Date post: | 25-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | johnny-doe |
View: | 230 times |
Download: | 0 times |
1. Calculul termic al unui motor cu aprindere prin scanteie
Calculul termic al unui motor, cunoscut şi sub denumirea de " calculul ciclului de lucru al motorului ", se efectueaza în scopul determinări anticipate a parametrilo proceselor cicluluimotor, a indicilor energetici şi de economicitate, a presiunii gazelor în cilindrii motorului. Acestedate ale clculului permit stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului, trasarea diagrameiindicate şi efectuarea calculelor de rezistenţă a principalelor piese ale motorului. Această metodă se poate aplica atât in stadiul de proiectare, cât şi incel de perfecţionarea prototipului. Datele iniţiale necesare pentru calculul ciclului de lucru al unui motor in stare de proiect se estimează după rezultatele cercetărilor efectuate pe motoare analoage.Coincidenţa rezultatelor calculului cu acelor obţinute prin încercarea motorului depinde de alegera corectăa parametrilor iniţiali, estimate dificilă îndeosebi când se realizează motoarele de construcţie originala.
In cele ce urmează se prezintă calculul teermic al motorului având urmatoarele caracteristici:
Pn= 72 kwnn= 5750 rot/mini= 4 numarul de cilindrii Amplasare: V restrans
1.1 Alegerea parametrilor initiali:
Temperatura initiala: T0= 293 K Presiunea initiala: p0= 0,102*10^6 N/m^2 Temperatura gazelor reziduale: Tr= 900 K Coeficientul de exces de aer: λ= 1 Raportul de comprimare: ε= 9 Presiunea reziduala: pr= 0,11*10^6 N/m^2
1.2 Parametrii procesului de schimbare a gazelor
Se alege urmatoarele marimi:
Presiunea la sfarsitul admisiei: 0,085*10^6 N/m^2 Preincalzirea amestecului: ∆T= 40 K
Coeficientul de postardere: 1.05
Se calculeaza:
coeficientul gazelor reziduale:
0.058709
pa=
υp=
γ r=T 0+ΔγT r
⋅pr
ε⋅pa⋅υp−pr=293+25
900⋅ 0 .11⋅106
(9⋅0 ,085⋅1, 05−0. 11 )⋅106=
temperatura la sfarsitul admisiei va fi:
364.4421
coeficientul de umplere:
0.967379
1.3 Parametrii procesului de comprimare
Se adopta pentru coeficientul politropic de co n1= 1.39
presiunea la sfarsitulcomprimarii:
0.085*10^6*9^1,39= 1802254
temperatura la sfarsitul comprimarii:
858.584555 K
1.4 Parametrii procesului de ardere
Se adopta urmatoarea compozitie a benzinei:c= 0.854 kgh= 0.142 kgo= 0.004 kgQi= 43500 kj/kg
Se vor mai alege urmatorii parametrii: coeficientul de utilizare a ca x= 0.9 masa molara a combustibilu Mc= 1/114 0.008772
γ r=T 0+ΔγT r
⋅pr
ε⋅pa⋅υp−pr=293+25
900⋅ 0 .11⋅106
(9⋅0 ,085⋅1, 05−0. 11 )⋅106=
T a=T0+ΔT+γr⋅T r
1+γr=293+40+0 ,0587⋅900
1+0 ,0587=
ηv=Pr⋅T 0
P0T a
⋅ εε−1
⋅υ p
1+γ r= 0 .11⋅106⋅293
0 . 085⋅364 . 442⋅106⋅9
8⋅ 1 ,05
1+0 ,0587=
pc=pa⋅εn1=
T c=T a⋅εn1−1
=364 .442⋅90. 39 =
Aerul minim necesar arderii a 1 kg de combustibil se calculeaza :
0.50496032 kmol aer/kg comb
cantitatea de aer necesar arderii:
0.5049603 kmol aer/kg comb
cantitatea de incarcatura proaspata, raportata la 1 kg combustibil:
0.51373225 kmol/kg comb
coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii proaspete pentru l<1 :
0.990784
