Диплом_Жилин (1210948), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Среднее эффективное давление Р_е, кПа:

(3.30)

где Р_м – механические потери, вычисляемые по эмпирической формуле:

(3.31)

где С_n- средняя скорость поршня.

С_n для тракторных дизелей лежит в пределе 6…11 м/с. Принимаем С_n = 7,5 потому что увеличение средней скорости поршня возрастают механические потери, повышается тепловая напряженность двигателей, сокращается срок службы двигателя.

Р_м=0,9+(0,117,5)10²=172,5 кПа

Подставим Р_м в формулу (3.30) и найдем Р_е:

- для дизельного топлива:

Р_е= 835,7 – 172,5=663,2 кПа

- для биотоплива:

Р_е= 797,7 – 172,5=625,2 кПа

Найдем эффективный коэффициент полезного действия η_е:

, (3.32)

где _м – механический коэффициент полезного действия;

Его можно найти из выражения:

, (3.33)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Определим коэффициент полезного действия _е:

- для дизельного топлива:

_е=0,480,79=0,38

- для биотоплива:

_е=0,420,78=0,33

Эффективный удельный расход топлива g_е, кг/кВтч:

(3.34)

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

3.3 Тепловой баланс двигателя

Тепловой баланс двигателя характеризует распределение теплоты, выделяемой при сгорании топлива, вводимого в цилиндры двигателя, на полезно используемую и отдельные виды потерь, которые характеризуются внешним тепловым балансом. Характер распределения теплоты сгорания по составляющим внешнего теплового баланса определяется особенностями рабочего процесса, а также геометрическими размерами цилиндропоршневой группы, конструкцией деталей и системы охлаждения.

Внешний тепловой баланс в целом и отдельные его составляющие в частности позволяют оценить показатели теплонапряженности деталей двигателя, рассчитать систему охлаждения, определить резервы в использовании теплоты обработавших газов и пути повышения экономичности двигателя.

3.3.1 Общее количество теплоты

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом Q, кДж/ч:

Q = Q_nG_т, (3.35)

где G_т – часовой расход топлива.

Q_n – низшая удельная теплота сгорания.

Часовой расход топлива G_т в кг/ч находится по формуле:

G_т = N_eg_e, (3.36)

- для дизельного топлива:

G_т=150,222=3,33 кг/ч;

Низшая удельная теплота сгорания Q_н = 42500 кДж/кг.

Q=425003,233=138656,25 кДж/ч;

- для биотоплива:

G_т=150,293=4,39 кг/ч;

Низшая удельная теплота сгорания Q_н=37300 кДж/кг.

Q=373004,39=163747 кДж/ч.

3.3.2 Теплота, эквивалентная эффективной работе

Теплота, эквивалентная эффективной работе, Q_e, кДж/ч:

Q_e = 3600N_e, (3.37)

где N_e – эффективная мощность, кВт; для двигателя Д-21, N_e=15 кВт.

- для дизельного топлива:

Q_e = 360015 = 54000 кДж/ч;

Процентное количество тепла, расходуемое на совершение работы, q_е, %:

, (3.38)

Найдем процентное количество тепла q_е:

- для биотоплива:

3.3.3 Теплота передаваемая охлаждающей среде

Теплота, передаваемая охлаждающей среде для дизелей без наддува Q_в, кДж/ч:

(3.39)

где C – коэффициент корреляции, C = 0,45…0,53;

i – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

n – частота, вращения коленчатого вала, мин^-1;

 - коэффициент избытка воздуха.

Примем:

С=0,45; i=2; D=10,5 см; n= 1600 мин^-1; =1,65.

Зная все величины найдем теплоту, передаваемую охлаждающей среде Q_в:

Процентное количество тепла, передаваемое охлаждающей среде q_e, %:

(3.40)

Найдем количества теплоты q_e:

- для биотоплива:

Примем коэффициент избытка воздуха, =1,2:

3.3.4 Теплота, уносимая с отработавшими газами

Теплота, уносимая с отработавшими газами Q_в, кДж/ч:

(3.41)

где С_р – средняя теплоемкость отработавших газов при постоянном давлении, С_р = 1,04 кДж/кгград;

Т_r и Т_о – температуры отработавших газов и окружающей среды, К;

- для дизельного топлива;

Берем из предыдущих расчетов Т_r = 850 К; Т_о = 293 К;

G_в и G_т - количества поступившего в цилиндр воздуха и топлива, кг/ч;

Количества поступившего в цилиндр воздуха G_в, кг/ч

G_в = 14,5 G_т, (3.42)

где G_т – часовой расход топлива; G_т=3,3635 кг/ч;

Подставив часовой расход топлива G_т, найдем G_в:

G_в=14,51,653,3635=78,05 кг/ч.

Подставив значения в уравнение (3.41), вычислим Q_r:

Q_r= 1,04850-29378,05-3,2625=40210 кДж/ч

Процентное количество теплоты, уносимое с отработавшими газами q_r, %:

(3.43)

Найдем количество теплоты q_r:

- для биотоплива:

Температура выхлопных газов Т_r = 700 К;

G_в=14,51,24,39=76,3 кг/ч;

Q_r= 1,04700-29376,3-4,39=30438 кДж/ч;

3.3.5 Неучтенные потери теплоты

Неучтенные потери Q_н.у, кДж/ч:

(3.44)

Найдем неучтенные потери Q_н.у.:

Процентное количество тепла на неучтенные потери q_н.у, %:

(3.45)

Найдем процентное количество тепла q_н.у:

Рисунок 3.1 – Схема теплового баланса двигателя на дизельном топливе

- для биотоплива:

Найдем неучтенные потери Q_н.у.:

Найдем процентное количество тепла q_н.у:

Рисунок 3.2 – Схема теплового баланса двигателя, работающего на биотопливе

3.4 Конструирование нагревателя биотоплива

Подогреватели для топливных систем двигателей автомобилей и трак­торов, работающих на дизельном и биодизельном топливе при низких темпе­ратурах.

