IIконтур

1. Теплофизические параметры воды при температуре 75 :

;

;

;
;

2. Расчетная подача водяного насоса во II-м контуре.

3.1 Число Рейнольдса для потока воды:

По (66) можно найти:

3.2 Температурный фактор:

3.3 Число Кирпичева.

По (69) можно найти:

4. Коэффициент теплопередачи секции радиатора.

По (70) можно найти:

5. Число секций радиатора в II контуре системы охлаждения.

(77)

Окончательно принимаем: секции.

6. Фактическая массовая скорость воды в трубках радиатора.

При последовательно-параллельном соединении секций

7. Температура теплоносителей на выходе из радиатора:

Вода:

Воздух:

8. Мощность привода водяного насоса.

По (76) можно определить:

H_в=10· Па

3.3 Обоснование технических требований и выбор конструктивных параметров вентиляторов охлаждающего устройства

1 Исходные данные.

1.1 Безразмерные характеристики вентиляторной установки УК-2М.

1.2 Тип привода вентилятора: электрический с асинхронным мотор - вентилятором АМВ-75.

1.3 Частоту вращения вентиляторного колеса принимаем n = 1160 об/мин.

2 Компоновка шахты охлаждающих устройств.

2.1 Длина шахты:

2.2 Число вентиляторов в шахте:

2.3 Число секций обслуживаемых одним вентилятором:

2.4 Длина шахты с одной стороны тепловоза, обслуживаемая одним вентилятором:

3 Расчетная производительность вентилятора:

3.1 Температура воздуха на входе в вентилятор:

(86)

где - коэффициент, учитывающий подсос воздуха в шахту через неплотности.

3.2 Плотность воздуха на входе в вентиляторное колесо:

Тогда по (85) можно найти расчетную производительность вентилятора:

4 Расчетный напор вентиляторной установки.

4.1 Потеря давления воздуха в боковых жалюзи:

, Па (88)

где – коэффициент аэродинамического сопротивления боковых жалюзи;

- фронтальная поверхность одной секции радиатора.

4.2 Потери давления воздуха в секциях радиатора:

где число Эйлера для потока воздуха.

где температурный фактор.

Тогда по (90) найдем число Эйлера для потока воздуха:

Теперь можно определить потери давления воздуха в секциях радиатора по (89):

4.3 Потеря давления воздуха в шахте:

Па (92)

где - поправочный коэффициент, учитывающий конструкцию ОУ (для арочного ОУ всасывающего типа);

- коэффициент аэродинамического сопротивления шахты.

где степень поджатия потока воздуха при проходе от радиатора к вентилятору;

.

где площадь сечения, ометаемая лопастями вентилятора, .

Задаем ориентировочно D=1, 7 м.

Тогда по (94) можно определить:

Скорость воздуха в сечении ометаемом лопастями вентилятора можно определить так:

Теперь по (92) и (93) имеем:

4.4 Динамический напор вентилятора:

4.5 Расчетный напор вентиляторной установки:

5 Выбор конструктивных параметров вентилятора.

5.1 Показатель быстроходности:

5.2 Расчет кривой геометрически подобных вентиляторов, отвечающих заданным технологическим требованиям.

Для вентиляторов с заданной быстроходностью:

(105)

Расчет по (105) целесообразно представить в таблице 3.

Таблица 3

Координаты точек кривой геометрически подобных вентиляторов заданной быстроходности

		0, 04	0, 08	0, 12	0, 16	0, 20	0, 24	0, 28
		0, 060	0, 095	0, 124	0, 150	0, 174	0, 197	0, 218

5.3 Определение возможных сочетаний конструктивных параметров вентилятора. Для этого необходимо совместить кривую геометрически подобных вентиляторов с безразмерными характеристиками вентиляторной установки.

Для вентиляторов с заданной быстроходностью:

Таблица 4

Возможные сочетания конструктивных параметров вентиляторов

Zл=8
№		φ	η в	D, м	ω, м/с
	15	0, 125	0, 59	1, 73	105, 1
		0, 16	0, 59	1, 59	96, 8
		0, 175	0, 58	1, 55	93, 9
		0, 215	0, 575	1, 44	87, 7
		0, 245	0, 55	1, 38	84, 0

5.4 Выбор сочетаний конструктивных параметров вентилятора:

Выбираем θ _л=15, η _в=0, 59, D=1, 73 м, .

6. Мощность вентилятора на расчетном режиме:

Проверка ограничений:

D =1, 73 м < A=1, 2 м

<

Все проверки выполняются.

