По таблице 1 МУ выбираем тепловоз для проведения расчетов и описаний, предусмотренных в задании на курсовую работу. Для этого используем табл. 2 МУ, в которой приведены технические характеристики основных серий тепловозов. При этом по расчетной скорости v_р (скорости продолжительного режима) определяем род службы тепловоза.

Расчетная скорость v_р = 25 км/ч, следовательно тепловоз предназначен для перевозки грузов.

По осевой формуле и мощности P_e определяется конкретно серия тепловоза, характеристики которого более других близки данным моего варианта.

Для варианта 5 по заданным параметрам: P_e = 4500 кВт (мощность дизеля 2250 кВт), осевая формула 2 (3_о - 3_о), дизель 4^х-тактный - выбираем: тепловоз двухсекционный 2ТЭ116, мощность 4^х-тактного дизеля которого P_e ном = 2206 кВт для одной секции (4412 кВт в 2_х секциях).

Тепловоз 2ТЭ116 состоит из двух одинаковых однокабинных секций, управляемых с одного (любого) поста кабины и соединённых автосцепкой СА_3. При необходимости каждая из секций может быть использована как самостоятельный тепловоз. Для перехода из одной секции в другую в задней стенке секций имеются двери и переходная площадка, закрытая резиновым суфле. Все силовое и вспомогательное оборудование расположено в кузове, выполненном с несущей главной рамой.

На тепловозе применена ДГУ (дизель-генераторная установка) установленная на средней части главной рамы. ДГУ состоит из 16_цилиндрового, V_образного дизеля 1А_5Д49 и синхронного трёхфазного генератора ГС_501А. Дизель и тяговый генератор смонтированы на единой поддизельной раме сварной конструкции и соединены между собой полужёсткой пластинчатой муфтой. Дизель 5Д49 принадлежит к унифицированному ряду ЧН26/26, что означает - четырёхтактный с газотурбинным наддувом, диаметр цилиндра и ход поршня 260 мм. Управление дизелем - электрическое дистанционное при помощи установленных на регуляторе дизеля четырёх электромагнитов, получающих питание от контроллера машиниста и включающихся в различных комбинациях.

Схема электрической передачи - переменно-постоянного тока, реализованная также на тепловозах ТЭП70, 2ТЭ121, ТЭМ7. От синхронного тягового генератора также питаются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), мотор-вентиляторы для охлаждения оборудования. Над ГС_501А установлены однофазный синхронный возбудитель ВС_650 и коллекторный стартёр-генератор ПСГ, который производит запуск дизеля, получая питание от аккумуляторной батареи, а после запуска работает как генератор, вырабатывания постоянное напряжение 110 В для заряда батареи, питания цепей управления / освещения, а также вспомогательного оборудования.

На тепловозе имеются следующие мотор-вентиляторы (МВ) с приводом от АДКЗ:

центробежные МВ для охлаждения тяговых двигателей передней и задней тележек;

центробежный МВ охлаждения выпрямительной установки и УВВ;

осевой МВ охлаждения ГС_501А;

осевые МВ холодильника воды дизеля;

Двигатели вентиляторов холодильника примечательны тем, что имеют внешний ротор - статор расположен в центре двигателя и его полюсные наконечники обращены наружу от оси, а ротор выполнен в виде кольца и охватывает статор.

Привод от коллекторных двигателей имеют следующие машины:

мотор-компрессор КТ_6Эл, питающий тормозную систему и пневматическую автоматику, привод - через понижающий редуктор;

осевой мотор-вентилятор вытяжной вентиляции кузова;

шестеренный топливоподкачивающий насос;

шестеренный маслопрокачивающий насос, создающий давление в масляной системе дизеля перед пуском;

мотор-вентилятор калорифера отопления кабины - 1 шт.

Тепловоз имеет кузов с несущей главной рамой. Для монтажа и демонтажа оборудования крыша кузова выполнена в виде пяти съёмных секций, из них три со встроенными коробами-воздухозаборниками для очистки воздуха, предназначенного для охлаждения тягового генератора, выпрямительной установки и тяговых электродвигателей. Очистители воздуха для дизеля - вращающиеся сетки, нижняя часть которых погружена в масляную ванну, а верхняя работает на очистку проходящего воздуха. Проворот сеток автоматический, при включении мотор-компрессора электропневматический привод проворачивает сетки на 45 градусов.

Применение разъёмов в электрической проводке по кузову и уплотнительных поясов крыши позволяет быстро снимать необходимую секцию крыши для демонтажа оборудования. Глушитель шума выхлопных газов из дизеля также закреплён на съёмной секции крыши.

2. Составление компоновочной схемы расположения оборудования на тепловозе

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.

Заданная мощность составляет P_e = 4500 кВт, мощность дизеля тепловоза-образца 2206 кВт, заданная мощность одного дизеля

 кВт.

Эффективная P_е ном и индикаторная мощности связаны соотношением

,

откуда

, кВт.

где P_e ном - номинальная эффективная мощность одного дизеля, получаемая делением заданной мощности P_e на число секций тепловоза;

- механический КПД дизеля (0,85).

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.

Часовой расход топлива дизеля B_ч, кг/ч

,

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:

- 0,204 - 0,225 кг/(кВт.ч).

Эффективный КПД дизеля _е есть отношение количества теплоты, эквивалентной эффективной мощности, к располагаемой теплоте, полученной от сгорания топлива в цилиндрах в течение часа,

,

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

Индикаторный КПД дизеля _i.

.

Значение _м примем равным 0,85.

Объем цилиндра

 м3.

По заданной мощности определим (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:

при P_e ном = 2250 кВт

, МПА

где ф - тактность дизеля;

i - число цилиндров;

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

 - рабочий объем цилиндра, м³,

здесь d_ц, S - диаметр цилиндра и ход поршня, м.

при P_e ном = 2206 кВт

 МПа.

Цикловая подача топлива в цилиндры дизеля q_ц, кг/цикл

.

Цикловая подача топлива:

при P_e ном = 2250 кВт

 кг/цикл,

при P_e ном = 2206 кВт

 кг/цикл.

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

,

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

б - коэффициент избытка воздуха. Примем б = 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; примем T_к = 60 + 273 = 333  К.

Давление наддува:

при P_e ном = 2206 кВт

 МПа,

при P_e ном = 2250 кВт

 МПа.

 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.

4. Расчет числа секций охлаждающего устройства

Для отвода тепла, выделенного в цилиндрах дизеля при сгорании топлива, применяют охлаждающие устройства. В качестве теплоносителей используют воду и масло. Вода охлаждает цилиндры дизеля, крышки цилиндров и остальной газовыпускной тракт. Масло охлаждает поршни и другие трущиеся детали. В современных дизелях кроме того охлаждают наддувочный воздух. Для охлаждения воды, циркулирующей между дизелем и охлаждающим устройством, применяют водовоздушные радиаторы, а для охлаждения масла и воздуха - водомасляные теплообменники и воздухоохладители. Вода, охлаждающая масло в теплообменнике и воздух в воздухоохладителе, так же охлаждается в водовоздушных радиаторах. Система циркуляции воды, охлаждающей дизель, называется горячим контуром, а система циркуляции воды между теплообменными аппаратами для охлаждения масла и воздуха и водовоздушными радиаторами - холодным контуром.

Необходимые размеры и параметры охлаждающего устройства определяют из уравнений теплового баланса и уравнения теплопередачи.

;

;

,

где Q - количество тепла, которое необходимо отвести охлаждающим устройством в единицу времени, кДж;

G_ж - подача насоса (количество жидкости, перекачиваемой насосом в единицу времени), м³/ч;

G_возд - подача вентилятора (количество воздуха, проходящее через секции в единицу времени), м³/ч;

C_ж,C_р - удельные теплоемкости жидкости и воздуха, кДж/кг К;

K - коэффициент теплоотдачи, кДж/м² ч К;

 t - разность между температурами жидкости до охлаждения и после охлаждения;

- разность между температурами воздуха до поступления в секции радиаторов и после выхода из них;

 t_ср - разность между средней температурой жидкости и средней температурой воздуха;

F - площадь охлаждающей поверхности одной секции радиаторов, см²;

Z - число секций радиаторов.

Решение этих уравнений дает возможность определить число секций радиаторов, необходимых для отвода тепла с водой от дизеля Q_в, с маслом в водомасляном теплообменнике Q_м, с воздухом в водовоздушном охладителе Q_возд.

Приближенно необходимое число секций горячего и холодного контуров можно определить по графикам, предложенным проф. Хуторянским Н.М. (рис. 3).

При этом сначала определим количество тепла, вводимого в дизель при сгорании топлива в течение 1 часа

 кДж/ч.

Разделив полученное значение тепловой энергии на 3600 (число секунд в 1 часе), получим секундную мощность тепловой энергии дизеля

 кДж/с.

Количество тепла, отводимое с охлаждающей водой в секунду для горячего контура

 кДж/с.

Количество тепла, отводимое в масло

 кДж/с.

Количество тепла, отводимое от дизеля с водой, охлаждающей наддувочный воздух

 кДж/с.

Здесь q_в, q_м, q_вв - доли тепла в процентах, отводимые с водой, маслом и воздухом. Их значения приведены в таблице 7.

Рис. 3

Вода - 16 секций

Масло - 9 секций

Воздух - 11 секций

Примерная схема двухконтурного охлаждающего устройства приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема системы охлаждения тепловоза с однорядным расположением водяных секций, с применением водомасляного теплообменника, двух вентиля - торов и разделенных отсеков холодильной камеры:

1 - дизель; 2 - водомасляный теплообменник; 3 - воздухоохладитель; 4,5 - насосы

5. Выбор типа электрической передачи, определение параметров генератора и тяговых электродвигателей

Размещено на Allbest.ru