Поршень; 8 – шатун; 9 - кривошип; 10 – коленчатый вал

 

Различают индикаторную мощность , получаемую в цилиндрах дизеля, и касательную мощность , реализуемую на коленчатом валу дизеля. В технической документации, которая составляется на каждый двигатель заводом-изготовителем, указывается номинальная мощность дизеля. Эффективная мощность меньше индикаторной мощности на величину потерь от трения в дизеле.

Эффективная мощность тепловозного дизеля определяется требуемой касательной мощностью тепловоза

 

кВт, (3.1)

где - расчетная касательная мощность тепловоза, кВт;

а - число секций тепловоза;

- число дизелей в каждой секции, используемых для тяги;

- доля эффективной мощности, используемая непосредственно для тяги;

- коэффициент полезного действия тяговой передачи.

Анализ путей повышения агрегатной мощности тепловозных
показывает, что основным направлением является повышение среднего эффективного давления посредством увеличения давления наддувочного воздуха и его промежуточные охлаждения, увеличение в некоторых допускаемых пределах суммарного объема цилиндров и в отдельных случаях угловой скорости коленчатого вала.
Среднее эффективное давление при номинальном режиме работы: для четырехтактных тепловозных дизелей МН/м² и для двухтактных МН/м². Возможно повышение среднего эффективного давления у четырехтактных дизелей до 25-28 МН/м² и у двухтактных до 12, 0-14, 0 МН/м².

Непрерывное увеличение грузооборота железнодорожного транспорта, повышение скоростей движения и веса поездов могут быть обеспечены путем повышения касательной мощности тепловозов. Как показывает зависимость (3.1), одним из путей повышения касательной мощности является увеличение числа секций. Однако этот путь экономически не выгоден, т.к. суммарные расходы при одинаковых условиях эксплуатации двухсекционных локомотивов по сравнению с односекционными той же мощности выше на 8%.

Повышение секционной мощности ведет к снижению расходов на собственное передвижение тепловозов, их ремонт, увеличивается возможная длина составов, сокращаются необходимые экипировочные и ремонтные площади и т. д.

Практика эксплуатации тепловозов показала, что экономически более целесообразно иметь в секции тепловоза один дизель (меньшие расходы на ремонт, более удобное обслуживание, меньше занимает места при практически одном и том же расходе топлива). Однако к постановке двух дизелей в одной секции прибегают в случаях, когда необходимая секционная мощность больше, чем номинальная мощность дизелей, выпускаемых промышленностью, или по условиям специфики применяемых силовых передач.

В случае постановки двух дизелей в секции и ограниченной допускаемой нагрузки от оси тепловоза на рельс выбирают быстроходные дизели, отличающиеся более низкими значениями удельных весов и меньшими габаритными размерами.

Эффективная мощность дизеля зависит от его геометрических и режимных параметров

 

, (3.2)

 

где - среднее эффективное давление, Па;

- объем цилиндра дизеля, м³;

- частота вращения коленчатого вала, об/мин;

- количество цилиндров;

- тактность дизеля.

Объем цилиндра

 

, (3.3)

 

где - диаметр цилиндра дизеля, м;

- ход поршня, м;

Величина максимальной единичной мощности тепловозных дизелей определяется их допустимыми габаритами ( , , ), быстроходностью ( , ), целесообразной степенью форсированности рабочего процесса ( ).

Если дизель приводит во вращение электрический генератор постоянного тока, то эффективную мощность можно подсчитать по показаниям электрических приборов, подключенных к выводам генератора:

 

, (3.4)

 

где - ток генератора, А;

- напряжение генератора, В;

- КПД генератора.

Эффективная мощность дизеля, установленного на тепловозах с электрической передачей,

, (3.5)

где - мощность, расходуемая на привод вспомогательный механизмов и машин тепловоза (вентилятор холодильника, возбудитель, вспомогательный генератор, компрессор и т.д.) Обычно составляет 8-12 % от эффективной мощности дизеля.

Индикаторная мощность дизеля:

 

,

 

где - среднее индикаторное давление, Па.

