Проективание охлаждающего устройства тепловоза. Максимальная температура воды на выходе из дизеля

 2.Проективание охлаждающего устройства тепловоза

                                   Исходные данные:

Мощность дизеля Ne=2300кВт;

Удельный расход топлива g=0,23кг/кВт ч;

Максимальная температура воды на выходе из дизеля t1=92 С;

Максимальная температура масла на выходе из дизеля t1=85 С;

Температура наружного воздуха τ =40 С;

Удельные теплоемкости:

Вода с=4,19 кДж/кг;

Воздух с=1 кДж/кг;

Масло с=2,05 кДж/кг.

Плотность воды ρ=1000 кг/м;

Плотность масла ρ=900 кг/м;

Линейная скорость движения воды в секциях – 1 м/с;

Скорость воды в теплообменнике V=1,5 м/с;

Скорость масла в теплообменнике V=1,4 м/с;

Подача масляного насоса В=80м/ч.

Схема системы охлаждения тепловоза ТЭП 60.

Рисунок- 4: 1-дизель; 2-водомаслянный теплообменник;3- воздухоохладитель, 4,5-водяные насосы;5,6-секции для охлаждения воды; 7-секции для охлаждения  воды, отводящей тепло от наддувочного воздуха и масла,8-масляный насос, 10- вентиляторные волёса.

     2.1Расчет водяного контура

Теплоотвод в воду ,охлаждающую дизель

                                                          ,                                               (27)

где Qа- количество тепла ,вводимого в дизель с топливом;

                                                        ;                                            (28)

,

Подставляя численные значения в формулу (27) получим

.

Принимаем коэффициент теплопередачи для наших водяных секций

                                        Кв=52,3Вт/м К=0,523 кВт/м К.

Расход воды через водяные секции

Gв=;                                                     (29)

      где -площадь живого сечения для прохода воды:

=0,00132м.

                                           Gв =1ּ0,00132ּ1000ּZв=1,32Zв кг\с;

    Расход воздуха через водяные секции

                                                     ,                                     (30)            

где =0,149 м;

 кг/с.

Составляем систему уравнений:

;

;                                              (30)               

.

Решив систему уравнений получим:

=83,9; τ2=77,2; Zв=24 секции.

2.2 Водяной контур охлаждения масла дизеля и наддувочного воздуха

Количество тепла, отводимое в масло дизеля и в воду, охлаждающую наддувочный воздух

 кДж/с;                                            (31)

Подставляя численные значения в формулу (32) имеем

 кДж\с.

 Составляем систему уравнений

;

                                            ;                                          (32)

;

где -температура охлаждающей масло и наддувочный воздух на                                выходе из секций и после них,

-температура воздуха, в которых охлаждается вода, циркулирующуя  в контуре водомасляного теплообменника и воздухоохладителей.

Подставляя численные значения в систему (33) решаем её и определяем

Решив систему уравнений получим

Имеем 24+28=52 секции (по 26 секций с каждой стороны). С правой и с левой сторон холодильной камеры установлены секции для охлаждения воды масляного теплообменника (по 11 секций с каждой стороны), для охлаждения воды (по 12 секций с каждой стороны) и для охлаждения воды наддувочного воздуха (по 3 секции с каждой стороны).

  2.3 Расчет водомасленного теплообменника

      Количества тепла, отводимого в масло

                                          =;                                                         (33)

кДж/с.

  Поверхность теплообменника

                                        ,                                               (34)

где - К_то-коэффициент теплоотдачи теплообменника, кДж/с;при V_м=1,4 м/с, V_в=1,5 м/с ,К_то=800 Вт/(м² К)=0,8 кВт/(м² К) ([2] рисунок 6).

Температура масла на выходе из теплообменника

.                                                (35)

где - G_м-расход масла через водомасленный теплообменник, кг/с,

 кг/с.

t₁^м - температура масла на входе в теплообменник,принимаем t₁^м=85⁰С                    [1];

c_м - удельная теплоемкость масла, с_м=2,05 кДж/(кг К) [2].   

Подставляя численные значения в формулу (37) имеем

t₂^м=⁰C

Средняя температура масло в теплообменнике

.                                                    (38)                            

Подставляя численные значения в формулу (38) имеем

t_ср^м=⁰С.

