3. Определение основных параметров работы дизеля и охлаждающего устройства

К основным параметрам работы дизеля относятся среднее индикаторное и среднее эффективное давления, средняя скорость поршня, индикаторный и эффективный КПД, удельный расход топлива.

Среднее эффективное давление p_е характеризует полезную мощность дизеля, отнесенную к коленчатому валу (фланцу отбора мощности), а среднее индикаторное давление p_i соответствует мощности, полученной непосредственно в цилиндре двигателя. Эту мощность называют индикаторной.

Эффективная P_{е ном} и индикаторная мощности связаны соотношением

^Pе ном ^{= P}i ^⋅ηм _,

откуда

^Pe ном

η

P_i =

м _,

где P_{e ном} — номинальная эффективная мощность одного дизеля, получаемая делением заданной мощности P_e на число секций тепловоза;

^ηм — механический КПД дизеля.

Механический КПД дизеля характеризует механические и гидравлические потери в трущихся частях двигателя, а так же расход части мощности на привод вспомогательных механизмов дизеля (топливных, масляных, водяных насосов, механизма газораспределения и др.) Его значение находится в пределах от 0,78 до 0,9.

Средняя скорость поршня C_м , м/с, характеризует конструкцию двигателя с точки зрения тепловой и динамической напряженности, а также интенсивности износа деталей. В современных тепловозных дизелях средняя скорость поршня 7 – 10 м/с (при больших значениях C_м резко возрастает интенсивность износа трущихся частей, что понижает надежность и срок службы дизеля).

С_м = 2S ⋅ n _,

где S — ход поршня, м;

n — частота вращения коленчатого вала, 1/с.

Часовой расход топлива дизеля B_ч , кг/ч

^Bч ^{= b}е ^{⋅ P}е ном _,

где b_е — удельный расход топлива, приходящийся на 1 кВт эффективной мощности,

кг/(кВт ^. ч).

Удельный расход топлива характеризует степень совершенства преобразования химической энергии топлива в механическую в тепловом двигателе. Для современных дизелей он составляет:

для двухтактных — 0,218 – 0,231 кг/(кВт ^.ч)

для четырехтактных — 0,204 – 0,225 кг/(кВт ^.ч).

Эффективный КПД дизеля η_е есть отношение количества теплоты, эквивалентной

эффективной мощности, к располагаемой теплоте, полученной от сгорания топлива в

цилиндрах в течение часа,

_{η =} 3600 ⋅ P_е

3600

е

H_и ⋅ B_ч

или

η_е =

b_е

• H_{и ,}

где H_и = 42500 кДж/кг — теплота сгорания дизельного топлива (количество теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг топлива).

Индикаторный КПД дизеля η_i .

η = ^ηе i _η

м _.

Значение η_м принять в пределах от 0,8 до 0,9.

Выписав из таблицы 3 основные технические параметры дизеля выбранного тепловоза-

образца, необходимо определить по заданной мощности (несколько отличающейся от мощности выбранного дизеля) новые параметры работы дизеля: среднее эффективное и индикаторное давления, эффективный и индикаторный КПД, а так же давление воздуха p_к перед впускными органами цилиндра (давление наддува).

Среднее эффективное давление в МПа

p_e =

^Pe ном ^⋅τ

3

2 ⋅ 10

V_h ⋅ i ⋅ n _,

где τ — тактность дизеля;

i — число цилиндров;

n — частота вращения коленчатого вала дизеля, с^-1;

_d 2

π

V_h =

^ц ⋅ S 4

— рабочий объем цилиндра, м³,

здесь d_ц , S — диаметр цилиндра и ход поршня, м. Среднее индикаторное давление, МПа

p_e p_i = _η

м _.

Цикловая подача топлива в цилиндры дизеля q_ц , кг/цикл

b ⋅ P ×τ

_{q =} е e ном ^ц 2 ⋅ 3600 ⋅ n ⋅ i _.

Давление воздуха p_к перед впускными органами цилиндра дизеля (давление наддува) существенно влияет на мощность дизеля и определяется из выражения цикловой подачи топлива в цилиндры дизеля

6

η_V 10

• p_к ⋅V_h

0

q_ц = _{α L} ⋅

8314 T_{к ,}

8314 ⋅Ткα ⋅ L ⋅ q

р = ^{0 ц}

v

^к 10⁶ ⋅η

⋅V_h

где η_V — коэффициент наполнения. Принимается равным 0,85 — для 4^х-тактных дизелей и 0,8 — для 2^х-тактных;

α — коэффициент избытка воздуха. Принять α = 1,95;

L₀ — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива,

КМоль/кг; принять L₀ = 0,495 КМоль/кг;

T_к — температура воздуха перед впускными клапанами, К; принять

T_к = 60 + 273 = 333 ° К.

Пример. Для варианта 7 заданная мощность составляет P_e = 4500 кВт, мощность дизеля тепловоза-образца 2206 кВт, заданная мощность одного дизеля

^Pe ном

= ^Pe = 2250 2

кВт.

Индикаторная мощность

^P_{e ном} 2250

P_i = = = 2647

η_м 0,85

кВт.

Эффективный КПД дизеля

3600⋅ P

e

_{η =} e ном

H_и ⋅ B_ч

₌ 3600 ⋅ 2250 _{= 0,4} 42500 ⋅ 0,211⋅ 2250 _.

Индикаторный КПД

i

η = ^ηe

η_м

₌ 0,4

0,85

= 0,47

.

Объем цилиндра

2 ₂

^{π d}_ц π ⋅ 0,26

V = ⋅ S =

⋅ 0,26 = 0,013797

^h 4 4

м³.

Среднее эффективное давление при P_{e ном} = 2250 кВт

^Pe ном ^⋅τ

e

p =

2250 ⋅ 4

1,223

2 ⋅ 10³V_h

⋅ i ⋅ n

=

2 ⋅ 10³ ⋅ ^π

⋅ 0,26 ²

4

=

⋅ 0,26 ⋅ 16 ⋅ 16 ,66

МПа,

при P_{e ном} = 2206 кВт

e

_{p =} 2206⋅ 4 _{= 1,2}

2

_{2 ⋅ 103 ⋅} π ⋅ 0,26

4

⋅ 0,26 ⋅ 16 ⋅ 16 ,66

МПа.

Цикловая подача топлива при P_{e ном} = 2250 кВт

_{q =} 0,211 ⋅ 2250⋅ 4 _{= 0,00099}

^ц 2 ⋅ 3600 ⋅ 16 ,66 ⋅ 16

кг/цикл,

при P_{e ном} = 2206 кВт

_{q =} 0,211⋅ 2206⋅ 4 _{= 0,00097}

^ц 2 ⋅ 3600 ⋅ 16 ,66 ⋅ 16

кг/цикл.

Давление наддува при P_{e ном} = 2206 кВт

p_к =

8314⋅T_к ⋅α ⋅ L₀ ⋅ q_ц

10⁶ ⋅η_V ⋅V_h

₌ 8314⋅ 333⋅ 1,95⋅ 0,495⋅ 0 ,00097 10⁶ ⋅ 0,85 ⋅ 0,013797

= 0,2219

МПа,

при P_{e ном} = 2250 кВт

_{p =} 8314⋅ 333⋅ 1,95⋅ 0,495⋅ 0,00099 _{= 0,2256}

^к 10⁶ ⋅ 0,85 ⋅ 0,013797

МПа.

∆ p_к = 0,2256 − 0,221 = 0,0046

МПа.

Таким образом, чтобы поднять мощность дизеля с P_{e ном} = 2206 кВт до P_{e ном} = 2250 кВт нужно повысить давление наддува на 0,0046 МПа и увеличить цикловую подачу топлива на 0,00002 кг/цикл.