3.4. Процесс расширения

Необходимо найти параметры и в конце расширения газов, и затем построить политропу расширения.

Степень последующего расширения равна:

Величина , К (3.1)

где - среднее значение показателя политропы расширения

Поскольку в уравнении (3.1) два неизвестных и , то для его решения используем дополнительно уравнение теплового баланса на линии расширения:

(3.2), где

-коэффициент молекулярного изменения при полном сгорании

= 0,486,

Величину - среднюю теплоёмкость продуктов сгорания приравниваем теплоёмкости свежего заряда ( ), равной

, где

Коэффициенты и определяются по формулам:

и

Далее решаем уравнения (3.1) и (3.2) методом последующего приближения (метод итераций) в следующей последовательности:

1). Задаёмся значением в диапазоне 900 – 1200 К

2). Находим из уравнения (3.2).

3). Подставляем в уравнение (3.1) и определяем .

4). Если получается более 0,01, то расчёт рекомендуется повторить.

Для тепловозных ЛЭУ обычно = 1,21 – 1,28, а величина = 900-1200К

Далее определяем давление в конце процесса расширения:

(для справки обычно = 0,5 – 1,0).

Промежуточные значения давлений газов в цилиндре ЛЭУ в процессе расширения можно найти по уравнению политропы расширения

Задавшись несколькими значениями объёма процесса расширения, найдём соответствующие величины .

Далее дополнительно к ранее полученной диаграмме достраивается индикаторная диаграмма в координатах и для процесса расширения.

Теоретические индикаторные диаграммы в «Р-φ» координатах

Рис.5. а – для 4-тактных дизелей; б – для 2-тактных дизелей

Теоретические индикаторные диаграммы в «Р-V» координатах

Рис.6 а – 4-тактный двигатель; б – 2-тактный двигатель

Расчетные индикаторные диаграммы в «Р-V» координатах для 2- тактного дизеля с ПДП

После построения индикаторных диаграмм переходят к определению основных показателей дизеля.

4. Технико-экономические показатели проектируемого дизеля

Величина среднего индикаторного давления:

, МПа

Для 4-тактных дизелей  = 0, и коэффициент полноты диаграммы принимают _П = 0,94 0,96. Для 2-тактных дизелей при прямоточно-щелевой продувке _П = 1,0, а при прямоточно-клапанной – 0,97 0,99.

Принимая по опытным данным значение механического КПД _М в пределах:

• для 4-х тактных дизелей с наддувом  0,80  0,92;

• для 2-х тактных дизелей с наддувом  0,75  0,85,

определяют среднее эффективное давление:

, МПа (52)

Эффективная мощность дизеля определяется по формуле:

, кВт (53)

или, в случае использования приводного нагнетателя,

, кВт (54)

В случае, если полученная мощность окажется меньше или больше заданной, следует изменить рабочий объем двигателя или давление наддува и произвести повторный расчет.

Индикаторный КПД определяется из соотношения:

, (54)

где R_В = 0,287 кДж/кг^.К; Н_И = 42500 кДж/кг;

L’₀ = 14,35.

Эффективный КПД дизеля:

,

Индикаторный КПД тепловозных дизелей изменяется в пределах _i = 0,44 - 0,51, а эффективный - _е = 0,38 -0,44.

Удельный индикаторный расход топлива:

, кг/кВт^.ч (55)

Удельный эффективный расход топлива:

, кг/кВт^.ч (56)

Достигнутые значения g_е для тепловозных дизелей:

4-тактные – 0,19 - 0,205, а у 2-тактных – 0,21 - 0,231 кг/кВт^.ч.

Литровая мощность двигателя равна:

, кВт/л (57)

Для тепловозных дизелей соответственно: 4-тактные –

N_{Л ≤} 15, а 2- тактные - _≤13 кВт/л.

После окончания расчета рабочего процесса и технико-экономических показателей все основные результаты следует свести в табл.4.

№ №	Наименование показателя		Обозначение		Размерность		Значение
1	2		3		4		5
1.	Эффективная мощность.		Nе		кВт
2.	Угловая скорость коленчатого вала.				рад/с
3.	Размерность двигателя.		S/D		-
4.	Суммарный коэффициент избытка воздуха.				-
5.	Расход воздуха.		G		кг/с
6.	Давление наддува.		РS		МПа
7.	Мощность, потребляемая компрессором.		NК		кВт
8.	Температура воздуха на выходе из компрессора.		Т2		К
9.	То же, на входе в дизель.		ТS		К
10.	Потери давления воздуха.		Р’S		МПа
11.	Давление воздуха в начале сжатия.		Ра		МПа
12.	Температура воздуха в конце наполнения.		Та		К
13.	Масса рабочего тела в конце наполнения.		Ма		кг
14.		Коэффициент наполнения		V		-
15.		Степень сжатия				-
16.		Показатель политропы сжатия		n1		-
17.		Давление воздуха в точке «с»		РС		МПа
18.		Температура воздуха в точке «с»		ТС		К
19.		Давление газов в точке «z»		РZ		МПа
20.		Температура газов в точке «z»		ТZ		К
21.		Давление газов в точке «в»		РВ		МПа
22.		Температура газов в точке «в»		ТВ		К
23.		Показатель политропы расширения		n2		-
24.		Температура газов перед турбиной		Тт		К
25.		Мощность турбины		NТ		кВт
26.		КПД турбины		Т		-
27.		Среднее индикаторное давление		Рi		МПа
28.		Среднее эффективное давление		Ре		МПа
29.		Индикаторный КПД		i		-
30.		Эффективный КПД		е		-
31.		Цикловая подача топлива		gц		кг/цикл
32.		Удельный индикаторный расход топлива		gi		кг/цикл
33.		Эффективный расход топлива		gе		кг/кВт.ч
34.		Литровая мощность		Nл		кВт/л

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.