РАСЧЕТ ВОДОМАСЛЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ТЕПЛОВОЗА
Тепловой расчет ВМТ проводят для того, чтобы вычислить поверхности теплообмена элементов, определяющих их основные параметры, а также выбрать режимы течения теплоносителей. Расчет базируется на уравнениях теплопередачи и теплового баланса с использованием критериальных зависимостей для гладкотрубных теплообменников с поперечными сегментными или кольцевыми перегородками:
где 
- количество теплоты, передающейся от масла к охлаждающей воде, Вт;
- коэффициент теплопередачи, отнесённый к поверхности, омываемой маслом, Вт/(м2∙К);
- расчетная поверхность теплообмена ВМТ, омываемая маслом, м2;
- средний логарифмический температурный напор при противотоке, 
;
, 
- расход соответственно масла и воды через ВМТ, кг/с;
, 
- средние изобарные удельные теплоемкости соответственно масла и воды, кДж/(кг∙К);
, 
температура соответственно масла и воды на входе в ВМТ, ;
, 
- температура соответственно масла и воды на выходе из ВМТ, .
Порядок теплового и гидравлического расчетов водомасляного теплообменника выполняется следующим образом.
1. Исходные данные:
- количество тепла, отводимого от масла , кВт;
- расход масла через водомасляный теплообменник , кг/с;
- расход охлаждающей воды, , кг/с;
- температура теплоносителей на входе в теплообменник: масла , воды , ;
- отношение диаметров трубок 
;
|
|
|
- шаг трубок 
м;
- расстояние между поверхностями трубок 
м.
2. Температура масла на выходе из теплообменника, :
где 
.
Для начала необходимо найти , кДж/с, по следующей формуле:
После, нужно рассчитать расход масла и воды через ВМТ, предварительно определив плотность масла и воды в кг/м3 при заданных температурах и по представленным ниже формулам:
где 
, 
кг/м3;
кг/м3.
Теперь переведем расходы масла и воды из м3/ч в кг/c:
где 
м3/ч, 
м3/ч.
кДж/(кг∙К);
3. Температура воды на выходе из теплообменника, :
где 
.
кДж/(кг∙К);
4. Значение скорости охлаждающей воды в трубках 
выбирают равным 1,3 - 2,5 м/с из-за ограничения наименьшей скорости по условию обеспечения турбулентного режима движения теплоносителя и наибольшей - по условию прочности трубок и затрат мощности на прокачивание воды. принимаем равным 1,3 м/с.
5. Значение средней скорости масла в межтрубном пространстве 
принимают в диапазоне 1,2 - 2 м/с, ограниченному сверху по условию резкого увеличения гидравлического сопротивления масляного тракта. принимаем равным 1,2 м/с.
|
|
|
6. Коэффициенты кинематической вязкости 
, м2/с, теплопроводности 
, Вт/(м∙К), плотности 
, кг/м3, и критерий Прандтля 
для охлаждающей воды рассчитываются при средней температуре теплоносителя по выражениям, полученным на основе аппроксимации табличных значений:
7. Критерий Рейнольдса для воды:
8. Критерий Нуссельта для воды:
.
9. Коэффициент теплопередачи от стенки трубки к воде определяется по выражению, Вт/(м2∙К),
10. Коэффициенты кинематической вязкости 
, м2/с, теплопроводности 
, Вт/(м∙К), плотности 
, кг/м3, и критерий Прандтля 
для масла рассчитываются при средней температуре теплоносителя по выражениям, полученным на основе аппроксимации табличных значений:
11. Критерий Рейнольдса для масла:
12. Критерий Нуссельта для масла:
где 
- для теплообменника с сегментными перегородками.
- критерий Прандтля для масла при ориентировочном значении температуры стенки трубки 
, принимаемом в интервале от 
до 
. Значение определяется по выражению (4.20).
Определяем ориентировочные значения температуры стенки трубки :
|
|
|
13. Коэффициент теплоотдачи от масла к стенке трубки рассчитывается по выражению, Вт/(м2∙К),
14. Расчетное значение температуры стенки трубки, :
15. Коэффициент теплопередачи от масла к охлаждающей воде, Вт/(м2∙К);
16. Расчетный температурный напор между маслом и водой, 
17. Расчетная поверхность охлаждения теплообменника, м2:
18. Количество трубок в теплообменнике, шт:
где 
- число ходов воды в теплообменнике. Принимается от 1 до 3.
19. Внутренний диаметр кожуха, м:
где 
- коэффициент заполнения трубной доски.
20. Длина трубок между трубными досками, м:
т.к. длина L' > 2м, то следует поставить в систему два теплообменника, с длиной трубок, в два раза меньшей.
21. Живое сечение для прохода масла между перегородками, м2:
22. Площадь сегмента перегородки, м2:
23. Значение центрального угла сегмента перегородки 
определяется в зависимости от отношения 
по табл. 4.1.
Т а б л и ц а 4.1
Значение угла от отношения
| Угол , град.
| Отношение
| Угол , град.
| Отношение
|
| 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 | 0 0,0001 0,00857 0,002915 0,006871 0,013263 0,022580 0,035175 0,051340 0,071245 | 100 110 120 130 140 150 160 170 180 | 0,094950 0,122325 0,153410 0,187710 0,224920 0,264570 0,306130 0,348980 0,392490 |
|
|
|
Выбираем угол равным 
.
24. Хорда сегмента перегородки, м:
25. Ширина усредненного сечения для прохода масла, м:
26. Расстояние между перегородками, м:
27. Расчетное число ходов масла:
Окончательное число ходов масла принимается равным путем округления 
до ближайшего целого числа.
28. Окончательная длина трубок между трубными досками, м:
где 
м - толщина перегородки.
29. Число рядов трубок, перпендикулярных потоку масла:
30. Коэффициент, зависящий от отношения 
:
31. Гидравлическое сопротивление масляного тракта теплообменника, Па:
32. Мощность, затрачиваемая на прокачку масла через теплообменник, Вт:
где 
- КПД масляного насоса.
33. Гидравлическое сопротивление водяного тракта теплообменника, Па:
где 
- коэффициент, зависящий от средней температуры и скорости воды в трубках.
34. Мощность, затрачиваемая на прокачку воды через теплообменник, Вт:
где 
- КПД водяного насоса.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе было достигнуто следующее:
1. Рассчитаны тяговые и технико-экономические характеристики серийного тепловоза для номинального режима работы дизель-генераторной установки и характеристики расчетного локомотива для режима, определенного в задании:
– построены графики электромеханических характеристик ТЭД тепловозов (см. рис. 2,1);
– построена тяговая характеристика локомотивов (см. рис. 2.2);
– построены графики технико-экономических характеристик серийного и расчетного тепловозов (см. рис. 2.3 – 2.7).
2. Произведен анализ эффективности работы системы охлаждения серийного и расчетного локомотивов. Произведен сравнительный анализ относительного отклонения значений, параметров системы охлаждения тепловозов (см. табл. 3.3).
Расчетный локомотив незначительно уступает по параметрам эффективности работы серийному тепловозу, за исключением некоторых показателей.
Пути улучшения показателей расчетного тепловоза:
– уменьшение удельного эффективного расхода топлива (настройка внешней и внутренней топливной системы тепловоза);
– повышение эффективной мощности дизеля до паспортных значений;
– настройка системы охлаждения (уменьшение потребляемой мощности вентилятором).
Библиографический список
1. Кононов В. Е. Справочник машиниста тепловоза / В. Е. Кононов, А. В. Скалин, В. Д. Шаров. М.: Маршрут, 2004. 319 с.
2. К у л и к о в Ю. А. Системы охлаждения силовых установок тепловозов / Ю. А. К у л и к о в. М.: Машиностроение, 1988. 280 с.
3. Локомотивные энергетические установки / А. И. Володин, В. Д. Кузьмич и др. М.: Желдориздат, 2002. 715 с.
4. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Теория и конструкция локомотивов»/ Е. И. Сковородников, А. С. Анисимов; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2013. 49 с.
5. Овчаренко С. М. Учебно-методическое пособие по оформлению рефератов и поясни- тельной записки к курсовым и дипломным проектам/ С. М. Овчаренко, Л. В. Милютина, А. С. Анисимов, В. К. Фоменко, А. В. Чулков; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2016. 45 с.
6. Правила тяговых расчетов для поездной работы / МПС СССР. М.: Транспорт, 1985. 287 с.
7. Теория и конструкция локомотивов: Учебник для вузов железнодорожного транспорта / Г. С. М и х а л ь ч е н к о, В. Н. К а ш н и к о в и др. М.: Маршрут, 2006. 584 с.
8. Тепловоз ТЭМ7 / А. В. Балашов, И. И. Зеленое, Ю. М. Козлов и др.; Под ред. Г. С. Меликджанова. М.: Транспорт, 1989. 295 с.
9. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания. Учебник для вузов ж. -д. трансп. / А. Э. Симпсон, А. З. Хомич и др. М.: Транспорт, 1987. 536 с.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 2672; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!