S		−1	π	Cmi , м	(4)
D j i =
				ω
D j

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.

Значени		Значения (S/D)j
я (Сmi)
		1		1.05	1.1	1.15
8.5		0,22		0,21	0,20	0,19
		27,05		29,83	32,73	35,78
9		0,23		0,22	0,21	0,20
		22,79		25,13	27,58	30,14
9.5		0,26		0,24	0,23	0,22
		19,38		21,36	23,45	25,63

Из полученных значений выбираем те, что получились при Cm = 9,5 b S/D = 1.

Диаметр поршня = 0,26м, число цилиндров = 16.

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

Длина ЛЭУ
L =1,16 D K + C , м	(5)

где D - диаметр цилиндра, м;

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

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

7

		= 1.16 0.26 (0.5 16) + 1,587 = 4 м
Ширина двигателя
В= А S		, м	(6)
			В = 8 0,26 = 2,08 м	- образных двигателей.
Здесь: S - ход поршня, м; А = 5,0 - 8,0 - для V
Высота двигателя
Н =а S ,		м	(7)
где	5,0	- 7,0 - для	V - образных двигателей;
После			габаритных размеров дизеля необходимо
	определенияН = 7 0,26 = 1,82 м

произвести проверку его размещения в кузове тепловоза для заданного типа габарита.

2.Расчет рабочего процесса дизеля и его технико-экономических

						показателей
					2.1. Процесс наполнения
Давление в конце процесса наполнения:
Ра =			(0,9 – 0,96) Рs – для 4-такного двигателя.
Давление наддува Рs						можно определить по формуле:
P	=		4 Ts Rs GΣ τ		10−6 ,	мПа
		S D2 Z ω η
s					370 287 7,61 4		−6
			4 v					= 0,382 мПа
			= 0.26 0.262 11 120,37 1 10

где Ts – температура воздуха на входе в двигатель.

Можно принять 370 – 400 К.

8

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

ηv - коэффициент наполнения, выбирается для 4-х тактных ДВС в
пределах 0,9 -1,05	= 120,37 рад/с
ω = π30nд , рад/с

GΣ - суммарный расход воздуха, кг/с
Величину расхода воздуха можно определить:
GΣ = BT αΣ L0′					∑	= 0,241 2.2 14.35 = 7,61
Расход топлива равен:					т = 42,500 0,39 = 0,241 кг/с
		, кг/с
BT = Hu eηe
						4000
	N
( для справки			L0′ = 14,35 кг возд/кг топл., суммарный коэффициент
избытка воздуха		αΣ		берётся		для выбранного типа двигателя, а Hu =
42500 кДж/кг).

Часть воздуха проходит через дизель во время продувки, поэтому в

цилиндрах будет фактически находиться меньшее количество воздуха:
G = ϕkΣ , кг/с,	= 3,105 = 7,61 кг/
G

где ϕk - коэффициент избытка продувочного воздуха для 4-тактных можно принять равным 1,0.

После определения величины Ps необходимо помнить, что предельная величина давления в одноступенчатом компрессоре не должна превышать 0,15 МПа. При большем давлении наддува целесообразно

9

применять 2-ступенчатую схему наддува с охлаждением надувочного

воздуха.
Температура воздуха в конце наполнения равна:										= 391,21
Ta = Ts +∆1T+γ+rγr				Tr , К		=		1+0.03
							370+10+0.03 765
где		∆T - приращение температуры воздуха в цилиндре, равное
∆T = ∆Tкин. +∆Тт = (5 −8) , К						≈ 10
Tr – температура остаточных газов, обычно равная (700-800), К
γr -		коэффициент остаточных газов, принимаемый (0,02 – 0,05)
ε- (11÷13) для Д49
Уточняем коэффициент наполнения								ηv :	391370,21 1+01.03 = 0,98
ηv = ε −1 ξd1 Ps				Ta	1+γr	ɳ = 1111−1	1.03 00..382355
	ε		Pa	Ts	1

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

Величина коэффициента дозарядки ξd1			обычно составляет 1,03 – 1,06.
	2.2. Процесс сжатия
Необходимо определить		параметры конца процесса сжатия воздуха в
цилиндре, то есть величины Pc		и Tc .
Давление в конце сжатия			= 9,05 мПа
Pc = Pa εnc ,	= 0,355 111.35

где nc - 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).

10

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 Pc достигают значений

9,5 – 10,5 мПа.
Температура воздушного заряда в конце сжатия
Tc =Ta εnc −1 , К			= 391,21 111.35−1			= 905,53 К
Следует помнить, что по условиям надёжного самовоспламенения
величина	Tc ≥ 750K .
Промежуточные		значения		давления		процесса	сжатия	нужно
определить по политропному уравнению					P V = const ,
где	nc – 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		P = Constn .
			v c
Значения (не более 5-7 значений) V					берутся на участке сжатия.
Далее на миллиметровой бумаге вычерчивается индикаторная
диаграмма в координатах P(V ) и				P(ϕ) .
				2.3. Процесс сгорания
Весовой элементарный состав дизельного топлива принимаем равным:
С = 0,86, Н = 0,13			и О = 0,01
Для определения		Tz	используем известное уравнение сгорания
								11

ξz Hu

= β

z

mc

p

T

−(mc +8.314 λ)

T

α L (1+γ )

z

v

c

42500

0.66 r

z

c

2.2 0.486 (1 + 0.03)

(21,58 + 8.314 1.55) 905,5

= 1.025 ( + ) −

24132,5 = 1.025 ( + 2) −36275

→

0.0025 2 + 28.03 −60407,5 = 0

где

Т = 1936

ξz - коэффициент использования теплоты в точке z;

Величина ξz =ξ χ

= 0,66

ξ = 0,8 – 0,9, а χ = 0,75 – 0,9

теплоёмкость свежего заряда

= 18.576 + 0.0025 = 21,58

βz - коэффициент молекулярного изменения в точке z, равный

βz =1+ 1β+0 −γr1 χz ,

= 1 + 1+01.03.−031

0.85 = 1.025

где

β0 =1

+

8H +O

32 α L0

= 1 + 32 2,2 0.486

= 1,03

0

8 0,13+0,01

-

теоретический

коэффициент молекулярного изменения

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

χ - коэффициент выделения теплоты в точке (z). Можно принять 0,85. Из курса теплотехники известно, что средняя молярная теплоёмкость равна

12

mcpz = a +b Tz =28.03+0.0025*1936 = 33,7

где коэффициенты определяются по известным формулам:

χ

+ α

−χ

19, 26 +8.314 =

20.46 0.85+(22.2.2−0.85) 19.5

+ 8.314 = 28.03

a = 20, 46

(α

)

b = 3,6

χ +(α −χ) 2,5

=

3.6 0.85+(2.2−0.85) 2.5

= 0.0029

1000 α

1000 2.2

Тогда величину Tz

найдём по уравнению сгорания:

A T 2 + B T −C = 0

Т = 1936

z

z

Необходимо иметь в виду, что для эффективного сгорания величина

должна удовлетворять условию:

Tz ≤ 2200K

Далее определяются максимальное давление сгорания ( pz ) и степень

предварительного расширения (ρ ):

9051936,5 = 1.41

ρ = λz

Tc

= 11.025.55

β

Tz

=

= 1. 9,05 = 14,03

2.4. Процесс расширения

Необходимо найти параметры Pb и

Tb в конце расширения, и затем

построить политропу расширения.

= 111.41 = 7,77

Степень последующего расширения равна: δ =

ε

ρ

Величина

Tb

= δn2z−1

βz

, К (1)

= 9.8119361.27−1

01..875029 = 946

T

β

где n2 - среднее значение показателя политропы расширения

13

В уравнении (1) два неизвестных Tb и n2 , поэтому для его решения

используем дополнительно уравнение теплового баланса на линии расширения:

n2

=

A1 −8,314 Tb

+

1

=

16034−8,314 900

+ 1 = 1,27

B1 −mcv′′ Tb

42422−22,58 900

Где

A1 =8.314 ββz Tz

1

= 8.314 01,.875029 1997 = 16034

β =1+

8H +O

1

-коэффициент

молекулярного изменения при

32 α L

1+γ

r

o

полном сгорании = 1 + 8 0,13 + 0,01

1

= 1.029

β32=

χ

0.495

1 + 0.03

β2,2

Lo = 0,495,

z

z

= 1.029*0.85 = 0.875

H (ξ −ξz )

β

42500 (0.8−0.66)

0.875

B1 =

u

+

βz mcv′′ Tz

α Lo (1+γr ) β

1997 = 42422

= 2.2 0.486 (1+0.03) 1.09

+ 1.029 22.73

′′

Величину

mcv

-

среднюю

теплоёмкость

продуктов сгорания

приравниваем теплоёмкости свежего заряда (mc′),

равной

чпс

= 19,32 + 0,0025 1936 = 24,2

′

( −х)

чпс

= 21,58 (2.2 −0.85) + 24,2 0.85

" =

+

х

′

′

= 22,58

2.2

mcv

= a

+b Tср. =

22,58

где

Тср. =

Та +Тср.

2

14

Коэффициенты а′ и			b определяются по формулам:
а′ = 4,74 + 0,39α		= 4.74 02.39.2 = 4.91 и b =		105	α = 1.22*10-3
			102 +		44
Далее решаем уравнения (1) и (2) методом итераций:
1). Задаёмся значением Tb в диапазоне 900 – 1200 К
2). Находим n2 из уравнения (1).
3). Подставляем n2			в уравнение (2) и определяем Tb .
4). Если (Tb		−Tb) /Tb	получается более 0,01, то расчёт рекомендуется

повторить.
Для тепловозных ЛЭУ обычно			n2 = 1,21 – 1,28, а	Tb = 900-1200К
Определяем давление в конце процесса расширения:
Pb = δn2 = 911.81,124.27		= 0,618 (для справки обычно Pb		= 0,5 – 1,0).
	Pz
Промежуточные значения давлений газов в цилиндре ЛЭУ в процессе
расширения можно найти по уравнению политропы расширения P V n2					=Const
Задавшись		несколькими	значениями	объёма V ,	найдём

соответствующие величины P = Const .

V n2

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

15