Расчет рабочего процесса дизеля.

Динамический расчет

 

Выполнение расчета дизеля на ЭВМ основывается на знаниях, полученных студентами при изучении курса «СДВС» и выполнении контрольной работы по расчету рабочего процесса дизеля.

В настоящем разделе выполняется оптимизационный расчет цикла дизеля. Цель расчета - определение оптимальных параметров работы ДВС, при которых он обеспечивает заданную эффективную мощность. Целевой функцией является расход топлива. Минимальный расход топлива ограничивается требованием обеспечения нормальных параметров работы ДВС – давлением сгорания, температурой сжатия и др.

Подбор исходных данных (37 параметров) осуществляется на основании технических данных завода изготовителя на данный дизель и рекомендаций, отраженных в таблице 1.

Настоящий раздел является руководством пользователя ЭВМ:

– при выполнении расчета теплового и динамического расчетов дизеля (программа “Dizel.xls” [19]);

– при формировании таблиц (таблицы), содержащей матрицу результатов расчета рабочего процесса дизеля, на основании которой принимается рациональный вариант расчета рабочего процесса (программа “Анализ теплового расчета ДВС.xls” [20]).

Указанные программные продукты формировались в период 1997–2017 гг. В настоящем пособии и программных продуктах учтены тенденции развития современного судового дизеля.

В основу программы расчета рабочего процесса положены математические модели, отраженные в трудах Орлина А.С. и Танатара Д.Б. и алгоритмы, предложенные Мукониным М.В.  и Мукониным А.М. [23, 25]. 

Указанное программное обеспечение реализовано в среде Excel+VBA [24].

Для загрузки головной программы расчета дизеля необходимо открыть файл "Dizel.xls". Все программы написаны с использованием макросов, реализованных на VBA, поэтому для работы программы необходимо разрешить использование макросов.

На экран первым вводится титульный лист, откуда легко перейти на лист диалога (нажатием кнопки “далее”). На “Лист диалога” или другой можно перейти щелчком левой кнопки мыши по имени листа, которое можно найти в нижней части листа книги Excel (рисунок 1).

 

Рисунок 1 ­– Навигация между листами книги "Dizel.xls" 

А – переход к первому листу книги (“Титульный лист”); D – переход к последнему листу книги (“Порядок работы цил”); кнопка B – переход к предыдущему листу; C – переход к следующему листу книги

 

Для просмотра содержания книги (листов) можно воспользоваться ярлыками листов - A, B, C, D.

“Лист диалога” - это панель управления расчетом (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 – Вид панели управления расчетом на ”Листе диалога”

 

Панель управления – совокупность виртуальных кнопок  1 … 9.

Кнопка  1  – удаляет результаты расчетов предыдущего пользователя, позволяет избежать ошибок по невнимательности.

Кнопка  2  – позволяет ввести данные по пользователю: фамилию и группу.

Следующая группа кнопок  3  ,   4,   5  ,  6  помогает выполнить расчет рабочего процесса дизеля.

Кнопка  3  – отправляет на лист “Ввод исходных данных” для расчета рабочего процесса – рисунок 3.

Процесс ввода исходных данных – ответственный этап расчета. Необходимо хорошо изучить рассчитываемый дизель, его технические характеристики, параметры рабочего процесса прототипа.

Выбор параметров комментируется рекомендациями в ячейках с красным треугольником в верхнем правом углу ячейки (это примечания). Доступ к просмотру примечания осуществляется наведением курсора мышки на ячейку, содержащей примечание. На рисунке 3 курсор мышки был наведен на ячейку с параметром “Тип наддува”. Необходимо учитывать размерность вводимых параметров.

Назначение марки топлива, используемого в ДВС, обеспечивается нажатием кнопки «Выбор топлива» (рисунок 4).

Выбор типа топлива обеспечивается включением соответствующей ячейки «А», соответствующей конкретному типу топлива (рисунок 5). После назначения марки топлива в левой части таблицы «Б» формируется элементарный состав вводимого топлива.

В таблице «Б» формируются характеристики бункеровочного топлива. Можно отредактировать элементарный состав топлива. По окончании назначения марки топлива и его состава необходимо нажатием кнопки «В» вернуться в листу лист “Ввод исходных данных” (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – Вид части листа

ввода исходных данных для расчета рабочего процесса

 

После ввода исходных данных для расчета рабочего процесса (37 единичных и комплексных параметров) необходимо вернуться на “Лист диалога” (рисунок 2) и нажать кнопку  4  - “Расчет”.

