Порядок расчёта процессов газообмена.

   Порядок расчёта изложен в МУ «Расчёт процессов газообмена в двухтактных СДВС» СевНТУ, 2009г.

   Расчёт сводится к сравнению располагаемого время-сечения системы с теоретически необходимым.

   Для этого, пользуясь чертежом цилиндра, следует определить графоаналитическим путём располагаемое время-сечение свободного выпуска, принуждённого выпуска и продувки. Затем аналитически следует подсчитать теоретически необходимое время-сечение этих же фаз и сравнить полученные значения с располагаемыми. Располагаемые значения время-сечения были больше теоретически необходимых из-за возможного закоксовования окон. Если располагаемое время-сечение меньше теоретически необходимого, то следует в цилиндре двигателя изменить

   

 

 

 

Рисунок 4 – Схема газообмена и вид диаграммы располагаемого время-сечения при прямоточно-клапанной продувке двухтактного двигателя с импульсной системой наддува (ДКРН 74/160)

        

    Для построения диаграммы «время-сечения» выпускного клапана надо выбрать профиль кулачной шайбы и задаться максимальной высотой подъёма тарелки , которая определяется с учётом величины передаточного отношения привода:

 

                                                                                                                (20)

где: i – передаточное отношение,  I = 0.7…1.0

    Профиль кулачной шайбы можно взять по прототипу. Если данные прототипа отсутствуют, то можно задаться профилем кулака, обеспечивающим требуемые фазы открытия выпускного клапана φ_вып, φ_вып1, φ_вып2 и требуемую высоту подъёма клапана . Радиус начальной окружности кулака рекомендуется принимать в пределах:

r = (1.5…2.5)

         Общая продолжительность открытия (центральный угол кулака) выпускного клапана:

                                         φ_вып = φ_вып1 + φ_вып2                                                           (21)

где: φ_вып1 – продолжительность открытия от начала до НМТ;

               рекомендуется φ_вып1 = 70⁰…95⁰п.к.в.;

  φ_вып2 - продолжительность открытия выпускного клапана за НМТ.

      Общая продолжительность открытия выпускного клапана составляет φ_вып = 120…160⁰п.к.в., профиль кулака может быть не симметричным.

         Например, для дизеля 8 ДКРН 74/160-2 φ_вып1=91⁰30^’; φ_вып2=59⁰30^’ ;

                          для дизеля KZ 57/90C         φ_вып1=66⁰; φ_вып2=66⁰;

                          для MAN B&W S60MC-C  φ_вып1=66⁰; φ_вып2=66⁰;

Фазы газообмена некоторых МОД приведены в таблице 1:

 

Таблица 1 – Фазы газообмена

Двигатель	Момент газораспределения, 0п.к.в.				Доля потерянного хода поршня к моменту закрытия органов
	Открытие органов		Закрытие органов
	Продувочных	Выпускных	Продувочных	Выпускных	Продувочных	Выпускных
1	2	3	4	5	6	7
МАН- Бурмейстер и Вайн(БМЗ): VT2BF KGF LGFCA LMC	41 41 41 41	92 95 72 70	41 41 41 41	56 55 78 80	0.0967 - 0.086 0.086	0.178 - - -
Зульцер: RD RND	48 51	68 67	48 51	60 67	0.126 0.14	0.218 0.25
MAH: KZ KSZ	48 42	68 62	48 42	68 62	0.079 0.096	0.26 0.27

 

Лекция 10. Наддув дизелей, виды и схемы наддува. – 2 час.

Назначение наддува.

    Наддув в современных дизелях предназначен для повышения мощности и КПД. Это наиболее эффективный способ повышения удельной мощности дизелей, уменьшения массы и габаритов дизеля.

        

Удельная мощность ДВС пропорциональна величине среднего эффективного давления

-давление и температура воздуха, поступающего в цилиндры

-коэф. Наполнения использования продувочного воздуха.

Применение наддува увеличивает массовый заряд воздуха  (действительный).

Где - плотность воздуха в ресивере,

-влагосодержание воздуха

    Увеличение массы воздуха в цилиндре позволяет осуществить эффективное сгорание большего количества топлива и увеличить полезную работу и мощность.

    Наиболее существенное влияние оказывает плотность воздуха, которое зависит от давления и температуры в равной степени

        

Но температура наддувочного воздуха в условиях эксплуатации ограничивается точкой росы водяных паров:

    Поэтому температура воздуха на входе в цилиндр ограничивается 30-40

 Точка росы увеличивается с ростом ,  и с увеличением относительной влажности воздуха.

 

    Величина степени наддува ограничивается тепловой механической напряженностью.

    Механическая напряженность определяется скоростью нарастания давления и максимальным давлением сгорания . Повышение  ведет к повышению  и некоторому снижению  из-за возрастания

    Для сохранения механической напряженности в допустимых пределах можно снижать степень сжатия ε, уменьшать угол опережения впрыска топлива, применять охлаждение надувочного воздуха и осуществлять закон подачи, обеспечивающий подачу уменьшенной доли цикловой подачи в период задержки самовоспламенения. В перспективе следует ожидать более широкого применения систем с многоступенчатым впрыском.

    Чрезмерное снижение ε ухудшает пусковые качества. Чрезмерное уменьшение  ведет к догоранию топлива на линии расширения и ухудшение экономичности.

Понижение теплонапряженности достигается интенсификацией охлаждения цилиндровых втулок, поршня, крышек цилиндров, клапанов за счет конструктивных мероприятий и путем охлаждения надувочного воздуха.

В ОНВ температура понижается до температуры  превышающей температуру охлаждающей воды(забортной или пресной в ЦСО)

Способы наддува.

1. Механический наддув осуществляется центробежными, ротативными или поршневыми компрессорами. Эффективен только при небольших . При бар затраты мощности 8- 9  N_e.

2. Газотурбинный. Центробежный нагнетатель (или нагнетатели) приводится в действие газовой турбиной. В четырехтактных дизелях, обеспечивается баланс мощностей на валу ГТН из-за небольшой разности давлений . Оптимальное соотношение .

Наддув в четырехтактных облегчается из-за наличия всасывающих и выталкивающих насосных ходов и повышенной по сравнению с двухтактными температурой выпускных газов.

 

У двухтактных дизелей газотурбинный наддув в чистом виде применяется лишь в МОД, имеющих прямоточно-клапанную продувку (старые модели дизелей фирмы B&W, Stork, Mitsubishi) при умеренных степенях наддува Пк =1,3-1,5

 

При этом специально осуществляется раннее открытие выпускных клапанов для обеспечения повышенной температуры выхлопных газов (у ДКРН 50/110 за 88  ПКВ до НМТ) и

Рис.1. Турбокомпрессор фирмы «Броун-Бовери»

 

применяется импульсный наддув. На рисунке 1 изображен ГТН с компрессором центробежного типа.

3. Комбинированный наддув. Это совместная работа ГТН и дополнительных нагнетателей, навешенных или с электроприводом.

 

Бывает последовательное соединение (1- ступень ГТН, 2 –ступень - поршневой компрессор или подпоршневая полость цилиндра), параллельное соединение компрессоров и последовательно-параллельное соединение.

 

На рис. 2 изображены некоторые схемы наддува судовых двухтактных МОД

Рис.2. Схемы наддува судовых дизелей:

ПД – поршневой двигатель, ГТ – газовая турбина, K – компрессор, ПК – приводной компрессор, РВ – ресивер воздуха, КГ – коллектор газов