3.4 Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника

1) Исходные данные.

1.1 Температура воды на входе в ВМТ ( - задаем по результатам расчета II контура системы охлаждения):

1.2 Температура масла на входе в ВМТ:

1.3 Допустимый перепад температуры масла во внутренней масляной системе дизеля:

1.4 Расчетная производительность водяного насоса: .

1.5 Теплоотвод от масла в воду ВМТ: .

2) Условия работы ВМТ.

2.1 Расчетная подача масляного насоса:

где , теплоемкость и плотность масла при соответственно (определяется по универсальному уравнению).

;

.

Теперь по (103) можно определить:

2.2 Температуры воды и масла в ВМТ:

1. температура масла на выходе из ВМТ:

2. температура воды на выходе из ВМТ:

где , теплоемкость и плотность воды при соответственно (определяется по универсальному уравнению).

;

Тогда по (105) имеем:

2.3 Средние температуры теплоносителей в пределах ВМТ:

- масло

-вода

3) Геометрические характеристики трубок ВМТ.

Дизель в курсовом проекте типа Д49, поэтому для расчёта ВМТ выбираем оребрённые трубки со следующими параметрами:

диаметр трубки по вершинам ребер;

наружный диаметр трубки;

внутренний диаметр трубки;

шаг оребрения;

толщина основания ребра;

толщина вершины ребра;

шаг разбивки трубок по фронту течения масла.

Теперь рассчитаем остальные параметры трубок ВМТ.

Высота ребра:

Средняя толщина ребра:

Боковая площадь одного витка ребра:

(110)

Торцевая площадь одного витка винтового ребра:

Площадь межреберного промежутка, приходящаяся на шаг оребрения:

Полная площадь внешней поверхности трубки, приходящаяся на шаг оребрения:

Площадь внутренней поверхности трубки, приходящаяся на шаг оребрения:

Коэффициент оребрения трубки:

4) Расчет коэффициента теплопередачи ВМТ.

1. Теплофизические параметры для масла, при температуре (определяем по универсальному уравнению):

;

;

;

.

2. Теплофизические параметры для воды, при температуре :

;

;

;

.

3. Число Рейнольдса для потока воды:

где скорость воды в трубках.

4. Число Прандтля для потока воды:

5. Число Нуссельта для потока воды:

6. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде:

7. Число Рейнольдса для потока масла:

где условный диаметр трубки с оребренной стороны;

скорость масла между водяными трубками.

Условный диаметр трубки с оребренной стороны можно найти так:

8. Число Прандтля для потока масла:

9. Температура стенки трубки:

10. Теплофизические параметры для масла, при температуре =68, 1

;

;

;

.

11. Число Прандтля для потока масла при температуре стенки трубки =68, 1

12.Число Нуссельта для потока масла:

где параметр шаговых отношений, учитывающий расположение трубок в трубном пучке;

параметр оребрения.

Теперь по (125) можно найти:

13. Конвективный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке трубки:

14. Расчетная температура стенки водяной трубки:

15. Приведенный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке оребрённой трубки.

- число Био для ребра:

где коэффициент теплопроводности для материала ребра.

- параметр ребра:

- коэффициент эффективности винтового ребра:

- коэффициент расширения ребра к основанию:

- поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности ребра:

- приведенный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке оребрённой трубки:

16. Коэффициент теплопередачи ВМТ:

5) Расчет технических параметров ВМТ.

1. Теплопередающая поверхность ВМТ со стороны масла:

- расчетный температурный напор между теплоносителями,

Тогда по (136) можно определить:

2. Живое сечение водяных трубок для прохода воды:

3. Требуемое число водяных трубок для пропуска воды с заданной скоростью:

где число ходов воды в ВМТ.

4. Диаметр трубного пучка:

где коэффициент заполнения трубной решётки.

5. Ориентировочная длина трубного пучка:

6. Живое сечение между трубками, требуемое для пропуска масла с заданной скоростью:

7. Площадь окна перегородки (сегмента), требуемое для пропуска масла над перегородкой с заданной скоростью:

8. Геометрическая площадь сегмента перегородки:

где - центральный угол сегмента (подбирается так, чтобы ).

Принимаем угол

9. Высота сегмента перегородки:

10. Ширина условного среднего сечения для прохода масла между перегородками:

11. Расстояние между перегородками, требуемое для пропуска масла в межтрубном пространстве с заданной скоростью:

12. Число ходов масла в ВМТ:

13. Расчётная длина трубного пучка:

где - толщина перегородки.

