Курсовой проект по дисциплине Локомотивные энергетические установки на тему Расчет основных параметров тепловозного двигателя

• Название: Курсовой проект по дисциплине Локомотивные энергетические установки на тему Расчет основных параметров тепловозного двигателя
• Дата: 26.10.2020
• Размер: 335.22 Kb.
• Имя файла: Kursovoy_proekt.docx
• Тип: Курсовой проект; #145864
• страница: 1 из 2

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВО РГУПС)

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине


«Локомотивные энергетические установки»
на тему «Расчет основных параметров тепловозного двигателя»
Выполнил

студент группы МТС-3-682 Волченко А.В.


Принял

доцент Богославский А.Е.

Ростов-на-Дону

2018

Содержание		стр.
Введение		4
Расчет рабочего процесса двигателя		5
Расчет параметров рабочего процесса		5
Индикаторные и эффективные показатели рабочего цикла		12
Основные размеры двигателя		14
Внешний тепловой баланс двигателя		16
Построение расчетной индикаторной диаграммы		20
Динамический расчет двигателя		23
Заключение		31
Список использованных источников		32

Введение
В данном курсовом проекте проводится расчет рабочего процесса двигателя с эффективной мощностью N_е = 1400 кВт и рядным расположением цилиндров. Прототипом проектируемого двигателя является 6-ти цилиндровый тепловозный двигатель ПД1М (6ЧН 31,8/33). Также определяются геометрические параметры проектируемого двигателя, его внешний тепловой баланс. Производится динамический расчёт проектируемого двигателя.

Исходными данными к проекту являются:

- N_e = 1400 кВт;

- n = 900 об/мин;

- i = 6p;

- τ = 4;

- С = 0,86;

- Н = 0,135;

- S = 0,005;

- О_т = 0

Узел, сборочный чертеж которого должен быть выполнен - поршень.

1 Расчет рабочего процесса двигателя
Определяем давление наддува P_к, которое выбирается в зависимости от требуемой мощности двигателя:



где N_e – мощность проектируемого двигателя, по заданию N_e=1400 кВт;

n - частота вращения коленчатого вала проектируемого двигателя, по заданию n=900 об/мин;

i - количество цилиндров проектируемого двигателя, по заданию i=6;

N_e` - мощность двигателя-прототипа, N<sub>e</sub>`=883 кВт;

n`- частота вращения коленчатого вала двигателя-прототипа, n`=750 об/мин;

i` - количество цилиндров двигателя прототипа, i`=6;

- давление воздушного надува двигателя-прототипа, =0,16 МПа;
Показатель политропы сжатия воздуха в надувочном компрессоре принимаем равным n_к = 1,6 , условившись применять ротационный компрессор.
1.1 Расчет параметров рабочего процесса
Теоретически необходимо количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:







где С, Н, S, О_т - относительное массовое содержание в топливе водорода, серы и кислорода;

=28,95 – молекулярная масса воздуха.
Действительное количество свежего заряда воздуха:







Количество молей продуктов сгорания в точке «z»¹ и «чистых» продуктов сгорания, не содержащих избыточного воздуха:







Объемные доли «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха:







Проверка:



1.1.1 Процесс наполнения
Давление в цилиндре двигателя в конце наполнения принимаем равным

Р_a=0,95∙P_к=0,95∙0,211=0,20045 МПа

Температура воздуха во впускном коллекторе, К:




где ∆Т_охл=59,6 К, данное значение подбираем так, чтобы температура во впускном коллекторе проектируемого двигателя была равна температуре двигателя прототипа.

Коэффициент остаточных газов:



где P_r определяется из условий:




Сравнив полученное значение с коэффициентом остаточным газов двигателя прототипа ПД1М, окончательно принимаем γ_r= 0,02.

Температура свежего заряда воздуха в процессе наполнения, К:



Коэффициент наполнения:



1.1.2 Процесс сжатия
Расчет параметров конца процесса сжатия:








где n₁ – показатель политропы сжатия, примем n₁=1,35.
1.1.3 Процесс сгорания
Химический коэффициент молекулярного изменения μ₀ при условии отсутствия в цилиндре двигателя остаточных газов:




где ∆М - увеличение числа молей рабочего тела в процессе сгорания:



Коэффициент молекулярного изменения в точке (z):



Давление в конце сгорания:




где λ=(1,3…2,2)=1,3 степень повышения давления. Выбираем данный коэффициент, исходя из соотношения:

Так как при минимальном значении λ=1,3 P_z больше значения двигателя прототипа =6,27,то принимаем P_z=6,27 МПа.

Температура в конце сгорания:

Температура в точке z определяется по уравнению процесса сгорания:


где = (0,7…0,85) = 0,85 – коэффициент эффективного выделения тепла;
=33900∙C + 125600∙H – 10900∙(O_т – S) – 2500∙(9∙H + W), кДж/кг.

где W – массовая доля воды в топливе, для дизельного топлива можно принимать W=0.

=33900·0,86+125600·0,135–10900(0-0,005)– 2500(9·0,135)=43127 кДж/кг.

Мольная теплоемкость при температуре Т_с, :




Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания, :


где - объемная доля чистых продуктов сгорания, r₀=0,52;

- объемная доля воздуха, r_в=0,48.

Мольная теплоемкость «чистых» продуктов сгорания:



Подставим эти выражения в уравнение процесса сгорания, учитывая, что:



Степень предварительного расширения:



1.1.4 Процесс расширения
Степень последующего расширения:



Параметры конца процесса расширения:


Так как проектируемый двигатель среднеоборотистый (750 об/мин), то показатель политропы расширения n₂=1,2…1,3. Примем значение n₂=1,25





1.2 Индикаторные и эффективные показатели рабочего цикла
Среднее индикаторное давление:




=1,452 МПа.

где ζ - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, ζ=0,97

Среднее эффективное давление, МПа:




где =(0,8…0,92)=0,862 – механический КПД двигателя.

Рабочий объем двигателя при заданной эффективной мощности:




где - эффективная мощность двигателя;

n – частота вращения коленчатого вала;

i – количество цилиндров;

τ – тактность двигателя.

Коэффициенты полезного действия и удельные расходы топлива.

Индикаторные КПД двигателя и удельный расход топлива:







Эффективные КПД и удельный расход топлива:







2 Основные размеры двигателя
Диаметр цилиндра определяется по формуле:



Ход поршня:



Длина дизеля, м:




где С=(1…1,5)=1,5 – удлинение двигателя за счет размещения вспомогательных агрегатов и оборудования дизеля.

k=i для рядных двигателей

Ширина двигателя, м:




где А=3,5…5,0=5,0 – для рядных двигателей;

Высота двигателя:





где α=6,0…8,0=8 – для рядных двигателей.
Высота двигателя от оси коленчатого вала:



3 Внешний тепловой баланс двигателя
Внешний тепловой баланс двигателя:



Располагаемое тепло:





Полезно используемое тепло:







Расход выхлопных газов:




где =(1,05…1,2) =1,1 – коэффициент продувки.

Удельные теплоемкости выхлопных газов и продувочного воздуха для температуры







Температура выхлопных газов:




где =(1,3…1,35) =1,35 – условный показатель политропы.
Температура смеси:

Полученные значения подставляем в формулу и находим температуру смеси:

При наличии турбокомпрессора необходимо учесть тепло выхлопных газов, полезно используемое в газовой турбине. Поэтому для двигателей с газотурбинным надувом:


где - мощность потребляемая турбокомпрессором:


где =(0,97…0,99)=0,99 – механический КПД турбокомпрессора;

=287 – газовая постоянная для воздуха;

G_в – секундный расход воздуха через двигатель:




Тогда







Потери тепла на излучение в окружающую среду по опытным данным не превышают 2…3% от располагаемого тепла: