Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементов конструкции тепловозного дизеля

2.3.6.Выбирают значение степени повышения давления при сгорании

от которой зависят экономичность дизеля, его динамические характеристики и весовые показатели. В существующих конструкциях дизелей  колеблется в пределах 1,2 - 2,2. Для дизелей с наддувом с целью обеспечения минимальных удельных эффективных расходов топлива целесообразно на расчетном реж

име вести рабочий процесс при  =1,3 - 1,8. Необходимо учитывать, что получив­шаяся максимальная величина давления сгорания РZ не должна превосходить РZ = 12 - 14 МПа, так как при более высоких значениях РZ возрастает вес дизеля и деталей кривошипно-шатунного механизма.

2.3.7.Для определения значений средних молярных теплоемкостей свежего заряда воздуха mCV’

может быть использовано приближенное соотношение:

, (35)

2.3.8.Определение значений средней мольной теплоемкости продуктов сгорания

производится с учетом теплоемкостей смеси чистого воздуха и чистых продуктов сгорания (чпс):

, (35)

где mCVчпс - мольная теплоемкость чистых продуктов сгорания;

(-х) - доля чистого воздуха в продуктах сгорания;

х - доля чистых продуктов сгорания, численно равная коэффициенту выделения тепла:

, (37)

2.3.9.Учитывая, что:

, из выражения (36) в точке “z” получим значение mC’’РZ:

, (38)

Задаваясь в первом приближении температурой в точке Z равной 1800 К, определяют теплоемкость mC’’РZ и температуру ТZ по уравнению (31). При отклонении ТZ от 1800 К более, чем на 50 К, расчет повторяют.

Температура ТZ находится в пределах 1750  1950 К.

Более высокие значения ТZ нежелательны во избежание существенных потерь теплоты от значительной диссоциации моле­кул газов.

Максимальное давление сгорания РZ и степень предварительного расширения  определяют из соотношений:

, (39)

, (40)

2.4. Процесс расширения

По углу открытия выпускных органов газораспределения jВ определяют объем рабочего тела VВ в точке “в”:

,

Таблица 3.

Степень последующего расширения определяют из соотношения

, (41)

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

, К, (42)

где n2 - среднее значение показателя политропы расширения, и уравнение теплового баланса процесса расширения с учетом тепловыделения от догорания топлива на линии расширения:

, (43)

где

,

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

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

Давление в конце расширения определяют по формуле:

, МПа (44)

У современных тепловозных дизелей давление в конце расширения достигает величины РВ = 0,5 - 1,0 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 газов из цилиндров 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)

где GS; 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)

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

, (47)

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’W принимается в пределах 320 - 360 К. Для неохлаждаемого коллектора значение Т’W принимается 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 = 0,9 - 0,95.

Мощность турбины:

, (49)

 Скачать реферат