Оценка коэффициента полезного действия тепловоза в эксплуатации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Кузбасса

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Кузнецкий индустриальный техникум»

Курсовой проект

На тему: Оценка коэффициента полезного действия тепловоза в эксплуатации. Методы испытания

Студент Джумаев Ш.Д.

Руководитель проекта Корнилова Е.Н.

Новокузнецк 2021



Содержание

Введение

1. КПД тепловоза

2. Методы определения КПД

2.1 Классификация методов определения КПД

2.2 Методы непосредственного определения КПД

2.3 Методы косвенного определения КПД

3. Методы определения коэффициента полезного действия тепловоза

3.1 Метод определения коэффициента полезного действия тепловоза как самоходной подвижной единицы

3.2 Метод определения коэффициента полезного действия тепловоза как тяговой единицы

3.3 Метод определения коэффициента полезного действия тепловоза как тягово-энергетической установки

4. Метод определения коэффициента полезного использования мощности тепловоза

Заключение

Список литературы

Приложение



Введение

Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В XVII в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия не высок.[8,стр.5]

Одной из главных задач современного этапа развития железных дорог России является увеличение коэффициента полезного действия поездов - технической базы, создание и ввод в эксплуатацию более лучший поездов, которые отвечали бы требуемому уровню мощности, способствовали улучшению качественных и количественных показателей использования подвижного состава, снижали существующий уровень затрат на перевозки грузов и пассажиров.

Целью работы является изучить методы оценка КПД подвижного состава на железнодорожном транспорте.

Объектом исследования являются локомотив.

Предмет исследования - процессы исследования коэффициента полезного действия поезда.



1. КПД тепловоза

Коэффициент полезного действия (КПД) -- характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно з: з = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде

где А -- полезная энергия (работа), а Q -- затраченная энергия (работа).

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы (в пределе равен ей), то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

Коэффициент полезного действия локомотива -- отношение полезной работы, выполняемой ведущими колёсами локомотива, к количеству теплоты, затраченной на её получение у автономных локомотивов, имеющих самостоятельную силовую установку (паровоз, тепловоз), или к энергии, полученной из контактной сети (электровоз). Коэффициент полезного действия локомотива зависит от КПД всех звеньев, участвующих в превращении подводимой энергии в механическую и в передаче её на ведущие колёса, а также от расхода энергии на служебные и вспомогательные нужды.

Различают КПД локомотива как силовой установки и КПД эксплуатационный, который зависит от времени работы локомотива на различных режимах при движении поезда и от расхода топлива (энергии) на поддержание локомотива в работоспособном состоянии во время стоянок. Расход топлива на стоянках у паровоза существенно больше, чем у тепловоза, а у электровоза -- незначительный.

КПД паровоза зависит от его конструктивных особенностей, рода топлива и его качества, формировки котла (интенсивности парообразования); максимальное значение КПД не превышает 7--8%, а эксплуатационный КПД составляет около 4% КПД тепловоза зависит от конструктивных особенностей дизеля, конструкции тяговой передачи, холодильника, вспомогательные механизмов, температуры и давления наружного воздуха, реализуемой мощности и др.; максимальное значение КПД тепловоза -- около 30%, эксплуатационный КПД -- около 25% КПД электровоза, не имеющего самостоятельной силовой установки, составляет 88--90%; КПД электрическое тяги, учитывающий КПД электростанций, устройств внешнего и тягового электроснабжения и ЭПС,-- 22 -- 24%.[6,стр.34]



2. Методы определения КПД

2.1 Классификация методов определения КПД

По технике выполнения испытания делят на три группы:

- измерение мощности, подводимой к машине и отдаваемой ею.
Как правило, оно включает в себя измерение механической мощности на валу машины, подводимой к машине или отдаваемой ею;

- измерение подводимой и отдаваемой мощности двух машин, объединенных механически, например двух одинаковых машин или испытуемой машины с тарированной машиной. Этим устраняется измерение механической мощности, подводимой к машине или отдаваемой ею;

- измерение действующих потерь в машине при определенном режиме ее работы. Измеряемые потери могут не обязательно быть полными, но содержать определенные отдельные потери; однако метод может быть применен для определения как полных, так и отдельных потерь.

