Расчет вспомогательного оборудования проектного тепловоза

2. Расчет вспомогательного оборудования проектного тепловоза.

2.1 Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств.

Основные положения и исходные данные.

Выбор типа водяной системы.

Двухконтурная: с охлаждением дизеля в первом контуре и охлаждением воды водомасляным теплообменником во втором контуре, так как ,то надувочный воздух охлаждается в третьем контуре водовоздушном охладителе.

Теплоотводы в системах охлаждения дизеля ряда Д49

Таблица 2.1.1

Сери тепловоза	ТЭП75	ТЭП136	ТЭП70, 2ТЭ121	2ТЭ116	ТЭМ7	ТГМ6А	ТЭМ2М
Мощность дизеля, кВт	4410	4410	2940	2205	1470	882	882
Теплоотвод от воды дизеля, кВт	1570	1512	1070	780	615	302	323
Теплоотвод от масла дизеля, кВт	605	675	535	425	290	93	86
Теплоотвод от надувочного воздуха, кВт	930	1035	580	410	227	128	113

Рис 2.1.1 Теплоотводы в системе охлаждения дизеля ряда Д49

2.2 Тепловой расчет водовоздушных радиаторов.

Теплоотводы в воду первого и второго контура.

        

- охлаждается во втором крышевом блоке.

- теплоотвод от дизеля в воду.

- теплоотвод от дизеля в масло.

- теплоотвод от надувочного воздуха.

Условие работы водяной системы.

а) Температура воды на входе в радиатор

          I контур:                     

          II контур:                     

б) Температура воздуха на входе в радиатор

                         

в) Допускаемый перепад температуры воды в рубашке охлаждения дизеля

                        принимаем   так как  

Технические характеристики секции водовоздушных радиаторов.

На проектируемом тепловозе используем секции ВС.

Таблица 2.2.1

№	Наименование секций	ВП12	ВС12	ВС7	ВС5	ВС8
1	Рабочая длина трубок  hc, мм	1206		710	535	803
2	Шаг оребрения, мм	2,83	2,3
3	Живое сечение секции для прохода воды  ωв, м2	0,00132
4	Живое сечение секции для прохода воздуха  ωвз, м2	0,1361	0,1490	0,0786	0,0662	-
5	Теплопередающая поверхность секции с воздушной стороны  F, м2	21,0	29,5	16,9	13,1	10,15
6	Гидравлический диаметр воздушной стороны секции dг вз,  м	0,00456	0,0038			-
7	Гидравлический диаметр трубки  dг в,  м	0,002098
8	Ширина секции lc, м	0,154
9	Глубина секции,  м	0,187
10	Масса секции  mс, кг	45,65	42,25	27,80	24,55	-

Теплофизические параметры теплоносителей.

Все значения теплофизических параметров будем определять по универсальному уравнению.

 - значение теплофизического параметра.

- температура теплоносителя.

 - эмпирические коэффициенты для разных теплоносителей и для разных теплофизических параметров.

Таблица 2.2.2

	Плотность ρ, кг/м3	Теплоемкость Ср, Дж/(кг·ºС)	Теплопроводность λ, Вт/(м·ºС)	Кинематическая вязкость ν·106, м2/c
Сухой воздух
а0	ρвз40º=1,10	1004,8	0,02442	13,28
а1		0	0	0,000102
а2		0	0,0000768	0,0883
Дизельное масло М14В
а0	919,64	1754,7	0,1291	214,7
а1	0	0	0	0,0183
а2	-0,6214	3,768	-0,00007	-3,85
Вода
а0	1019,66	4118,6	0,5611	1,032
а1	0	0	-0,00001	0,000048
а2	-0,606	1,0048	0,00221	-0,012

Расчет подачи водяного насоса в контуре водяного охлаждения.

Для I блока первого контура.

  

 

 

 

 

где: - теплоотвод в воду I контура, 

Для второго контура   

Коэффициент теплопередачи секции радиатора I контура

 

где - коэффициент, учитывающий технологические неточности    при изготовлении секции типа ВС

- критерий Кирпичева

 - коэффициент теплопроводности воздуха 

- гидравлический диаметр секции для прохода воздуха в метрах.

Критерий Кирпичева.

где - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа секции радиатора.

- число Рейнольдса для воздуха.

 - число Рейнольдса для воды.

- температурный фактор.

Критерий Рейнольдса для потока воды

где - массовая скорость воды в трубках радиатора,   ( задаем по опыту проектирования тепловозных радиаторов в пределах 800÷1500 )

     - гидравлический диаметр трубок радиатора для прохода воды в метрах

    - коэффициент динамической вязкости воды

   

где -коэффициент кинематической вязкости воды

Критерий Рейнольдса для потока воздуха

где - массовая скорость воздуха, проходящая через секцию радиатора по опыту проектирования тепловозных радиаторов, задают от 5-15 , если секции первого и второго контура находятся в одной шахте охлаждающего устройства, то значение  для первого и второго контура необходимо принять одинаковыми.

     - гидравлический диаметр секций для прохода воздуха в метрах

    - коэффициент динамической вязкости воздуха

   

Температурный фактор

Значение числовых коэффициентов для расчета критерии Кирпичева для секций типа ВС

Таблица 2.2.3

Re.вз	A	n	n1	p
1100-2300	0,008729	0,78	0,095	0,08
>2300	0,02464	0,646	0,095	0,08

 

 

 

 

 

Число секций радиатора в контуре системы охлаждения

где - теплопередающая поверхность секции радиатора со стороны воздуха в м²

- живое сечение секции для прохода воды в м²

- живое сечение секции для прохода воздуха в м²

 

 

 

 

    

 Компоновка секций радиатора и определение фактической массовой скорости воды в трубках.

При параллельном соединении секций.

         

Должны выполняться два условия:

1)     

2)

Рис. 2.2.1 Параллельное соединение секций радиатора І блока 1 контура

Температура теплоносителей на выходе из радиатора.

Вода:     

Воздух: 

Проверка для первого контура:

Мощность водяного насоса.

 

где - производительность подача водяного насоса

- расчетный напор водяного насоса

- кпд водяного насоса

 для центробежного водяного насоса

 

где  - гидравлическое сопротивление одной секции

 

- рабочая длина трубок секции в миллиметрах.

Коэффициент теплопередачи секции радиатора  2 контура.