Среднее индикаторное давление может быть определено по индикаторной диаграмме. Для получения индикаторной диаграммы применяют специальные приборы – индикаторы.

Среднее индикаторное давление в зависимости от конструкции дизеля и его форсировки может меняться в широких пределах. В двухтактных дизелях: 2Д100 - МПа; 10Д100 - МПа. У четырехтактных дизелях: ПД1М – МПа; 1А-5Д49 – МПа; 1Д49 - МПа.

Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей находятся в пределах 150—300 мм. Повышение быстроходности дизелей сопряжено со снижением диаметра цилиндров (таблица 10). Мощные (4000 кВт и более) быстроходные дизели (п = 1500÷ 1600 об/мин) имеют диаметры цилиндров 200—230 мм.

Мощные дизели с частотой вращения п = 1000÷ 1100 об/мин характеризуются диаметрами цилиндров 230—280 мм.

Ход поршня ( = 200÷ 300 мм) выбирается таким образом, чтобы для четырехтактных дизелей отношение , а для двухтактных . В двигателях средней быстроходности обычно реализуются повышенные отношения , так как при прочих равных условиях уменьшается диаметр цилиндров, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, несколько улучшается рабочий процесс, но увеличивается высота двигателя. При отношении равном или близком к единице, удается реализовать повышенные мощности при более умеренной величине среднего эффективного давления .

Частота вращения коленчатого вала для четырехтактных тепловозных
дизелей находится в пределах 750-1600 об/мин, а для двухтактных, в силу их большей тепловой напряженности, в диапазоне 650-1000 об/мин. При заданной величине хода поршня частота вращения коленчатого вала определяет величину средней скорости поршня ( , м/с), являющейся мерой степени быстроходности дизеля и одним из основных параметров, влияющих на его моторесурс. Тепловозные дизели относятся к группам средней быстроходности ( м/с) и быстроходным ( м/с). В отечественном тепловозостроении преимущественное применение находят дизели средней быстроходности (2Д100, 10Д100, 11Д45, 14Д40, Д49, Д70), но на тепловозах с гидропередачей применяются и быстроходные (М756А, М753, 1Д12—400).

В тепловозостроении ряда европейских стран (Франция, Германия, частично Англия) широкое применение находят быстроходные дизели ( м/с, п = 1500 ÷ 1600 об/мин), что объясняется стремлением к созданию тепловозов с высокой секционной мощностью при ограниченной величине нагрузки от оси тепловоза на рельс (170-200 кН), а также особенностями применяемых типов силовых передач. При этом, рядом конструктивных и технологических мероприятий (упрочнение шеек коленчатых валов закалкой и азотированием, хромирование верхних компрессионных поршневых колец, втулок цилиндров и др.) стремятся поддержать необходимую величину моторесурса многие зарубежные фирмы гарантируют величину моторесурса быстроходных тепловозных дизелей от 12 до 20 тыс. ч. В тепловозостроении США преимущественное применение находят дизели средней быстроходности ( м/с, п = 720 ÷ 1100 об/мин), как правило, с большим моторесурсом, но и более тяжелые. Это объясняется высокой величиной максимальной допускаемой нагрузки от оси на рельс.

Практика эксплуатации тепловозов, а также технико-экономические расчеты показывают, что в случае, когда применение быстроходных дизелей не оправдывается весовыми и габаритными соображениями или особенностями передачи к движущим осям, целесообразнее применять дизели средней быстроходности, так как при этом снижаются приведенные годовые эксплуатационные расходы. Ограничения по величине средней скорости поршня, связанные с ее решающим влиянием на моторесурс двигателя, приводят к необходимости снижения отношения для мощных и относительно быстроходных дизелей.