Прогрева требуют почти все элементы топливной системы – топливные баки, фильтры тонкой и грубой очисток топлива и топливопроводы (от бака до топливных насосов).

В случае промерзания указанных элементов топливных систем запуск дви­гателя без предварительного подогрева вообще становится невозможным (даже при хорошо прогретом блоке самого дизеля). Поэтому при использовании рап­сового масла наряду с жидкостными подогревателями, обеспечивающими про­грев блока холодного двигателя, должны быть предусмотрены подогреватели топлива и в элементах топливной системы. Самым эффективным по доступности и простоте конструкции следует признать электроподогрев от аккумуляторной батареи, причем в течение корот­кого времени с тем, чтобы сильно не разряжать при этом саму батарею.

Нагреватель дизеля транспортного средства содержит корпус 1 а виде цилинд­рической трубы с патрубком 2 для подвода и патрубком 3 для отвода топлива и разме­щенный внутри корпуса 1 соосно ему тепло-передающий элемент в виде трубы 4 с фланцами 5 и 6 для циркуляции теплоноси­теля из жидкостного контура системы ох­лаждения дизеля. Для правильной установки трубы 4, а корпусе 1 используется штифт 7. На наружной поверхности трубы между патрубками 2 и 3 выполнены многозаходные винтовые ребра 8 образующие в межтрубном пространстве винтовые кана­лы 9, которые сообщены с патрубками. На наружной поверхности корпуса, вдоль него между патрубками 2 и 3 размещены элект­ронагревательные элементы (позисторы) 10. Они установлены в гнездах на корпусе и фиксируются контактной пластиной 11. соединенной положительной клеммой источ­ника питания, и тепловым экраном 12 с помощью винтов 13. Напротив позисторов вершины 14 ребер усечены таким образом, что между ними и внутренней поверхностью корпуса образованы продольные каналы (зазор) 15, проходное сечение которых со­ставляет предпочтительно 2 – 4 % общего проходного сечения винтовых каналов 9. Вершины остальной части ребер в попереч­ном сечении корпуса по его периметру со­пряжены с внутренней поверхностью корпуса.

Нагреватель работает следующим об­разом. Перед запуском двигателя подают электропитание на нагреватель. Под дейст­вием тепла, выделяемого позисторами, про­греваются стенки, между которыми образован продольный зазор, и это обеспе­чивает разрушение парафиновых фракций, прокачиваемость топлива через него, уве­ренный пуск и работу дизеля на холостом ходу. При этом эффект прогрева топлива от позисторов усиливается прогревом его от жидкого теплоносителя. В дальнейшем по мере прогрева двигателя температура ох­лаждающей жидкости повышается, увеличивается теплоотдача, нагреватель полностью разблокируется от парафинов, движе­ние топлива осуществляется по всему проходному сечению, нагреватель выходит на рабочий режим и позисторы отключают.

При прогреве двигателя, когда движение топлива осуществляется по всему проход­ному сечению внутри корпуса нагревателя, выполнение ребер, сопряженных вершинами с внутренней поверхностью корпуса на большей части периметра его поперечного сечения, способствует дополнительному по­вышению эффективности работы нагревате­ля. Наибольшая эффективность достигается в том случае, если проходное сечение про­дольного канала 15 составляет от 2-4% общего проходного сечения винтового канала внутри корпуса.

1 - корпус; 2,3 - патрубки для подвода и отвода топлива соответственно; 4 - теплопередающий элемент; 5,6 - фланцы для циркуляции выхлопных газов; 7 - штифт; 8 - винтовые ребра; 9 - винтовые каналы; 10 - позисторы; 11- контактная пластина; 12 - крышка; 13 - винты; 14 -вершины ребер; 15-продольные каналы (зазор)

Рисунок 3.3 – Нагреватель биотоплива

Таким образом, использование комби­нации оребренной (на большей части про­ходного сечения) и неоребренной (в виде продольного зазора) поверхностей в на­правлении движения топлива при наличии позисторов напротив этого зазора обеспе­чивает повышение эффективности работы нагревателя, как следствие, повышение надежности пуска двигателя при отрица­тельных температурах окружающего возду­ха и надежную работу в послепусковой период.

Целью выполнения конструкторской части является расчет проектируемого нагревателя топлива, а именно размеров его основной детали – теплопередающего элемента. Такжже необходимо выбрать позистор и ТЭН для обеспечения необходимых условий нагрева топлива для его дальнейшей эксплуатации.

3.5 Расчет основных параметров теплопередающего элемента

Теплообменные аппараты (теплообменники) – устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В качестве теплоносителя в данном нагревателе биотоплива будут использованы выхлопные газы идущие от двигателя имеющие изначально высокую температуру.

По схеме движения теплоносителя теплообменные аппараты делятся на прямоточные, противоточные, перекрестного тока и многоходовые. Данный нагреватель биотоплива будет работать по противоточной схеме движения теплоносителя. Это делается, для того чтобы повысить эффективность теплообмена между теплоносителями. Так как данный теплопередающий элемент является рекуперативным теплообменником, то расчет будем вести как у рекуперативных теплообменников.

Теплотехнический расчет рекуперативного теплообменника заключается в определении теплового потока Ф, передаваемого холодному теплоносителю; расхода горячего теплоносителя G; требуемой поверхности теплообмена А.

Тепловой поток Ф, Вт:

(3.46)

где G₁ – расход холодного теплоносителя, кг/c;

Характеристики

Список файлов ВКР