Проектирование грузового локомотива мощностью 2600 кВт, страница 2

2. КОЛИЧЕСТВО И ТИП ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ И ВЕНТИЛЯТОРОВ ОХЛАЖДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

К охлаждающим устройствам тепловозных дизелей относится совокупность узлов и агрегатов тепловоза, предназначенных для отвода и рассеивания в окружающую среду тепла от охлаждающих жидкостей, а также для охлаждения наддувочного воздуха.

Для проектируемого тепловоза я применяю двухконтурную систему охлаждения. В такой системе (рис. 2) разделены контур охлаждения дизеля Д с насосом Н1 и контур охлаждения масла в ВМТ и воздуха в ВО с насосом Н2. Такая схема даёт возможность раздельного регулирования температур воды и масла.

Рис.2. Двухконтурная  схема водяного охлаждения:

Д – дизель, ВО – охладитель надувочного воздуха;

Н1, Н2 – насосы; ВМТ – водомасляный теплообменник;

ВВР – водовоздушный радиатор

2.1. Определение количества секций радиатора водяной системы

(расчёт 1 – го контура системы охлаждения)

Секция радиатора представлена на рис.3.

2.1.1.Температура воды на входе в секции радиатора холодильника 1-го кон­тура:

t'_вд1=95°С(368 К).

2.1.2.Температура наружного воздуха, омывающего секции радиатора холо­дильника 1-го контура:

t'_вз=40⁰С(313 К).

2.1.3.Тепловыделение дизеля в воду 1-го контура (тепло, отводимое от деталей дизеля тепловоза):

Q_вд1=370*Ne=1184кВт

2.1.4.Высота секций радиатора холодильника:

      L_p=1206 мм.

2.1.5.Шаг оребрения секций радиатора:

h=2,3 мм.

2.1.6.Площадь живого сечения секции радиатора для прохода воды:

                    ω_вд=0.00132 м².

   

Рис.3. Водовоздушная секция радиатора:

1-боковой щиток; 2-охлаждающая пластина; 3-усилительная пластина;

4-решётка; 5-корпус; 6-плоская трубка; 7-отверстие для прохода воды;

8-отверстие для крепёжной шпильки.

2.1.7. Площадь живого сечения секции радиатора для прохода воздуха:

              ω_вз=0,149 м².

2.1.8.Теплопередающая поверхность одной секции радиатора, омываемая воздухом:

F=29.6 м².

2.1.9.Массовая скорость воды в трубках секций радиатора (900 - 1500 кг/м²٠с):

u_вд=1500 кг/ м²٠с.

2.1.10.Массовая скорость воздуха через радиатор:

u_вз =12 кг/ м² ٠с.

2.1.11.Коэффициент динамической вязкости воды:  

                                                            μ _вд=0,308 ٠10³ кг/ м² ٠с (Па٠с).

2.1.12.Коэффициент динамической вязкости воздуха:

  μ_вз=0,0191٠10³ кг/ м²٠с (Па٠с).

2.1.13.Коэффициент теплопередачи воздуха:

λ_вз=2,7б٠10^-2Вт/м٠К.

2.1.14.Удельная теплоемкость воды:

С_{р вд}=4,22 10 ³ Дж/кг٠К.

2.1.15.Удельная теплоемкость воздуха:

С_{р вз}=1,01٠10³ Дж/кг٠К.

2.1.16.Гидравлический диаметр воздушной стороны радиатора, для прохож­дения   потока воздуха:

d_гвз=3,8٠10³м.

2.1.17.Гидравлический диаметр трубки радиатора, для прохода воды:

                                                              d_гвд=2,098٠10³ м.

2.1.18.Производительность водяного насоса 1-го контура:

V_вдн1=80 м³/ч (0,022 м³/с).

2.1.19.Плотность воды:

ρ_вд=960 кг/м³.

2.1.20.  Предварительное число секций радиатора 1-го контура:

Принимаю предварительно 11 секций радиатора для 1-го контура.

2.1.21.  Число Рейнольдса для потока воды в секциях радиатора 1-го контура:

2.1.22.         Число Рейнольдса для потока воздуха 1-го контура:

2.1.23.  Температурный фактор 1-го контура:

2.1.24.         Критерий (число) Кирпичева 1-го контура:

А-параметр секции, зависящий от физических параметров воды и воздуха, ве­личин d_гвд и d_гвз и показателей степеней  n_l,n₂,p.

А=0,008729; nl =0,095; n2 =0,78; р=0,08; Θ₁=14,946;

2.1.25.  Коэффициент теплопередачи от воды к воздуху для секций радиатора 1-го контура:

2.1.26.         Коэффициент теплопередачи от воды к воздуху 1-го контура с учетом
загрязнения:

К₁ = 0,9٠К'1 = 0.9 • 81.3 = 73.2 Вт/ м²٠К.

2.1.27.Теплопроводящая способность одной секции радиатора (количество теплоты, отводимое одной секцией радиатора 1-го контура):

2.1.28.  Количество секций радиатора 1-го контура:

Z'_c =  Q_вд1/Q_с1 = 850000 / 57990 = 14,38 ≈ 14секций.

Предпочтительно иметь четное количество секций для равномерного распреде­ления их по 2-м сторонам шахты холодильника тепловоза, а кроме этого осуще­ствляется тепловой запас по охлаждению дизеля.

Принимаю 14 секций для 1-го контура.

2.1.29.  Температура воды на выходе из радиатора 1-го контура:

2.1.30.  Температура воздуха на выходе из радиатора 1-го контура:

2.1.31.  Гидравлическое сопротивление движению воды в секции радиатора 1 – го контура:

где  - приведенный коэффициент сопротивления секции при неизотермическом течении воды, определяемый экспериментально .

2.1.32.  Гидравлическое сопротивление движению воды по всему водяному тракту:

2.1.33. Мощность водяного насоса 1 – го контура:

2.2. Определение количества секций радиатора водяной системы

(расчёт 2 – го контура системы охлаждения)

2.2.1. Тепловыделение масла в воду 2-го контура (тепло, отводимое от масла):

Q_м2 = 420кВт.

2.2.2.Тепловыделение наддувочного воздуха в воду (тепло, отводимое от наддувочного воздуха перед подачей его в цилиндры дизеля):

Q_нвз =  410кВт.

2.2.3. Производительность водяного насоса 2-го контура:

V_вдн2 = 135 м³/ч (0,0375 м³/с).

2.2.4. Массовая скорость воды в трубках секций радиатора(900-1500 кг/ м²٠с):

u_вд=1200 кг/ м²٠с.

2.2.5. Массовая скорость воздуха через радиатор:

u_вз=10 кг/ м²٠с.

2.2.6. Температура воды на входе в секции радиатора холодильника2-го кон­тура:

t'_вд2=75°С(348 К);