Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тепловозные двигатели

Тепловоз

Тепловоз — рельсовое транспортное средство, автономный локомотив, первичным двигателем которого является двигатель внутреннего сгорания, обычно дизель.

Тепловоз появился в начале XX века и стал экономически выгодной заменой как малоэффективным устаревшим паровозам, так и появившимся в то же время электровозам, рентабельным лишь на магистралях со сравнительно большим грузо- и пассажиропотоком. При этом процесс вытеснения паровозов занял более полувека, а с электровозами тепловозы мирно сосуществуют и по сей день.

За XX век мощность тепловозного дизеля возросла с нескольких сотен, а то и десятков лошадиных сил до трёх тысяч и выше, на разных типах тепловозов используются различные способы передачи энергии двигателя на колёсные пары локомотива, значительно возросло удобство управления и обслуживания тепловоза, снизились выбросы в атмосферу. В процессе совершенствования конструкции тепловозов были опробованы различные изобретения и усовершенствования в конструкции, некоторые из них прижились, другие показали свою несостоятельность. Ныне тепловозы строятся и используются по всему миру.

Почему я не сокол, почему не летаю

Принципы термодинамики — это основа работы всех двигателей внутреннего сгорания. Один из них гласит, что при сгорании топлива часть тепла, выделяющегося в любом случае поглощается средой происхождения реакции.

Видео о том, как работает ДВС:

В нашем случае средой является сам двигатель и его системы. Лишь от 20 до 40 процентов производимой здесь тепловой энергии используется для работы мотора. Остальные утеряна безвозвратно. Но куда девается львиная доля энергии? Давайте разбираться по порядку.

Формулировка понятия тепловой баланс

Следовательно, тепловой баланс двигателя — это разделение затрат полученной энергии на полезную отдачу и растрату впустую. Неизменным здесь является равенство или баланс между полученной энергией тепла и его расходом.

Что такое полезная отдача, все мы понимаем. Это движение автомобиля. О расходе зря — читаем дальше.

Причины потери

Существует несколько причин бесполезной растраты энергии тепла. Вот так мы их сформулируем:

  • преодоление энергией сопротивления при сжатии;
  • отдача тепла двигателем в окружающую среду, по простому его охлаждения;
  • выход в атмосферу вместе с выхлопными газами;
  • расход некоторой доли энергии на работу охлаждающей системы двигателя и других агрегатов.

Количественный показатель этих статей растраты величина непостоянная. А от чего он зависит, мы рассмотрим в следующем разделе.

Читать еще:  Быстрый запуск для бензиновых двигателей

Как рассчитывают потери

Количество растраты зависит от многих факторов. Вот основные из них:

  • нагрузка на силовую установку;
  • конструкция двигателя и его систем;
  • скорость, развиваемая автомобилем;
  • состав смеси горючего;
  • температура окружающей среды.

Скорость автомобиля может влиять на растраты энергии

Здесь стоит также отметить, что теплоотдача дизельного агрегата, ниже чем у карбюраторного на 10-12%. Измерения ведутся в абсолютных единицах теплопередачи или в процентном соотношении количества полученного тепла к его бесполезной растраты. Все это учитывается при расчетах, что позволяет добиться получения максимальной пользы от горения топлива.

Извлечения пользы из потери

Конечно, при таком раскладе, потеря энергии, все еще остается огромной. Но в отрасли постоянно ведутся работы по улучшению результата. Внедряются инновационные методы разработки двигателей внутреннего сгорания.

Например, турбонаддувная установка, использующая давление горячих газов из выхлопа. Принцип ее работы заключается в том, что выхлопные газы приводят в действие турбину, вращающую лопасти нагнетателя, обогащает компонента внутрь цилиндров двигателя.

Еще тепло, поглощенное охлаждающей системой, используется для обогрева салона автомобиля. Горячая вода из радиатора подается по нагревательным элементам печи.

Алгоритм действия

Каков принцип действия теплового двигателя? 10 класс рассматривает данный вопрос на уроках физики. Тепловыми машинами ребята называют механизмы, где наблюдается превращение внутренней энергии топлива в механический вид.

Для совершения двигателем полезной работы, должна быть создана разность давлений с обеих сторон поршня либо лопастей мощной турбины. Для достижения такой разности давлений происходит повышение температуры рабочего тела на тысячи градусов в сравнении с ее средним показателем в окружающей среде. Происходит подобное повышение температуры в процессе сгорания топлива.

Превращение энергии в тепловом двигателе

В любом тепловом двигателе по цепочке происходят такие превращения энергии (рис. 3):

  • тепловая энергия топлива преобразуется во внутреннюю энергию газа;
  • нагретый газ расширяется, и совершает работу, охлаждаясь при этом;
  • часть внутренней энергии газа переходит в механическую энергию.