Число цилиндров в тепловозных дизелях колеблется в зависимости от реализуемой мощности от 6 до 20. Современные мощные тепловозные дизели в большинстве случаев имеют 16 цилиндров. Однако появляются и дизели в восемнадцати- и двадцатицилиндровом исполнении. Такое число цилиндров следует считать предельным (большая длина дизеля, затруднения при конструировании коленчатых валов, опасность возникновения крутильных колебаний, неудобства при обслуживании и ремонте). Для четырехтактных дизелей, исходя из оптимальных условий уравновешивания и необходимой равномерности хода, обычно применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 16, 18, 20). Если число цилиндров от 6 до 10, то применяют рядное их расположение, а при большем числе - V-образное расположение, при котором существенно уменьшается общая длина и высота дизеля, но несколько увеличивается ширина.

Среднее эффективное давление ( , Па) является одним из основных комплексных показателей, который характеризует степень форсирования рабочего процесса, а также степень совершенства конструкции и качества изготовления дизеля. Величина среднего эффективного давления

 

, (3.6)

где - механический КПД дизеля.

Возможность увеличения за счет изменения качества применяемого топлива, совершенствования рабочего процесса и конструкции дизеля довольно ограничены. Существенного увеличения достигают за счет повышения при применении наддува дизелей. Для построенных четырехтактных тепловозных дизелей без наддува и двухтактных дизелей величина Па, а для четырехтактных дизелей с наддувом достигла Па. Ведутся исследовательские работы, направленные на повышение среднего эффективного давления до 20 Па и более.

Повышение мощности дизелей за счет применения высоких степеней наддува и охлаждения наддувочного воздуха, хотя и сопряжено с некоторым усложнением конструкции, но сопровождается резким улучшением технико-экономических показателей на номинальном режиме (цилиндровая мощность, удельные веса и объемы, в некоторых случаях — удельные расходы топлива) и потому является основным направлением в раз витии тепловозных дизелей.

Одновременно повышение величины среднего эффективного давления дизелей при газотурбинном наддуве сопровождается рядом отрицательных явлений - ограничением максимально возможных мощностей при частоте вращения коленчатого вала меньшей номинальной (из-за резкого уменьшения коэффициента избытка воздуха и, следовательно, повышения температурной напряженности), ухудшением приемистости (из-за значительной инерционности турбокомпрессора), ухудшением показателей переходных режимов при увеличении нагрузки (увеличение времени, дымление, свидетельствующее о нарушении нормального процесса горения топлива из-за снижения коэффициента избытка воздуха), снижением коэффициента приспособляемости (отношение максимального крутящего момента, развиваемого двигателем по внешней скоростной характеристике, к величине момента на номинальном режиме). Эти обстоятельства заставляют осторожно подходить к повышению номинальной мощности тёпловозных дизелей за счет повышения давления наддувочного воздуха, так как тепловозные дизели преимущественно работают на режимах частичных нагрузок, а переходные режимы составляют существенную часть их общего времени работы (особенно для маневровых тепловозов). На некоторых тепловозах средней мощности в США при высоких допускаемых нагрузках от оси на рельс применяются дизели без турбонагнетателей, что приводит к снижению эксплуатационных расходов (главным образом, на ремонт) и упрощению цепей управления.

В целях улучшения показателей работы тепловозных дизелей, с повышенными степенями наддува, на режимах частичных нагрузок и переходных режимах разрабатывается ряд мероприятий, направленных на согласование параметров наддува и топливоподачи, улучшение приемистости турбонагнетателей, увеличение давления наддува во время переходных процессов и ряд других. Введением регулируемого наддува возможно получить существенное улучшение характеристик тепловозных дизелей.

Увеличение давления в результате применения высокого наддува и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха сопровождается значительным уменьшением габаритных размеров и удельной массы дизеля, а также повышением его топливной экономичности в номинальном режиме. Однако следует учитывать, что тепловозные дизели большую часть времени работают при частичных нагрузках и в режиме переходных процессов. В этих случаях значительно ухудшается рабочий процесс двигателей с высоким газотурбинным наддувом (повышение температуры, дымление, увеличение удельного расхода топлива); это обусловлено несоответствием воздухоснабжения подаче топлива и соответственно уменьшением коэффициента избытка воздуха. Кроме того, с повышением давления возрастает тепловая и механическая напряженность деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Поэтому увеличение агрегатной мощности тепловозных дизелей в результате возрастания давления должно сопровождаться разработкой систем автоматического согласования воздухо- и топливоподачи и мер, повышающих надежность агрегата.

Тактность дизелей существенно влияет на их технико-экономические показатели. Формальное толкование формулы (3.2) приводит к выводу, что при равных геометрических характеристиках, степени форсированности процесса ичастоте вращения коленчатого вала мощность двухтактного дизеля в два раза выше, чем четырехтактного. Однако особенности двухтактного процесса (большая тепловая напряжённость, невозможность осуществления чисто газотурбинного наддува, повышенные удельные расходы воздуха и отводы тепла в воду и масло) не позволяют достигнуть такой же быстроходности и форсированности процесса , при приемлемой величине моторесурса и степени эксплуатационной надежности, как при четырехтактном процессе. На современном этапе развития дизельной техники в диапазоне реализуемых в тепловозных дизелях мощностей четырехтактные и двухтактные дизели имеют практически одинаковые весовые и габаритные удельные показатели.

Особенности четырехтактного процесса (меньшая тепловая напряженность, меньшие удельные расходы воздуха и теплоотводы в воду и масло, отсутствие окон в цилиндровых втулках, меньшие удельные расходы топлива) позволяют считать, что четырехтактные дизели в большей мере отвечают требованиям, предъявляемым к силовым установкам локомотивов (большая эксплуатационная надежность и моторесурс, большая топливная экономичность), чем двухтактные.

В западноевропейском тепловозостроении преимущественно применяются четырехтактные дизели, а в США - как двухтактные (на тепловозах, выпускаемых предприятиями фирмы Дженерал Моторс), так и четырехтактные (фирмы Alco). Распространение на тепловозах США двухтактных дизелей, вероятно, объясняется фирменными традициями и спецификой межфирменных связей.

На отечественных магистральных тепловозах преимущественное распространение получили двухтактные дизели (2Д100, 10Д100), что объясняется не их преимуществами, а возможностями дизелестроительной промышленности на прошедшем этапе тепловозостроения. Достаточно длительная эксплуатация тепловозов на дорогах Советского Союза выявила и подтвердила недостатки двухтактных дизелей. Харьковским и Коломенским тепловозостроительными заводами разработаны мощностной ряд четырехтактных тепловозных дизелей, обеспечивающего потребности транспорта.

Удельный расход топлива:

индикаторный , (3.7)

 

эффективный (3.8)

 

где - часовой расход топлива, кг/ч.

Степень совершенства использования тепла в цилиндрах двигателя характеризуется индикаторным коэффициентом полезного действия .Индикаторный КПД определяется как отношение механической энергии, выработанной в цилиндрах дизеля, к теплу, внесенному в дизель с топливом за определенное время:

 

, (3.9)

 

где - теплота сгорания дизельного топлива, для дизельного топлива =42500 кДж/кг.

Наиболее полно экономичность теплового двигателя определяется эффективным КПД , отношением выработанной им мощности и подведенной к коленчатому валу механической энергии к количеству тепла, введенному в дизель с топливом за то же время:

 

. (3.10)

 

Эффективный и индикаторный КПД связаны соотношением

 

. (3.11)

 

Механический КПД дизеля, определяемый как отношение эффективной мощности к индикаторной, характеризует механические и гидравлические потери в трущихся частях двигателя, а также затрату мощности на привод вспомогательного оборудования дизеля. Он зависит от конструкции и качества сборки машины и принимается в пределах 0, 78÷ 0, 9 (рисунок 45).

Рисунок 45. Изменение механического КПД дизеля в зависимости от его нагрузки

 

Моторесурс тепловозного дизеля (количество часов работы дизеля между очередными капитальными ремонтами) является одним из важнейших технико-экономических показателей. Иногда моторесурс тепловозных дизелей выражают величиной пробега тепловоза между капитальными ремонтами. Величина моторесурса главным образом определяется износом коленчатого вала и цилиндровых втулок дизеля. Долговечность работы дизеля также характеризуется устанавливаемым числом часов работы дизеля (или пробегом тепловоза в км) между вскрытиями цилиндров для освидетельствования и замены изнашиваемых деталей поршней и шатунов (компрессионные поршневые кольца, шатунные вкладыши и т. д.). Величину моторесурса устанавливают заводы-изготовители на основании специальных стендовых и эксплуатационных испытаний дизелей. Для выполненных тепловозных дизелей моторесурс колеблется в широких пределах от 6000 до 25 000 ч. Желательно доведение моторесурса тепловозных дизелей до величины, обеспечивающей пробег между капитальными ремонтами тепловоза в 800 000 -1 000 000 км. Повышение моторесурса и надежности тепловозных дизелей проводится за счет усовершенствования конструкции, применения более совершенных материалов, улучшения технологии изготовления и ремонта, применения прогрессивных видов термической и термохимической обработки, покрытий, улучшения качества топлива и смазки.

Комплексным показателем, наиболее полно характеризующим тепловоз- вые дизели, является стоимость единицы работы (10⁴ ткм брутто перевозимого груза), выполняемой тепловозами с данным типом дизеля.

Номинальная угловая скорость коленчатого вала тепловозных дизелей составляет 63—157 рад/с. Вопрос о выборе оптимального значения является дискуссионным, что объясняется значительными трудностями при сравнительной технико-экономической оценке дизелей с различными значениями . При увеличении , уменьшается масса на единицу мощности, как дизеля, так и приводимого им преобразователя энергии (например, тягового генератора). С другой стороны, с увеличением частоты возрастают эксплуатационные расходы из-за повышения удельного расхода масла и значительно снижаются моторесурс двигателя и соответственно расходы на ремонт. Таким образом, для тепловозных дизелей следует выбирать минимальную частоту , сохранив необходимые габаритные размеры и массу дизеля.

В отечественном тепловозостроении преимущественно применяются дизели средней быстроходности. В европейских странах широко используют быстроходные дизели, что объясняется необходимостью получения достаточно большой секционной мощности тепловоза при ограниченной нагрузке на ось, а также применением гидропередачи.

Габариты подвижного состава ограничивают линейные размеры дизеля. При заданной длине локомотива длина дизеля Обусловлена возможностью размещения вспомогательного оборудования, высота и ширина размещением дизеля в габарит подвижного состава. При большой ширине уменьшаются проходы в машинном помещении и затрудняется выполнение ремонтных работ.

Специфическими условиями работы дизеля на тепловозе являются переменный режим работы по нагрузке и частоте вращения коленчатого вала, значительная доля работы на холостом ходу и широкий диапазон изменения атмосферных условий.
Режим работы дизеля меняется в результате изменения нагрузки или положения регулирующего органа дизеля. Режим работы, устанавливающийся после каждого такого изменения, определяется характеристиками дизеля и потребителя.

Технико-экономические характеристики тепловозных двигателей. К основным рабочим характеристикам дизеля относят кривые зависимости эффективной мощности , крутящего момента , эффективного КПД и удельного расхода топлива от угловой скорости коленчатого вала. Для оценки технико-экономических показателей дизелей в широком диапазоне изменения условий эксплуатации служат характеристики дизелей. Характеристиками дизеля называются зависимости (как правило, графические) между различными параметрами (показателями) двигателя при изменении режима работы силовой установки.

Характеристики дизелей обычно получают опытным (экспериментальным) путем при испытании одного из первых экземпляров данного дизеля на стендах завода-изготовителя или научно-исследовательской организации. Полученные при этом параметры должны удовлетворять техническим условиям, которые были предъявлены заводу заказчиком (потребителем). По полученным характеристикам заказчик может судить об эксплуатационных свойствах дизеля, прогнозировать его надежность и долговечность (моторесурс), определить область рабочих режимов, оценить среднеэксплуатационный удельный расход топлива, а также среднюю себестоимость одного тонно-километра перевозочной работы.

