Практична частина визначення основних параметрів тепловозного дизеля

У тепловозного дизеля кількість тактів дорівнює , кількість циліндрів – , він розвиває ефективну потужність , при частоті обертів колінчастого вала n. Діаметр циліндра – D, хід поршня – S, питома ефективна витрата палива – G, механічний ККД дизеля – _m, ККД силової передачі тепловоза з урахуванням витрат енергії на допоміжні потреби локомотива – _пер.

Необхідно визначити:

– середній ефективний тиск Р_е і середній індикаторний тиск Р_і, МПа;

– середню швидкість поршня в м/сек;

– часові витрати пального дизелем q, кг/год;

– кількість пального, що подається в циліндр за цикл, г/цикл;

– ефективний (_е) та індикаторний (_i) ККД дизеля;

– питомі індикаторні витрати палива, кг/кВат∙год;

– загальний ККД тепловоза _T;

– дотичну потужність тепловоза N^T_D, кВат.

Основні теоретичні дані

Середнім індикаторним тиском Р, називають умовний постійний тиск газів під дією якого на поршень, за один його хід від ВМТ до НМТ, виконується робота рівна роботі за один робочий цикл.

У дійсному робочому циклі середній індикаторний тиск має значення менше від теоретичного, з одного боку, через округлення індикаторної діаграми в розрахункових точках C, Z, Z^’, а також внаслідок того, що горіння палива починається до приходу поршня у ВМТ, різної початкової і кінцевої швидкості згоряння, початку відкриття випускного клапана до приходу поршня у НМТ, а з іншого боку – через наявність насосних втрат при впуску та випуску. Втрати на округлення враховуються коефіцієнтом повноти індикаторних діаграм .

Для чотиритактних двигунів коефіцієнт повноти діаграми  = 0,92 ... 0,97, а для двотактних –  = 0,38 ... 1,0. Більші значення  вибирають для розрахунку параметрів двигунів з електричним запалюванням, менші – для дизелів.

У двигунах з розділеною камерою згоряння (вихрових і передкамерних) додаткові втрати, що виникають при перетіканні робочої суміші з однієї частини камери в іншу, враховуються коефіцієнтом V = 0,9 … 0,95.

При роботі в режимі номінальної потужності для

- чотиритактних бензинових двигунів без наддуву Р = 0,4 ... 1,2 МПа, а для газових Р = 0,6 ... 0,9 МПа;

- чотиритактних дизелів без наддуву Р = 0,75 ... 1,2 МПа, з наддувом Р = 1,4 ... 3,0 МПа;

- двотактних без наддуву Р = 0,5...0,9 МПа, з наддувом Р = 1,0...3,2 Мпа.

Індикаторною називають потужність, що розвивають гази усередині циліндра двигуна.

Індикаторна потужність, кВт:

- для чотиритактних двигунів

N = (Р i V n)/120, (1)

де Р - середній індикаторний тиск, МПа;

і - число циліндрів двигуна;

V - робочий об'єм циліндра, л;

n - частота обертання колінчатого вала, хв^-1.

- для двотактних двигунів

N = (Р і V n)/ 60. (2)

Економічність протікання дійсного циклу оцінюється двома показниками: індикаторним ККД -  і питомою витратою палива g на одиницю індикаторної потужності в одиницю часу.

Індикаторним ККД називається відношення теплоти перетвореної у меха­нічну роботу за робочий цикл, до теплоти, витраченої паливом під час згоряння.

При роботі в режимі номінальної потужності для бензинових двигунів  = 0,25...0,40; газових  = 0,38...0,38; дизелів чотиритактних  = 0,39...49, а двотактних  = 0,39...0.53.

Значення індикаторного ККД  завжди нижче термічного ККД  тому що він враховує не тільки відвід теплоти до більш холодного джерела, але і втрати, пов'язані з неповнотою згоряння, відводом теплоти до стінок і з газами, що відробили, дисоціацією, витоками газу через нещільності і т.п.

Економічність дійсного циклу можна оцінити також по питомій інди­­каторній витраті палива g, г/кВтгод;

^{g = G 1000 / N, (3)}

де G - годинна витрата рідкого палива, кг.

При роботі в режимі номінальної потужності:

для бензинових двигунів g = 205 ... 330 г/(кВтгод);

дизелів чотиритактних g = 175...220 г/(кВтгод);

дизелів двотактних g = 163...230 г/(кВтгод).

Індикаторна потужність не може бути цілком використана споживачем, оскільки деяка її частина неминуче витрачається на подолання різних опорів всередині двигуна. Цю частину потужності називають потужністю механічних втрат. До неї відноситься потужність, що витрачена: на тертя між деталями двигуна що рухаються, (наприклад, тертя поршнів і поршневих кілець), деталями що рухаються і повітрям, оливою (маховик , шатун та ін.); приведення в дію допоміжних агрегатів і пристроїв двигуна (насосів, генератора й ін.), очищення і наповнення циліндра (насосні витрати); привод нагнітача (при механічному приводі від колінчатого вала).

Потужність, що безпосередньо знімається з колінчатого вала двигуна, називається ефективною.

Середній ефективний тиск Р- це умовний постійний тиск газів у циліндрі, що за один хід поршня виконує роботу, рівну ефективній роботі циклу;

Аналогічно індикаторній потужності, ефективну потужність двигуна можна визначити через Р, кВт.

N=(Р і V n)/30. (4)

Середній ефективний тиск характеризує корисну потужність двигуна

Р_е = Р_і – Р_m , (5)

де, Р_m – середній тиск механічних витрат що характеризує, конструктивні особливості кожного двигуна та якість експлуатаційних матеріалів що використовуються для виготовлення двигуна.

Середня швидкість руху поршня характеризує конструкцію двигуна з точки зору теплової і динамічної потужності, а також інтенсивності спрацювання деталей що може бути названо триботехнічною характеристикою роботи двигуна. Швидкість поршня залежить від співвідношення діаметра поршня до довжини його ходу. В сучасних дизельних двигунах середня швидкість поршня дорівнює 7-10 м/с.

Відношення ефективної до індикаторної потужності характеризує механічні втрати в двигуні і називається механічним КПД .