. Реализация такой схемы наиболее возможна для четырехтактных двигателей.
-Создание СДВС обеспечивающих большой жизненный цикл.
Расчёт рабочих процессов двигателя
Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из пяти процессов: впуск сжатие сгорание расширение и выпуск которые совершаются за четыре такта или за два оборота коленчатого вала.
Графическое представление о давлении газов при изменении объема в цилиндре двигателя в процессе осуществления каждого из четырех циклов дает индикаторная диаграмма. Она может быть построена по данным теплового расчета или снята при работе двигателя с помощью специального прибора - индикатора.
Впуск воздуха осуществляется после выпуска из цилиндров отработавших газов от предыдущего цикла. Впускной клапан открывается с некоторым опережением до ВМТ чтобы получить к моменту прихода поршня к ВМТ большее проходное сечение у клапана. Впуск воздуха осуществляется за два периода. В первый период смесь поступает при перемещении поршня от ВМТ к НМТ вследствие разряжения создающегося в цилиндре. Во второй период впуск смеси происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ в течение некоторого времени соответствующего 40 – 70 поворота коленчатого вала за счет разности давлений и скоростного напора смеси. Впуск воздуха заканчивается закрытием впускного клапана. Воздух поступивший в цилиндр смешивается с остаточными газами от предыдущего цикла. Давление воздуха в цилиндре в течение процесса впуска составляет 70 - 90 кПа и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура воздуха в конце процесса впуска повышается до 315 - 340 К вследствие соприкосновения его с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными газами имеющими температуру 600 - 900 К.
Сжатие воздуха находящегося в цилиндре двигателя происходит при закрытых клапанах и перемещении поршня в ВМТ. Процесс сжатия протекает при наличии теплообмена между рабочей смесью и стенками (цилиндра головки и днища поршня). В начале сжатия температура воздуха ниже температуры стенок поэтому теплота передается смеси от стенок. По мере дальнейшего сжатия температура смеси повышается и становится выше температуры стенок поэтому теплота от смеси передается стенкам. Таким образом процесс сжатия осуществляется по политропе средний показатель которой n=1.33 1.38. Процесс сжатия заканчивается в момент воспламенения рабочей смеси. Для воспламенения топлива необходимо чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо подаваемое топливным насосом. Давление воздуха в цилиндре в конце сжатия 3.5-10 МПа а температура 820 -980 К.
Процесс смесеобразования и сгорания
Сгорание топлива начинается с момента начала подачи топлива в цилиндр т.е. за 20 - 40 градусов до прихода поршня в ВМТ. В этот момент температура сжатого воздуха на 150 -200 С выше температуры самовоспламенения топливо поступившее в мелко-распыленном состоянии в цилиндр воспламеняется не мгновенно а с задержкой в течение некоторого времени (0.001 -0.003 с) называемого периодом задержки воспламенения. В этот период топливо прогревается перемешивается с воздухом и испаряется т.е. образуется рабочая смесь. Подготовленное топливо воспламеняется и сгорает. В конце сгорания давление газов достигает 5.5 - 11 МПа а температура 1800 - 2400 К.
Тепловое расширение газов находящихся в цилиндре двигателя происходит после окончания процесса сгорания при перемещении поршня к НМТ. Газы расширяясь совершают полезную работу. Процесс теплового расширения протекает при интенсивном теплообмене между газами и стенками (цилиндра головки и днища поршня). В начале расширения происходит догорание рабочей смеси вследствие чего образующиеся газы получают теплоту.
Газы в течение всего процесса теплового расширения отдают теплоту стенкам.
Температура газов в процессе расширения уменьшается следовательно изменяется перепад температуры между газами и стенками. Процесс теплового расширения заканчивающийся в момент открытия выпускного клапана. Процесс теплового расширения происходит по политропе средний показатель которой =1.23 1.31. Давление газов в цилиндре к конце расширения 0.25 -0.9 МПа а температура 900 - 1200 К.
Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускного клапана т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ и заканчивается в момент закрытия выпускного отверстия т.е. через 10-20 после прихода поршня в ВМТ. Весь процесс выпуска можно разбить на предварение выпуска и основной выпуск. Во время предварения выпускапримерно в 4 раза более короткого чем основной газы выходят из цилиндра с критическими скоростями.В этот период из цилиндра удаляется около 60% отработавших газов со скоростью 500 - 600 мс. Во второй период выпуск газов происходит при перемещении поршня от НМТ до точки закрытия выпускного клапана за счет выталкивающего действия поршня и инерции движущихся газов. Давление газов в цилиндре в процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа температура газов в конце процесса выпуска 700 - 900 К.
Анализ развёрнутого уравнения эффективной мощности
Рассчитаем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива и его низшую теплоту сгорания в соответствии с выбранным хим. составом топлива:
Рабочий объем цилиндра:
Часовой расход топлива:
Минутный расход топлива:
Цикловой расход топлива:
Выбор основных параметров для расчёта рабочего цикла по развёрнутой формуле эффективной мощности
Цилиндровая мощность.
Neцил =15625 кВт – задано;
n=1050 обмин – задано;
Коэффициент тактности.
Назначение двигателя.
Для привода гребного винта судна;
Атмосферное давление.
P0 =0.1 МПа - задано;
Температура атмосферного воздуха.
С=0.86 кгкг топлива;
Н=0.13 кгкг топлива;
О=0.01 кгкг топлива;
Принято: дизельное топливо среднего состава;
Коэффициент избытка воздуха при сгорании.
Коэффициент продувки.
Коэффициент остаточных газов.
γ r =0.04 – принято;
Принято: ГТН с центробежным компрессором.
Показатели политропы сжатия в компрессоре.
Давление при наполнении цилиндра.
Потеря давления в ХВН.
Pохл =0.003 МПа – принято;
Подогрев заряда в цилиндре.
Температура остаточных газов.
Степень повышения давления при сгорании.
Коэффициент использования тепла.
Коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
Давление перед турбиной.
Расчет процесса наполнения
Давление после нагнетателя.
Степень повышения давления в нагнетателе.
Температура после нагнетателя.
Понижение давления в ХВН.
Температура после ХВН.
Температура воздуха в результате подогрева от стенок цилиндра.
Температура в начале сжатия.
Давление в начале сжатия.
Коэффициент наполнения.
Коэффициент избытка продувочного воздуха.
Суммарный коэффициент избытка воздуха.
Расчет процесса сжатия
Средний показатель политропы сжатия.
Решаем уравнение графо-аналитическим методом или методом последовательных приближений:
Давление в конце сжатия.
Температура в конце сжатия.
Расчет процесса смесеобразования и сгораниия
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания.
Действительное количество воздуха для сгорания.
Химический коэффициент молекулярного изменения.
Действительный коэффициент молекулярного изменения.
Средняя мольная изохорная теплоёмкость заряда в точке С.
Уравнение средней мольной изобарной теплоемкости продуктов сгорания в точке Z.
Термодинамическое уравнение сгорания.
Приведенное квадратное уравнение:
Определение максимальной температуры цикла.
=1971.441 К- определяем из квадратного уравнения;
Максимальное давление цикла.
Расчет процесса расширения и процесса выпуска
Степень предварительного расширения.
Степень последующего расширения.
Средний показатель политропы расширения.
Решаем уравнение графо-аналитическим методом или методом последовательных приближений:
Давление в конце расширения.
Температура в конце расширения.
Расчёт показателей рабочего цикла двигателя
Расчет индикаторных показателей
Среднее индикаторное давление теоретического цикла.
Среднее индикаторное давление действительного цикла.
Удельный индикаторный расход топлива.
Расчет механических потерь в двигателе
Среднее давление механических потерь.
Мощность механических потерь.
Расчет эффективных показателей двигателя
Среднее эффективное давление (предварительное значение).
Удельный эффективный расход топлива.
Эффективная мощность двигателя.
Определение основных размеров цилиндра
Рабочий объём цилиндра (предварительное значение).
Отношение SD (предварительное значение).
Диаметр цилиндра (предварительное значение).
Диаметр цилиндра (принятый).
Ход поршня (предварительное значение).
Ход поршня (принятый).
Отношение SD (уточненное значение).
Средняя скорость поршня.
Объём цилиндра (уточнённое значение).
Среднее эффективное давление (уточнённое значение).
Па; =1250 кВт - мощность двигателя.
Прототип двигателя - (8ЧНСП 3А 2228-2).
Вывод по расчёту рабочего цикла
Результаты в ходе расчета термодинамического цикла двигателя полностью совпадают с исходными данными прототипа .
