Проект дизеля 2Д42 (6ЧН30/38). Снижение токсичности отработавших газов

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 7
1 Технические Данные двигателя-прототипа 8
2 Тепловой расчёт 11
2.1 Исходные параметры 11
2.2 Расчёт процессов проектируемого двигателя 14
2.2.1 Расчёт процесса наполнения 14
2.2.2 Расчёт процесса сжатия 15
2.2.3 Расчёт процесса сгорания 16
2.2.4 Расчёт процесса расширения 19
2.3 Индикаторные показатели двигателя 20
2.4 Параметры агрегатов продувки-наддува 20
2.5 Эффективные показатели двигателя 22
2.6 Расчет рабочего цикла на ЭВМ 23
2.6.1. Расчет двигателя повышенной экологичности 24
2.6.2.Расчет двигателя со средними значениями 26
2.7 Вывод по тепловому расчёту 28
3 Расчёт динамики двигателя 31
4 Конструирование и расчёты прочности 40
4.1 Проектирование и расчёты прочности коленчатого вала 40
4.1.1 Описание конструкции коленчатого вала 40
4.1.2 Условия работы коленчатого вала 41
4.1.3 Расчёт коренной шейки коленчатого вала 42
4.1.4 Расчёт шатунной шейки коленчатого вала 44
4.1.5 Расчёт щеки коленчатого вала 46
4.2 Гидродинамический расчёт подшипников коленчатого вала 49
4.2.1 Описание конструкции подшипников 49
4.2.2 Расчёт коренного и шатунного подшипников 49
4.2.3 Проверочный расчёт 53
4.3 Проектирование и расчёт шатунной группы 55
4.3.1 Расчёт верхней головки шатуна 55
4.3.2 Расчёт стержня шатуна 60
4.3.3 Расчёт кривошипной головки шатуна 63
4.3.4 Расчёт шатунных болтов 64
4.3.5 Расчет болтов, соединяющих стержень и нижнюю головку шатуна 66
4.4 Расчёт цилиндро-поршневой группы 67
4.4.1 Конструирование поршня 67
4.4.2 Оценка теплового состояния поршня 68
4.4.3 Расчёт механических напряжений в днище поршня 72
4.4.4 Расчёт температурных напряжений 74
4.4.5 Расчёт цилиндрической части поршня 75
4.4.6 Расчёт поршневого пальца 76
4.4.7 Расчёт поршневого кольца 82
5 Расчёт турбокомпрессора 84
5.1 Обоснование и выбор исходных данных 84
5.2 Параметры рабочего колеса компрессора 86
5.3 Безлопаточный диффузор 90
5.4 Лопаточный диффузор 91
5.5 Параметры на выходе и общие показатели компрессора 93
5.6 Проектирование и расчёт осевой газовой турбины 94
5.7 Рабочее колесо осевой турбины 97
5.8 Потери КПД и мощность турбины 99
6 Расчёт системы охлаждения 102
6.1 Схема системы охлаждения 102
6.2 Тепловой расчёт 103
6.3 Распределение теплоты в двигателе 103
6.4 Температуры теплоносителей 104
6.5 Теплоёмкости рабочих тел 105
6.6 Определение расхода теплоносителей 105
6.7 Расчёт центрального теплообменника 106
6.8 Расчёт охладителя ВТК 108
6.9 Расчёт масляного теплообменника 109
6.10 Расчёт охладителя надувочного воздуха 110
6.11 Определение мощности насоса пресной воды ВТК 111
6.12 Определение мощности насоса пресной воды НТК 112
6.13 Определение мощности насоса забортной воды 112
6.14 Определение мощности масляного шестерёнчатого насоса 113
7 Расчёт крутильных колебаний 114
7.1 Определение моментов инерции масс 114
7.2 Определение податливости участков 115
7.3 Выбор постоянных безразмерной системы 116
7.4 Расчет свободных колебаний методом Толле 117
7.5 Определение диапазона исследования частот свободных колебаний 119
7.6 Построение частотной диаграммы 119
8 Расчет ходкости судна 121
8.1 Обоснование выбора мощности и согласование винта 121
8.2 Определение буксировочного сопротивления судна 124
8.3 Определение потребляемой мощности 127
8.4 Работа на швартовах 130
9 Технология изготовления втулки цилиндра 133
10 Охрана труда 136
10.1 Расчёт искусственного освещения машинного отделения 136
10.1.1 Основные положения при проектировании освещения 136
10.1.2 Метод расчёта 136
10.1.3 Расчёт освещения 137
11. Технико-экономическая оценка спроектированного двигателя 137
Заключение 138
Список использованных источников 139
Приложение 140

РЕФЕРАТ
Пояснительная записка содержит 147 листа, 11 разделов, 25 таблиц, 24 рисунков. Графическая часть диплома включает в себя 5 чертежей – продольный и поперечный разрезы двигателя, чертёж турбокомпрессора, чертеж судна и расположение механизмов в машинном отделении, рабочий чертёж втулки цилиндров , кроме того, плакат с графиками нагружения подшипников коленчатого вала, плакат по крутильным колебаниям, схема систем двигателя с диаграммой изменения параметров дизеля при работе по винтовой характеристике.

Произведены следующие расчёты:
-тепловой расчёт;
-динамики двигателя;
-расчёт прочности;
-расчёт турбокомпрессора;
-расчёт системы охлаждения;
-расчёт крутильных колебаний;
-расчет ходкости;
-расчёт освещения машинного отделения.

Номинальная мощность Ne=1064...1630 кВт, при частоте вращения коленчатого вала n=360...750 мин-1; удельный расход масла на угар gM не превышает 3 г/(кВт-ч).

В дипломном проекте удалось расчитать и спроектировать силовую установку для линейного буксира-толкача проекта 749А. В результате замены двигателей 8NVD48 на среднеоборотную модификацию двигателя Коломенского завода 6 ЧН 30/38 удалось повысить мощность главной установки с 2x670 кВт до 2x1100 кВт, что в свою очередь обеспечило буксиру скорость в 14 узлов и запас мощности, достаточный для работы на швартовах, которая происходит по наиболее “тяжелой” винтовой характеристике. Помимо повышения мощности буксира, была решена задача снижения токсичности отработавших газов. Необходимость снижения токсичности обуславливается ухудшающимся состоянием окружающей среды. Требования по содержанию окислов азота в отработавших газах постоянно ужесточаются. Чтобы спроектированный двигатель удовлетворял этим требованиям, пришлось увеличить расход топлива, то есть уменьшить его экономичность.
В конструкцию двигателя были внесены следующие изменения : картер двигателя был усилен для снижения вероятности скручивания коленчатого вала, распределительный вал был снабжен дополнительными кулаками для возможности реверса, с двигателя был снят редуктор для обеспечения большего КПД передачи. Шатун был споектирован составным для возможности выемки поршня вместе с шатуном через втулку цилиндров, что повышает ремонтопригодность
двигателя, особенно вне дока.
Расчитанный двигатель снабжен осевым турбокомпрессором ТК-34, который позволяет обеспечить высокий уровень наддува, равный 0,345 МПа.
Расчет крутильных колебаний показал, что собственная частота колебаний двигателя на всех режимах работы достаточно для отсутсвия резонансов удалена от частот вынужденных колебаний. Из этого следует, что двигатели можно устанавливать без виброизоляторов непосредственно на раму.