Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементов конструкции тепловозного дизеля

Величины L0` и Ни принимаются равными 14,35 и 42500 кДж/кг.

Во время продувки часть воздуха теряется, поэтому в процессе сгорания будет участвовать меньшее количество воздуха:

, кг/с. (11)

где jк - коэффициент избытка продувочного воздуха.

Для 4-х тактных двигателей принимают jк = 1,05 - 1,15;

для 2-х тактных

при прямоточно-щелевой продувке - jк = 1,4 - 1,5, при прямоточно-клапанной - jк = 1,4 - 1,7 и при контурной продувке - jк = 2,1.

Количество воздуха в цилиндрах G и давление наддува РS связаны соотношением:

, МПа (12)

где hv - коэффициент наполнения, выбирается для 4-х тактных ДВС в пределах 0,82 -0,97, а для 2-х тактных – 0,85 - 0,95;

ТS - температура наддувочного воздуха, К.

Если считать, что в условиях тепловоза не удается охлаждать наддувочный воздух ниже 340 - 350 К, то можно принять, что температура заряда в цилиндрах находится в пределах ТS = 370 - 400 К.

RВ - газовая постоянная воздуха, RВ= 287 Дж/кг.К.

2.1.2. Выбор схемы наддува

По найденной величине давления наддува следует выбрать и обосновать схему воздухоснабжения дизеля.

Для четырехтактных тепловозных дизелей, как правило, применяют одну ступень сжатия воздуха в центробежном компрессоре, приводимом в работу от газовой турбины. Предельная величина давления в таком компрессоре составляет 0,35 МПа.

Если по расчетам требуется более высокое давление наддува, целесообразно изменить размерность двигателя и снизить требуемую величину давления. Выбранная схема воздухоснабжения дизеля согласовывается с консультантом.

Мощность, потребляемая компрессором, определяется по формуле:

, Вт (13)

где Т1 - температура воздуха на входе в компрессор, К;

- степень повышения давления в компрессоре (для компрессора низкого давления 1,9, среднего давления – 1,9 - 2,5 и высокого давления – 2,5 - 4,0);

Р0 - давление воздуха на входе в компрессор ,

x0 - потери в воздухозаборных устройствам и фильтрах x0 = 6,95 - 0,97;

hК - коэффициент полезного действия компрессора (принимается равным 0,75 - 0.81);

к - показатель адиабаты сжатия (к = 1,4).

2.1.3.Расчет параметров рабочего тела на входе в цилиндры

Температура воздуха на выходе из компрессора:

, К (14)

Если в выбранной схеме предусмотрен охладитель, то температура после охладителя на входе в дизель определяется соотношением:

, К (15)

где hх - коэффициент эффективности охладителя;

ТW - температура теплоносителя, охлаждающего наддувочный воздух.

Для водовоздушных охладителей hх находится в пределах 0,75 - 0,7, для воздуховоздушных охладителей величина может быть принята в пределах hх = 0,35 - 0,5.

Температура воды, охлаждающей на тепловозе наддувочный воздух, может приниматься равной 330 К при нормальных наружных условиях (нормальные атмосферные условия: р0=0,103 МПа, Т0=293 К).

В случае применения воздуховоздушного охладителя температура ТW принимается равной Т0=293 К.

Потери давления воздуха по тракту и в воздухоохладителе оцениваются приближенно:

, (16)

где xS - коэффициент потерь; выбирается в пределах 0,92 - 0,95.

При проектировании двухтактного дизеля в зависимости от требуемой величины наддува применяют одно- или двухступенчатый наддув. При давлении РS  0,15 МПа применяют одноступенчатый наддув с механическим приводом компрессора. В качестве компрессора применяют объемный нагнетатель или центробежный компрессор. В этом случае охлаждение наддувочного воздуха не производят. Расчет мощности компрессора и температуры воздуха на входе в дизель производят по формулам (13, 14). Коэффициент полезного действия объемного нагнетателя принимают равным 0,65 - 0,7, а потребляемая мощность NПН180 кВт.

При давлении РS 0,15 МПа применяют двухступенчатый наддув с охлаждением наддувочного воздуха. Схема воздухоснабжения зависит от конкретных данных и выбирается студентом. Порядок расчета мощности, потребляемой компрессорами, и температуры на входе в дизель аналогичен описанному выше для четырехтактного дизеля. Следует учесть, что общая степень повышения давления в компрессорах:

, (17)

Выбор степеней повышения давления воздуха в ступени сжатия зависит от схемы воздухоснабжения. Как правило, степень повышения давления воздуха в компрессоре, приводимого от вала дизеля, не превышает 1,25 - 1,35 и выбирается из условий обеспечения работы двигателя на холостом ходу при минимальной угловой скорости коленчатого вала.

При двухступенчатом сжатии температура воздуха на выходе из компрессора 1-й ступени сжатия определяется по формуле:

, К (18)

При промежуточном охлаждении наддувочного воздуха его температура на выходе из компрессора второй ступени составляет:

, К (19)

где Т1I, Т2I - температура воздуха на входе (1) и выходе (2) из компрессора I-й ступени сжатия (для современных тепловозных дизелей t2I=100 - 1400С );

К(I), К(II) - степень повышения давления воздуха в I и II -й ступенях сжатия;

hК(I), hК(II) - КПД компрессора I и П ступеней сжатия.

Потери давления наддувочного воздуха оцениваются на основании соотношения (16).

2.2. Процессы наполнения и сжатия

Давление свежего заряда в конце наполнения определяется по формулам:

· для 4-х тактных двигателей без наддува:

Ра = (0,85 - 0,90).Р0 , (20)

· для 4-х тактных двигателей с наддувом:

Ра = (0,90  0,96).РS , (21)

· для 2-х тактных двигателей о прямоточной продувкой:

Ра = (0,85  0,90).РS , (22) .

Температура воздуха в конце наполнения:

, К (23)

где ТS - температура воздуха на входе в двигатель;

DТ - приращение температуры воздуха в цилиндре;

Тr - температура остаточных газов в цилиндре двигателя;

gr - коэффициент остаточных газов.

Величина:

, К (24)

где DТкин - повышение температуры свежего заряда за счет преобразования кинетической энергии в тепловую (DТкин = 5 - 7 К);

DТm - повышение температуры воздушного заряда за счет подогрева от стенок цилиндра (DТm = 5 - 8 К).

 Скачать реферат