Исследовательская часть работы
Таблица полученных значений
Вывод по исследовательской части
Процесс сжатия характеризуется температурой в конце процесса сжатия и степенью сжатия. Температура в конце процесса сжатия зависит от температуры в начале процесса сжатия.
Расчет внешней скоростной характеристики
Расчет внешней скоростной характеристики двигателя представляет собой установление зависимости параметров определяющих внешнюю характеристику дизеля от частоты вращения коленчатого вала. На основании теплового расчета проведенного для режима номинальной мощности получены следующие параметры необходимые для расчета и построения внешней скоростной характеристики дизеля:
Эффективная мощность Ne=1250 кВт;
Номинальная частота вращения коленчатого вала nN=1050 мин
Ход поршня S=280 мм;
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
L0= 1433 кг.возд.кг.топл.;
Плотность заряда на впуске ρк=280 кгм3;
Коэффициент избытка воздуха αN=17
Удельный эффективный расход топлива geN= 192 г(кВт·ч);
Расчетные формулы для нахождения параметров внешней скоростной характеристики
Эффективная мощность в расчетных точках
Эффективный крутящий момент
Среднее эффективное давление
Удельный эффективный расход топлива для дизелей
Часовой расход топлива
Коэффициент избытка воздуха
Зависимость α от n линейна
Коэффициент наполнения
Параметры внешней скоростной характеристики
Анализ таблицы показывает что при экономичной работе двигателя ge=182509 имеем:
-мощность Ne=1142879 кВт;
-крутящий момент Mкр=1283963 Н;
-часовой расход топлива GT=208585 кгч;
-коэффициент избытка воздуха α=159;
-коэффициент наполнения H=055176;
-среднее эффективное давление Pe=1264 МПа;
-диоксид углерода CO2=584072 .
По расчетным данным приведенным в таблице строим внешнюю скоростную характеристику дизеля с наддувом.
Внешняя скоростная характеристика
Построение свернутой и развернутой индикаторной диаграммы
Теоретическая индикаторная диаграмма - это по существу соединение протекания цикла сначала свежего заряда а затем продуктов сгорания топлива. Построение индикаторной диаграммы ведется в прямоугольной системе координат Р-V при этом по оси ординат откладываются давления газов в МПа а по оси абсцисс - объём в м3. В расчёте рабочего процесса ДВС были определены следующие величины необходимые для построения индикаторной диаграммы:
Pa = 0.255 - давление впуска (конца наполнения и начала сжатия) [МПа];
Pc = 8118 - давление конца сжатия [МПа];
Pz = 12177 - давление (максимальное) сгорания топлива [МПа];
PB = 0825 - давление конца расширения [МПа];
Pr = 0223 - давление выпуска (давление перед газовой турбиной ) [МПа];
Vs = 10638 - рабочий объём цилиндра [cм3];
e = 13 - степень сжатия;
r = 1588 - степень предварительного расширения
d = 8186 - степень последующего расширения
n1 = 137 - средний показатель политропы сжатия;
n2 =128 - средний показатель политропы расширения;
P0 =01 - атмосферное давление [МПа].
Определяем значения объемов:
Предварительного расширения
Va = Vs + Vc = 115245 см3
С учётом выбранного масштаба давлений и объёмов по определённым значениям давлений: Ра Рz Рz РB Рr и объёмов Vа =VB Vс =Vz' и Vz наносятся на диаграмму точки а с z' z. b b. Построение политроп сжатия и расширения рекомендуется производить аналитическим методом согласно которому любая точка на линии сжатия и расширения определяются из Рх = Ра*(VаVх)n1 Рх = Рz(VхVz)n2 .
Определение точек политроп сжатия и расширения приведены в таблицах 2 и 3 соответственно.
Таблица 2. Определение точек политропы сжатия.
Таблица 3. Определение точек политропы расширения.
По расчетным данным строим свернутую и развернутую диаграммы.
Расчет рабочего процесса судового дизеля: Методические Указания по курсовому проектированию судовых ПДВС: Сост.: В.Л. Химич В.А. Звонцов и др. Н.Новгород 1991.
Общие требования к оформлению чертежей и пояснительных записок курсовых и дипломных проектов. НГТУ: Сост. Ю.Н. Ручкин. Н.Новгород 2001.
Судовые двигатели внутреннего сгорания : В.И. Самсонов 1990.
Методы определения внешней скоростной характеристики ее построение и исследование для поршневых комбинированных дизельных двигателей. Сост.: Л.А. Захаров А.К. Лимонов И.Л. Захаров А.В. Сеземин Е.Е. Мозолина
Конспект лекций по теории ПДВС: Л.А. Захаров.

re4.docx

Уважаемый председатель члены комиссии и присутствующие гости Вашему вниманию предлагается краткое сообщение моей бакалаврской работы на тему: «Расчет рабочих процессов Поршневого Двигателя Внутреннего Сгорания 8ЧНСП 3А 2228-2 мощностью 1250 кВт удельным расходом топлива 192 гкВт*ч при частоте вращения 1050 оборотов в минуту и его агрегата наддува».
Данная выпускная квалификационная работа состоит из трёх частей:
) тепловой расчёт Двигателя Внутреннего Сгорания
) газодинамический расчет агрегата турбонаддува
) Механическая обработка поршня 410-1008
В первой части выпускной работы был выполнен тепловой расчёт ДВС
Тепловой двигатель в котором часть химической энергии топлива сгорающего в рабочей полости преобразуется в механическую энергию называется двигателем внутреннего сгорания.
Прототипом двигателя послужил двигатель 8ЧНСП 3А 2228-2
Данный ПДВС высокооборотный и будет служить для привода гребного винта.
В соответствии с заданием прототипом двигателя методикой расчета и проектирования рабочего цикла мною были выбраны параметры такие как степень сжатия() коэффициент избытка воздуха(α) коэф. продувки(φа)-коэф. остаточных газов(γr) степень повышения давления коэф. использования теплоты
Эти показатели были выбраны мною так чтобы двигатель при заданных размерах и частоте вращения обеспечил заданную мощность и удельный эффективный расход.
Для двигателя решил применить дизельное топливо.
В связи с тем что при сгорании необходимо обеспечить тонкость распыливания топлива и распределить его мелкие капели равномерно по пространству камеры сгорания выбираем неразделенную камеру сгорания с объёмным способом смесеобразования.
После выбора конструктивных и эксплуатационных параметров мною был выполнен
тепловой расчёт рабочего цикла в процессах: наполнения сжатия сгорания расширения выпускакоторый позволяет определить основные параметры цикла и показатели характеризующие эффективность и экономичность работы дизеля
По расчетным материалам были определены Индикаторные Механические Эффективные показатели рабочего цикла -это мощность давление кпд расход топлива.
Используя результаты расчета рабочего цикла мною была рассчитана и построена свернутая индикаторная диаграмма. На ней графически изображены все показатели двигателя фазы процесса горения подача топлива.
Используя метод Брикса мною была построена развернутая индикаторная диаграмма показывающая связь Закрытой и открытой термодинамических систем а также изменение характеристик цикла по углу поворота кол вала.
В исследовательской части мною определялась зависимость температуры в конце процесса сжатия от угла опаздывания впуска.
Характеристиками процесса сжатия являются степень сжатия показатель политропы сжатия температура и давление в конце сжатия. В результате моих исследований я построил график зависимости. Из которого следует что при увеличении угла опаздывания впуска температура в конце процесса сжатия уменьшается в следствии того что падает степень сжатия.
Во второй части работы был произведен газодинамический расчет агрегата турбонаддува.
Наддув-это искусственное повышение плотности свежего заряда. Из-за увеличения массы воздуха в цилиндре мы можем сжечь больше топлива следовательно увеличиться мощность. Система наддува позволяет получить большую мощность при тех же размерах цилиндра. Итак зная характеристики двигателя схему и систему наддува был произведён газодинамический расчет. По итогам которого стали известны основные геометрические размеры компрессора и турбины параметры состояния воздуха и газа в характерных сечениях а также частота вращения ротора турбокомпрессора. По результатам газодинамического расчета агрегата турбонаддува бала разработана конструкция турбокомпрессора.
Заданием было спроектировать турбокомпрессор с центробежным компрессором и осевой турбиной так как мощность двигателя превышает 800 кВт и при использовании осевой турбины были получены меньшие габариты чем при использовании центростремительной турбины.
При проектировании этого турбокомпрессора мною было рассмотрено несколько вариантов конструкции имеющих значительные принципиальные отличия друг от друга. Но в результате подробного и детального рассмотрения каждого из них была выбрана данная конструкция как наиболее оптимальная по соотношению: простота конструкции простота эксплуатационного обслуживания легкость сборки наименьшие габариты.
