Перечень условных обозначений




Скачать 430.7 Kb.
НазваниеПеречень условных обозначений
страница2/5
Дата публикации27.06.2013
Размер430.7 Kb.
ТипРеферат
lit-yaz.ru > Математика > Реферат
1   2   3   4   5

ВВЕДЕНИЕ
Железнодорожный транспорт Украины испытывает острую потребность в новых дизель-поездах (ДП), выполняющих основной объем пригородных и межобластных пассажирских перевозок на неэлектрофицированных участках дорог. В настоящее время перевозки осуществляются ДП, выпуск которых организован в Литве (ДР-1А) и Венгрии (Д1). В качестве силовых установок в указанных ДП применяются дизели 12ЧН 18/20 (завод "Звезда" г. Санкт-Петербург) и 12ЧН 17/24 (MTU, Германия) мощностью 735 и 537 кВт соответственно.

Украинский ДП (ДЭЛ-01) разрабатывается холдинговой компанией "Лугансктепловоз" в сотрудничестве с институтами и предприятиями Украины. В последнее время ими также ведутся работы по созданию ДП с перспективным силовым модулем, устанавливаемым под кузовом вагона, для чего требуется дизель, имеющий малую высоту.

Очевидно, что создание и освоение производства собственного ДП, а также организация модернизации силовых установок существующего парка ДП потребует решения большого количества взаимосвязанных финансовых, организационных, научно-технических и технологических проблем. Одной из важнейших комплексных проблем является разработка отечественного дизеля для силовой установки ДП.

Анализ условий работы дизель-поездов ДР-1А и Д1 показывает, что разрабатываемый дизель должен соответствовать следующим основным требованиям:

- габариты и масса дизеля должна вписываться в существующие моторные отсеки ДП при проведении их модернизации;

- мощность дизеля должна обеспечить существующие графики движения;

- путевая экономичность должна быть не хуже дизелей-предшественников;

- удовлетворять требованиям по дымности ГОСТ 24028-80 и показателям выброса вредных веществ, установленных ГСТУ 32.001-94;

- обеспечивать надежный запуск дизеля без подогрева при температуре окружающего воздуха не более 281 К;

- иметь моторесурс до капитального ремонта не менее 16000ч;

- допускать неограниченную длительность непрерывной работы на холостом ходу;

- теплоотдача в воду и масло должна допускать возможность использования имеющихся систем;

- иметь температуру отработавших газов после турбины не более 923 К;

- удельная стоимость должна быть не более 750 грн/кВт.

Анализ практики мирового и отечественного двигателестроения показывает [28, 143, 155, 160, 162, 164, 169], что ведущие фирмы мира прибегают к разработке дизелей новых типов только в тех случаях, когда отсутствуют возможности адаптации уже существующих образцов к новым объектам, к новым условиям работы или к новым требованиям. Расширенное применение доведенных базовых образцов двигателя выгодно как производителю (снижаются затраты на разработку и организацию производства), так и для потребителя (есть опыт эксплуатации и ремонтная база).

Исходя из этого, экономически обоснованным является создание универсальной модификации двигателя для силовых установок новых и находящихся в эксплуатации дизель-поездов на базе уже апробированных дизелей отечественного производства.

В наибольшей степени выдвигаемому комплексу требований к силовой установке ДП удовлетворяет дизель типа 6ТД (6ДН12/2х12), разработанный Казенным предприятием "Харьковское конструкторское бюро по двигателестроению" (КП ХКБД) 34 и выпускаемый серийно ГП "Завод имени
В.А. Малышева" г.Харькова [108,110].

Дизель 6ТД-1 (мощность 735 кВт) устанавливается в танки Т-80УД производства ГП "Завод имени В.А. Малышева". Форсированный дизель 6ТД-2 имеет номинальную мощность Ne=883 кВт и устанавлива-
ется в танки Т-84. Они отличаются высоким уровнем доводки рабочих процессов, всех систем, агрегатов и деталей, высоким качеством изготовления серийных образцов.

По удельным показателям, таким как топливная экономичность, литровая мощность, габаритная мощность, удельнай масса, двигатель 6ТД либо находится на уровне лучших мировых образцов, либо превосходит их. Все это, в совокупности, делает дизель 6ТД конкурентоспособным на мировом рынке военной техники.

Общие сведения о танковом дизеле 6ТД приведены в приложении А. На рис.А.1 показан поперечный разрез дизеля 6ТД, на рис.А.2 - его общий вид, а в табл.А.1 приведены основные технические характеристики.

Конвертируемый двигатель 6ТД для ДП должен отличаться от аналога большим ресурсом, меньшей ценой, учитывать особенности эксплуатации в новых условиях.

Условия работы двигателей, входящих в состав силовых установок ДП, существенно отличаются от условий эксплуатации танковых двигателей. Отличия заключаются в следующем:

- танковый двигатель работает во всем поле возможных частот вращения коленчатого вала, ограниченном внешней характеристикой, а двигатель ДП - либо по генераторной характеристике (в случае применения электрической передачи) либо по характеристике гидротрансформатора. Это снимает требования к значению коэффициента приспособляемости, но повышает требования к экономичности двигателя на режимах частичных нагрузок;

- двигатель для ДП должен иметь ресурс до капитального ремонта не менее 16000 ч, в то время как для танкового (высокофорсированного) варианта этот ресурс может не превышать 1000 ч. В связи с этим номинальная частота вращения модернизируемого дизеля снижается с 2800 до 2200 мин-1;

- для двигателя силовой установки ДП характерна длительная работа на режимах холостого хода, особенно в зимний период, в то время как в составе танка двигатель работает на холостом ходу не более 10% от общего ресурса;

- танковый двигатель рассчитан на работу в условиях повышенного противодавления за турбиной (до 0,13 МПа). Такое противодавление необходимо для работы эжекторов, просасывающих воздух через радиаторы системы охлаждения. В варианте ДП нет необходимости применения эжекционной системы охлаждения, поскольку движение воздуха через радиаторы обеспечивает вентилятор. Статическое давление за турбиной при этом составит не более 0,108 МПа;

- танковый двигатель рассчитан на работу при разрежении на входе в компрессор (до 0,0135 Па). Кроме того, после компрессора часть воздуха (8...10%) отбирается для очистки циклонов воздухоочистителя. Это необходимо для обеспечения надежной очистки воздуха при движении танка по запыленной местности. Тепловозные силовые установки, в том числе установки ДП, не требуют столь развитой системы пылеочистки и разрежение на впуске здесь может быть не более 0,006 МПа. Отбор воздуха после компрессора отсутствует.

Учет особенностей эксплуатации является необходимым условием эффективного использования любого двигателя. Поэтому в КП ХКБД, при непосредственном участии автора, был проведен комплекс работ по адаптации танкового двигателя 6ТД к работе в составе силовой установки ДП ДР-1А и ДЭЛ-01 [109, 111, 116, 118] (см. приложение Б1).

Вариант двигателя 6ТД для дизель-поезда (его заводская марка - 6ДН) имеет следующие параметры:

- номинальная мощность Ne= 588 кВт при n=2200 мин-1;

- максимальное разрежение на входе в компрессор 0,006 МПа;

- максимальное противодавление за турбиной 0,005 МПа;

- среднеэксплуатационный расход топлива Еge=239,6 г/(кВт·ч);

- среднеэксплуатационный удельный выброс NОх - ЕNОх=16,6 г/(кВт·ч);

- среднеэксплуатационный удельный выброс СО - ЕСО=10,2 г/(кВт·ч);

- минимальная частота вращения коленчатого вала на режиме холостого хода 800 мин-1;

Дизель с данными параметрами установлен на дизель поезд ДР-1А
№297, приписанный к депо Полтава. На 1 июня 2003 г. общая наработка дизеля составила более 8000 часов (см. акт от 27.05.03 г.).

Принципиально важной особенностью танкового дизеля 6ТД и его тепловозной модификации, установленной в настоящее время на ДП, является то, что они не имеют промежуточного охлаждения наддувочного воздуха после компрессора. В случае танкового варианта это вызвано, прежде всего, трудностями размещения дополнительного теплообменника в ограниченном пространстве моторно-трансмиссионного отсека.

