Мощность Nе, угловая скорость вращения коленчатого вала w, тактность t и, условия работы дизеля задаются консультантом проекта. В процессе проектирования, по согласованию с консультантом при наличии соответствующих обоснований заданные величины могут быть откорректированы.
Эффективная мощность дизеля кроме угловой скорости и тактности зависит от величин среднего эффективного давления Ра, реализуемого при рассматриваемом режиме работы, рабочего объема цилиндра Vh и числа цилиндров Z. При проектировании дизелей величины, определяющие их эффективную мощность, выбираются с учетом опыта эксплуатации ухе построенных двигателей, а также весовых и габаритных ограничений, выдвигаемых специфическими условиями работы проектируемого двигателя.
Мощность двигателя определяется соотношением:
, кВт
где Ре - среднее эффективное давление, Па;
w - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с;
Z - число цилиндров;
Vh - рабочий объем цилиндров, м3;
t - коэффициент тактности.
Pe=0,7-1,2мПа=0,7мПа.
Угловая скорость равна w=π*ng/30=115,13 рад/с.
Рабочий объем цилиндра определяется из соотношения:
, м3
Vh=3,14*0,2562*0,256/4=0,20096 (м3)
где D – диаметр поршня, м;
S – ход поршня, м.
Тогда:
, кВт. (1)
Коэффициент тактности принимается равным двум для 2-х тактных и четырем – для 4-х тактных двигателей.
Среднее эффективное давление и средняя скорость поршня выбираются на основании опыта конструирования, доводки и эксплуатации существующих двигателей.
В зависимости от заданной мощности предварительно выбирается величина среднего эффективного давления по рис.1.
Средняя скорость поршня Cm является параметром, определяющим степень быстроходности и долговечности дизеля. Для выполненных тепловозных двигателей средние скорости поршня имеют значения:
для 4-х тактных дизелей Cm=7,4 - 10,5 м/с;
Двигатели с высокими значениями Cm характеризуются меньшими габаритами и массой. Для их изготовления применяются материалы повышенного качества и износостойкости, повышается класс точности изготовления дизелей, в процессе эксплуатации для смазки используются высококачественные сорта масел с присадками с тем, чтобы сохранить моторесурс на требуемом уровне. Поэтому по возможности выбирают меньшую скорость поршня.
Скорость поршня определяется из соотношения:
, м/с (2)
С учетом (2) эффективная мощность определяется:
, кВт (3)
Число цилиндров в тепловозных дизелях в зависимости от общей мощности, размеров цилиндра и тактности колеблется от 6 до 24 для 4-х тактных и 10 -16 для 2-х тактных.
У 4-х тактных двигателей, исходя из условий уравновешивания и необходимой равномерности крутящего момента, применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24). При числе цилиндров от 6 до 8 обычно применяет рядное расположение. При числе цилиндров больше 8 переходят к V - образному их расположению.
Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей изменяются в пределах:
- D = 0,170 - 0,300 м для 4-х тактных дизелей с нераздельной камерой сгорания;
При больших диаметрах цилиндров имеют место высокая теп-лонапряженность, значительная масса деталей кривошипно-шатунного механизма и поршня вследствие высоких нагрузок.
Диаметр цилиндра выбирается приближенно в соответствии с рис. 2 и должен соответствовать нормальному ряду диаметров:
0,130; 0,140, 0,150; 0,160; 0,170; 0,180; 0,190; 0,210; 0,230, 0,240; 0,250; 0,260; 0,280; 0,300, 0,320; 0,340 м.
Отношение хода поршня S к диаметру D цилиндра для тепловозных дизелей находится в пределах:
S/D = 1,0 - 1,3 для 4-х тактных дизелей; S/D =1,0
В двигателях средней быстроходности рекомендуется увеличенные отношения S/D, так как при прочих равных условиях с увеличением S/D уменьшается диаметр цилиндра, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, увеличивается высота камеры сгорания, что ведет к улучшению процесса сгорания, но при этом увеличивается высота двигателя.
