3.1.2. Расчет параметров теплоносителей горячего контура системы

охлаждения расчетного тепловоза

Плотность и удельная теплоемкость теплоносителей:

– для воды:

кг/м³;

– для масла: кг/м

- для воздуха при нормальных условиях:

кг/м³;

кДж/(кг·К);

Скорость движения жидкости в трубках секции, м/с:

м/с. Определяем величину удельного теплоотвода по выражению, кДж/(кВтч): , кДж/(кВтч). (3.18)

Минимально возможное значение весовой скорости воздуха в секциях холодильника серийного тепловоза =4,1 кг/(м²с).

Температура воды на выходе из системы охлаждения и температура воздуха , К:

К;
К.

Коэффициент теплопередачи, кДж/(м²чК):

Общее количество тепла, передаваемого в контуре охлаждающему воздуху:

кД Величина относительной ошибки:

2.2.2. Анализ термических характеристик теплоносителей холодного контура системы охлаждения тепловозов

Для сравнительного анализа выходных параметров холодного контура системы охлаждения тепловозов необходимо использовать:

– мощность и частоту вращения коленчатого вала дизеля для серийного и расчетного тепловозов;

– схему и параметры системы наддува серийного тепловоза;

– удельный теплоотвод о источника тепла в холодном контуре охлаждения;

– производительность водяного насоса холодного контура охлаждения;

– производительность масляного насоса и температуру масла на выходе из дизеля.

Система воздухоснабжения серийного тепловоза 2ТЭ10М имеет две ступени наддува воздуха. Степень повышения давления соответственно равна:

.

Температуры воздуха после первой и второй ступеней наддува для серийного тепловоза определяются по выражениям, К:

, (2.55)

, (2.56)

η_кад1 – средний адиабатный КПД центробежных компрессоров:

, (2.57)

где D_к – диаметр колеса компрессора, D_к=340 мм,

Значения выше перечисленных параметров указаны в табл. 2.6.

Рис. 2.10. Схема воздухоснабжения дизеля тепловоза 2ТЭ10М.

К,

К.

Температура воздуха на входе надувочного ресивера для расчетного тепловоза, К,

, (2.58)

К.

Количество тепла, передаваемого в холодном контуре охлаждения соответственно для серийного и расчетного тепловозов, кДж/ч:

_, (2.62)

. (2.63)

где кДж/ч,

кДж/ч.

кДж/ч,

кДж/ч.

Плотность и удельная теплоемкость воды в холодном контуре охлаждения определяются:

, (2.64)

, (2.65)

где – средняя температура при входе в холодном контуре, К,

кДж/(кг·К),

кг/м³.

Для определения температуры воды на входе в холодный контур охлаждения тепловозов и необходимо:

1) ориентировочно, используя технические характеристики тепловозов, задать температуру воды на выходе из системы охлаждения , К:

К,

2) по производительности водяного насоса холодного контура охлаждения серийного тепловоза, количеству секции и количеству ходов теплоносителя в контуре рассчитывается линейная скорость жидкости в секциях холодильника тепловоза, м/с:

, (2.68)

. (2.69)

м/с,

м/с.

3) определить приращение температуры воды в контуре при охлаждении масла дизеля в ВМТ, К:

, (2.70)

, (2.71)

К,

К,

К,

К.

4) определить температуру воды на входе в секции холодного контура системы охлаждения, К:

, (2.72)

, (2.73)

К,

К,

К,

К.

Определение термических параметров холодного контура системы охлаждения как серийного, так и расчетного тепловозов осуществляется с использованием: уравнения теплового баланса для охлаждаемой жидкости, уравнения теплового баланса для охлаждающего воздуха и уравнения теплопередачи.

Для серийного тепловоза:

, (2.74)

, (2.75)

, (2.76)

где – коэффициент теплопередачи серийных воздушно-водяных секций холодильника холодного контура, кДж/(м²·ч·К).

Аналогично записывается исходная система уравнений для расчетного тепловоза, в которой значения термических параметров серийного тепловоза заменяется параметрами расчетного тепловоза.

Величина коэффициента теплопередачи секций холодильника для холодного контура охлаждения серийного и расчетного тепловозов определяется по выражению:

(2.77)

С учетом изменения весовой скорости воздуха и линейной скорости воды в секциях холодильника: для серийного тепловоза , , для расчетного тепловоза , .

Используя уравнение

, (2.78)

и выражение (2.77), методом последовательных приближений определяем весовую скорость воздуха в секциях холодильника холодного контура и коэффициент теплопередачи:

кг/(м²·с),

кг/(м²·с),

кДж/(м²·ч·К),

кДж/(м²·ч·К).

Расход воздуха через секции холодильника, кг/ч,

, (2.79)

кг/ч,

кг/ч.

Температура воздуха на выходе из системы охлаждения, К,

, (2.80)

К,

К.

Выполненные расчеты позволяют определить мощность, отбираемую от дизельной установки на привод вентилятора системы охлаждения серийного и расчетного тепловозов, для чего:

1) определяется суммарное аэродинамическое сопротивление шахты холодильника, Па:

, (2.81)

, (2.82)

Па, Па.

2) определяется средняя температура в шахте холодильника, К:

, (2.83)

, (2.84)

К,

К.

3) по характеристическому уравнению определяется плотность воздуха в шахте холодильника, кг/м³:

, (2.85)

. (2.86)

где R_в – газовая постоянная для воздуха, R_в =287Дж/(кг·К),

кг/м³,

кг/м³.

4) рассчитывается мощность необходимая на привод вентилятора для обеспечения заданного режима охлаждения теплоносителей, Вт:

, (2.87)

, (2.88)

кВт,

кВт.

Плотность масла и удельная теплоемкость определяются по выражениям:

, (2.89)

. (2.90)

где t_м – средняя температура масла, t_м^(с)=348 К, t_м^(р)=343 К.

кг/м³,

Дж/(кг·К),

кг/м³,

Дж/(кг·К).

Величина снижения температуры масла после прохождения ВМТ, К,

, (2.91)

К,

К.

Температура масла на выходе из ВМТ, К,

, (2.92)

К,

К.

_(2.93)

Степень повышения давления расчетного тепловоза:

Результаты расчета представлены в виде табл. 2.6.

Таблица 2.6

Результаты сравнительного анализа эффективности работы системы охлаждения серийного и расчетного тепловозов

Наименование параметра	Значение параметра для тепловозов
	серийного	Расчетного
1	2	3
Суммарный отвод тепла в горячем контуре Qг,кДж/ч	3416,3	3012,9
Температура воды на выходе из дизеля Тв1, К.	353	363
Температура масла на выходе из дизеля Тм1, К.	353	348
Температура воды горячего контура на выходе из системы охлаждения Тв2, К	347,39	357,1
1	2	3
Скорость воды в трубках секции горячего контура охлаждения , м/с	1,21	1,26
Весовая скорость воздуха в секциях горячего контура Uвз, кг/(м2·с)	3,914	4,477
Коэффициент теплопередачи секций горячего контура К, кДж/(м2·ч·К)	197,8	212,6
Температура воздуха на выходе из секций горячего контура То1, К	361,4	372,89
Температура воды холодного контура на выходе из системы охлаждения Тв3, К	343	338
Температура воды холодного контура на выходе из ВМТ Тв4, К	348,22	345,59
Температура воды на выходе из ОХНВ Т5, К	349,18	351,5
Скорость воды в трубках секции холодного контура охлаждения , м/с	0,404	0,421
Коэффициент теплопередачи секций холодного контура Кх, кДж/(м2·ч·К)	140	202
Температура масла на выходе из ВМТ Тм2, К	344,7	337,4
Температура надувочного воздуха после агрегатов наддува Тs1, К	437	421
Температура надувочного воздуха после агрегатов наддува Тs2, К	380	374,9
Расход воздуха через секции холодного контура Gх, кг/ч	50860	11160
Температура воздуха на выходе из секций холодного контура То2, К	360,8	344,2
Плотность воздуха после агрегатов наддува, кг/м3	1,69	1,55
Плотность воздуха после воздухоохладителя наддува, кг/м3	1,22	1,32
Суммарное сопротивление шахты холодильника, кПа	6,541	11,94
Плотность воздуха в шахте холодильника, кг/м3	0,965	0,987
Мощность на привод вентилятора,Nв кВт	189,7	537,3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные параметры тепловоза получились следующими:

1) мощность дизеля, тягового генератора и электродвигателя соответственно

кВт, кВт, кВт.

2) вес состава при расчетном подъеме ⁰/₀₀ на звеньевом пути составил:

т.

Кроме того, были построены электромеханические и электротяговые характеристики ТЭД, тяговая характеристика и технико-экономические характеристики тепловоза. По тяговой характеристике видно, что скорость, при которой происходит выход на гиперболическую зависимость примерно равна расчетной ( км/ч). А из технико-экономических характеристик видно, что к.п.д. тепловоза при разных скоростях (от расчетной до конструкционной) будет равен .

При расчете охлаждающего устройства тепловоза были вынуждены принять двухрядное последовательное расположение секций и два теплообменника, в результате чего имеем:

1) число секций холодильника – ,

2) теплообменник с параметрами – шт; мм;

мм; мм;

3) вентилятор с параметрами ; кПа; м; мин^-1; кВт.

Спроектированный тепловоз с такими параметрами можно использовать для перевозок грузовых вагонов в местах с большими радиусами кривых (т.к. осевая формула 2·(3₀-3₀) и с температурой окружающего воздуха до 40 ⁰С.

Библиографический список

1. Методические указания к выполнению курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Теория и конструкция лоомотивов» / Е. И. Сковородников; Омск, 2007.55 с.

2. Электрооборудование тепловозов: Справочник / под ред. В. С. Марченко. М., 1981. 287с.

3. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам. Т.1 / под ред. А. И. Тищенко. М., 1976. 430с.

4. Пойда А. А., Хуторянский Н. М., Кононов В. Е. Тепловозы. Механическое оборудование, устройство и ремонт. М., 1988. 319с.

5. Тепловозы 2ТЭ10М, 3ТЭ10М: Устройство и работа / С. П. Филонов, А. Е. Зиборов, В. В. Реккунас и др. М.: Транспорт, 1986. 288с.

49