Основными направлениями совершенствования дизелей, в том числе и для подвижного состава, является улучшение эксплуатационной топливной экономичности, токсических характеристик, а также повышение ресурса. Теория ДВС, мировой опыт создания и эксплуатации двигателей с наддувом [10, 27, 29, 44-49, 53-56, 85, 95, 131, 156-159, 161, 163, 165-172], свидетельствуют, что эффективным средством одновременного улучшения их технико-экономических и токсических показателей является применение промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Охлаждение наддувочного воздуха используют, как правило, либо с целью повышения среднего индикаторного и эффективного давления (форсирование), либо с целью снижения тепловой напряженности основных деталей цилиндро-поршневой группы и клапанов, либо для одновременного достижения обеих указанных целей.

В нашем случае дизель типа 6ДН, предназначенный для ДП, является дефорсированным вариантом танкового дизеля 6ТД-1, и охлаждение наддувочного воздуха здесь рассматривается как средство улучшения его технико-экономических и токсических показателей, а также повышения моторесурса.

Известно [27, 29, 68, 95, 101], что при сохранении давления наддува снижение температуры наддувочного воздуха приводит к увеличению коэффициента избытка воздуха для сгорания. Благодаря этому снижается неполнота сгорания топлива и, следовательно, эмиссия оксида углерода и углеводородов, а также дымность отработавших газов. Вследствие понижения максимальной температуры сгорания снижается также эмиссия оксидов азота [47, 51, 84, 97, 141].

Таким образом, применение промежуточного охлаждения наддувочного воздуха является резервом для дальнейшего улучшения технико-экономических и токсических показателей модификации дизеля 6ТД, предназначенной для дизель-поезда.

Однако применение промежуточного охлаждения наддувочного воздуха требует решения ряда научных задач, вызванных неизбежными изменениями, происходящими в этом случае с рабочим циклом двигателя. В зависимости от того, с какой целью вводится охлаждение наддувочного воздуха, эти изменения будут проявляться по-разному. Если целью введения промежуточного охлаждения наддувочного воздуха является улучшение технико-экономических и токсических показателей двигателя при сохранении неизменной максимальной мощности, то изменения в рабочем цикле будут такими:

- увеличение коэффициента избытка воздуха (суммарного и для сгорания) приведет к изменению характеристик сгорания топлива относительно исходного варианта. Это, в свою очередь, вызовет изменение индикаторного КПД, характеристик токсичности и дымности отработавших газов. На характеристики сгорания топлива также повлияют изменения в полях скоростей свежего заряда в процессах продувки и сжатия, вызванные изменениями параметров газа во впускных и выпускных коллекторах.

- снижение температуры воздуха во впускном коллекторе приведет к снижению температуры заряда в цилиндре в период топливоподачи, что в свою очередь приведет к увеличению периода задержки воспламенения, что также отразится на индикаторном КПД и характеристиках токсичности;

- в связи с увеличением общего расхода воздуха через двигатель увеличится мощность, потребляемая компрессором. В то же время, вследствие снижения температуры газов в выпускном коллекторе (перед турбиной), работоспособность газов, поступающих в турбину и ее мощность, уменьшится. В результате увеличится дисбаланс мощностей турбины и компрессора, который необходимо покрывать за счет отбора мощности от коленчатого вала. В конечном итоге такое перераспределение мощностей приведет к снижению механического КПД двигателя;

- охладитель наддувочного воздуха вносит дополнительное гидравлическое сопротивление во впускной тракт, что также отразиться на процессах газообмена, а в конечном счете на индикаторном и механическом КПД;

- при наличии ОНВ появляется принципиальная возможность организовать на режимах частичных нагрузок и холостого хода подогрев воздуха, поступающего в цилиндр, что является предпосылкой для дальнейшего улучшения показателей дизеля на этих режимах;

- изменение температурного уровня рабочего тела в цилиндре и характеристик сгорания топлива неизбежно приведет к изменению тепловых потоков в стенки цилиндров. Это, в свою очередь, приведет к изменению составляющих теплового баланса двигателя, изменениям в условиях работы его системы охлаждения, а также тепловой напряженности основных деталей ЦПГ.

Таким образом, простая установка охладителя наддувочного воздуха на двигатель, доведенный без ОНВ, приведет к тому, что параметры системы воздухоснабжения будут несовершенными, т.е. потенциальные возможности улучшения технико-экономических показателей дизеля будут реализованы не полностью.

Для полной реализации возможностей улучшения показателей дизеля путем применения ОНВ необходимо выполнить согласование параметров всех агрегатов и элементов газовоздушного тракта с параметрами поршневой части двигателя.

В настоящее время накоплен достаточно большой опыт применения промежуточного охлаждения наддувочного воздуха на четырехтактных двигателях со свободным турбокомпрессором [68, 74, 80, 101, 102, 135, 136, 144, 145, 163, 170].

Имеется некоторый опыт применения промежуточного охлаждения на среднеоборотных двухтактных двигателях типа Д100 (ДН 20,7/2х25,4), имеющих двухступенчатую систему наддува, а также на судовых малооборотных двухтактных двигателях с прямоточно-клапанной продувкой [21, 24, 26, 29, 44-46, 52, 55, 74-76].

Из зарубежных аналогов наиболее близок к дизелю 6ДН по размерности и схеме газообмена двухтактный дизель L-60МК8 (6ДН11,75/2х14,6) английской фирмы Leyland. Однако этот дизель имеет низкое давление наддува (0,142 МПа), исключающее необходимость применения охлаждения наддувочного воздуха. Агрегатом наддува является воздуходувка Рутса, приводимая от коленчатого вала. Турбины, утилизирующей энергию выпускных газов, этот дизель не имеет [65].

^ Актуальность темы.

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что для быстроходного двухтактного двигателя малой размерности с прямоточно-щелевой продувкой, приводными компрессором и турбиной, работы по применению охлаждения наддувочного воздуха с целью улучшения технико-экономических и токсических характеристик ранее не выполнялись и какие-либо рекомендации по выбору параметров системы газообмена в литературе отсутствуют. Это положение отчасти объясняется тем, что КП ХКБД и ГП "Завод имени В.А. Малышева" являются единственными разработчиками и производителями двигателей такого типа в странах СНГ.

Некоторые резервы улучшения технико-экономических показателей двигателя 6ДН связаны с совершенствованием конструкции впускных окон. От геометрии впускных окон зависят основные показатели газообмена, такие как коэффициент наполнения, коэффициент остаточных газов, а также интенсивность движения свежего заряда в цилиндре в периоды сжатия и последующего впрыскивания топлива [12, 21, 24-26, 92-94, 107, 129]. Работы, проведенные в КП ХКБД при непосредственном участии автора, показали, что за счет внедрения новой конструкции и технологии изготовления впускных окон их пропускная способность может быть повышена примерно на 10 % [2]. В сочетании с наиболее совершенными геометрическими характеристиками окон увеличение пропускной способности должно позитивно сказаться на эффективных показателях дизеля.

Исходя из изложенного, актуальность диссертационной работы составляет разработка и внедрение научно обоснованных рекомендаций относительно выбора оптимальных параметров рабочего процесса тепловозного дизеля 6ДН в случае внедрения ОНВ и усовершенствования газовоздушного тракта с целью улучшения его технико-экономических и токсических характеристик.

^ Связь работы с научными програмами, планами, темами.

Работа выполнена в соответствии с Государственной программой развития производства двигателей внутреннего сгорания, утвержденной Постановлением Кабинета Министров Украины №95 от 16.06.1992 г. (раздел 1.12 "Конверсионные двигатели на основе специальных дизелей типа ТД"), Постановление Кабинета Министров Украины №364 от 04.06.1994 г. "Об организации изготовления вагонов дизель- и электропоездов". Номер государственной регистрации ОКР 0195 UO 14401.

Цель и задачи исследования.

Целью исследования является решение научно-технической задачи улучшения технико-экономических и токсических характеристик быстроходного двухтактного тепловозного дизеля 6ДН с прямоточно-щелевой продувкой при уменьшении тепловой напряженности деталей цилиндро-поршневой группы.

^ Объект исследования - двухтактный быстроходный тепловозный дизель 6ДН с газотурбинным наддувом, охладителем наддувочного воздуха и усовершенствованной системой воздухоснабжения.

^ Предмет исследования - технико-экономические и токсические характеристики тепловозного дизеля 6ДН.

Методы исследования базируются на:

- анализе работ, посвященных изучению влияния охлаждения наддувочного воздуха на рабочий цикл дизелей, в том числе двухтактных;

- использовании методов математического моделирования параметров рабочего цикла и характеристик двухтактного дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, позволяющих выполнить расчетную оптимизацию конструктивных параметров системы воздухоснабжения;

- экспериментальном определении характеристик отдельных агрегатов и процессов, необходимых для идентификации математических моделей;

- экспериментальной проверке на одноцилиндровом отсеке и развернутом двигателе 6ДН обоснованности и достоверности выводов и рекомендаций, сделанных на основе теоретического анализа.

Для достижения поставленной цели в работе решены такие основные задачи:

1. Усовершенствование математических моделей и программ, которые позволяют расчетным путем выбирать рациональные параметры системы воздухоснабжения тепловозного дизеля 6ДН.

2. Повышение качества процессов газообмена модернизацией формы выпускных окон цилиндров, что позволяет улучшить эффективные показатели дизелей.

3. Разработка конструкции, определение тепловых и гидравлических характеристик ОНВ для дизеля 6ДН.

4. Разработка рекомендаций по выбору рациональных параметров системы воздухоснабжения дизеля 6ДН с ОНВ и усовершенствованной конфигурацией впускных окон цилиндров.

5. Оценка влияния предложенных решений на технико-экономические показатели и токсичность отработанных газов.
^ Научная новизна полученных результатов.

При решении поставленных в диссертационной работе задач получены новые научно-технические результаты:

1.Впервые определено значение коэффициента трения вращающегося воздушного заряда о стенки цилиндра дизеля в период сжатия.

2. Получены зависимости, которые связывают показатели газообмена дизеля 6ДН 12/2х12 с параметрами газа во впускном и выпускном коллекторе, геометрическими характеристиками окон и частотой вращения коленчатого вала.

3. Впервые предложен безразмерный критерий формы прямоугольного впускного окна цилиндра и показано, что наилучшее качество процессов газообмена в двигателе с прямоточно-щелевой продувкой обеспечивается при одинаковых значениях критерия, а также определен диапазон этих значений.

4. Определено количественное влияние на показатели топливной экономичности, токсичности отработанных газов и тепловой напряженности основных деталей дизеля 6ДН как раздельного, так и совместного внедрения разработанного высокоэффективного компактного ОНВ, цилиндра с усовершенствованной конфигурацией впускных окон и соплового аппарата турбины с оптимальным минимальным проходным сечением.
1   2   3   4   5

Похожие:

Перечень условных обозначений iconПеречень сокращений, условных обозначений, терминов, единиц и символов

Перечень условных обозначений iconПеречень условных обозначений, сокращений и терминов
Региональный центр обработки информации (структурное подразделение гбоу дпо чиппкро)

Перечень условных обозначений iconТематическое планирование Характеристика деятельности Водный урок...
Знакомство с учебником по литературному чтению. Система условных обозначений. Содержание учебника. Словарь

Перечень условных обозначений iconНазвание раздела или темы
Знакомство с учебником по литературному чтению. Система условных обозначений. Содержание учебника. Словарь

Перечень условных обозначений iconТема урока Кол-во часов
Знакомство с новым учебником, с системой условных обозначений, со словарём. Обобщить знания полученные во 2 классе

Перечень условных обозначений iconТематическое планирование 1 класс
Знакомство с учебником по литературному чте­нию. Система условных обозначений. Содержа­ние учебника. Словарь

Перечень условных обозначений iconТематическое планирование по литературному чтению 1 класс
Знакомство с учебником по литературному чтению. Система условных обозначений. Содержание учебника. Словарь

Перечень условных обозначений iconТема урока (страницы учебника, тетради)
Словарь, система условных обозначений, содержание, рукописная книга, заставка, концовка, переплёт, пергамент, монах, летопись, посох,...

Перечень условных обозначений iconКалендарно-тематическое планирование по литературному чтению умк...
Знакомство с системой условных обозначений. Содержание учебника. Обращение авторов учебника

Перечень условных обозначений iconКонспект интегрированного занятия в старшей группе на тему «Космос»
Освоение построения модели классификационных отношений между понятиями; закрепление классификаций живой, неживой природы с использованием...



Образовательный материал



При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
lit-yaz.ru
главная страница