 

 

Рисунок 4 – Блок вводимых параметров по составу

 

При появлении диалогового окошка с введением номера расчета введите 1 или 2.

Рисунок 5 – Назначение типа и состава топлива

 

Цифра 1 вводится при типовом расчете дизеля. Если при выполнении задачи необходимы сравнительные расчеты, например на различном топливе, мощности и т.д., выполняется два расчета, отличающиеся исходными данными и имеющими свои номера расчетов 1 и 2.

Если будет выведена информация о некорректно введенном каком-либо параметре, необходимо нажать кнопку “ОК”, затем кнопку  3, далее требуется отредактировать исходные данные. Если количество результатов (вариантов расчета) недостаточно для выполнения анализа, или результаты расчетов не удовлетворительны, необходимо также нажать кнопку  3  и откорректировать исходные данные.

Для анализа результатов расчета необходимо нажать кнопку  5, которая откроет лист с результатами расчета рабочего процесса (рисунок  6). На экране отражается только часть результатов расчета, доступ к остальным можно получить стандартными средствами пакета. Целью расчета является определение параметров рабочего процесса дизеля для выхода на заданную мощность. Результаты формируются при вариации коэффициента избытка воздуха и степени повышения давления.

Необходимо выбрать вариант (один), наиболее рациональный (по расходу топлива, максимальному давлению цикла, наддуву, и т.д.).

В результате анализа результатов расчета, необходимо выделить выбранный вариант (они расположены в строках) на листе. Для этого необходимо левой кнопкой мышки необходимо щелкнуть на номере строчки (рисунок 7).

 

 

Рисунок 6 – Вид листа “Результаты (табл)” с результатами расчета

рабочего процесса дизеля

 

 

 

Рисунок 7 – Выделение основного варианта расчета

Далее необходимо вернуться на “Лист диалога” и нажать кнопку  6, в результате чего будет сформировано 2 листа расчета рабочего процесса (лист исходных данных (”Бланк ИД-1”) и лист результатов (“Бланк рез. РРП”)).

Просмотр этих листов в соответствии с рисунком 1.

Расчет рабочего процесса выполнен.

В Приложении Б представлен бланк для печати, содержащий таблицу подготовленных учащимся блока исходных данных.

В Приложении В представлен лист с результатами расчета рабочего процесса.

Следующая группа кнопок   7,   8,   9  обеспечивает выполнение динамического расчета.

Нажатие кнопки   7  обеспечивает переход к листу ввода исходных данных для динамического расчета. Здесь необходимо отредактировать:

- рядность;

- постоянную КШМ (λ), этот параметр можно определить по изображению поперечного сечения рассчитываемого дизеля, где легко определить отношение длины кривошипа к длине шатуна (т.е. – λ), при этом оценка масштаба рисунка не требуется;

- массы (поступательно движущихся и вращающихся частей КШМ);

- угол развала блоков (γ);

- угол заклинки коленчатого вала (δ);

- давление под поршнем (р_ск);

- порядок работы цилиндров.

Остальные параметры переносятся из результатов расчета рабочего процесса и исходных данных автоматически.

При отсутствии данных по массам поступательно движущихся и вращающихся масс можно воспользоваться рекомендациями [3] или нажать кнопку 3 “Расчет” в соответствии с рисунком 8.

Рисунок 8 – К расчету масс подвижных частей дизеля

 

При этом вы перейдете на лист “Массы КШМ” (рисунок 9). Из таблицы с ориентировочными значениями приведенных масс, в зависимости от типа дизеля необходимо верно выбрать приведенные массы из ячеек 4 и 5. Назначенные значения ввести соответственно в ячейки 1 и 2. В ячейках 3 и 6 сформируются ориентировочные значения масс. Нажать кнопку “Возврат”.

 

Рисунок 9 – К оценочному расчету вращающихся

и поступательно движущихся масс КШМ

 

Далее в ячейки 1 (рисунок 8) необходимо ввести округленные значения масс по их значениям из ячеек 2.

 

Рисунок 10 ­– К назначению порядка работы цилиндров

 

Для выбора порядка работы также можно воспользоваться справкой посредством кнопки “Выбор порядка работы цилиндров”, нажатие которой приведет к листу “Порядок работы цил.” (рисунок 10).