Для быстроходных дизелей целесообразно снижать величину S/D для уменьшения средней скорости поршня и высоты двигателя. Однако с понижением S/D ухудшаются условия протекания процессов смесеобразования.
Определение основных размеров цилиндра двигателя и числа цилиндров рекомендуется производить в следующем порядке:
В соответствии с рекомендациями изложенными в п.1.1, выбирают ориентировочную величину среднего эффективного давления Ре.
Задаются тремя-четырьмя значениями средней скорости поршня Cmi в диапазоне значений, рекомендованных в п. 1.1, с интервалом 0,5 м/с.
Для нескольких значений отношения (S/D)j определяют диаметры цилиндров, соответствующие выбранным значениям средней скорости поршня и заданной угловой скорости коленчатого вала:
, м (4)
Для каждого вычисленного значения диаметра цилиндра по формуле (3) определяют число цилиндров проектируемого двигателя. Полученные значения диаметров и чисел цилиндров сводят в табл. 1.
По табл.1 выбирают число цилиндров, соответствующее рекомендациям п.1.1. Диаметр цилиндра, соответствующий выбранному числу цилиндров, округляют до ближайшего значения из ряда нормальных диаметров и уточняют среднюю скорость поршня по соотношению (2).
Отношение S/D не должно выходить за рекомендуемые пределы.
По полученным геометрическим параметрам проектируемого дизеля D, S, Z определяют его основные габаритные размеры.
Длина дизеля
, м (5)
где D - диаметр цилиндра, м;
К = Z - для рядных двигателей;
K = 0,5Z - для V -образных двигателей;
C = 1,5 м - линейный размер, зависящий от компоновки вспомогательного оборудования и агрегатов наддува двигателя.
L=1,16*0,256*4+1,5=2,69 (м)
Таблица 1
Диаметры и числа цилиндров проектируемого двигателя.
|
Значения (Сmi) |
Значения (S/D)j |
||||
|
1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
||
|
8 |
D=0,218 |
D=0,196 |
D=0,172 |
D=0,151 |
|
|
Z=12 |
Z=15 |
Z=20 |
Z=26 |
||
|
8,5 |
D=0,229 |
D=0,206 |
D=0,183 |
D=0,160 |
|
|
Z=10 |
Z=12 |
Z=16 |
Z=22 |
||
|
9 |
D=0,243 |
D=0,2187 |
D=0,194 |
D=0,170 |
|
|
Z=9 |
Z=11 |
Z=14 |
Z=18 |
||
|
9,5 |
D=0,256 |
D=0,23 |
D=0,205 |
D=0,175 |
|
|
Z=8 |
Z=9 |
Z=12 |
Z=16 |
||
Ширина двигателя
, м (6)
B=7*0,256=1,79(м)
Высота двигателя
, м (7)
H=6*0,256=1,53(м)
где а = 6,0 - 8,0 - для рядных двигателей;
5,0 7,0 - для V - образных двигателей;
10 13,0 - для 2-х тактных двигателей с противоположно-движущимися поршнями.
После определения габаритных размеров дизеля производят проверку его размещения в кузове тепловоза.
Проверяют наличие необходимой ширины проходов по обе стороны от дизеля. От внешнего контура дизеля до боковых стенок кузова тепловоза должно быть 0,7 м на высоте груди человека (на расстоянии от настила 1,5 м), что обеспечивает нормальное и безопасное обслуживание дизеля.
В отдельных исключительных случаях допускается местное сужение прохода до 0,5 м.
Эскиз установки дизеля на тепловозе выполняется в масштабе 1:20 и прилагается к записке.
- Расчет рабочего процесса дизеля и его технико-экономических показателей
- Процесс расширения
- Определение температуры газов, на входе в турбину и баланса мощностей компрессора и турбины
- Технико-экономические показатели проектируемого дизеля
- Расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля
- Расчет и построение векторной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала дизеля
- Общие указания по разработке чертежа поперечного разреза дизеля и узла