Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементтов конструкции тепловозного двигателя (стр. 4 из 7)
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.
Удельный индикаторный расход топлива:
, кг/кВт.ч (55)ġi=3600/(42500*0,4161)=0,203 кг/кВт.ч
Удельный эффективный расход топлива:
, кг/кВт.ч (56)ġe=0,203/0,92=0,220 кг/кВт.ч
Достигнутые значения gе для тепловозных дизелей: 4-х тактные–0,2 - 0,225 кг/кВт.ч, Литровая мощность двигателя:
, кВт/л (57)Nл=8871/(0,20096*8*1000)=5,5 кВт/л.
Для тепловозных дизелей соответственно: 4-х тактные NЛ15, После окончания расчета рабочего процесса и технико-экономических показателей все основные результаты следует свести в таблицу 4.
Таблица 4.
Результаты расчетов.
| №№ | Наименование показателя | Обозначение | Размерность | Значение |
| 1. | Эффективная мощность. | Nе | кВт | 8871 |
| 2. | Угловая скорость коленчатого вала. | w | рад/с | 115,13 |
| 3. | Размерность двигателя. | S/D | - | 1,0 |
| 4. | Суммарный коэффициент избытка воздуха. | S | - | 2,2 |
| 5. | Расход воздуха. | GS | кг/с | 1,371 |
| 6. | Давление наддува. | РS | МПа | 0,154 |
| 7. | Мощность, потребляемая компрессором. | NК | кВт | 1000 |
| 8. | Температура воздуха на выходе из компрессора. | Т2 | К | 334 |
| 9. | То же, на входе в дизель. | ТS | К | 370 |
| 10. | Потери давления воздуха. | Р’S | МПа | 0,1463 |
| 11. | Давление воздуха в начале сжатия. | Ра | МПа | 0,147 |
| 12. | Температура воздуха в конце наполнения. | Та | К | 390 |
| 13. | Масса рабочего тела в конце наполнения. | Мац | кг | 17,5 |
| 14. | Коэффициент наполнения. | hV | - | 0,809 |
| 15. | Степень сжатия. | e | - | 24,6 |
| 16. | Показатель политропы сжатия. | nc | - | 1,34 |
| 17. | Давление воздуха в точке “С”. | РС | МПа | 10,74 |
| 18. | Температура воздуха в точке “С”. | ТС | К | 1159 |
| 19. | Давление газов в точке “z”. | РZ | МПа | 13,962 |
| 20. | Температура газов в точке “z”. | ТZ | К | 1751 |
| 21. | Давление газов в точке (В). | РВ | МПа | 0,238 |
| 22. | Температура газов в точке (В). | ТВ | К | 695 |
| 23. | Показатель политропы расширения. | np | - | 1,300 |
| 24. | Температура газов перед турбиной. | Тт | К | 626 |
| 25. | Мощность турбины. | NТ | кВт | 1484 |
| 26. | КПД турбины. | hТ | - | 0,67 |
| 27. | Среднее индикаторное давление. | Рi | МПа | 0,65 |
| 28. | Среднее эффективное давление. | Ре | МПа | 0,602 |
| 29. | Индикаторный КПД. | hi | - | 0,4161 |
| 30. | Эффективный КПД. | hе | - | 0,3828 |
| 31. | Цикловая подача топлива. | gц | кг/цикл | 0,0005 |
| 32. | Удельный индикаторный расход топлива. | gi | кг/цикл | 0,203 |
| 33. | Эффективный расход топлива. | gе | кг/кВт.ч | 0,220 |
| 34. | Литровая мощность. | Nл | кВт/л | 5,5 |
Таблица 5.
Исходные данные для расчета индикаторной диаграммы.
| №№ | Наименование | Размерность | Обозначение | Величина | |
| математическое | программное | ||||
| 1. | Газовая постоянная рабочего тела. | Дж/кг.К | RГ | 286,5 | |
| 2. | Температура воздуха в конце наполнения. | К | Та | 390 | |
| 3. | Масса рабочего тела в конце наполнения. | кг | Ма | 17,5 | |
| 4. | Объем камеры сгорания. | м3 | Vс | 0,00024 | |
| 5. | Степень повышения давления. | - | | 1,3 | |
| 6. | Степень предварительного расширения. | - | | 1,217 | |
| 7. | Фаза закрытия впускного клапана. | град. (рад.) | jа=j4 | 28˚ | |
| 8. | Фаза открытия выпускного клапана. | град. (рад.) | jв=j1 | 59,5˚ | |
| 9. | Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. | - | | 0,04 | |
| 10. | Площадь днища поршня. | м2 | Fп | 0,052 | |
| 11. | Радиус кривошипа. | м | R | 0,128 | |
| 12. | Шаг интегрирования. | град. (рад.) | Dj | 10 | |
4. РАСЧЕТ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ МЕХАНИЗМЕ ДИЗЕЛЯ
Определение сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме (КШМ) двигателя, необходимо для расчета деталей на прочность, определения основных размеров подшипников, оценки уравновешенности, а также для сравнения его нагруженности с аналогичными серийно-вьшускаемыми двигателями.
Схема сил, действующих на детали КШМ двигателя приведена на рис.5. За время совершения полного рабочего цикла силы изменяются по величине и направлению в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала.
В данном проекте значения действующих сил определяются для ряда последовательных положений поршня в течение рабочего процесса при заданной угловой скорости коленчатого вала и номинальной мощности дизеля.
Расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, ведется с использованием программы, разработанной студентом для построения индикаторной диаграммы. С этой целью в блок-схему программы (рис. 4.) вставляются дополнительные блоки с уравнениями сил, действующих в КШМ.
Рекомендуется следующий порядок расчета сил.
Задаются геометрическими размерами шатуна и радиуса кривошипно-шатунного механизма. Радиус кривошипа (R) коленчатого вала определяется по величине хода поршня (S).