Испытания первой группы проводят для непосредственного определения КПД; испытания второй группы в зависимости от применяемого метода могут проводиться как для непосредственного, так и для косвенного определения КПД; испытания третьей группы проводятся только для косвенного определения КПД. Они могут быть выполнены:

- с определением отдельных составляющих потерь для их последующего суммирования;

- с определением одновременно всей суммы потерь.

Если нет иных указаний, то косвенное определение КПД обязательно для машин с гарантированным значением КПД 85% и выше; косвенное определение может быть применено и для машин с гарантированным значением КПД менее 85%.[6,стр.56]



2.2 Методы непосредственного определения КПД

Испытание для определения КПД непосредственными методами должно проводиться при температуре машины, по возможности более близкой к той, которая достигается в конце периода работы, установленного номинальным режимом. Не следует вводить никаких поправок на изменение сопротивления обмоток от нагревания.

Метод измерения механической мощности - метод непосредственного определения КПД, при котором механическая мощность на валу машины, отдаваемая в случае двигателя или подводимая в случае генератора, определяется как произведение измеренного вращающего момента на угловую частоту вращения, а электрическая мощность, подводимая в случае двигателя или отдаваемая в случае генератора, измеряется электроизмерительными приборами. Измерение вращающего момента проводится при помощи динамометра, а в случае испытания двигателя - также тормоза, электромагнитного, механического или гидравлического.

Метод измерения электрической мощности - метод непосредственного определения КПД, при котором две одинаковые машины механически соединяются друг с другом и одна работает в режиме двигателя от соответствующего источника, а другая - в режиме генератора на реостат или на сеть. Полные потери в двух машинах определяются как разность между электрической мощностью, подводимой к первой машине, и электрической мощностью, отдаваемой второй машиной.

Температура, при которой проводится испытание, должна быть как можно более близкой к рабочей температуре; никакие другие поправки не должны делаться. Потери в обеих машинах покрываются сетью, к которой присоединены обе машины.

Частоту вращения синхронных машин и машин постоянного тока устанавливают равной номинальному значению.

Среднее значение токов якоря машин постоянного тока устанавливается равным номинальному току, среднее значение напряжения на двух якорях должно быть выше или ниже номинального на падение напряжения в цепи якоря в зависимости от того, как предполагается использовать обе машины - соответственно в качестве генератора или двигателя.

Две асинхронные машины должны быть механически соединены устройством, регулирующим частоту вращения, как, например, редуктором, чтобы обеспечить правильную передачу мощности. Передаваемая мощность зависит от разности частот вращения. Для подведения электрической мощности необходимо подключение к электрической системе.

Когда две синхронные машины соединены электрически и механически, то механическое соединение должно быть сделано с правильным соотношением углов нагрузки. Передаваемая мощность зависит от суммы абсолютных значений углов нагрузки обеих машин.

Метод тарирования вспомогательной машины - метод непосредственного определения КПД, при котором испытуемая машина механически соединяется с тарированной машиной, генератором в случае испытания двигателя и двигателем в случае испытания генератора. В случае испытания двигателя КПД определяется как отношение суммы мощности, отдаваемой тарированной машиной, и потерь в ней, к мощности, подводимой к испытуемой машине; в случае испытания генератора КПД определяется как отношение мощности, отдаваемой испытуемой машиной, к разности между мощностью, подводимой к тарированной машине, и потерями в ней.

КПД, %, при непосредственных методах его определения, вычисляют по формуле

,

где и - подводимая и отдаваемая мощности, Вт или кВт[6.стр,64]



2.3 Методы косвенного определения КПД

Метод взаимной нагрузки - метод косвенного определения КПД, при котором две одинаковые машины соединяют механически и электрически так, что одна из них работает в режиме двигателя и передает всю развиваемую ею механическую мощность второй машине, работающей в режиме генератора и возвращающей всю генерируемую ею электрическую мощность первой машине.

Метод динамометра или тарированного двигателя - метод косвенного определения КПД, при котором испытуемая машина приводится во вращение при помощи динамометра или тарированного двигателя с номинальной частотой вращения и нагружается суммой механических потерь и потерь в стали и добавочных потерь холостого хода или суммой механических потерь и потерь короткого замыкания (только для синхронных машин). При применении динамометра искомые потери определяются произведением вращающего момента на частоту вращения.

При применении тарированного двигателя искомые потери определяются как разность между мощностью, подводимой к тарированному двигателю, и потерями в нем. В случае необходимости отделения механических потерь от измеряемой суммы проводится измерение подводимой мощности при невозбужденной испытуемой машине, в случае необходимости отделения потерь на трение щеток этот же опыт повторяется при полностью поднятых щетках. В случае необходимости получения зависимости потерь в стали и добавочных потерь холостого хода от напряжения или потерь короткого замыкания от его тока, такая зависимость определяется при понижении тока возбуждения от наибольшего допустимого значения до нулевого. Для машин, охлаждаемых газом при различном давлении, полные вентиляционные потери могут быть отделены от потерь на трение посредством испытания при различных плотностях охлаждающего газа. Возбуждение испытуемой машины рекомендуется производить от независимого источника, чтобы не осложнять опыт необходимостью учета потерь на возбуждение. Для асинхронных машин этим методом могут быть определены только механические потери.

Метод ненагруженного двигателя - метод косвенного определения КПД, при котором испытуемая машина работает в режиме ненагруженного двигателя при питании от источника соответствующего напряжения (и частоты в случае машины переменного тока). Искомая сумма механических потерь, потерь в стали и добавочных потерь холостого хода определяется как разность между мощностью, подводимой к испытуемой машине, и основными потерями в цепях ее рабочих обмоток при температуре опыта, а также потерь в переходных контактах щеток, если последние входят в рабочую цепь машины.

В случае необходимости отделения механических потерь опыт проводится при понижении напряжения источника питания от наибольшего допустимого значения до наименьшего, при котором еще возможно устойчивое вращение испытуемой машины с данной частотой. Экстраполяция нижней прямолинейной части зависимости измеренных таким образом потерь от квадрата приложенного напряжения отсекает на оси ординат механические потери.

Измерение мощности при испытании асинхронных двигателей рекомендуется проводить ваттметрами, предназначенными для измерения при низких значениях коэффициента мощности.

В случае синхронной испытуемой машины возбуждение должно быть от независимого источника. Ток возбуждения надлежит регулировать так, чтобы ток в цепи якоря был минимальным. Если при сильно пониженном напряжении питания наблюдается отклонение определяемой зависимости от прямолинейной, дальнейшая часть этой зависимости во внимание не принимается.

При испытании крупных машин переменного тока с большими моментами инерции вращающейся части допускается заменять измерение подводимой мощности измерением энергии, израсходованной за определенный промежуток времени и измеряемой счетчиками энергии. При этом предпочтительным является определение продолжительности заданного числа оборотов счетчика.

Для машин переменного тока, питаемых от преобразователя, сумма механических потерь, потерь в стали, добавочных потерь холостого хода и дополнительных потерь определяется аналогично вышесказанному. При этом основные потери рассчитывают по току холостого хода, равному среднеквадратическому значению тока при напряжении, первая гармоническая которого равна номинальному напряжению, а - сопротивление постоянному току обмотки статора. Для определения дополнительных потерь холостого хода проводят дополнительно опыт ненагруженного двигателя при питании испытуемой машины от источника синусоидального напряжения. При этом величина синусоидального напряжения должна быть равна первой гармонической напряжения при питании от преобразователя в предыдущем опыте. Дополнительные потери холостого хода определяют как разность между мощностью, подводимой к испытуемой машине при питании от преобразователя, и мощностью, подводимой к машине при питании синусоидальным напряжением. При этом механические потери, потери в стали и добавочные потери холостого хода в обоих случаях принимают равными по величине.

Метод самоторможения - метод косвенного определения КПД, при котором испытуемая машина подвергается свободному выбегу и затормаживается потерями в ней или какой-либо нагрузкой, поддающейся достаточно точному измерению. Потери определяются отрицательным ускорением самоторможения в момент прохождения частоты вращения через номинальное значение.

Калориметрический метод - метод косвенного определения КПД, при котором потери в испытуемой машине определяют по количеству тепла, выделяемого ими в объеме машины. Потери вычисляют как произведение расхода охлаждающей среды на ее теплоемкость и на превышение ее температуры с учетом тепла, рассеиваемого в окружающую среду, или измеряют тарированием.

Метод самоторможения и калориметрический метод, как более сложные и имеющие ограниченную область применения, рассматриваются ниже более подробно.

КПД, %, при косвенных методах его определения вычисляют по формулам:

- для генераторов

,

- для двигателей

,

где - подводимая мощность (с учетом потерь на возбуждение для электродвигателей с независимым возбуждением), кВт;

- отдаваемая мощность, кВт;

- сумма потерь в машине при данной нагрузке, кВт.[6.стр,85]



3. Методы определения коэффициента полезного действия тепловоза

3.1 Метод определения коэффициента полезного действия тепловоза как самоходной подвижной единицы

Данный метод применяют для расчета КПД тепловоза, нормативное значение которого установлено ГОСТ 26923 и ГОСТ 26924

КПД тепловоза определяют при работе дизеля на полной мощности и в диапазоне скоростей движения от расчетной (длительной) до конструкционной

КПД тепловоза определяют при нормальных климатических условиях в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1 - Нормальные климатические условия

Наименование параметра, размерность	Значение
Температура наружного воздуха, К (°С)	293(20)
Атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.)	101,3(760)
Относительная влажность, %	70
Температура топлива перед топливным насосом высокого давления дизеля, К (°С)	303(30)
Температура воды на входе в охладитель надувочного воздуха, К (°С)	321(48)
Примечание - Значения параметров, полученные при испытании тепловозов в других условиях, приводят к условиям по таблице 1

КПД тепловоза как подвижной единицы определяют по формуле

,

Где -касательная мощность тепловоза, кВт;

-- полная мощность дизеля при условиях, указанных в таблице 1, кВт;

- удельный расход топлива дизелем, г/кВт ч;

- низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг

42705,36 кДж/кг - для дизельного топлива;

50000 кДж/кг - для газообразного топлива.

Касательную мощность тепловоза NK, кВт, определяют по формуле

,

где - мощность агрегатов вспомогательных нужд, кВт;

- мощность генератора энергоснабжения состава при отключенном энергоснабжении (потери в обмотке генератора и механические потери), кВт;

-- КПД тягового генератора;

- КПД выпрямительной установки;

- КПД тягового электродвигателя; др - КПД осевого редуктора и моторно-осевых подшипников (принимают = 0,975).

Мощность агрегатов вспомогательных нужд , кВт, определяют по формуле

,

где - мощность вентиляторов охлаждающего устройства дизеля, кВт;

- мощность компрессора, кВт;

- мощность агрегатов охлаждения электрического оборудования (вентиляторов тягового генератора, выпрямительной установки и тяговых электродвигателей), кВт;

~ мощность возбудителя тягового генератора, связанная с потерями в самом возбудителе и потерями в приводе возбудителя, кВт;

- сумма мощностей потребителей, неуказанных в формуле (3): цепей управления и освещения, аккумуляторных батарей, отсасывающих агрегатов мультициклонных фильтров дизеля и вентиляторов кузова и др,, кВт.

Мощность агрегатов кондиционирования воздуха и обогрева кабины тепловоза не учитывают.

Мощность вентиляторов охлаждающего устройства дизеля кВт, с учетом работы системы автоматического регулирования температуры теплоносителей (САРТ) вычисляют по формуле

,

где - суммарная мощность вентиляторов с учетом работы САРТ при нормальных климатических условиях, кВт;

-КПД привода вентиляторов.

Мощность компрессора кВт, определяют с учетом продолжительности включения (ПВ) компрессора в зависимости от номинальной производительности компрессора

Для среднеэксплуатационного режима принимают ПВ=25%

кВт, определяют по формуле

,

где - мощность компрессора на рабочем ходу, кВт,

- мощность компрессора на холостом ходу, кВт;

КПД привода компрессора.

Мощность агрегатов охлаждения электрического оборудования , кВт, определяют с учетом регулирования расхода воздуха и КПД привода вентилятора.

Мощность возбудителя тягового генератора, связанную с потерями в самом возбудителе и потерями в приводе возбудителя , кВт, определяют по формуле

,

где - мощность возбудителя тягового генератора, кВт;

- КПД возбудителя;

з - КПД привода возбудителя

Примечание - Мощность тягового генератора, зависящую от квадрата тока возбуждения, учитывают при определении КПД тягового генератора как потери на возбуждение.[6.стр,97]

3.2 Метод определения коэффициента полезного действия тепловоза как тяговой единицы

В данном методе расчета при определении КПД тепловоза учитывают полезную мощность (мощность, определяемую по тяговому усилию на автосцепке), требуемую для совершения тяговой работы по перемещению состава.

КПД тепловоза определяют при работе дизеля на полной мощности в диапазоне скоростей движения от расчетной (длительной) до конструкционной

КПД тепловоза определяют при нормальных климатических условиях в соответствии с таблицей 1.

КПД тепловоза как тяговой единицы определяют по формуле

,

где - полезная мощность тепловоза, требуемая для совершения тяговой работы по перемещению состава, кВт.

Полезную мощность тепловоза, требуемую для совершения тяговой работы по перемещению состава, , кВт, определяют по формуле

,

где - касательная мощность тепловоза, кВт, определяемая по формуле (2);

- мощность тепловоза, требуемая на преодолении основного сопротивления движению тепловоза, кВт.

Мощность, кВт, определяют по формуле

,

где - основное сопротивление движению тепловоза как повозки, кгс;

V - скорость тепловоза, км/ч.

Основное сопротивление движению тепловоза как повозки , кгс, определяют по формуле

,

где - основное удельное сопротивление движению тепловоза как повозки, кгс/т;

Р - служебная масса тепловоза, т.

Мощность агрегатов кондиционирования воздуха, обогрева тепловоза и энергоснабжения состава не учитывают.[6.стр,106]



3.3 Метод определения коэффициента полезного действия тепловоза как тягово-энергетической установки

В данном методе расчета при определении КПД тепловоза как тяговоэнергетической установки полезную мощность учитывают как мощность, требуемую для перемещения и энергоснабжения состава.

КПД тепловоза как тягово-энергетической установки определяют по формуле

,

- полезная мощность тепловоза, необходимая для совершения тяговой работы по перемещению состава и его энергоснабжения, кВт;

- полная мощность дизеля, принимаемая с учетом температуры наружного воздуха, кВт.

Полезную мощность тепловоза , кВт, определяют по формуле

,

Где - касательная мощность тепловоза с учетом мощности, необходимой для энергоснабжения состава, кВт;

- мощность, необходимая для энергоснабжения состава, кВт;

- мощность тепловоза, необходимая для преодоления основного сопротивления движению тепловоза, кВт, определяемая по формуле (13).

Касательную мощность тепловоза , кВт, определяют по формуле

,

где - мощности агрегатов вспомогательных нужд, с учетом мощности агрегатов кондиционирования воздуха или обогрева тепловоза, кВт;

- мощность генератора энергоснабжения состава при включенном энергоснабжении, кВт.

При этом полезную мощность компрессора, необходимую для производства сжатого воздуха с целью питания тормозных систем и выполнения технологических операций с составом не выделяют.

Мощность агрегатов вспомогательных нужд , кВт, определяют по формуле

,

где - мощность вентиляторов охлаждающего устройства дизеля, кВт, определяемые по формуле (12);

- мощность компрессора, кВт, определяемая по формуле (13);

мощность возбудителя тягового генератора, связанная с потерями в самом возбудителе и потерями в приводе возбудителя, кВт, определяемая по формуле (14);

- сумма мощностей потребителей, неуказанных в формуле (22): цепей управления и освещения, аккумуляторных батарей, отсасывающих агрегатов мультициклонных фильтров дизеля и вентилятора кузова, мощностей агрегатов кондиционирования воздуха или обогрева тепловоза и др., кВт

Мощность генератора энергоснабжения состава при включенном диз энергоснабжении , кВт, определяют по формуле

,

где - КПД генератора энергоснабжения.

Сравнительную оценку тепловозов и определение их КПД с учетом затрат мощности на энергоснабжение состава рекомендуется проводить при следующих условиях:

- температура наружного воздуха +30 °С, +40 °С (с учетом затрат мощности на кондиционирование воздуха);

- температура наружного воздуха 0 °С, минус 20 °С, минус 40 °С (с учетом затрат мощности на отопление состава).

При различных температурах наружного воздуха сумму мощностей вентиляторов охлаждения теплоносителей дизеля определяют с учетом изменения удельного веса воздуха и изменения мощности каждого вентилятора за счет регулирования частоты вращения вентилятора или продолжительности его включения.[6.стр,109]

тепловоз тяговой синхронный генератор



4. Метод определения коэффициента полезного использования мощности тепловоза

КПИМ тепловоза определяют при работе дизеля на полной мощности в диапазоне скоростей движения от расчетной (длительной) до конструкционной.