Скоростные характеристики. Зависимость мощности дизеля (или вращающего момента на коленчатом валу или другого показателя работы дизеля) от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положении органов, управляющих подачей топлива в цилиндры, называется скоростной характеристикой. Скоростная характеристика, снятая при положении регулирующего органа, соответствующем наибольшей подаче топлива в цилиндры, т. е. проходящая через точку номинального режима, называется внешней характеристикой. Все другие скоростные характеристики, снятые при уменьшенной (но также неизменной) подаче топлива, называются частичными характеристиками (рисунок 46).

Рисунок 46. Скоростные характеристики: - эффективная мощность; - частота вращения коленчатого вала; А – точка соответствующая номинальному режиму работы дизеля

 

При снятии скоростной характеристики обычно фиксируют определенное положение органов, управляющих подачей топлива, а частоту вращения коленчатого вала меняют посредством изменения внешней нагрузки, т. е. изменяя момент на валу тягового генератора. Органом, изменяющим подачу топлива в цилиндры, у тепловозного дизеля является шток силового поршня серводвигателя регулятора дизеля.
Понятно, что скоростных характеристик у дизеля бесконечное множество, и самая «верхняя» из них - это внешняя характеристика. Поле, расположенное под внешней характеристикой в интервале от минимальной частоты вращения коленчатого вала до наибольшей частоты вращения , которые определяются настройкой регулятора частоты вращения, является областью возможных режимов работы дизеля. Крайняя правая точка А внешней характеристики соответствует номинальному режиму работы дизеля, т. е. полной мощности его.

На рисунке 46 приведены скоростные характеристики дизеля. Не для всех дизелей допускается продолжительная работа по внешней характеристике. При высокой степени наддува снижение частоты вращения коленчатого вала приводит к понижению подачи нагнетателя и уменьшению давления наддувочного воздуха. В этом случае при неизменной цикловой подаче топлива уменьшается коэффициент избытка воздуха и ухудшается рабочий процесс в цилиндрах дизеля. Поэтому цикловую подачу топлива для таких дизелей необходимо снижать при уменьшении частоты .

Нагрузочная характеристика. Это графическая зависимость удельного расхода топлива, или коэффициента полезного действия, или какого-либо другого показателя от его мощности (или вращающего момента на валу) при постоянной частоте вращения коленчатого вала (рисунок 47).

 

 

Рисунок 47. Нагрузочные характеристики дизеля: - эффективный КПД; - удельный расход топлива дизелем; - эффективная мощность дизеля

 

Тепловозные дизели производства СНГ снабжены всережимными изодромными регуляторами, которые в установившихся режимах при заданной настройке позволяют поддерживать постоянную частоту вращения коленчатого вала при изменении нагрузки от нуля до максимума. Дизель в этом случае работает по нагрузочной характеристике, совпадающей с регуляторной. Настройка таких регуляторов (изменение натяжения режимной пружины) меняется ступенчато в зависимости от положения главной рукоятки контроллера машиниста. Общий вид регуляторной с характеристик дизеля с изодромным регулятором показан на рисунке 48.

Рисунок 48. Зависимость крутящего момента дизеля от угловой скорости коленчатого вала дизеля с изодромным многорежимным регулятором

 

При каждой настройке регулятора частота вращения дизеля поддерживается практически постоянной, поэтому регуляторные характеристики представляют собой прямые. Мощность и крутящий момент изменяются в зависимости от нагрузки в пределах от нуля до значения, соответствующего работе по ей характеристике. Количество регуляторных характеристик соответствует числу позиций управления.

Тепловозная характеристика. Графическая зависимость мощности дизеля от частоты вращения коленчатого вала при условии, что дизель нагружается по закону, который определяется свойствами передачи тепловоза (орган, управляющий подачей топлива в цилиндры, не фиксируется в определенном положении, регулятор дизеля работает) называется тепловозной характеристикой. для дизелей, устанавливаемых на тепловозы с электрической передачей, у которых нагрузочным агрегатом является тяговый генератор, тепловозная характеристика одновременно и генераторная характеристика (рисунок 49). Форма этой характеристики зависит от настройки системы возбуждения тягового генератора. В эксплуатации тепловозный дизель работает только на режимах, соответствующих отдельным точкам генераторной характеристики, которые определяются положением рукоятки (штурвала) контроллера машиниста. Переход с одного режима работы дизеля на другой осуществляется машинистом путем изменения затяжки пружины регулятора, что достигается переводом рукоятки контроллера из одного положения в другое. Поэтому можно считать, что тепловозный дизель работает практически по генераторной характеристике.

Универсальная характеристика (или многопараметровая). Это графическая зависимость, которая одновременно определяет изменение трех или более связанных друг с другом параметров работы дизеля (рисунок 50). Это семейство кривых, соединяющих точки с одинаковыми значениями какого-либо показателя работы дизеля, который в данном случае больше всего интересует. На универсальную характеристику, приведенную на рисунке 50, наложены внешняя и тепловозная (генераторная) характеристики дизеля, а также так называемая экономическая характеристика, которая проходит через точки, соответствующие нагрузкам с наименьшим удельным эффективным расходом топлива на каждом положении рукоятки контроллера машиниста. Таким образом, универсальная характеристика дает наиболее наглядное представление об эксплуатационных свойствах дизеля. Она позволяет по двум параметрам, отложенным на осях координат, определить значение других показателей (по нанесенным на графике кривым).

Рисунок 49. Тепловозная (генераторная) характеристика дизеля

 

По универсальной характеристике легко определить наиболее экономичные режимы работы дизеля. Как видно из рисунка 50, для того чтобы обеспечить наименьший среднеэксплуатационный расход топлива на измеритель перевозочной работы, необходимо, чтобы тепловозная (генераторная) характеристика дизеля располагалась возможно ближе к его экономической характеристике, а еще лучше — совпадала с ней.

Отметим, что кривые универсальной характеристики, соответствующие меньшим удельным расходам дизельного топлива, располагаются ближе к центру семейства кривых, а кривые, проведенные через точки с большими удельными расходами, — дальше от центра.

 

Рисунок 50. Универсальная характеристика тепловозного дизеля: 1 – внешняя характеристика; 2 – тепловозная характеристика; 3 – экономическая характеристика

 

 

Характеристика холостого хода. Графическая зависимость часового расхода топлива дизелем от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки ( =0) называется характеристикой холостого хода (рисунок 51). По этой характеристике можно судить об экономичности работы дизеля на холостом ходу, что весьма важно, учитывая, что в эксплуатации магистральные тепловозы до 35-45 %, а маневровые до 80-85 % всего рабочего времени работают без нагрузки.

Рисунок 51. Характеристика холостого хода тепловозного двигателя внутреннего сгорания

 

Как уже было отмечено выше, все рассмотренные характеристики двигателей внутреннего сгорания получают опытным путем при испытании их на экспериментальных стендах, при этом кривые проводятся через точки, которые наносятся на планшет по данным, взятым из результатов испытаний двигателя. Каждая нанесенная точка соответствует определенному установившемуся режиму работы. Установление такого режима возможно только в том случае, когда мощность дизеля на фланце коленчатого вала равна мощности, потребляемой нагрузочном агрегатом.

На рисунке 52 представлены характеристики дизелей 10Д100 и 1А5Д49, полученные при условии, что изменение режимов работы дизеля осуществляется переводом рукоятки контроллера из одного положения в другое, т.е. когда дизель нагружается по тепловозной характеристике.

 

 

Рисунок 52. Изменение показателей работы дизеля 10Д100 (а) и 1А5Д49 (б) в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при работе его по тепловозной (генераторной) характеристике.

 

Опыт эксплуатации автономных локомотивов, а также анализ условий и режимов работы их силовых установок показывают, что первичные двигатели этих локомотивов должны удовлетворять разнообразным (в отдельных случаях противоречивым) требованиям. Важнейшие из них:

1. Необходимая эффективная мощность при приемлемых для проектируемого локомотива габаритных размерах и массе.

2. Высокая экономичность по расходу топлива и смазочных
материалов в широком диапазоне рабочих режимов и холостого ода и в особенности режимов, осуществляемых преимущественно эксплуатации.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: