Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементтов конструкции тепловозного двигателя

,

Vв=0,00024+0,052*0,128((1-0,4361)+1,3/4(1+0,2581))=0,00671 (м3)

Таблица 3.

Степень последующего расширения определяют из соотношения

, (41)

σ=0,00671/(0,00024*1,217)=22,9

Для определения температуры рабочего тела в конце расширения (точка “в” расчетной индикаторной диаграммы) используют уравнения:

, К, (42)

гдеn2 - среднее значение показателя политропы расширения, и уравнение теплового баланса процесса расширения с учетом тепловыделения от догорания топлива на линии расширения:

, (43)

где

,

A’=(8,312*1,04764*1751)/1,054=14466,48

B’=42500*((0,8-0,72)/(2,2*0,468*

(1-0,02)*1,054))+(1,04764*23,311*1751)/1,054=43768,26

Уравнения (42) и (43) решаются совместно одним из численных методов.

Обычно для тепловозных дизелей величины n2 = 1,21 -1,3, ТВ = 900 -1200 К.

n2=((14466,48-8,312*1000)/(43768,26-23,311*1000)+1=1,3

TB=(1751/22,90,3)*(1,04764/1,054)=695 K.

Давление в конце расширения определяют по формуле:

, МПа (44)

РВ=13,962/22,91,3=0,238 Мпа.

Температура ТВ не должна превышать 1200 К во избежание значительного перегрева выпускных клапанов, головок поршней и пригорания поршневых колец.

2.5. Определение температуры газов, на входе в турбину и баланса мощностей компрессора и турбины

2.5.1.Схематически можно принять, что в процессе выпуска последовательно происходят изоэнтальпийное истечение газовизцилиндров в выпускной коллектор, их перемешивание с продувочным воздухом и перенос отработавших газов к турбине с некоторой потерей теплоты в стенки коллектора.

При перемешивании газов с наддувочным воздухом из уравнения баланса теплоты находится температура смеси.

Уравнение баланса теплоты может быть представлено в виде:

, (45)

гдеGS; G - суммарный и теоретический расход воздуха;

ТСМ, ТS; ТВ - температуры смеси, воздуха в ресивере и газов в точке “в”:

mCРСМ; mCРS и mCРВ - молярные теплоемкости смеси, воздуха в ресивере и газов в точке “в” (берутся из курса теплотехники).

Принимая mCРВ = mСРСМ , получим

, (46)

Tсм=((1,371-1,246)*317*1+1,246*695))/1,371=660 K.

Температуру смеси рабочего тела перед турбиной определяют с учетом потерь теплоты на охлаждение:

, (47)

Tт=660-0,11(660-350)=626 K.

где yr - коэффициент, учитывающий теплоотвод в выпускной системе;

Т’W - температура теплоносителя, охлаждающего коллектор.

В тепловозных дизелях величина yr находится в пределах:

· для коллектора, охлаждаемого водой - 0,1 - 0,15;

· для неохлаждаемого коллектора - 0,01 - 0,03.

В случае охлаждения коллектора водой значение Т’Wпринимается в пределах 320 - 360 К. Для неохлаждаемого коллектора значение Т’Wпринимается равной температуре воздуха в кузове тепловоза.

2.5.2.Мощность турбины зависит от расхода смеси GZ, температуры смеси ТСМ на входе в турбину, перепада давлений в турбине Т и КПД hТ. Для обеспечения продувки двигателя перепад давлений по двигателю для 4-тактных дизелей не должен быть ниже , а для 2-тактных дизелей(где РТ - давление газов перед турбиной).

Тогда:

, (48)

где xr - коэффициент потерь давления в выпускной системе xr = 0,92

πт=1,222*0,92/1,05=1,070

Мощность турбины:

, (49)

Nт=(1,371*1,33*268*626*0,016)/0,33=1484 кВт

где КГ - показатель адиабаты выпускных газов КГ = 1,32  1,35;

Из баланса мощностей компрессора и турбины получим требуемый КПД турбины:

, (50)

ηт=1000/1484=0,67

где NК подсчитана по формуле (13).

Полученные величины требуемого КПД не должны быть выше значений, реально достигаемых в настоящее время hТ 0,8  0,85.

2.6. Технико-экономические показатели проектируемого дизеля

Величина среднего индикаторного давления:

,Па (51)

Pi=0,96*0,455(0,2821+3,162-1,943)=0,65 Па.

Для 4-х тактных дизелейy = 0, и коэффициент полноты диаграммы принимают jП = 0,94 0,96. Принимая по опытным данным значение механического КПД hМв пределах:

· для 4-х тактных дизелей: без наддува@0,75  0,80;

с наддувом @ 0,80  0,92;

определяют среднее эффективное давление:

, Па (52)

Pе=0,655*0,92=0,602 Мпа.

Эффективная мощность дизеля определяется по формуле:

, кВт (53)

Ne=((0,602*0,20096*8*115,13)/12,56))*103=8871 кВт.

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

Индикаторный КПД определяетсяиз соотношения:

, (54)

ηi=(287*2,2*14,35*0,65*370)/(42500*0,80*0,154)=0,4161

где RВ = 0,287 кДж/кг.К;НИ = 42500 кДж/кг; L’0 = 14,35.

Эффективный КПД дизеля:

,

ηe=0,4161*0,92=0,3828

Индикаторный КПД тепловозных дизелей изменяется в пределах hi = 0,41 - 0,51, а эффективный - hе = 0,38 -0,44.

 Скачать реферат