Проект вспомогательного судового дизеля мощностью 500 кВт, частотой вращения коленчатого вала 1000 об/мин на базе двигателя 6ЧН 18/22 ДРА-600, предназначенного для привода электро-гененратора переменного тока мощностью 500КВА

Содержание

Введение

1 Технико-экономическое обоснование темы дипломного проекта

2 Конструкторская часть

2.1 Техническая характеристика и устройство двигателя

2.2 Тепловой расчет двигателя

2.3 Динамический расчет двигателя

2.4 Прочностной расчет основных деталей двигателя

2.5 Расчет систем двигателя

3 Специальная часть

3.1 Исследование рабочего процесса дизеля при работе на топливе

«ДТ»

Заключение

Список использованных источников

Введение

Отечественное дизелестроение всегда входило в отрасль тяжелого и транспортного машиностроения, автомобильную промышленность. Дизельные двигатели и агрегаты на их базе представляют сложную технику, которая может быть изготовлена только при участии смежных отраслей промышленности (электротехническая, приборостроительная, металлургическая, турбостроение и др.)

Мировое дизелестроение развивается очень интенсивно и имеет целый ряд важных направлений, которые свойственны и отечественному дизелестроению:

– повышение цилиндровых и агрегатных мощностей за счет форсирования по среднему эффективному давлению и частоте вращения;

– повышение топливной и масляной экономичности;

– обеспечение надежности, высоких ресурсов до первой переборки и до капитального ремонта;

– оснащение дизелей и агрегатов на их базе эффективными системами автоматизации на базе микропроцессорной техники, адаптивными механизмами;

– снижение удельной массы

– покупка лицензий на производство зарубежных дизелей и др.

Все это требует решение вопросов организации высокоэффективного рабочего процесса, снижение теплонапряженности цилиндровопоршневой группы, снижении трения, обеспечение качественного охлаждения, внедрение новых технологических процессов для обеспечения ресурсов и надежной работы поршневых колец, клапанов, подшипников и коленчатого вала, уплотнения газового стыка и т.д., подготовки производства для изготовления лицензионных двигателей, создания специализированных предприятий.

Такая задача стоит и перед ОАО "завод Дальдизель", который в настоящее время выпускает дизель редукторные агрегаты мощностью 100465 кВт со средним эффективным давлением до 17 бар. Требуется создание более форсированных двигателей для повышения агрегатной мощности.

По пути создания форсированных дизельных агрегатов пошли и ряд других дизелестроительных предприятий страны: Коломенский тепловозостроительный завод (г. Коломна), АО «Завод им. Маминых» (г. Балаково) и др. Успешное экономическое развитие отрасли будет зависеть от результата деятельности каждого дизелестроительного предприятия, при-чем эта деятельность должна укладываться в те задачи, которые стоят пе-ред отечественным дизелестроением.

2.1.2 Принципиальная компоновочная схема

Повышение среднего эффективного давления, максимального давления цикла и, соответственно тепловых и механических нагрузок в современных судовых среднеоборотных двигателях требует пересмотра конструкций двигателей, прежде всего, наиболее ответственных деталей узлов.

Поскольку среднее эффективное давление, максимальное давление цикла в проектируемом агрегате незначительно превышает аналогичные параметры в ДРА600, поэтому целесообразно оценить приемлемость конструкции этого агрегата для проектируемого дизеля.

2.1.2.1 Остов двигателя

По прежнему главным конструктивным решением по остову двигателей в мировой практике можно считать подвесной коленчатый вал. Это позволяет добиться высокой жесткости моноблочного блок - картера, в котором размещаются подшипники коленчатого вала, крепящегося с помощью анкерных связей и боковых болтов (шпренгельных связей). Ранее в мировой практике зачастую применялась разделенная конструкция фундаментной рамы и блока цилиндров с укладкой коленчатого вала в постели фундаментной рамы.

В новых моделях среднеоборотных дизелей разъемные конструкции рамы и блока, как правило, не применяются, и наличие таких конструктивных моделей в производственных программах ведущих зарубежных фирм объясняется проводящейся фирмами модернизацией ранее спроектированных и выпускаемых серий в пределах возможностей этой модернизации без коренного пересмотра конструкций.

Первоначально дизель 6ЧН 18/22 (ДРА600) был спроектирован по схеме подвесного коленчатого вала. Однако в процессе производства первой партии дизелей ОАО Дальдизель столкнулась с большими производственными трудностями, поскольку имеющиеся технологические линии предусматривали изготовление только разъемных конструкций остова раздельных блока цилиндров и фундаментной рамы. Поэтому ОАО Дальдизель был вынужден перепроектировать этот дизель по остову аналогично другим выпускаемым серийным дизелям.

В настоящее время известно, одна из ведущих фирм MaK сохранила разделенную конструкцию остова при модернизации дизеля типа М601.

Поэтому в проекте остановимся на конструктивной схеме проектируемого двигателя по остову аналогично прототипу завода Дальдизель (см.рис.2.1) . Материал фундаментной рамы и блока цилиндров сохраняется аналогично прототипу -серый чугун.

2.1.2.2 Поршневая группа

Конструкция поршневой группы (поршня, поршневых колец) определяется прежде всего степенью форсирования двигателя по среднему эффективному давлению. В зависимости от среднего эффективного давления и частоты вращения дизеля применяют цельноалюминевые поршни, чугунные и составные (головка из жаропрочной стали, тронкалюминевый или чугунный). В настоящем проекте величина среднего эффективного давления равна 1,787 МПа, частота вращения коленчатого вала составляет 1000 об/мин, и по степени форсирования по среднему эффективному давлению проектируемый дизель незначительно отличается от прототипа. В прототипе применен цельнолитой чугунный поршень с открытой камерой сгорания, охлаждаемый циркуляционным маслом, подаваемым в полость охлаждения через отверстие в шатуне и поршневом пальце. В поршневых канавках поршня расположены два полутрапециедальных хромированных компрессионных поршневых кольца, полутрапецеидальное хромированное компрессионное маслораспределительное кольцо и маслосъемное коробчатое с пружинным расширителем.

Учитывая незначительную разницу в степени форсирования проектируемого двигателя и прототипа, сохраняем конструктивную схему поршневой группы по прототипу.

2.1.2.3 Шатунная группа

В проектируемом двигателе нет оснований отказываться от шатунной группы по прототипу.

Стержень шатуна - стальной, двутаврового сечения, имеет отверстие для подвода масла к головному подшипнику. Верхняя головка имеет застопоренную винтом бронзовую втулку, нижняя головка с косым разъемом и биметалическими вкладышами имеет зубчатый замок. Крышка шатуна фиксируется штифтом и закрепляется шатунными болтами.

2.1.2.4 Коленчатый вал

В прототипе используется коленчатый вал - стальной, цельнокованный из стали 45А (селект).

Вал имеет шесть шатунных и семь коренных шеек, четвертая коренная шейка - установочная. Опорные поверхности щек колен воспринимают осевые усилия, возникающие при работе дизеля. Колена вала расположены в трех плоскостях, расположенных под углом 120.

Диаметр коренных и шатунных шеек - 150 мм. Для повышения износостойкости поверхности коренных и шатунных шеек закалены током высокой частоты.

Коленчатый вал имеет сверления для подачи масла с коренных шеек на шатунные. К фланцу заднего конца коленчатого вала крепится маховик.

Учитывая незначительное повышение степени форсирования по среднему эффективному давлению по сравнению с прототипом, нет оснований отказываться от конструкции коленчатого вала по прототипу.

Прототип предназначен в качестве главного приводного двигателя, при этом дизель соединяется с реверс-редукторной передачей эластичной резинокордной муфтой, для крепления на торце маховика имеются резьбовые отверстия под крепежные болты.

2.1.2.5 Газораспределительный механизм

У прототипа в механизм газораспределения входят распределительный вал и привод распределения и механизмов. Прототип имеет нижнее расположение распределительного вала в блоке цилиндров дизеля. Это традиционная конструкция для дизелей, выпускаемых ОАО Дальдизель. Для упрощения изготовления проектируемого двигателя в условиях ОАО Дальдизель в проекте целесообразно сохранить конструкцию механизма газораспределения аналогично прототипу.

2.2 Тепловой расчет

2.2.1 Обоснование и выбор исходных данных

Выбор степени сжатия зависит от типа дизеля, его быстроходности, смесеобразования, наддува. Рекомендуемые значения =1216. Принимаем с=12,5. Данная степень сжатия соответствует степени сжатия прототипа и поэтому позволяет сохранить конструкцию дизеля, так как в проекте конструктивные изменения основных деталей двигателя по сравнению с прототипом нецелесообразны.

Рекомендуемые значения максимального давления сгорания Pmax=1216 МПа. Максимальная экономичность достигается при высоких значениях Pmax. Максимальное давление сгорания выше 16 МПа приводит к большим механическим напряжениям, что требует применения дорогих материалов, требует высокой технологии производства. Максимальное давление сгорания должно обеспечить оптимальную степень повышения давления. Принимаем pmax=13,5.

Полное сгорание топлива, при котором все его горючие части превращаются в конечные продукты окисления, можно получить только при коэффициенте избытка воздуха 1>1. Значения 1 у дизелей изменяются в пределах 1=1,62,2. Уменьшение коэффициента избытка воздуха способствует росту среднего эффективного давления, но отрицательно влияет на экономические показатели дизеля. Большие значения 1 несколько снижают температурные напряжения. Принимаем 1=2,2.

Коэффициент активного тепловыделения характеризует количество теплоты, которое сообщается рабочему телу и используется на повышение внутренней энергии газа и совершение механической работы. На величину коэффициента тепловыделения в точке z z влияет неполнота сгорания, диссоциация продуктов сгорания и отдача части выделенной теплоты в охлаждающую среду. Опытные значения коэффициента активного тепловыделения составляют: z=0,750,85; b=0,860,92. Принимаем z=0,85; b=0,9.

Исходные данные к тепловому расчету:

Эффективная мощность Ре, кВт 500

Частота вращения n, мин-1 1000

Степень сжатия с 12,5

Коэффициент избытка воздуха 1 2,2

Коэффициент использования тепла в точке b b 0,9

Коэффициент использования тепла в точке z z 0,85

Максимальное давление сгорания pmax, МПа 13,5

Температура остаточных газов Tr, K 725

Подогрев свежего заряда от стенок Т, К 10

Адиабатный КПД компрессора к.ад 0,75

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы п 0,97

Низшая теплотворная способность топлива Hu, МДж/кг 42,5

Механический КПД m 0,92

Коэффициент дозарядки 1 1

Коэффициент очистки 2 0,8

Давление окружающей среды Ра, МПа 0,1

Температура окружающей среды Та, К 288

Состав топлива, кг: С=0,87; Н=0,126; О=0,004

Заключение

В данной работе был выполнен проект главного судового дизеля на базе дизеля 6ЧН 18/22 – 600, при работе на винт фиксированного шага. Разработанный дизель более форсирован по среднему эффективному давлению по сравнению с прототипом и имеет более высокие эффективные показатели, чем у прототипа.

Были произведены расчеты: тепловой, динамический и прочностной.

Было проведено сравнение проектируемого дизеля с зарубежными аналогами, и выяснено, что по экологическим показателям проектируемый двигатель отстает от аналогов, но уровень выбросов находится в пределах норм IMO и ГОСТ 512492000.