Рис. 3. В тепловом двигателе энергия топлива превращается в механическую энергию

Вспомогательное оборудование, расположенное на главной раме, закрывается вновь изготовленным кузовом капотного типа, состоящим из нескольких отдельных частей: кузова охлаждающего устройства и двух кузовов дизельного помещения. Габариты установленного оборудования позволили спроектировать кузова с пониженным уровнем крыши. Для возможности демонтажа оборудования части крыши кузовов выполнены съемными. На передней стенке кузова охлаждающего устройства имеется дверь для осмотра и обслуживания оборудования, на боковых стенках, а также на крыше – жалюзи с электрическим приводом. Открытие и закрытие жалюзи производится системой управления тепловозом в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в горячем и холодном контурах. В боковых стенках кузова дизельного помещения имеются широкие двухстворчатые двери для доступа к дизелю и вспомогательному оборудованию. Внутренние поверхности боковых стенок, дверей и крыши кузовов закрыты внутренней обшивкой из негорючего материала. К внутренней поверхности крыши дизельного помещения подвешиваются расширительный бак системы охлаждения тепловоза и два корпуса воздушных фильтров двигателя (по одному для каждого ряда цилиндров). Воздушные фильтры рассчитаны на эксплуатацию в условиях высокой запыленности окружающей среды и включают в себя по два сменных фильтроэлемента, один из которых является основным, а второй служит элементом безопасности, позволяющим исключить возможность попадания пыли в двигатель при смене основного фильтроэлемента или его повреждении. Расположенные на крыше кузова дизельного помещения входные патрубки воздушных фильтров для предотвращения прямого попадания осадков закрыты специальными крышками. Фильтры оборудованы индикаторами засоренности, информирующими локомотивную бригаду о необходимости замены фильтроэлементов. На крыше кузова дизельного помещения устанавливается глушитель закрытый кожухом. Конструкция глушителя разработана с учетом норм и правил, действующих в странах Европы, и обеспечивает значительное снижение шума. Внешние поверхности глушителя закрыты матами из теплоизолирующего материала.

Читать еще:  Что такое двигатель avs

На тепловозе применяется микропроцессорная система управления. Дизельный двигатель и системы управления вспомогательными агрегатами взаимодействуют с системой управления тепловозом посредством обмена данными по протоколу стандарта CANbus. K сети также подключены размещенные непосредственно в местах расположения измерительных датчиков аналогово-цифровые преобразователи. Применение общей коммуникационной сети позволяет существенно сократить количество использующихся проводов и кабелей.

Микропроцессорная система управления тепловозом обеспечивает выполнение следующих функций:

  • управление запуском и остановкой дизеля;
  • измерение тока и напряжения в силовых и вспомогательных цепях, частоты вращения коленчатого вала дизеля, температуры горячего и холодного контуров системы охлаждения и т.д.;
  • считывание данных из системы управления двигателем (давление в системах дизеля, наличие и вид неисправностей, наработка в моточасах и т.д.;
  • вывод данных о состоянии агрегатов и систем тепловоза на многофункциональные дисплеи, расположенные на пультах управления в кабине машиниста;
  • фиксация в памяти данных о работе агрегатов и систем тепловоза.

Что такое КПД в физике и какова его формула

Для выполнения какой-либо работы необходимо затратить определённое количество энергии. Чтобы ехал велосипед, вы тратите мышечную энергию крутя педали. Чтобы двигался автомобиль, используется энергия сжигаемого топлива (бензина, солярки или газа).

Для горения лампочки требуется энергия электрического тока. Список можно продолжать до бесконечности. Точку можно поставить на солнечной энергии, благодаря которой существует жизнь на Земле.

Далее возникает логичный вопрос: а насколько эффективно расходуется эта энергия? В идеале хотелось бы, чтобы вся она шла «в дело», то есть использовалась только по прямому назначению. Но, к сожалению, на практике такого не бывает.

Затраченная энергия будет всегда больше, чем полезная работа, так как для достижения основной цели (движение, подъём груза, освещение, отопление и т.д.) часть энергии неизбежно уйдёт на неустранимые потери (преодоление силы трения, нагрев электропроводки, выброс продуктов горения в атмосферу и т.д.). Понятно, что чем меньше такие потери, тем лучше.

Читать еще:  Что шумит двигатель вектра б

Критерием того, насколько эффективно работает система (устройство, агрегат, двигатель, машина и т.д.), служит показатель, получивший название коэффициент полезного действия (КПД).

Иными словами, КПД показывает, какова доля полезной работы в общих энергозатратах. Математически КПД (чаще всего обозначается символом ŋ) определяется по формуле:

где A — полезная энергия (работа);
Q — энергия, затраченная на совершение полезной работы.

Понятно, что ŋ – величина безразмерная и не может быть больше единицы (да и равной единице она может быть чисто теоретически).

Выражается она в виде десятичной дроби либо в процентах (в последнем случае в формулу вставляется множитель х100).

Так, если КПД равен 0,9 (90%), то это значит, что 10% полезной мощности составили безвозвратные потери.

Перспективы

В целом, 3ТЭ25КМ ожидает большое будущее. Байкало-Амурская магистраль является главной железнодорожной артерией страны, которая нуждается в бесперебойном функционировании невзирая на погодные и климатические условия. Именно для решения этих задач и создавался новый трёхсекционный локомотив. Согласно уверениям создателей, введение таких машин в эксплуатацию позволит снизить стоимость перевозок почти на 30%, следовательно, приобретение тепловоза окупится менее чем за 10 лет.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector