Расчет количества воздуха, необходимого для реализации заданной мощности, выбор схемы наддува и определение мощности компрессора

2.1. Расчет количества воздуха, необходимого для реализации заданной мощности, выбор схемы наддува и определение мощности компрессора

2.1.1. Расчет количества воздуха и давления наддува.

Количество воздуха, необходимого для работы, зависит от мощности, выбранных ранее (см. п.1) геометрических размеров цилиндров, качества газообмена и других, факторов.

Расход воздуха через двигатель определяется из соотношения:

 , кг/с (8)

где в_т - расход топлива двигателем, кг/с;

_S- суммарный коэффициент избытка воздуха;

L₀^` - соотношение между количеством воздуха и топлива при полном сгорании топлива (= 1).

Расход топлива В_т зависит от мощности, КПД двигателя и качества топлива:

 , кг/с (9)

где N_е - эффективная мощность дизеля, кВт;

Н_и - теплотворная способность топлива, кДж/кг;

h_е - эффективный КПД двигателя.

B_т =650/42500*0,40=0,038 кг/с.

С учетом (9) получим:

 (10)

Величины _S и h_епредварительно выбираются по справочным данным. Обычно для 4-х тактных тепловозных дизелей характерно _S2,1 - 2,6 h_е=0,40-0,43, а для 2-х тактных соответственно – _S2,5 -2,9 и h_е=0,34 - 0,38

Величины L₀^` и Н_и принимаются равными 14,35 и 42500 кДж/кг.

G_{S = (2, 5*14, 35*650)/17000=1,371 кг/с}

Во время продувки часть воздуха теряется, поэтому в процессе сгорания будет участвовать меньшее количество воздуха:

 , кг/с. (11)

где j_к - коэффициент избытка продувочного воздуха.

Для 4-х тактных двигателей принимают j_к = 1,05 - 1,15;

для 2-х тактных при прямоточно-щелевой продувке - j_к = 1,4 - 1,5, при прямоточно-клапанной - j_к = 1,4 - 1,7 и при контурной продувке - j_к = 2,1.

G=1,371*1,1^-1=1,246 кг/с.

Количество воздуха в цилиндрах G и давление наддува Р_S связаны соотношением:

 , МПа (12)

где h_v - коэффициент наполнения, выбирается для 4-х тактных ДВС в пределах 0,96, а для 2-х тактных – 0,85 - 0,95;

Т_S - температура наддувочного воздуха, К.

Если считать, что в условиях тепловоза не удается охлаждать наддувочный воздух ниже 340 - 350 К, то можно принять, что температура заряда в цилиндрах находится в пределах Т_S = 370 - 400 К.

R_В - газовая постоянная воздуха, R_В= 287 Дж/кг^.К.

P_s=(400*287*4*1,246*4)/(0,256*0,065536*8*115,13*0,96)*10^-6=0,154 (МПа)

2.1.2. Выбор схемы наддува.

По найденной величине давления наддува следует выбрать и обосновать схему воздухоснабжения дизеля.

Для четырехтактных тепловозных дизелей, как правило, применяют одну ступень сжатия воздуха в центробежном компрессоре, приводимом в работу от газовой турбины. Мощность, потребляемая компрессором, определяется по формуле:

 , Вт (13)

где Т₁ - температура воздуха на входе в компрессор, К;

 - степень повышения давления в компрессоре (для компрессора низкого давления 1,9, среднего давления – 1,9 - 2,5 и высокого давления – 2,5 - 4,0);

π_к=0,154/0,103=1,495

Р₀ - давление воздуха на входе в компрессор ,

x₀ - потери в воздухозаборных устройствам и фильтрах x₀ = 6,95 - 0,97;

h_К - коэффициент полезного действия компрессора (принимается равным 0,75 - 0.81);

к - показатель адиабаты сжатия (к = 1,4).Расчитаем мощность компрессора.Возьмём T₁=293 K.

N_кнд=1,371*287*(1,4/1,4-1)*293*1,272*1,28=656979 (Вт)

2.1.3. Расчет параметров рабочего тела на входе в цилиндры

Температура воздуха на выходе из компрессора:

 , К (14)

T₂=293*((1+(1,11-1/0,78-1))=334,02 K.

Если в выбранной схеме предусмотрен охладитель, то температура после охладителя на входе в дизель определяется соотношением:

 , К (15)

T_s=334-0,4(334-293)=317,6 K.

где h_х - коэффициент эффективности охладителя;

Т_W- температура теплоносителя, охлаждающего наддувочный воздух.

Для водовоздушных охладителей h_х находится в пределах 0,75 - 0,7, для воздуховоздушных охладителей величина может быть принята в пределах h_х = 0,35 - 0,5.

Температура воды, охлаждающей на тепловозе наддувочный воздух, может приниматься равной 330К при нормальных наружных условиях (нормальные атмосферные условия: р₀=0,103 МПа, Т₀=293К).

В случае применения воздуховоздушного охладителя температура Т_Wпринимается равной Т₀=293 К.

Потери давления воздуха по тракту и в воздухоохладителе оцениваются приближенно:

 , (16)

где x_S - коэффициент потерь; выбирается в пределах 0,92 - 0,95.

P_s¹=0,95*0,154=0,1463 Мпа.