Температура воды на выходе из теплообменника

t₃^ввм= ,                                   (39)                                                     где G_ввм - расход воды через водомасленный теплообменник,кг/с

G_ввм=V_в w₂^в  z_в =1 0,00132 1000 28=36,96 кг/с.

С_в - удельная теплоемкость воды, с_в=4,19 кДж/с;

t₂^ввм –температура воды на входе в теплообменник, t₂^ввм=65 ⁰С.

Подставляя значения в формулу (39) имеем

t₃^ввм=⁰С.

  Средняя температура воды в теплообменнике

t_ср^ввм=.                                                       (40)

Подставляя численные значения в формулу (40) имеем

t_ср^ввм=⁰С.

В итоге подставляя все необходимые значения в формулу (36) определяем поверхность теплообмена теплообменника

F_то=м².

Принимаем диаметр трубок d=10 мм=0,01 м.

Тогда полная длина трубок теплообменника

L=,                                                   (41)

L=м.

При рабочей длине трубок l=2,0 м, число трубок теплообменника

n_т=штук.

2.4 Расчет вентилятора холодильной камеры

Выбираем вентилятор типа УК-2М с углом установки лопастей a=25⁰.

Сопротивление секций холодильника

h_с=4,8 u_м^1,75+4,6 u_в^1.83.                                        (42)

Подставляя численные значения в формулу (42) имеем

h_с=4,6 8^1,83=206,7 Н/м².

Сопротивление жалюзи

h_ж=0,1 h_c.                                                                                  (43)              

Подставляя численные значения в формулу (43) имеем

h_ж=0,1 206,7=20,7 Н/м².

Сопротивление от сужений, расширений и поворотов воздушного потока в холодильной камере

h_кх=0,4 h_с.                                               (44)       

Подставляя численные значения в формулу (44) имеем

h_кх=0,4* 206,7=82,7 Н/м².

Динамические потери потока за вентиляторами

h_д=0,45 206,7=93 Н/м².

Потребный напор вентиляторов

H=h_ж+h_с+h_кх+h_д.                                         (45)

Подставляя численные значения в формулу (45) имеем

Н=20,7+206,7+82,7+93=403,1 Н/м².

      Расход воздуха через секции холодильной камеры

                                                 (46)

.

Удельная масса (плотность) воздуха перед вентиляторным колесом

;                                             (47)

          .

      Подача вентилятора

.

По графику (7) определяем, что максимальный КПД (η=0,838) при α=25% достигается В=0,25, это соответствует Н=0,068, отсюда измеритель подачи

.

Измеритель напора

.

Диаметр вентиляторного колеса

;                                                (48)

 .

Частота вращения вентиляторного колеса

;                                                 (49)

.

Мощность, потребляемая вентилятором холодильника

;                                                    (50)

.

4 Геометрическое вписывание тепловоза

Задаемся величиной коэффициента искажения n=10 и масштабом m=5.

Радиус наружного рельса, м

;                                             (51)

где Rг – минимальный радиус кривого участка пути, м; Rг =110 м;    

.

Радиус внутреннего рельса

;                                           (52)

где ∆ - уширение колеи в кривом участке пути, м. При R<300м,          ∆=0,015м;

s - зазор между внешними гранями гребней бандажей и внутренними гранями головок рельса, мм; s = 7…29 мм;

;

Величина искаженного значения базы тепловоза и тележки

,                                             (53)

где L – база тепловоза, мм; L = 9680 мм;

,                                                  (54)

где B – база тележки, мм; В = 3700 мм;

;

.

По полученным данным производим построение и определяем углы поворота тележки относительно главной рамы тепловоза, (рисунок 5).

Максимальное уширение

α1=25º, α2=31º.

Действительные углы поворота тележки определяем по формуле

;                                                  (55) где α – угол, измеренный на чертеже,

sinА1==0,0423;    А1=2,4º;

sinА2==0,0515;    А2=2,9º.

Минимальное уширение

α1=22º, α2=32º.

sinА1==0,0375;    А1=2,1º;

sinА2==0,0530;    А2=3,0º.

Полученные значения не превышают допустимых значений, то есть меньше 3º. Вписывание тепловоза в кривую заданного радиуса обеспечено