КПИМ тепловоза как самоходной подвижной единицы, нормативное значение которого установлено ГОСТ 25463, определяют по формуле

,

где - касательная мощность тепловоза, кВт, определяемая по формуле (6),

КПИМ тепловоза как тяговой единицы с учетом полезной мощности тепловоза при выполнении работы по перемещению состава определяют по формуле

,

где - полезная мощность тепловоза при выполнении тяговой работы по перемещению состава, кВт, определяемая по формуле (12).

КПИМ тепловоза как тягово-энергетической установки с учетом полезной мощности тепловоза при выполнении тяговой работы и энергоснабжении состава определяют по формуле

,

где - полезная мощность тепловоза при выполнении работы по перемещению состава и его энергоснабжении, кВт, определяемая по формуле (16).[7.стр,19]

5 Определение коэффициента полезного действия и коэффициента полезного использования мощности при испытаниях

Для определения КПД и КПИМ по формулам (5--13) при тяговоэнергетических испытаниях локомотивов, ССПС экспериментально-расчётным методом вычисляют входящие в формулы значения эффективной мощности силовой установки и мощность, затраченную на полезную работу по ниже приведенным формулам.

Железнодорожный путь, на котором проводят испытания, должен быть прямым и иметь нулевой профиль. Испытания проходят при скорости ветра меньше 6 м/с и температуре окружающей среды выше минус 30 °С.

Неравномерность движения () при испытаниях не должна превышать 1 км/ч за 2 мин.

Эффективную мощность силовой установки , кВт, при определении силы тяги вычисляют по формуле

,

где - касательная мощность локомотива, ССПС, кВт определяемая по формуле (27); - КПД осевого редуктора и моторно-осевых подшипников;

~ КПД тягового электродвигателя;

~ КПД тягового преобразователя (инвертор или выпрямительная установка);

- КПД тягового генератора;

- мощность /-го вспомогательного агрегата, приведенного к валу силовой установки, кВт.

Мощность вспомогательных агрегатов определяют прямыми измерениями.

При вычислении мощности, затраченной на вспомогательную нагрузку в ходе испытаний, учитывают реальную продолжительность включения вентиляторов, компрессора и других вспомогательных агрегатов с последующим приведением к условиям таблицы 1.

Эффективную мощность силовой установки , кВт, при измерении мощности тягового преобразователя (выпрямительной установки) для питания коллекторных тяговых двигателей или статического преобразователя, имеющего явно выраженное звено постоянного тока, вычисляют по формуле

,

где - мощность на выходе тягового преобразователя (выпрямительной установки) или звена постоянного тока статического преобразователя, вычисляемая по формуле, кВт;

,

где I - сила тока на выходе тягового преобразователя (выпрямительной установки) или из звена постоянного тока статического преобразователя, А;

U - напряжение на зажимах тягового преобразователя, В.

Эффективную мощность силовой установки , кВт, для тепловозов с гидравлической передачей вычисляют по формуле

,

Где - крутящий момент на валу двигателя, Н м, который определяют путем непосредственных измерений. Допускается определять крутящий момент на валу двигателя по зависимости крутящего момента на входном валу конкретной гидропередачи, устанавливаемой на испытываемом тепловозе или ССПС от частоты вращения вала и передаточного отношения гидропередачи, полученной при испытаниях на стенде изготовителя;

n - частота вращения выходного вала двигателя, об/мин.

Часовой расход топлива при испытаниях определяют с помощью прямых измерений.

Касательную мощность локомотива, ССПС, кВт, вычисляют по формуле

,

где - касательная сила тяги локомотива, ССПС, кН;

V - скорость локомотива, ССПС, км/ч;

3,6 - постоянный переводной коэффициент

Для корректировки мощности силовой установки при условиях, отличных от условий, приведенных в таблице 1, или от условий, оговорённых изготовителем, следует применять метод, изложенный в ГОСТ 10150.

Касательную силу тяги локомотива, ССПС , кН, при применении динамометрического измерительного устройства вычисляют по формуле

,

где - сила тяги на автосцепке локомотива, ССПС, измеряемая динамометром, кН;

Р - служебная масса локомотива, ССПС (по результатам взвешивания),т;

- основное удельное сопротивление движению локомотива, ССПС (определяют по зависимостям согласно правилам тяговых расчетов или по результатам испытаний по определению сопротивления движения), кН/т;

- значение уклона железнодорожного полотна, кН/т;

- дополнительное удельное сопротивление движению в кривой, кН/т;

- коэффициент инерции вращающихся частей локомотива или ССПС;

- удельная составляющая силы тяги, связанная с замедлением или ускорением движения, кН/т.

Допускается определение касательной силы тяги по предварительно экспериментально установленной для испытываемого локомотива или ССПС зависимости касательной силы тяги от суммы токов тяговых двигателей постоянного тока при полном и ослабленных полях.

,

где - сила тока /-го тягового двигателя, А. 8.13 Касательную силу тяги локомотива или ССПС с асинхронным тяговым двигателем , кН, вычисляют по формуле

,

где - механический момент на валу АТЭД, кН м;

- количество тяговых двигателей на тепловозе;

- передаточное число тягового редуктора;

- КПД осевого редуктора и моторно-осевых подшипников;

D - диаметр колеса по кругу катания, м.

Механический момент АТЭД вычисляют по формуле



,

где - напряжение в звене постоянного тока, В;

- сила тока в звене постоянного тока (на входе тягового инвертора),А;

- КПД тягового инвертора; Л

- КПД АТЭД, в зависимости от угловой частоты ротора;

- угловая частота вращения ротора АТЭД, рад/с.

Мощность вентиляторов , кВт, приводят к условиям испытаний, установленных для сравнения параметров локомотивов, приведенных в таблице 1, по формуле

,

где N - мощность вентилятора при плотности воздуха р, кВт;

-1,2 кг/м3 - плотность воздуха при условиях соответствующих условиям испытаний;

- плотность воздуха во время испытаний.

Мощность возбудителя тягового синхронного генератора или генератора постоянного тока , кВт, связанную с потерями в самом возбудителе и потерями в приводе возбудителя, вычисляют по формуле

,

где - мощность возбудителя тягового генератора, кВт; Л

- КПД возбудителя тягового генератора;

- КПД привода возбудителя тягового генератора.

При определении КПД и КПИМ локомотива или ССПС как самоходной подвижной единицы или тяговой единицы во время испытаний агрегаты кондиционирования воздуха и обогрева кабины должны быть отключены; при определении КПД и КПИМ локомотива или ССПС как тягово-энергетической единицы агрегаты кондиционирования воздуха и обогрева кабины должны быть включены.

Полезную мощность требуемую для совершения тяговой работы по перемещению состава , кВт, вычисляют по формуле

,

где - сила тяги на автосцепке локомотива, ССПС, измеряемая динамометром, кН;

V - скорость локомотива, ССПС, км/ч;

3,6 - постоянный переводной коэффициент.

Полезную мощность локомотива, ССПС как тягово-энергетической единицы , кВт, вычисляют по формуле

,

где - мощность локомотива, ССПС, рассчитанная через динамометрическую силу тяги, кВт;

- мощность генератора энергоснабжения состава при включенном энергоснабжении, кВт.[5.стр132]



Заключение

В результате проведённой работы были изучены методы оценки КПД железнодорожного транспорта. В заключительном разделе курсового проекта нужно подвести итоги работы над проектом и оценить значение работы с точки зрения актуальности темы проекта и выполненных расчетов.

Выполнив курсовой проект, я повторил и закрепил практические приемы расчета, которые применяются на производстве, т. е. в локомотивных депо для оценки КПД тепловоза.

Я определил все эти показатели для исходных данных к курсовому проекту, т. е. для заданных локомотивов, их участков обращения и т. д. Я убедился в том, что эффективная работа локомотивных бригад и ремонтных рабочих во многом зависит от рациональной и экономически выгодной организации эксплуатации локомотивов и ремонтного производства.

Я предоставил формулы для расчетов КПД тепловозов, чтобы производству получалось выгодное решение.



Список литературы

1. ГОСТ 25941-83 Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия

2. ГОСТ 26923-90 Тепловозы магистральные. Общие технические требования

3. ГОСТ 26924-89 Тепловозы маневровые с электрической передачей мощностью 1200 л.с. и более. Общие технические требования

4. Сидоров Н.Н. Как устроен и работает тепловоз. М: Транспорт, 1980. - 223с

5. Гребенюк П.Т., Долганов А.Н., Скворцова А.И. Тяговые расчеты: Справочник. -М: Транспорт, 1987.-272с

6. Правила тяговых расчетов для поездной работы - М.: Транспорт,1985. 287 с..

7. Дробинский В. А., Егунов П. М. Что такое тепловоз // Как устроен и работает тепловоз. -- 3-е изд., переработанное и дополненное. -- М.: Транспорт, 1980. -- С. 7--30.

8. Шелест В. П., Шелест П. А. Введение // Тепловозы (итоги и перспективы). -- М.: Знание, 1971. -- С. 3--11.



Приложение

Таблица 2 - Показатели, используемые в расчете коэффициента полезного действия и коэффициента полезного использования мощности тепловозов.

Наименование Показателя	Обозначение	Формула, где использован показатель	Источник определения
Полная мощность дизеля при нормальных климатических условиях	,	5, 7, 20, 21, 22	ТУ на дизель
Удельный расход топлива дизелем	,	5, 12, 16	ТУ на дизель
Мощность агрегатов вспомогательных нужд	,	6, 7	Формула 3, ризалиты исследовательских испытаний
Мощность генератора энергоснабжения состава при отключенном энергоснабжении	,	6	ТУ на генератор энергоснабжения
КПД тягового генератора	,	6, 17	ТУ на тяговый генератор, ГОСТ 25941
КПД выпрямительной установки	,	6, 17	ТУ на выпрямительную установку, ГОСТ 25941
КПД тягового электродвигателя	,	6, 17	ТУ на тяговый электродвигатель, ГОСТ 25941
Наименование Показателя	Обозначение	Формула, где использован показатель	Источник определения
Мощность вентиляторов охлаждающего устройства дизеля		7, 8, 18	Формула 4, результаты исследовательских испытаний
Мощность компрессора		7, 9, 18	Формула 5, результаты исследовательских испытаний
Мощность агрегатов охлаждения электрического оборудования		7, 18	Ризалиты исследовательских испытаний
Мощность возбудителя тягового генератора		7, 10, 18	Формула 6, результаты исследовательских испытаний
Сумма мощностей потребителей, неуказанных в формуле (7) цепей управления и освещения, аккумуляторных батарей, отсасывающих агрегатов мультициклонных фильтров дизеля и вентиляторов кузова и др.		7	ТУ на потребители или результаты исследовательских испытаний
Наименование Показателя	Обозначение	Формула, где использован показатель	Источник определения
Суммарная мощность вентиляторов с учетом работы С APT при нормальных климатических условиях		8	Результаты исследовательских испытани
КПД привода вентиляторов		8	ТУ на привод вентилятора
Мощность компрессора на рабочем ходу		9	ТУ на компрессор или результаты исследовательских испытаний
Мощность компрессора на холостом ходу		9	ТУ на компрессор или результаты исследовательских испытаний
КПД привода компрессора		9	ТУ на привод компрессора
Мощность возбудителя тягового генератора		10	ТУ на возбудитель и генератор
КПД возбудителя		10	ТУ на возбудитель
КПД привода возбудителя		10	ТУ на привод возбудителя
Служебная масса тепловоза	P	14	ТУ на тепловоз
Наименование Показателя	Обозначение	Формула, где использован показатель	Источник определения
Основное удельное сопротивление движению тепловоза как повозки		14	Результаты исследовательских испытаний
Полная мощность дизеля, принимаемая с учетом температуры наружного воздуха		15, 17, 22	ТУ на дизель
Мощность, необходимая для энергоснабжения состава		16, 19	Результаты исследовательских испытаний
Мощность агрегатов вспомогательных нужд, с учетом мощности агрегатов кондиционирования воздуха или обогрева тепловоза		17, 18	Формула 14, результаты исследовательских испытаний
Мощность генератора энергоснабжения состава при включенном энергоснабжении		17, 19	Результаты исследовательских испытаний
Наименование Показателя	Обозначение	Формула, где использован показатель	Источник определения
Сумма мощностей потребителей, неуказанных в формуле (18). Цепей управления и освещения, аккумуляторных батарей, отсасывающих агрегатов мультициклонных фильтров дизеля и вентилятора кузова, мощностей агрегатов кондиционирования воздуха или обогрева тепловоза и др.		18	ТУ на потребители или результаты исследовательских испытаний
КПД генератора энергоснабжения		19	ТУ на генератор энергоснабжения

Размещено на Allbest.ru

...