Конструктивно турбокомпрессор состоит из корпуса состоящего из нескольких частей в котором размещены неподвижные элементы компрессора и турбины подшипники связанные одним валом.
Изначально я планировал использовать конструкцию с расположением подшипников перед компрессором и за турбиной. Однако по сравнению со схемой расположения: за компрессором и перед турбиной наряду с выигрышем в простоте обслуживания подшипников я получил серьезный проигрыш в габаритных размерах и усложнение подвода воздуха в осевом направлении к компрессору в итоге я решил использовать второй вариант как наиболее мне интересный. В корпусе установлены шариковые радиально-упорные подшипники. Для уменьшения протечки масла в зазорах между корпусом и валом используются масло сгонные резьбы возле турбины и возле компрессора. С целью разгрузить подшипники я решил сделать агрегат усилия компрессора и турбины в котором компенсируются друг другом в следствии того что действуют в противоположные стороны. В результате я получил достаточно интересную конструкцию но столкнулся с более жесткими требованиями к системе смазки подшипников и системе охлаждения так как получил достаточно компактный корпус и необходимость качественной смазки подшипников и отводом от них теплоты для того что бы они максимально долго не выходили из строя.
Для смазывания и охлаждения подшипников используется дизельное масло которое подается из накопительного бака подсоединенного к системе смазки двигателя. Такой вид смазки позволяет отводить большое количества тепла образующегося из-за трения шарика подшипника о наружное и внутреннее кольцо. Масло подается под давлением.
Для уменьшения нагревания корпуса ТК и подшипников установленных в нем от выхлопных газов и воздуха повышенного давления применяется жидкостное охлаждение.
Рабочее колесо компрессора и турбины посажено на вал при помощи шлицевого соединения фиксируем его гайкой со стопорной шайбой.
Способ крепления лопаток к колесу турбины я выбрал «ёлочкой». Этот способ позволяет заменять лопатки в случае поломки не все сразу а по отдельности. Более удобен и надёжен в эксплуатации.
На плакате 4 представлена принципиальная схема последовательности сборки. Из которой видно что турбокомпрессор обладает относительно несложной схемой сборки.
На плакате 5 вашему вниманию представлен рабочий чертеж отдельной детали - крышка турбины.
Она должна выдерживать высокие температуры поэтому я принял решение выполнить его из жаростойкого чугуна ЧХ1 способного выдерживать температуру до 773К.
Из-за сложности формы корпуса заготовку отливают по выплавляемой модели.
Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:
Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.
Эта модель окружается керамической массой которая затвердевает и образует форму.
При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.
Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл который точно воспроизводит исходную модель отливки.
Я понимаю что в силу большого расхода металла и дороговизны процесса литья по выплавляемой модели этот способ применяется только для ответственных деталей. Но я считаю что здесь его необходимо применить.
Технологический процесс составляет основу любого производственного процесса является важнейшей его частью связанной с переработкой сырья и превращением его в готовую продукцию. Поэтому в заключительной части работы была рассмотрена технология механической обработки поршня 410-1008. Работа имеет полное описание всех операций и режимов а так же используемого инструмента и станочного оборудования.
Выполненная работа отвечает требованиям задачи.
Доклад окончен. Спасибо за внимание.
Известно множество разновидностей литья:
в песчаные формы (ручная или машинная формовка);
в многократные (цементные графитовые асбестовые формы);
в оболочковые формы;
по выплавляемым моделям;
по замораживаемым ртутным моделям;
литьё под давлением;
по газифицируемым моделям;
по выжигаемым моделям;
электрошлаковое литьё;
Литьё по выплавляемой модели
Ещё один способ литья металлов— по выплавляемой модели— применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин ит.п.) Из легкоплавкого материала: парафин стеарин и др. (в простейшем случае— из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50% стеарина и 50% парафина для крупногабаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40 гидролиз ведут в растворе кислоты воды и растворителя (спирт ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд дистенсилиманит кварц ит.д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде в модельном составе выжиганием паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики далее отрезка ЛПС.Таким образом получаем отливку.
Преимущества этого способа: возможность изготовления деталей из сплавов не поддающихся механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 11 — 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 25—125 мкм что в ряде случаев устраняет обработку резанием; возможность получения узлов машин которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного) серийного и массового производства.
В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.