Генераторные характеристики

Частота вращения, / Мощность, Ne, кВт

Тип ЛЭУ	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
2Д100
10Д100
11Д45
1А-5Д49
2-2Д49
ПД1М
2Д70
14Д40

Занятие №4

«ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ» (процессы наполнения и сжатия)

Цель занятия

Определение контрольных точек и построение индикаторной диаграммы для номинального режима в координатах Р(φ) и Р(V), то есть необходимых для реализации заданной мощности двигателя (целесообразно использовать результаты практического занятия №1 или задания по курсовому проекту).

Методика исследования

Все расчёты проводятся при нормальных внешних атмосферных условиях, то есть температуре окружающего дизель воздуха То = 293К и барометрическом давлении Ро = 0,105 мПа.

Процесс наполнения

Давление в конце процесса наполнения:

Ра = (0,85 – 0,9) Рs – для 2-тактного двигателя;

Ра = (0,9 – 0,96) Рs – для 4-такного двигателя.

Давление наддува Рs можно определить по формуле:

, мПа

где – температура воздуха на входе в двигатель.

Можно принять 370 – 400 К.

– газовая постоянная воздуха, равная 287, Дж/кг.К

, рад/с

- суммарный расход воздуха, кг/с

Величину расхода воздуха можно определить:

Расход топлива равен:

, кг/с

( для справки = 14,35 кг возд/кг топл., суммарный коэффициент избытка воздуха берётся для выбранного типа двигателя, а = 42500 кДж/кг).

Часть воздуха проходит через дизель во время продувки, поэтому в цилиндрах будет фактически находиться меньшее количество воздуха:

, кг/с,

где - коэффициент избытка продувочного воздуха (для 4-тактных можно принять равным 1,0, а для 2-тактных - 1,05 – 1,1).

После определения величины необходимо помнить, что предельная величина давления в одноступенчатом компрессоре не должна превышать 0,15 МПа. При большем давлении наддува целесообразно применять 2-ступенчатую схему наддува с охлаждением надувочного воздуха.

Температура воздуха в конце наполнения равна:

, К

где - приращение температуры воздуха в цилиндре, равное

, К

– температура остаточных газов, обычно равная (700-800), К

- коэффициент остаточных газов, принимаемый (0,02 – 0,05)

Уточняем коэффициент наполнения :

Следует помнить, что чем выше , тем меньше должна быть степень сжатия .

Величина коэффициента дозарядки обычно составляет 1,03 – 1,06.

Для 2-тактного двигателя с ПДП необходимо учитывать потерю хода поршня на продувку, то есть , где = 0,09 – 0,11

Процесс сжатия

Необходимо определить параметры конца процесса сжатия воздуха в цилиндре, то есть величины и .

Давление в конце сжатия

где - среднее значение показателя политропы сжатия, равное для ЛЭУ 1,32 – 1,39 (для справки, для дизелей типа Д49 величина показателя политропы равна 1,34 – 1,36).

Политропа сжатия показывает отличие реального процесса от идеального (адиабатного с показателем адиабаты 1,41), то есть без теплообмена с реальной средой.

При больших значениях наддува величины достигают значений 9,5 – 10,5 мПа.

Температура воздушного заряда в конце сжатия

, К

Следует помнить, что по условиям надёжного самовоспламенения величина .

Промежуточные значения давления процесса сжатия нужно определить по политропному уравнению

где – истинный показатель политропы сжатия, изменяющийся по ходу сжатия, что зависит от реального процесса теплообмена в цилиндре.

Следовательно, для подсчётов принимается ранее принятое значение.

Тогда величина .

Значения (не более 5-7 значений) берутся на участке сжатия.

Далее на миллиметровой бумаге вычерчивается индикаторная диаграмма в координатах и .

ЗАНЯТИЕ № 5

«ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ»

(процессы сгорания и расширения)

Цель занятия

Определение в точке « » контрольных значений давления и температуры , и степени предварительного и последующего расширения и .

Построение индикаторной диаграммы в координатах и , то есть необходимых для реализации заданной мощности двигателя (использовать результаты практического занятия №4 по расчёту процессов наполнения и сжатия).

Методика исследования

Все расчёты проводятся при нормальных внешних атмосферных условиях, то есть температуре окружающего дизель воздуха То = 293 К и барометрическом давлении Ро = 0,105 мПа.

Процесс сгорания

Весовой элементарный состав дизельного топлива принимаем равным:

С = 0,86, Н = 0,13 и О = 0,01

Для определения используем известное уравнение сгорания

где - коэффициент использования теплоты в точке z;

Величина (величина = 0,8 – 0,9, а = 0,75 – 0,9)

- коэффициент молекулярного изменения в точке z, равный

где - теоретический коэффициент молекулярного изменения

- коэффициент избытка продувочного воздуха ( см. занятие №4)

- коэффициент выделения теплоты в точке (z). Можно принять 0,85.

Из курса теплотехники известно, что средняя молярная теплоёмкость равна

, где коэффициенты определяются по известным формулам:

Тогда величину найдём по уравнению сгорания:

Необходимо иметь в виду, что для эффективного сгорания величина должна удовлетворять условию:

Далее определяются максимальное давление сгорания ( ) и степень предварительного расширения ( ):

2.2. Процесс расширения

Необходимо найти параметры и в конце расширения, и затем построить политропу расширения.

Степень последующего расширения равна:

Величина , К (1)

где - среднее значение показателя политропы расширения

В уравнении (1) два неизвестных и , поэтому для его решения используем дополнительно уравнение теплового баланса на линии расширения:

(2), где

-коэффициент молекулярного изменения при полном сгорании

= 0,486,

Величину - среднюю теплоёмкость продуктов сгорания приравниваем теплоёмкости свежего заряда ( ), равной

, где

Коэффициенты и определяются по формулам:

Далее решаем уравнения (1) и (2) методом итераций:

1). Задаёмся значением в диапазоне 900 – 1200 К

2). Находим из уравнения (1).

3). Подставляем в уравнение (2) и определяем .

4). Если получается более 0,01, то расчёт рекомендуется повторить.

Для тепловозных ЛЭУ обычно = 1,21 – 1,28, а = 900-1200К

Определяем давление в конце процесса расширения:

(для справки обычно = 0,5 – 1,0).

Промежуточные значения давлений газов в цилиндре ЛЭУ в процессе расширения можно найти по уравнению политропы расширения

Задавшись несколькими значениями объёма , найдём соответствующие величины .

Далее на миллиметровой бумаге дополнительно к итогам по заданию №4 вычерчивается индикаторная диаграмма в координатах и для процессов сгорания и расширения.

ЗАНЯТИЕ № 6

«Анализ теплового баланса ЛЭУ для заданного типа тепловоза»

Цель: необходимо оценить совершенство дизельной установки, рассчитать некоторые параметры вспомогательного оборудования и наметить пути повышения эффективности ЛЭУ

Методические указания

1. Для заданного тепловоза определяется приемлемый для использования тип дизеля (по литературным источникам).

2. Приводятся основные характеристики выбранного типа дизеля (мощность, частота вращения коленчатого вала, эффективный удельный расход топлива и др.).

3. Рассматривается уравнение внешнего теплового баланса:

3.1. В абсолютных и относительных единицах:

Qт + Qвз. = Q е + Q в + Q м + Q г + Q ост, кДж/ч,

где

Qт – располагаемое тепло топлива,

Qвз.- тепло, внесённое в ЛЭУ с надувочным воздухом,

Q е - тепло, преобразованное в эффективную работу,

Q в и Q м – потери тепла в воду и масло,

Q г - потери тепла в выпускные газы,

Q ост – неучтённые потери тепла.

3.2. В относительных единицах:

q т + qвз. = qе + qв + qм + qг + q ост., %

4. С учётом рассматриваемой ЛЭУ вычерчивается принципиальная схема баланса и круговая диаграмма баланса.

5. Расчет эффективности ЛЭУ и параметров оборудования по данным баланса

3.1. Эффективный к.п.д. дизеля

3.2. Часовой расход топлива

, кг/ч,

где , кДж/кг

3.3. Производительность насосов:

- Водяного

, кг/ч - теплоёмкость воды

- Масляного

, кг/ч - теплоёмкость масла

3.4. Расход воздуха

, кг/ч = 1,03, кДж/кг.К

- температура воздуха после компрессора (перед охладителем надувочного воздуха), К

4. Пути утилизации тепловых потерь (снижение потерь в системы охлаждения, в выхлопную систему, повышение эффективности рабочего процесса и др.)

4.1. Описать одно из выбранных направлений.

5. Заключение:

Сформулировать качественное видоизменение статей баланса при переходе на другой режим работы тепловоза (например, при повышении или уменьшении расхода топлива дизелем). Можно пояснить выбранный режим ожидаемой круговой диаграммой баланса..

5.1. Выбрать новый режим работы ЛЭУ.

5.2. Сформулировать качественное изменение статей баланса.

5.3. Примерная круговая диаграмма для нового режима.

Примерные задания для практического занятия №6

ФИО	Тип тепловоза

	2М62
	ТЭП60
	2ТЭ10В
	2ТЭП60
	М62
	2ТЭ116
	4ТЭ10
	2ТЭП60
	ТЭ121
	ТЭ10
	ТЭП70
	ТЭ116
	ТЭ3
	2ТЭ10У

ЗАНЯТИЕ № 7

«Расчёт крутящего момента для рядного модуля тепловозного ЛЭУ»

Цель: определить характер изменения крутящего момента для заданного типа тепловозного дизеля

Методические указания

1. Для определения силы давления газов ( ) необходимо использовать результаты практических занятий «Построение расчётной индикаторной диаграммы» (№№4 и 5) или данных расчёта сил КШМ курсового проекта.

2. Привести схемы расположения кривошипов коленчатого вала в соответствие с порядком работы цилиндров рядного модуля и сил в КШМ (для V- образного двигателя дать схемы для левого и правого рядов).

3.Порядок определения тангенциальной силы в КШМ.

3.1. Рассчитать силы инерции первого и второго порядков

, Н

На миллиметровом планшете построить зависимости , и (допустимо для одного оборота коленчатого вала).

3.2. Рассчитать суммарную силу в КШМ с использованием данных индикаторной диаграммы (по данным выполненного ранее практического занятия)

3.4. Определить удельную тангенциальную силу

Интервал угла поворота коленчатого вала целесообразно выбрать не менее п.к.в.

3.5. На миллиметровом планшете построить зависимости в соответствии с выбранным порядком по п.2.

3.6. Построить кривую суммарной силы . Привести на планшете.

4. Определить эффективный крутящий момент

(можно принять для прототипа ЛЭУ по данным справочной литературы.).

Построить кривую на планшете.