coeficientul real de variatie molara a incarcaturii praspete :
0.99129493
caldura specifica molara medie a amestecului initial :
34.939371 kj/kmol K
caldura specifica molara medie a gazelor de ardere pentru l<1 :
C'mv=20+17,4*10^-3*Tc=
Lmin=1
0 ,21⋅( c12
+h4+o
32 )= 10 ,21
⋅( 0 ,85412
+0 ,142
4+
0 ,00432 )=
L= λ⋅Lmin=1⋅0 ,504=
M 1=λ⋅Lmin+M c=1⋅0 ,504+1
114=
μ0=0,9⋅λ⋅Lmin+
h2+c
12λ⋅Lmin+M c
=0,9⋅1⋅0 ,504+
0 ,1422
+0 ,85412
1⋅0 ,504+ 1114
=
μ f=μ0+γ r1+γ r
=0. 9907+0 ,05871+0 ,0587
=
C ''mv=(18 ,4+2,6⋅λ )+ (15 ,5+13 ,8⋅λ )⋅10−4⋅T z
KjKmol⋅K
C ''mv=(18 ,4+2,6+1 )+ (15 ,5+13 ,8⋅1 )⋅10−4⋅T z=18+29 ,3⋅10−4⋅T z
caldura specifica degajata de ardera incompleta :
43500 kj/kg
temperatura la sfarsitul arderii rezulta din urmatoarea ecuatie :
Tz= 3025 K
presiunea la sfarsitul arderii :
6718061.71 N/m^2
tinand cont de rotunjirea diagramei:
5710352.45 N/m^2
coeficientul de corectie a presiunii :
0.85
gradul de crestere a presiunii:
3.7275886
1.5 Destinderea
Se adopta coeficientul politropic al destinderii: n2= 1.3
presiunea la sfarsitul destinderii:
386125.716 N/m^2
Qai=Qi-ΔQai=Qa-61000*(10-l)=43500-61000*(1-0,85)=
Φz=
C ''mv=(18 ,4+2,6+1 )+ (15 ,5+13 ,8⋅1 )⋅10−4⋅T z=18+29 ,3⋅10−4⋅T z
ξ⋅Qai
[ λ⋅Lmin+M c ]⋅(1+γR )+Cμ⋅V '⋅T C=Cμv⋅μ⋅T z=
0,9⋅34350
(1⋅0 ,504+1114 )⋅(1+0 ,0587 )
+32 ,53⋅720 .88=
¿ (20 ,61+27 ,23⋅10−4⋅T z)⋅1.058⋅T z
P z=Pc⋅μ⋅T z
Tc=1 ,80⋅10
6⋅¿⋅1 , 058⋅3025858.584
=¿
P ' z=Φz⋅P z=0 ,85⋅7 . 09⋅106=
π=Pz
Pc
=6 .7⋅106
1. 80⋅106=
pb=pz
εn2=7 . 09⋅106
91,3 =
temperatura la sfarsitul destinderii:
1564.7776 K
1.6 Parametrii principali ai motorului
Se adopta urmatoarele valori:
coeficientul de rotunjire al diagrame 0.98
randamentul mecanic: 0.85
presiunea medie a ciclului teoretic :
1287973.69 N/m^2
1262214.22 N/m^2
randamentul indicat al motorului:
0.31590973
presiunea medie efectiva:
1072882.08 N/m^2
randamentul efectiv al motorului:
0.26852327
consumul specific efectiv de combustibil :
μr=
ηm=
pb=pz
εn2=7 . 09⋅106
91,3 =
T b=T z
εn2−1
=302591,3−1 =
p 'i=pcε−1 [ π
n2−1 (1− 1
εn2−1)− 1
n1−1 (1− 1
εn1−1 )]
p 'i=1 . 80⋅106
9−1 [ 3 . 771,3−1 (1− 1
91,3−1 )− 11 ,39−1 (1− 1
91 ,39−1 )]=pi=μr⋅p 'i=0 ,98⋅1 ,287⋅106=
ηi=RM⋅pi⋅M 1⋅T 0
p0⋅ηv⋅Qi
=8 ,314⋅ 1 ,262⋅106⋅0 ,441⋅2930 ,102⋅106⋅0 ,967⋅43500
=
pe=ηm⋅pi=0 ,85⋅1,262⋅106=
ηe=ηm⋅ηi=0 ,84⋅0 ,31=
0.3081991 kg/kWh 308
1.7 Dimensiuni fundamentale ale motorului
raportul cursa- alezaФ=S/D= 0.87
Capacitatea cilindrica va fi :
0.4 dm^3
se determina alezajul si cursa:
0.0765113 m 76
66.12 mm 66 mm
viteza medie a pistonului:
12.65 m/s
cilindree totala a motorului:
1.6 dm^3
putere litrica a motorului:
45 kw/l
Diagrama indicata
Volumul la sfarsitul cursei de admisie:
ge=3600ηe⋅Qi
=36000 ,26⋅43500
=
V h=120000⋅pnpe⋅n⋅i
=120000⋅601.26⋅106⋅5750⋅4
=
D=3√ 4⋅V h
π⋅φ=3√ 4⋅0,4
3 .14⋅0 . 87=
S=φ⋅D=0 . 87⋅76=
W m=S⋅n30
=66⋅575030
=
V t=i⋅V h=4⋅0,4=
Pi=Pn
V t
=721. 6
=
V a=V h⋅ε
ε−1=0 . 4⋅
98=
0.45 dm^3
Volumul la sfarsitul compresiei:
0.05 dm^3
Se traseaza izocorele:Vc=Vz
Politripa ac care reprezinta procesul de comprimare se traseaza prin puncte:
Politropa destinderii zb se traseaza analog:
Se adopta:
30
unghi de avans la DSE 60
raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei 0.278
5.567 mm
463350.859
19.937 mm
235562.858
23285.000 dm3
Vb'=Va-PI()*D^2*Xev/4= 12.000 dm3
Vb=Va
unghi de avans la aprindere {20...40oRAC} as = oRAC
adse = oRAC
lb = 1/3,6=
Xs = (S/2)*{[1-cos(as)]+(lb/4)*[1-cos(2as)]} =
p''c = {1,15..1,25}*pc = 1,2*pc = [N/m2]
Xev = (S/2)*{[1-cos(aev)]+(lb/4)*(1-cos(2aev)]} =
p'a = (1/2)*(pa+pb) = [N/m2]
Vc'=p*D2*Xs/4=
V a=V h⋅ε
ε−1=0 . 4⋅
98=
V c=V a
ε=0 ,45
9=
px=pa(V a
V x)n1
px=pz (V z
V x)n2
Calculul termic al unui motor, cunoscut şi sub denumirea de " calculul ciclului de lucru al motorului ", se efectueaza în scopul determinări anticipate a parametrilo proceselor cicluluimotor, a indicilor energetici şi de economicitate, a presiunii gazelor în cilindrii motorului. Acestedate ale clculului permit stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului, trasarea diagramei
Această metodă se poate aplica atât in stadiul de proiectare, cât şi incel de perfecţionarea prototipului. Datele iniţiale necesare pentru calculul ciclului de lucru al unui motor in stare de proiect se estimează după rezultatele cercetărilor efectuate pe motoare analoage.Coincidenţa rezultatelor calculului cu acelor obţinute prin încercarea motorului depinde de alegera corectăa parametrilor iniţiali, estimate dificilă îndeosebi când se realizează motoarele de construcţie
In cele ce urmează se prezintă calculul teermic al motorului având urmatoarele
102000
110000
85000
K
N/m^2
kmol aer/kg comb
cantitatea de incarcatura proaspata, raportata la 1 kg combustibil:
kmol/kg comb
coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii proaspete pentru l<1 :
g/kWh
mm
Politripa ac care reprezinta procesul de comprimare se traseaza prin puncte:
0.524
1.047
Deplas.piston
Page 13
0 90 180 270 3600
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
Deplasarea pistonului
Xp m
alfa [RAC]
Xp
[m
]
Vit. pist
Page 14
0 90 180 270 360
-25-23-21-19-17-15-13-11-9-7-5-3-113579
1113151719212325
Viteza pistonului
Vp m/s
alfa [RAC]
Vp
[m
/s]
Acc.piston
Page 15
0 90 180 270 360
-20000
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
Acceleratia pistonului
ap m/s^2
alfa [RAC]
ap [
m/s
^2]
0 180 360 540 720
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
alfa [grd]
Fj
[N]
Fj
Forţele de inerţie
0 180 360 540 720
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
alfa [grd]
Fg
,F [
N]
Fg
F
Fg-forta de presiune a gazelorF-suma fortelor
0 180 360 540 720
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
alfa [grd]
Fn
,Fb
[N
]
Fn
Fb
Forţa F aplicată în axa bolţului se descompune în două componente, una de sprijin, normală pe axa cilindrului (Fn) şi una după axa bielei (Fb)
0 180 360 540 720
-20000
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
alfa [grd]
T,Z
[N
] T
Z
În axa fusului maneton, forţa B se descompune în două componente, una radială (Z) şi una tangenţială (T)
0 180 360 540 720
-700
-350
0
350
700
Momentul motor
Alfa[grd]
M
0 180 360 540 7200
5000
10000
15000
20000
25000
alfa[RAC]
Rm
[N]
Rm-forta rezultanta
Rm
Rm med
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
7000000
8000000
Diagrama indicata
V[dm^3]
px[
N/m
^2]
0 180 360 540 7200
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
7000000
8000000
Cronomanograma
alfa[RaC]
px
[N/m
^2]
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000Palier
Z' N
T' [N]
-25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000 25000
-25000
-20000
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
25000
Maneton
Z [N]
T [N]
cienm mec
Page 26
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
-16000
-12000
-8000
-4000
0
4000
8000
12000
16000
cinematica mecanismului
Xp m
Vp m/s
ap m/s^2
alfa
0 90 180 270 360 450 540 630 720
-300
-200
-100
0
100
200
300
Insumarea momentelor
ΣM Nm
alfa
M
α - unghiul de rotatie al maniveleiβ - unghiul de inclinare al axei bielei in planul ei de oscilatie, de o parte a axei cilindruluiω - viteza unghiulara de rotatie a arborelui cotit S= 66 mmS=2*R- cursa pistonuluiR- raza manivelei,distanta dintre axa arborelui cotit si axa fusului manetonL-lungimea bielei R= 33 mmlamda=R/L=>L=R/lamda= 118.8 mmlamda=1/3.6 beta max=15λ - raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei
Deplasarea pistonuluiSx=R*[(1-cos(alfa))+lamda/2*sin(alfa)^2]sin(alfa)^2=1/2*(1-cos(2*alfa)Sx=R*[(1-cos(alfa))+lamda/4*(1-cos(2*alfa)]Sx=R*lamda/2= 0V=R*omega*(sin(alfa)+-lamda/2*sin(2*alfa))av max=arccos[sqrt((1/4*lamda)^2+1/2-(1/4*lamda))=75.25
5. Diagramele de uzura
Diagrama de uzura fus manetonDiagrama de uzura fus maneton
Diagrama de uzura fus palier
Diagrama de uzur\ fus maneton
Diagrama de uzur\ fus maneton
carac ext
Page 33
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
180.000
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000Caracteristica externa
n [rot/min]
Me
[Nm
] , g
e[g
/kw
h]
3*P
e[k
w],G
e[k
g/h
]
Me
ge
Pe
Ge
Pn= 72 kwnn= 5750 rot/min
6. Caracteristica externa
Puterea efectiva
Pex=Pemax[anx/np+b(nx/np)^2-(nx/np)^3]=
Consumul specific
gex=gep[c-dnx/np+k(nx/np)^2]=
ge= 308 g/kWh consumul specific efectiv de combustibil
Consumul orar
Gcx=Pex*gex*10^(-3)=
Momentul motor
Mex=3*10^4*Pex/(π*n)=
π= 3.7275886 gradul de crestere a presiuni
Constante
Motor a b c d k
MAS 1 1 1.2 1 0.8
n [r/min] Pe [kW] ge [g/kWh] Ge [kg/h] Me [Nm]1000 14.321 161.744 2.316 115.2541200 17.508 158.027 2.767 117.4191400 20.759 154.608 3.210 119.3391600 24.058 151.487 3.645 121.0151800 27.386 148.664 4.071 122.4482000 30.724 146.140 4.490 123.6372200 34.055 143.913 4.901 124.5812400 37.360 141.985 5.305 125.2832600 40.621 140.355 5.701 125.7402800 43.820 139.023 6.092 125.9533000 46.939 137.989 6.477 125.9233200 49.959 137.253 6.857 125.648
3400 52.862 136.815 7.232 125.1303600 55.631 136.675 7.603 124.3683800 58.247 136.834 7.970 123.3624000 60.691 137.290 8.332 122.1134200 62.947 138.045 8.689 120.6194400 64.994 139.097 9.041 118.8824600 66.816 140.448 9.384 116.9004800 68.394 142.097 9.719 114.6755000 69.710 144.044 10.041 112.2065200 70.746 146.289 10.349 109.4945400 71.483 148.832 10.639 106.5375600 71.903 151.673 10.906 103.3375700 71.989 153.206 11.029 101.6455750 72.000 154.000 11.088 100.776