Задания к практическому занятию №3

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства (ИТТОП)

Кафедра "Локомотивы и локомотивное хозяйство"

Методические указания для практических занятий по дисциплине:

"ЛОКОМОТИВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ"

для студентов группы ТЛТ

Студент (__________________)

Преподаватель ()

Москва - 2010 г.

Содержание

Расчёт основных параметров тепловозных дизелей при выбранной схеме наддува.

Выбор типа дизеля тепловоза для заданной массы состава

Определение среднеэксплуатационной экономичности тепловозного дизеля

Построение расчётной индикаторной диаграммы (процессы наполнения и сжатия).

Построение расчётной индикаторной диаграммы (процессы сгорания и расширения).

Анализ теплового баланса дизеля для заданного типа тепловоза.

Расчёт крутящего момента для рядного модуля тепловозного дизеля.

Занятие №1

«РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ ВЫБРАННОЙ СХЕМЕ НАДДУВА»

Цель:

Выбрать схему наддува для ЛЭУ (д опустимо по заданию курсового проекта), привести примерную диаграмму фаз газораспределения (ФГР) и кинематическую схему дизеля.

Методика расчёта

Рассчитать параметры для ЛЭУ, используя следующие рекомендации.

1.1.Мощность N_е,угловая скорость вращения коленчатого вала w, тактность t и условия работы дизеля выбираются (можно по своему курсовому проекту).

1.2.Эффективная мощность дизеля кроме угловой скорости и тактности зависит от величин среднего эффективного давления Ре, реализуемого при рассматриваемом режиме работы, рабочего объема цилиндра V_h и числа цилиндров Z.

Мощность двигателя определяется соотношением:

где Р_е - среднее эффективное давление, МПа;

w - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с;

Z- число цилиндров;

Vs - рабочий объем цилиндров, м³;

t - коэффициент тактности.

1.3.Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:

, м³

где D – диаметр поршня, м;

S – ход поршня, м.

1.4. Скорость поршня и его угловая скорость взаимосвязаны:

, м/с

Угловая скорость (w) определяется, как

, рад/с

1.5. Коэффициент тактности принимается равным двум для 2-х и четырем – для 4-тактных ЛЭУ.

1.6. Среднее эффективное давление и средняя скорость поршня выбираются на основании опыта конструирования, доводки и эксплуатации существующих двигателей.

В зависимости от заданной мощности предварительно выбирается величина среднего эффективного давления по рис.1.

1.7.Средняя скорость поршня C_m является параметром, определяющим степень быстроходности и долговечности дизеля. Для выполненных тепловозных двигателей средние скорости поршня имеют значения:

- для 4-тактных дизелей C_m=7,4 - 10,5 м/с;

- для 2-тактных дизелей C_m=7,2 -  8,3 м/с.

Двигатели с высокими значениями C_m характеризуются меньшими габаритами и массой. Для их изготовления применяются материалы повышенного качества и износостойкости, повышается класс точности изготовления дизелей, в процессе эксплуатации для смазки используются высококачественные сорта масел с присадками с тем, чтобы сохранить моторесурс на требуемом уровне.

Поэтому, по возможности, выбирают меньшую скорость поршня.

1.8. Число цилиндров в тепловозных дизелях в зависимости от общей мощности, размеров цилиндра и тактности колеблется от 6 до 24 для 4-тактных и 10 -16 для 2-тактных.

У 4-тактных двигателей, исходя из условий уравновешивания и необходимой равномерности крутящего момента, применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24). При числе цилиндров от 6 до 8 обычно используют рядное расположение. При числе цилиндров больше 8 переходят к их V - образному расположению.

1.9. Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей изменяются в пределах:

- D = 0,170 - 0,300, м для 4-тактных дизелей с неразделённой камерой сгорания;

- D = 0,150 -  0,250, м для 2-тактных дизелей.

При больших диаметрах цилиндров имеют место высокая теплонапряженность, значительная масса деталей кривошипно-шатунного механизма и поршня вследствие больших нагрузок.

Диаметр цилиндра выбирается приближенно в соответствии с рис. 2 и должен удовлетворять нормальному ряду диаметров:

М.

Отношение хода поршня S к диаметру D цилиндра для тепловозных дизелей находится в пределах:

- S/D = 1,0 - 1,3 для 4-тактных дизелей;

- S/D = 1,2 - 1,7 для 2- тактных дизелей с клапанно-щелевой продувкой;

- S/D = 1,2 - 1,4 для 2- тактных дизелей с противоположно движущимися поршнями (прямоточной продувкой).

В двигателях средней быстроходности рекомендуется увеличенные отношения S/D, так как при прочих равных условиях с увеличением S/D уменьшается диаметр цилиндра, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, увеличивается высота камеры сгорания, что ведет к улучшению процесса сгорания, но при этом увеличивается высота двигателя.

Для быстроходных дизелей целесообразно снижать величину S/D для уменьшения средней скорости поршня и высоты двигателя. Однако с понижением S/D ухудшаются условия протекания процессов смесеобразования.

1.10. Определение основных размеров и числа цилиндров ЛЭУ рекомендуется производить в следующем порядке:

- В соответствии с рекомендациями, изложенными ранее, выбирают ориентировочную величину среднего эффективного давления Р_е.

- Задаются тремя-четырьмя значениями средней скорости поршня C_mi в диапазоне значений, рекомендованных в п. 1.1, с интервалом 0,5 м/с.

Для нескольких значений отношения (S/D)_j определяют диаметры цилиндров, соответствующие выбранным значениям средней скорости поршня и заданной угловой скорости коленчатого вала:

, м (4)

Для каждого вычисленного значения диаметра цилиндра по формуле (3) определяют число цилиндров проектируемого двигателя. Полученные значения диаметров и чисел цилиндров сводят в табл. 1.

По табл.1 выбирают число цилиндров, соответствующее рекомендациям п.1.1. Диаметр цилиндра, соответствующий выбранному числу цилиндров, округляют до ближайшего значения из ряда нормальных диаметров и уточняют среднюю скорость поршня по соотношению (2).

Таблица 1.

Диаметры и числа цилиндров ЛЭУ.

Значения (С_mi)	Значения (S/D)_j
	(S/D)₁	(S/D)₂	(S/D)₃	(S/D)₄
C_m1	D₁₁
	Z₁₁
C_m2

C_m3				D₃₄
				Z₃₄

Отношение S/D не должно выходить за рекомендуемые пределы.

1.6. По полученным геометрическим параметрам проектируемого дизеля D, S, Z определяют его габаритные размеры.

Длина ЛЭУ

, м (5)

где D - диаметр цилиндра, м;

К = Z- для рядных двигателей;

K = 0,5Z - для V -образных двигателей;

C = 1 - 2,5 м - линейный размер, зависящий от компоновки вспомогательного оборудования и агрегатов наддува двигателя.

Ширина двигателя

, м (6)

Здесь: S - ход поршня, м; А = 3,5 - 6,0 – для рядных двигателей; А = 5,0 - 8,0 - для V - образных двигателей.

Высота двигателя

, м (7)

где а = 6,0 - 8,0 - для рядных двигателей;

5,0 - 7,0 - для V - образных двигателей;

10 - 13,0 - для 2-тактных двигателей с противоположно-движущимися поршнями.

После определения габаритных размеров дизеля необходимо произвести проверку его размещения в кузове тепловоза для заданного типа габарита.

Проверяют наличие необходимой ширины проходов по обе стороны от ЛЭУ. От внешнего контура дизеля до боковых стенок кузова тепловоза должно быть 0,7 м на высоте груди человека (на расстоянии от настила 1,5 м), что обеспечивает нормальное и безопасное обслуживание дизеля.

В отдельных исключительных случаях допускается местное сужение прохода до 0,5 м.

Эскиз установки дизеля на тепловозе выполняется в масштабе 1:20 на миллиметровой бумаге и прилагается к отчёту практического занятия.

Занятие №2

«ВЫБОР ТИПА ЛЭУ ДЛЯ ЗАДАННОЙ МАССЫ СОСТАВА ПОЕЗДА»

Цель: рассчитать требуемую мощность ЛЭУ тепловоза для заданных параметров поезда

Необходимым условием является движение состава заданной массы Q с равномерной расчётной скоростью на заданном подъёме i р, ‰.

Методика расчётов

1.Определение основного удельного сопротивления движению подвижного состава на прямом горизонтальном пути:

1.1. Тепловоз в режиме тяги

, Н/кН – звеньевой путь

, Н/кН – бесстыковой путь

1.2. Вагоны 4- и 6-осные (гружёные) на подшипниках качения , Н/кН.

где gо – средняя нагрузка от оси вагона на рельс, тс

Вагоны 8-осные на роликовых подшипниках

, H/kH

Для пассажирских вагонов имеем:

, Н/кН

2. Расчётный коэффициент сцепления

Для тепловоза ТЭ10:

Для остальных тепловозов:

3. Расчётная сила тяги тепловоза при полном использовании сцепной массы локомотива равна:

Где Q - масса состава;

Ро = Рсц. - сцепная масса локомотива;

- дополнительное удельное сопротивление от подъёма, равное величине подъёма.

4. Сила тяги по сцеплению колеса с рельсом

5. Приравняв выражения (3) и (4), после преобразований, получим величину расчётной силы тяги (на расчётном заданном подъёме)

6. Номинальная касательная мощность тепловоза:

, кВт

7. Суммарная эффективная мощность ЛЭУ:

, кВт

Где - коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования тепловоза;

- к.п.д. передачи мощности от фланца отбора мощности коленчатого вала к движущим осям (0,80 – 0,82);

- коэффициент мощности от изменения температуры окружающей среды;

- коэффициент мощности от изменения атмосферного давления.

8. Мощность дизеля на коленчатом валу

, кВт

Где - количество секций тепловоза.

(Для справки , кВт).

9. После расчётов необходимо подобрать ЛЭУ из существующего мощностного ряда и привести его характеристики.

Примерные типы заданий для практического занятия №2

ФИО Масса состава, Q, т Тип вагона Число осей вагона Расчётная ск-ть т-за Vр, км/ч Расчётный подъём , о/оо Т-ра окр.среды t н.в.,оС Давл.окр. среды Н бар., гПа

Пасс. + 20

Пасс. +20

Пасс. + 20

Грузов +20

Грузов 22,5 9,5 +30

Грузов +25

Грузов 10,0 +20

Грузов 21,5 8,5 +30

Грузов 9,8 +22

Грузов 20,5 9,0 +20

Грузов 19,0 8,5 +28

Грузов 21,0 9,8 +22

Грузов 23,0 8,0 +20

Грузов 18,2 7,5 +20

Пасс. 75,0 9,7 +30

Пасс. 65,0 9,0 +20

Грузов 14,0 +20

Пасс. 10,0 +20

Занятие №3

«Определение среднеэксплуатационной экономичности

тепловозного ЛЭУ»

Цель: рассчитать величину среднеэксплуатационной экономичности заданной ЛЭУ

Методика выполнения:

1. По литературным источникам привести краткое описание заданного типа дизеля

2. Построить гистограмму и круговую диаграмму распределения режимов работы ЛЭУ по времени эксплуатации. При построении круговой диаграммы можно объединять несколько (1 – 3) диапазонов мощностей дизеля.

3. Показать генераторную характеристику дизеля на основании заданных параметров (использовать координаты «Относительная частота вращения коленчатого вала по позициям контроллера – Мощность дизеля в кВт»). Изменение удельного эффективного расхода топлива построить на основании данных рис.1

4. Построить диаграмму распределения мощности дизеля по позициям контроллера тепловоза.

Использовать схему контроллера реального тепловоза.

5. Определить величину среднеэксплуатационного расхода топлива:

5.1. Расход топлива на установившихся режимах:

, кГ/кВт-ч,

где Nе - эффективная мощность на i-том режиме, кВт

- относительное время работы на данном режиме

- удельный эффективный расход топлива для данного режима, кГ/кВт-ч

- расход топлива на холостом ходу (использовать данные в таблице 2.2 учебника «Локомотивные энергетические установки», авт. Володин А.И., Зюбанов В.З., Кузьмич В.Д. и др.), «Желдориздат», 2002 г.

- относительное время работы на холостом ходу.

Корректирование расхода топлива с учётом переходных процессов:

, кГ/кВт-ч,

где: К пер. – коэффициент переходных режимов (в зависимости от типа двигателя, способа наддува и наличия корректора наддува выбирается равным 1,01 – 1,03). Пояснить выбор коэффициента.

6. Определить среднеэксплуатационную мощность дизеля:

, кВт

7. Время работы ЛЭУ в эксплуатации без дозаправки топливного бака:

, ч,

где: - ёмкость бака ЛЭУ для заданного типа тепловоза (обычно в диапазоне 3500 – 7000 кг дизельного топлива). Для заданного тепловоза необходимо уточнить по имеющейся литературе.

8. Показатель топливной экономичности дизеля:

Выводы

- Сформулировать причины повышенных расходов топлива в эксплуатационных условиях.

- Указать мероприятия по повышению среднеэксплуатационной экономичности ЛЭУ.

Задания к практическому занятию №3

Время работы при различных мощностях дизеля, %

ФИО Дизель Тепл-з Поезд 0,12 0,25 0,375 0,50 0,625 0,75 0,875 1,0 Примечание

2Д100 ТЭ3 Грузов

2Д70 2ТЭ116 Грузов

2-5Д49 ТЭП70 Пасс.

2-2Д49 ТЭМ7 Манев

ПД1М ТЭМ2 Манев

14Д40 М62 Пасс.

10Д100 2ТЭ10 Грузов

11Д45 ТЭП60 Пасс.

2-5Д49 ТЭ121 Грузов

14Д40 2М62 Грузов

10Д100 3ТЭ10 Грузов

1Д49 ТЭП75 Пасс.

2-5Д49 ТЭ121 Грузов

Д50 ТЭ2 Грузов

3А-6Д49 ТГМ6 Манев

2Д50 ТЭМ1 Манев

12Д70 ТЭМ3М Манев