14. Расчётный объём трубного пучка:

6) Порядок расчёта показателей работы теплообменника.

1. Мощность масляного насоса, необходимая для прокачки масла через ВМТ:

- число рядов трубок ВМТ, перпендикулярных потоку масла:

- коэффициент гидравлического сопротивления ряда трубок проходу масла:

где - эмпирический коэффициент;

гидравлический диаметр для прохода масла между оребрёнными трубками.

где относительный диаметр трубного пучка.

Тогда по (152) можно найти:

- гидравлическое сопротивление ВМТ проходу масла:

- мощность масляного насоса, требуемая для прокачки масла через ВМТ:

где η _мн=0, 65 – к.п.д. масляного насоса

2. Мощность водяного насоса, необходимая для прокачки воды через ВМТ:

- коэффициент гидравлического сопротивления ВМТ проходу воды (по формуле Дарси-Вейсбаха):

где λ _т – коэффициент потерь напора на трение, возникающее при течении

воды в трубках (коэффициент Дарси);

ξ _мс ≈ 3, 4 – коэффициент потерь напора на местном сопротивлении, вызванном изменением направления движения воды в трубках ВМТ.

Значение коэффициента Дарси можно определить так:

Тогда по (159) можем найти:

- гидравлическое сопротивление ВМТ проходу воды:

- мощность водяного насоса, необходимая для прокачки воды через ВМТ:

где η _вн=0, 75 – КПД водяного насоса.

3. Показатель энергетической эффективности ВМТ.

4. Коэффициент использования объема ВМТ.

3.5 Оценка основных параметров системы охлаждения тяговых электрических машин

1 Выбор системы охлаждения тяговых электрических машин.

Полуцентрализованная система.

Применяем для ТСГ, ВУ и группы ТЭД передней тележки – централизованную систему охлаждения электрических машин.

А для группы ТЭД задней тележки устанавливаем отдельно центробежный вентилятор.

2. Условия работы системы охлаждения тяговых электрических машин.

2.1 Температура воздуха на входе в электрическую машину:

Принимаем .

2.2 Перепад температуры воздуха в машине:

Тяговый генератор

Тяговый электродвигатель м

ВУ

2.3 Плотность воздуха в пределах электрической машины:

Принимаем

2.4 Теплоемкость воздуха в пределах электрической машины:

Принимаем

3. Требуемые расходы воздуха для охлаждения тяговых электрических машин.

3.1 Расход воздуха на охлаждение ТГ:

3.2 Расход воздуха на охлаждение ТЭД:

3.3. Расход воздуха на охлаждение ВУ:

4 Требуемый напор охлаждающего воздуха на входе в электрическую машину.

4.1 Тяговый агрегат серии А-714:

где требуемый напор охлаждающего воздуха на входе в генератор;

динамический напор воздуха на выходе из электрической машины.

4.2 Для тягового электродвигателя серии ЭДУ-133:

где требуемый напор охлаждающего воздуха на входе в ТЭД.

4.3. Для выпрямительной установки:

, где

- аэродинамическое сопротивление ВУ.

5. Мощность приводов вентиляторов:

1) ЦВС ТА, ВУ и группы ТЭД передней тележки.

, где

=(1, 05-1, 1)=1, 1- коэффициент запаса по расходу воздуха;

=(1–1, 05)=1, 03 - коэффициент запаса по напору воздуха;

=(1150-1500)=1250 Па - аэродинамическое сопротивление воздуховодов и фильтров;

=(0, 87-0, 9)=0, 89 - КПД осевого вентилятора.

2)Центробежный вентилятор для группы ТЭД задней тележки.

где число осей в тележке.

Суммарная мощность на привод вентиляторов:

Отбор мощности от дизеля:

.

3.6 Разработка схемы приводов вспомогательного оборудования тепловоза, расчёт коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования

В соответствии с рассчитанными параметрами:

.

1. Мощность привода вспомогательного оборудования:

где мощность вентилятора ЦВС, кВт;

– мощность вспомогательных машин, кВт;

– средняя мощность тормозного компрессора, кВт;

– мощность вентилятора ТЭД 2-й тележки, кВт;

- мощность вентилятора охлаждающего устройства, кВт

= 0, 97 - кпд углового редуктора и механического редуктора;

– кпд вспомогательного генератора (ВСГ);

– кпд вспомогательного асинхронного двигателя;

– кпд мотор-вентилятора АМВ-75

2. Мощность тормозного компрессора:

где

3. Мощность вспомогательных электрических машин:

Тогда по (172) имеем:

4. Коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования: