ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные параметры рабочего цикла дизелей из "Двигатели внутреннего сгорания " Основные параметры, характеризующие качество рабочего процесса, определяют технико-экономические показатели тепловозного дизеля — мощность и надежность, стоимость единицы работы, среднеэксплуатационный коэффициент полезного действия (к. п. д.) и долговечность. Стоимость единицы работы тепловозного дизеля складывается из затрат на 10 ткм брутто железнодорожных перевозок и является определяющим технико-экономическим показателем его работы. [c.11] Тепловоз не несет на себе полезного груза, а развивает тяговое усилие. Если применить более тяжелый двигатель, это не приведет к уменьшению полезного груза, перевозимого поездом. Наоборот, с увеличением веса поезда требуется увеличение сцепного веса локомотива, особенно из условия движения на больших подъемах. Вес тепловоза ограничен только допускаемой нагрузкой на ось. Поэтому при выборе типа тепловозного двигателя имеется возможность (и целесообразность) добиваться наилучших экономических показателей, т. е. наименьших затрат на 10 ткм брутто железнодорожных перевозок, а это прямо зависит от уменьшения стоимости единицы работы двигателя. Поэтому при выборе типа дизеля следует стремиться к повышению его надежности и экономичности, а не к уменьшению массы и габарита. [c.11] Оказывается, что в общей сумме затрат на локомотивное хозяйство при двухсекционных тепловозах с двигателями мощностью по 2200 кВт в каждой секции 50—55% составляют затраты на топливо, 25—30% — затраты на ремонт, 5% — затраты на постройку тепловоза, причем в числе этих 5% только 1,5% затрат идет на изготовление двигателя. Поэтому экономия топлива (повышение к. п, д.) на 3% равна стоимости изготовления дизеля. Таким образом, основными требованиями к дизелю являются высокий к. п. д. и надежность. [c.11] Наибольшие значения р определяются предельно допустимыми значениями давлений и температур рабочего цикла и связанными с ними наибольшими механическими и термическими напряжениями, возникающими в наиболее ответственных деталях двигателей. Для тепловозных дизелей, от которых требуется надежность и долговечность при моторесурсе в десятки тысяч часов, предельно допустимыми значениями среднего индикаторного давления являются для четырехтактных дизелей р1 = 1,6 2,0 МПа для двухтактных Рг = 1,21,4 МПа. [c.12] Дальнейшее форсирование тепловозных дизелей по величине среднего индикаторного давления нерационально, ибо тяжелые условия их эксплуатации, характеризуемые частой сменой режимов, климатических условий, уменьшают надежность работы наиболее ответственных деталей двигателя. [c.12] Индикаторный к. п. д. и удельный индикаторный расход топлива характеризуют экономичность рабочего цикла и являются важным оценочным критерием степени совершенства рабочего процесса. [c.13] Наибольшие значения индикаторного к. п. д. достигаются в дизелях с совершенным процессом смесеобразования — двухтактных с прямоточной схемой продувки и противоположно движущимися поршнями и четырехтактных с относительно большими суммарным коэффициентом избытка воздуха, степенью сжатия и интенсивным впрыском топлива. Так, для дизелей 10Д100, Д49 и Д70 индикаторный к. п. д. на номинальной мощности составляет 0,47, а удельный индикаторный расход топлива =0,181 г/(кВт-ч). [c.13] Наибольшие значения эффективного к. п. д. достигаются в четырехтактных дизелях с совершенным рабочим процессом и газотурбинным наддувом и составляют на режиме номинальной мощности 0,41—0,42, а удельный эффективный расход топлива = 0,202 0,207 кг/(кВт ч). [c.13] Следует отметить, что для тепловозного дизеля более важно достижение минимального удельного эффективного расхода топлива или максимума эффективного к. п. д. на наиболее важных для эксплуатации режимах работы, характеризуемых, как правило, пониженной эффективной мощностью и частотой вращения коленчатого вала. Эти показатели зависят от индикаторного и механического к. п. д. [c.13] Механический к. п. д. является критерием, оценивающим в целом все механические потери в двигателе. [c.13] Мощностью механических сопротивлений (потерь) называется сумма потерь мощности на трение N тр между поршнем и втулкой в подшипниках коленчатого вала, потерь на привод вспомогательных агрегатов дизеля всп (водяного, масляного, топливного насосов и других агрегатов) и потерь на процесс газообмена Nj.q . [c.14] Величина потерь на трение р тр между поршнем (кольцами) и втулкой составляет больше половины всех потерь на механические сопротивления (до 60%) и в основном зависит от частоты вращения коленчатого вала, определяющей как силы газов в цилиндре, так и силы инерции движущихся частей. Давление газов в цилиндре оказывает значительно меньшее влияние. Потери на трение в коренных подшипниках также определяются силами инерции неуравновешенных вращающихся масс коленчатого вала. Однако относительная величина потерь на трение в подшипниках коленчатого вала значительно (примерно в 2 раза) меньше величины потерь на трение между поршнем и втулкой. [c.14] Учитывая, что тепловозные двигатели, как правило, характеризуются небольшой частотой вращения (около 1000 об/мин), вентиляционные потери на сопротивление движению деталей от окружающей среды (в основном в картере) и на перемещение газов в картере, вызванное движением поршня, в общем балансе механических потерь могут не учитываться. Величина потерь на трение, определяемая трением колец и поршня во втулке, резко изменяется в зависимости от сорта масла и его температуры. Снижение температуры масла и воды, от которой зависит температура стенок втулки, приводит к повышению потерь на трение и, как следствие, увеличению количества сжигаемого топлива. [c.14] Лм пр — к. п. д. механического или гидравлического привода компрессора, осуществляемого с переменным в зависимости от нагрузки передаточным отношением. [c.15] Насосные потери определяют разностью среднего давления в цилиндре на линии выталкивания р ыт на линии впуска Первая величина учитывает затраты на газовый привод компрессора — преодоление газодинамических сопротивлений выпускной системы, а вторая отражает полезную работу процесса впуска. [c.15] Из формул (18), (19) видно, что среднее значение газодинамических потерь в клапанах существенно (в квадрате) зависит от среднего эффективного сечения клапанов и от частоты вращения, а также от плотности рабочего тела, проходящего через клапаны. [c.16] Таким образом, при проектировании двигателей стремятся, насколько это реально, увеличить эффективное проходное сечение клапанов. Однако резкое нарастание проходных сечений клапанов ограничено увеличенными ускорениями и силами инерции, возникающими при движении клапанов и остальных деталей механизма газораспределения. Поэтому повышение эффективного проходного сечения клапанов конструктивно весьма сложно осуществимо и наиболее надежным средством увеличения среднего эффективного проходного сечения клапанов является раннее открытие выпускных клапанов до н. м. т. и позднее закрытие за в. м. т. и открытие впускных клапанов до в. м. т. с закрытием за н. м. т. (рис, 6). [c.16] Р т — Рз тем больше, чем выше к. п. д. турбокомпрессора и температура выпускных газов (подробно см. п. 4). Если повышение температуры выпускных газов ограничено тепловой напряженностью деталей цилиндро-поршневой группы и проточной части газовой турбины, то повышение к. п. д, турбины и компрессора является важным, резервом снижения потерь на механические сопротивления. [c.16] Для четырехтактных двигателей возможно использование избыточной мощности турбины (превышение мощности турбины над мощностью компрессора). В этом случае меняется знак разности рком — Р тур и соответственно знак в показателе степени при т]м цр. Абсолютная величина механического к. п. д. зависит от уровня мощности. При максимальном уровне мощности наибольшие значения механического к. п. д. четырехтактных двигателей достигают 0,92, а двухтактных — 0,82. [c.17] Однако наиболее важным показателем уровня механических сопротивлений является абсолютное значение среднего давления механических сопротивлений рмс при максимальной частоте вращения коленчатого вала. Значение этой величины для четырехтактных тепловозных двигателей не должно превышать 0,23 МПа. [c.17] Вернуться к основной статье