На листе “Порядок работы цил.” из прилагаемой таблицы необходимо выбрать порядок работы цилиндров 1 (рисунок 10) и ввести в таблицу 3. Нажать кнопку 2.

При этом принято: вращение вала - по часовой стрелке, если смотреть на вал со стороны свободного конца; порядок нумерации цилиндров - от свободного конца до конца вала, где происходит отбор мощности.

В случае расчета “V”-образного двигателя следует особое внимание уделить порядку работы цилиндров. Это связано с тем, что нумерация цилиндров на практике отдельная для цилиндров левого и правого ряда, тогда как в настоящей программе она сквозная.

В качестве примера перевода порядка работы рассмотрим 6-ти цилиндровый четырехтактный двигатель с рекомендуемым порядком работы: 1л-2п-3л-1п-2л-3п (угол между кривошипами - 60 градусов).

В формуле буквой “л” обозначен левый ряд цилиндров, буквой “п” - правый.

Схематически это можно изобразить следующим образом (рисунок 11). Тогда, применительно к порядку работы цилиндров, реализованному в программе, формула будет такая - 1-5-3-4-2-6.

После ввода данных необходимо перейти на “Лист диалога” и нажать кнопку  8.

 

Рисунок 11 – К формированию порядка V–образного дизеля

 

После сообщения «Расчет окончен» можно просмотреть и проанализировать корректность полученных результатов.

В Приложении Г представлен лист исходных данных для динамического расчета дизеля.

В Приложении Д представлен лист результатов расчета динамического расчета дизеля (табулированные результаты расчета сил действующих в кривошипно-шатунном механизме).

В Приложении Е представлен лист результатов расчета динамического расчета дизеля (табулированные результаты расчета касательных сил действующих в кривошипно-шатунном механизме).

В Приложении Ж представлена индикаторная диаграмма цикла дизеля.

В Приложении З представлена развернутая индикаторная диаграмма цикла дизеля.

В Приложении И представлена векторная диаграмма дизеля.

В Приложении К представлена относительная диаграмма износа шейки вала.

В Приложении Л представлена диаграмма сил на кривошипах (давления газов; движущие силы; силы инерции).

В Приложении М представлена диаграмма сил на кривошипах (нормальных, касательных, радиальных).

В Приложении Н представлена диаграмма касательных суммарных сил на кривошипах.

После выполнения расчета можно выводить на печать постранично исходные данные и результаты расчета, работая с файлом "Dizel.xls".

В таблице 1 изложен перечень необходимых листов для, которые распечатываются из файла "Dizel.xls".  В таблице представлены требования для курсового проектирования и дипломного проектирования.

 

Таблица 1 – Перечень выводимых на печать листов

№	Курсовой проект	№	Дипломный проект
1	2	3	4

Расчет рабочего процесса

1 «Бланк ИД-1» 1 «Бланк ИД-1» 2 «Бланк рез. РРП.» 2 «Бланк рез. РРП.»

Динамический расчет дизеля

3 «Бланк ИД-2» 3 «Бланк ИД-2» 4 «Бланк Силы в КШМ» 4 «Бланк Силы в КШМ» 5 «Бланк НКС» 5 «Бланк НКС» 6 индикаторная диаграмма 6 индикаторная диаграмма 7 индикаторная диаграмма развернутая 7 Развернутая индикаторная диаграмма 8 векторная диаграмма 8 силы на кривошипах 9 диаграмма износа 9 касательные силы 10 силы на кривошипах: давления газов, движущие, инерции     11 силы на кривошипах: нормальные, касательные, радиальные     12 силы на кривошипах (все силы)     13 касательные суммарные    

 

Все листы сформированы для печати на листах бумаги формата А4.

При необходимости формирования сравнительных таблиц результатов расчета рабочего процесса (например, для выполнения сравнительного анализа) нужно загрузить файл "Анализ теплового расчета ДВС.xls". Открыть этот файл нужно, не закрывая расчета по дизелю. Далее нажать кнопку «Получить результаты», в результате чего этот файл отобразит результаты теплового расчета дизеля в табулированном виде. вариантами расчета рабочего процесса, из которых вы выбрали только один. Пролистайте его и найдите лист с выбранным вариантом (это нетрудно сделать, например, по коэффициенту избытка воздуха и степени повышения давления) и распечатайте его (при необходимости), или сохраните этот файл под новым именем и запишите на носитель.

В Приложении О представлен лист сравнительной таблицы результатов расчета рабочего процесса дизеля.