- •Федеральное агентство железнодорожного транспорта
- •Общие указания к выполнению курсовой работы
- •Задание на курсовую работу
- •Исходные данные к выполнению курсовой работы
- •Методические указания по выполнению курсовой работы
- •Выбор тепловоза–образца
- •Составление компоновочной схемы расположения оборудования на тепловозе. Подсчет весов и развеска оборудования тепловоза
- •Подсчет весов и развеска оборудования тепловоза
- •Основные базовые размеры тепловозов
- •Сводная весовая ведомость расчета развески проектного тепловоза
- •Определение основных параметров работы дизеля и охлаждающего устройства
- •Расчет числа секций охлаждающего устройства
- •Выбор типа электрической передачи, определение параметров генератора и тяговых электродвигателей
- •Порядок расчета
- •Расчет передаточного числа тягового редуктора
- •Определение касательной мощности тепловоза. Построение тяговой характеристики
- •Геометрическое вписывание тепловоза в кривые .
- •Графическая часть курсовой работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Приложение 1
- •Устройства; 14 — высоковольтная камера
Определение основных параметров работы дизеля и охлаждающего устройства
К основным параметрам работы дизеля относятся среднее индикаторное и среднее эффективное давления, средняя скорость поршня, индикаторный и эффективный КПД, удельный расход топлива.
Среднее эффективное давление pе характеризует полезную мощность дизеля, отнесенную к коленчатому валу (фланцу отбора мощности), а среднее индикаторное давление pi соответствует мощности, полученной непосредственно в цилиндре двигателя. Эту мощность называют индикаторной.
Эффективная Pе ном и индикаторная мощности связаны соотношением
Pе ном = Pi ⋅ηм ,
откуда
Pe ном
η
Pi =м ,
где Pe ном — номинальная эффективная мощность одного дизеля, получаемая делением заданной мощности Pe на число секций тепловоза;
ηм — механический КПД дизеля.
Механический КПД дизеля характеризует механические и гидравлические потери в трущихся частях двигателя, а так же расход части мощности на привод вспомогательных механизмов дизеля (топливных, масляных, водяных насосов, механизма газораспределения и др.) Его значение находится в пределах от 0,78 до 0,9.
Средняя скорость поршня Cм , м/с, характеризует конструкцию двигателя с точки зрения тепловой и динамической напряженности, а также интенсивности износа деталей. В современных тепловозных дизелях средняя скорость поршня 7 – 10 м/с (при больших значениях Cм резко возрастает интенсивность износа трущихся частей, что понижает надежность и срок службы дизеля).
См = 2S ⋅ n ,
где S — ход поршня, м;
n — частота вращения коленчатого вала, 1/с.
Часовой расход топлива дизеля Bч , кг/ч
Bч = bе ⋅ Pе ном ,
где bе — удельный расход топлива, приходящийся на 1 кВт эффективной мощности,
кг/(кВт . ч).
Удельный расход топлива характеризует степень совершенства преобразования химической энергии топлива в механическую в тепловом двигателе. Для современных дизелей он составляет:
для двухтактных — 0,218 – 0,231 кг/(кВт .ч)
для четырехтактных — 0,204 – 0,225 кг/(кВт .ч).
Эффективный КПД дизеля ηе есть отношение количества теплоты, эквивалентной
эффективной мощности, к располагаемой теплоте, полученной от сгорания топлива в
цилиндрах в течение часа,
η = 3600 ⋅ Pе
3600
е
Hи ⋅ Bч
или
ηе =
bе
Hи ,
где Hи = 42500 кДж/кг — теплота сгорания дизельного топлива (количество теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг топлива).
Индикаторный КПД дизеля ηi .
η = ηе i η
м .
Значение ηм принять в пределах от 0,8 до 0,9.
Выписав из таблицы 3 основные технические параметры дизеля выбранного тепловоза-
образца, необходимо определить по заданной мощности (несколько отличающейся от мощности выбранного дизеля) новые параметры работы дизеля: среднее эффективное и индикаторное давления, эффективный и индикаторный КПД, а так же давление воздуха pк перед впускными органами цилиндра (давление наддува).
Среднее эффективное давление в МПа
pe =
Pe ном ⋅τ
3
2 ⋅ 10
Vh ⋅ i ⋅ n ,
где τ — тактность дизеля;
i — число цилиндров;
n — частота вращения коленчатого вала дизеля, с-1;
d 2
π
Vh =
ц ⋅ S 4
— рабочий объем цилиндра, м3,
здесь dц , S — диаметр цилиндра и ход поршня, м. Среднее индикаторное давление, МПа
pe pi = η
м .
Цикловая подача топлива в цилиндры дизеля qц , кг/цикл
b ⋅ P ×τ
q = е e ном ц 2 ⋅ 3600 ⋅ n ⋅ i .
Давление воздуха pк перед впускными органами цилиндра дизеля (давление наддува) существенно влияет на мощность дизеля и определяется из выражения цикловой подачи топлива в цилиндры дизеля
6
ηV 10
pк ⋅Vh
0
qц = α L ⋅
8314 Tк ,
8314 ⋅Ткα ⋅ L ⋅ q
р = 0 ц
v
к 106 ⋅η⋅Vh
где ηV — коэффициент наполнения. Принимается равным 0,85 — для 4х-тактных дизелей и 0,8 — для 2х-тактных;
α — коэффициент избытка воздуха. Принять α = 1,95;
L0 — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива,
КМоль/кг; принять L0 = 0,495 КМоль/кг;
Tк — температура воздуха перед впускными клапанами, К; принять
Tк = 60 + 273 = 333 ° К.
Пример. Для варианта 7 заданная мощность составляет Pe = 4500 кВт, мощность дизеля тепловоза-образца 2206 кВт, заданная мощность одного дизеля
Pe ном
= Pe = 2250 2
кВт.
Индикаторная мощность
Pe ном 2250
Pi = = = 2647
ηм 0,85
кВт.
Эффективный КПД дизеля
3600⋅ P
e
η = e номHи ⋅ Bч
= 3600 ⋅ 2250 = 0,4 42500 ⋅ 0,211⋅ 2250 .
Индикаторный КПД
i
η = ηeηм
= 0,4
0,85
= 0,47
.
Объем цилиндра
2 2
π dц π ⋅ 0,26
V = ⋅ S =
⋅ 0,26 = 0,013797
h 4 4
м3.
Среднее эффективное давление при Pe ном = 2250 кВт
Pe ном ⋅τ
e
p =2250 ⋅ 4
1,223
2 ⋅ 103Vh
⋅ i ⋅ n
=
2 ⋅ 103 ⋅ π
⋅ 0,26 2
4
=
⋅ 0,26 ⋅ 16 ⋅ 16 ,66
МПа,
при Pe ном = 2206 кВт
e
p = 2206⋅ 4 = 1,22
2 ⋅ 103 ⋅ π ⋅ 0,26
4
⋅ 0,26 ⋅ 16 ⋅ 16 ,66
МПа.
Цикловая подача топлива при Pe ном = 2250 кВт
q = 0,211 ⋅ 2250⋅ 4 = 0,00099
ц 2 ⋅ 3600 ⋅ 16 ,66 ⋅ 16
кг/цикл,
при Pe ном = 2206 кВт
q = 0,211⋅ 2206⋅ 4 = 0,00097
ц 2 ⋅ 3600 ⋅ 16 ,66 ⋅ 16
кг/цикл.
Давление наддува при Pe ном = 2206 кВт
pк =
8314⋅Tк ⋅α ⋅ L0 ⋅ qц
106 ⋅ηV ⋅Vh
= 8314⋅ 333⋅ 1,95⋅ 0,495⋅ 0 ,00097 106 ⋅ 0,85 ⋅ 0,013797
= 0,2219
МПа,
при Pe ном = 2250 кВт
p = 8314⋅ 333⋅ 1,95⋅ 0,495⋅ 0,00099 = 0,2256
к 106 ⋅ 0,85 ⋅ 0,013797
МПа.
∆ pк = 0,2256 − 0,221 = 0,0046
МПа.
Таким образом, чтобы поднять мощность дизеля с Pe ном = 2206 кВт до Pe ном = 2250 кВт нужно повысить давление наддува на 0,0046 МПа и увеличить цикловую подачу топлива на 0,00002 кг/цикл.
