Розрахунок тягово-енергетичних характеристик тепловоза 2ТЕ121 [ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати. скачати МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І науки України Східноукраїнській національний університет імені В. І. Даля Кафедра залізнічного транспорту Курсова робота З дісціпліні: електрообладнання локомотівів Тема: Розрахунок тягово-енергетичних характеристик тепловозу Варіант 24 Локомотив 2ТЕ121 Реферат Курсова робота по "Електрообладнання локомотивів" включає розрахунково-пояснювальну записку с., Табл., 3 рис. Дизель-генератор, ТЕД, тяговий редуктор, номінальна потужність дизеля, зчіпна маса локомотива, електрична передача потужності, функціональна схема, тривала сила тяги, дотична потужність локомотива, ККД передачі потужності, ККД тепловоза, зовнішня характеристика тягового генератора, електромеханічні характеристики ТЕД, тягова характеристика тепловоза, тягово-енергетичні характеристики локомотива, Дана функціональна схема і короткий опис електричної передачі потужності заданого локомотива, дано розрахунки основних параметрів передачі потужності тепловоза в тривалому режимі, зовнішньої характеристики тягового генератора, Тяговий характеристики тепловоза і його ККД, сили тяги локомотива, обмеженою зчепленням колеса з рейками, наведені тягово-енергетичні характеристики проектного локомотива і дані основні висновки по розрахованій передачу потужності тепловоза. Зміст Введення 1. Короткий опис електропередачі потужності тепловоза 2ТЕ12 2. Основні вихідні дані для розрахунку тягово-енергетичних характеристик проектного тепловоза 3. Розрахунок основних параметрів передачі потужності тепловоза в тривалому режимі 4. Розрахунок і побудова тягової характеристики тепловоза і його ККД 4.1 Розрахунок і побудова зовнішньої характеристики тягового генератора 4.2Расчет тягової характеристики тепловоза і його ККД 4.3 Розрахунок дотичній сили тяги тепловоза, обмеженою зчепленням коліс з рейками 4.4 Побудова тягово-енергетичних характеристик тепловоза Висновок Список використаної літератури Додаток Введення Передача потужності від теплового двигуна до коліс є основною енергетичної ланцюгом локомотива. Як у нашій країні, так і в більшості країн світу на тепловозах середньої та великої потужності найбільше застосування знаходить електрична передача потужності, завдяки своїй універсальності, гнучкості і простоті управління, компонування, високої надійності і довговічності роботи. Параметри і характеристики того чи іншого типу електропередач істотно впливають на основні техніко-економічні та якісні показники тепловозів - габарити і масу, коефіцієнти тяги і передачі потужності, економічність і надійність роботи, характер обслуговування, ремонту і т.д. Основні вимоги до передачі потужності локомотива: повне використання вільної потужності дизеля у всьому діапазоні зміни швидкостей руху; забезпечення сталості завантаження дизеля і його роботу в найбільш економічних режимах при зміні тягової навантаження; реалізація найбільшого коефіцієнта зчеплення коліс з рейками у всіх режимах руху; високий ККД і прийнятні масогабаритні показники. 1. Короткий опис електропередачі потужності тепловоза 2ТЕ121 Магістральний двосекційний вантажний тепловоз 2ТЕ121 потужністю 2 '2941 (2' 4000 к.с.) з електропередачею змінно-постійного струму створений на ВО "ВТЗ" в 1977 році і призначений для водіння вантажних поїздів. На тепловозі вперше прийняті принципово нові конструктивні рішення щодо компонування і виконання візків для нового потужного ряду локомотивів 2942-4410 кВт і навантаженнях на вісь 250-270 кН. Кузов секції тепловоза несучої конструкції, спирається на 2 тривісні візки через роликово-гумові опори. На кожній секції встановлено дизель-генераторний агрегат 2В-9ДГ, що складається з дизеля 2В-5Д49 і тягового агрегату А-714У2. Тяговий агрегат складається з тягового (P T = 2800кВТ) і допоміжних (P ВГ = 400кВт) генераторів. Зверху на агрегаті змонтована випрямна установка типу УВКТ-942 (замінена згодом на В-МППД-6, 3к-1000-2) із загальним каналом охолодження для всього агрегату. Випрямлена напруга ВУ підводиться до 6 ТЕД постійного струму типу ЕД-126УХЛ1 потужністю і через зубчасті тягові редуктори енергія дизеля передається до осей колісних пар. ТЕД виконані з опорно-рамним підвішуванням. Запуск дизеля здійснюється через стартер-генератор ПСГ-УХЛ2 потужністю 50 кВт від акумуляторної батареї. Параметри і характеристики електропередачі забезпечуються використанням безконтактних комплектних пристроїв автоматики КУА-10, КУА-13, КУА-14. КУА-10 служить для живлення обмоток збудження тягового і допоміжного синхронного генераторів і містить 3 однотипних тиристорних випрямляча з нульовим виводом БА1-1, БА1-2, БА1-3; БА1-2 - резервний. КУА-13 призначено для формування в замкнутої САР заданих характеристик тягового і допоміжного генераторів. КУА-14 служить для регулювання збудження ТЕД в режимі електродинамічного збудження (ЕДТ). 2. Основні вихідні дані для розрахунку тягово-енергетичних характеристик проектного тепловоза Таблиця 1 № п / п Параметр Позначення Величина 1 2 3 4 1. Номінальна потужність дизеля, кВт P н 2941 2. Номінальна частота обертання вала дизеля, об / хв n 1000 3. Зчіпна маса локомотива, т M сц 147 4. Конструкційна швидкість, км / год V k 100 5. Передаточне відношення зубчастого тягового редуктора μ З 4,318 6. Діаметр рушійних коліс, м D k 1,25 7. Розрахунковий коефіцієнт тяги j кр 0,208 8. Коефіцієнт повноти завантаження дизеля s 1,0 9. Потужність на привід допоміжних механізмів,% P доп 12 10. Тип тягового генератора А-714УХЛ2 11. ККД генератора, о.е. h гр 0,95 12. Коефіцієнт регулювання генератора по напрузі C r 1,6 13. Коефіцієнт регулювання генератора по струму C rI 2,45 14. ККД випрямної установки h ву.р 0,988 15. ККД інвертора h і 1,0 16. Тип тягового електродвигуна ЕД-126УХЛ1 17. Напруга ТЕД в тривалому режимі, В U 'ТЕД.н 510 18. Максимальна напруга на виході ВУ, У U d.макс 750 19. Струм ТЕД тривалого режиму, А I 'ТЕД.н 880 20. ККД ТЕД, о.е. h ТЕД.р 0,902 1	2	3	4
21.	Ступінь ослаблення магнітного поля ТЕД, о.е.	a a 1 a 2	1 0,66 0,44
22.	Опір обмоток ТЕД, Ом якоря, головних полюсів, додаткових полюсів	R я R г.п. R д.м.	0,012 0,0092 0,0078
23.	Падіння напруги на щітках, У	D U щ	2
24.	Температура зовнішнього повітря,	t н	20 ° С
25.	Температура прогрітого ТЕД,	t r	115 ° С
26.	Число ТЕД, шт.	m	6
27.	ККД тягового редуктора, О.Є	h з	0,975
28.	Питома теплота згоряння палива, кДж / кг	H u	42496
29.	Питома витрата палива дизелем, кг / (кВт * год)	g e	0,209

3. Розрахунок основних параметрів передачі потужності тепловоза в тривалому режимі

На початку зробимо вибір основних параметрів тепловоза в розрахунковому (тривалому) режимі. Розрахунок тягово-енергетичних характеристик тепловоза поізводітся на ПЕОМ, за програмою розробленою на кафедрі ж / д транспорту, з використанням математичного пакета Math Cad [1].

Тривала сила тяги локомотива F _К.Р. визначається при прийнятому значенні коефіцієнта тяги j _К.Р. = 0,166 та рух тепловоза з розрахунковою масою M _сц = 120 т на розрахунковому підйомі (i = 9%) за формулою:

F _к.р = 9.81 * M _сц * j _К.Р., кН (3.1)

F _к.р = 9.81 * 147 * 0,208 = 299,9 кН

Ефективна потужність дизеля

P _e = P _н * s, кВт (3.2)

P _e = 2941 * 1,0 = 2941 кВт

де s = 1,0 - коефіцієнт повноти завантаження дизеля на останній позиції контролера машиніста для електричної передачі потужності.

Потужність, що витрачається на привід допоміжних механізмів тепловоза P _доп, дорівнює:

P _доп = P _e * (Pвсп,% / 100), кВт (3.3)

P _доп = 2941 * 12/100 = 353 кВт

Вільна потужність дизеля (чи потужність йде на тягу) дорівнює:

P _д = P _e - P _доп, кВт (3.4)

P _д = 2941 - 353 = 2588 кВт

Коефіцієнт, що враховує частку відбору потужності дизеля на привід допоміжних механізмів:

b = (P _e - P _доп) / P _e, (3.5)

b = (2941 -353) / 2941 = 0,88

ККД передачі потужності проектного тепловоза:

h = h _сг.р * h _ву.р * h _ТЕД.р * h _зр (3.6)

h _п.р. = 0,96 * 0,991 * 0,915 * 0,975 = 0,849

де h _сг.р, h _ву.р, h _ТЕД.р, h _зр - значення ККД беруться для тривалого режиму роботи з відповідним технічним даними електричних машин [1.2].

Розрахункова швидкість руху тепловоза обчислюється за формулою:

V _кр. = (3,6 * P _д * h _п.р) / F _к.р, км / год (3.7)

V _кр. = 3,6 * 2588 * 0,849 / 299,9 = 26,4 км / год

Потужність на виході випрямної установки (ВУ):

P _dp = P _ву.р. = P _д * h _сг.р * h _ву.р (3.8)

P _dp = P _ву.р. = 2588 * 0,96 * 0,991 = 2462 кВт

Вхідна потужність P _1ТЕД.р і потужність на валу P _2p. = P _ТЕД.р тягового електродвигуна рівні:

P _1ТЕД.р = P _dp / m, кВт P _1ТЕД.р = 2 462 / 6 = 410,3 кВт (3.9.)

P _ТЕД.р = P _1ТЕД.р * h _ТЕД.р., кВт P _ТЕД.р = 410,3 * 0,915 = 375,4 кВт

де m = 6 - число ТЕД

Номінальна частота обертання якоря ТЕД:

n _ном = μ _З * V _кр / (0,1885 * D _k), об / хв (3.10)

n _ном = 4,318 * 26,4 / (0,1885 * 1,25) = 484 об / хв

де μ _З - передавальне відношення тягового редуктора.

Максимальна частота обертання якоря ТЕД:

n _макс = n _ном * V _k / V _кр, об / хв (3.11)

n _макс = 484 * 100 / 26,4 = 1833 об / хв

де V _k = 100 км / год - конструкційна швидкість руху тепловоза.

Дотична потужність локомотива в тривалому режимі:

P _К.Р. = (F _К.Р. * V _К.Р.) / 3,6, кВт (3.12)

P _К.Р. = (299,9 * 26,4) / 3,6 = 2200 кВт

ККД тепловоза в розрахунковому режимі дорівнює:

h _{УРАХУВАННЯМ} = 3600 * P _к.р / B _ч * H _і, о.е. (3.13)

h _{УРАХУВАННЯМ} = 3600 * 2200/614, 6 * 42 496 = 0,303

де B _год - годинна витрата палива дизелем, кг

B _ч = g _e * P _e, кг (3.14)

B _ч = 0,209 * 2941 = 614,6 кг

де g _e = 0,209 кг / (кВт * год) - питома витрата дизельного палива [1].

ККД дизеля можна визначити як:

h _диз. = 3600 / g _e * H _і, о.е. (3.15)

h _диз. = 3600 / 0,209 * 42496 = 0,405

Для перевірки ККД тепловоза можна обчислити за формулою:

h _т.р1 = h _диз * h _п.р * b (3.16)

h _т.р1 = 0,405 * 0,88 * 0,849 = 0,303

Коефіцієнт передачі потужності тепловоза:

f _p = P _kp / P _e (3.17)

f _p = 2200 / 2941 = 0.748

Питома номінальна потужність тепловоза обчислюється:

P _н = P _kp / M _сц, кВт / т (3.18)

P _н = 2200 / 147 = 14, 97 кВт / т

4. Розрахунок і побудова тягової характеристики тепловоза і його ККД

Розрахунок проводиться за наявними електромеханічним характеристикам ТЕД заданих в табличній формі (табл. 2), знятих при напрузі на ТЕД U _ТЕД при повному a _пп = 1,0 і двох ослаблених магнітних полях ТЕД a ₁ = 0,66 і a ₂ = 0, 44.При цьому необхідно прагнути, щоб потужність на валу була рівна потужності ТЕД проектного тепловоза.

Ступінь ослаблення магнітного поля ТЕД виражається:

a = I _в / I _я (4.1)

де I _в - струм обмотки послідовного збудження, I _я - струм якоря.

Задаємося довільно шістьма значеннями струмів якоря з електромеханічних характеристик ТЕД від I _{ТЕД.мін} = 600 А до I _{ТЕД.макс.} = 1200 А.

Значення струмів заносимо в зведену таблицю 3 розрахунку тягової характеристики тепловоза. Сюди ж у колонку для повного поля a = 1,0 вводимо з таблиці 2 значення напруги, що підводиться U _ТЕД, а з відповідних графіків [1] залежність ККД генератора h _сг від струму I _d на виході випрямної установки.

Струм на виході ВУ дорівнює:

I _d = I _ТЕД * m (4.2)

де m = 6 число паралельно з'єднаних ТЕД.

4.1 Розрахунок і побудова зовнішньої характеристики тягового генератора

Зовнішня характеристика тягового генератора представляє собою залежність вихідної напруги тягового генератора від струму навантаження, тобто U _р = f (I _г).

При наявності випрямної установки зовнішня характеристика генератора будується на її виході, тобто

U _d = f (I _d)

Для забезпечення постійного завантаження валу дизеля зовнішня характеристика генератора має вигляд гіперболи, тобто

P _d = U _d * I _d = const. (4.3)

Напруга на виході ВУ U _d при довільних значеннях струмів на виході ВУ I _d (що визначаються формулою (4.2)) визначається за формулою:

U _ТЕД = U _d = (P _d * h _сг.р * h _ву.р * 1000) / I _d, У (4.4)

Тут: ККД ВУ приймаємо рівні за значенням в тривалому режимі (зважаючи на його незначного відхилення від струму навантаження I _d).

Результати всіх обчислень заносимо в зведену табл. 3.

Визначимо основні параметри зовнішньої характеристики генератора.

Номінальна напруга на виході ВУ (орієнтовно рівне роботі тепловоза в тривалому режимі) можна визначити:

U _d.н. = U _d.макс / C _r, У (4.5)

U _d.н. = 750 / 1,6 = 468,8 В

де U _d.макс. - максимальна напруга на виході ВУ. Воно повинно бути не нижче напруги U _ТЕД при мінімальному струмі I _ТЕД.

Номінальний струм на виході дорівнює:

I _d.н. = P _dp * 1000 / U _d.н., А (4.6)

I _d.н. = 2462 * 1000 / 468,8 = 5252 А

Мінімальне значення струму на виході ВУ:

I _d.мін. = 1000 * P _d * h _сг.р * h _ву.р / U _d.макс., А (4.7)

де h _сг.р = 0,956 - значення ККД синхронного генератора при мінімальному струмі I _do = 3600А (I _do = 600 * 6 = 3600 А).

I _d.мін. = 1000 * 2588 * 0,956 * 0,991 / 750 = 3270 А

Максимальне значення струму ВУ:

I _d.макс. = I _d.мін. * C _r1 (4.8)

I _d.макс. = 3270 * 2.45 = 8012 А

Значення I _d.макс. Повинно бути більше I _ТЕД * m

I _d.макс.> 1200 * 6 = 7200 А.

Якщо I _d.макс. <I _ТЕД * m, то слід збільшити коефіцієнт регулювання генератора по струму C _r1 і навпаки.

Мінімальна напруга на виході ВУ:

U _d.мін = 1000 * P _d * h _{сг.макс} * h _ву.р / U _d.макс, У (4.9)

U _d.мін = 1000 * 2588 * 0,935 * 0,991 / 7200 = 333 В

де h _{сг.макс} - ККД генератора при максимальному струмі.

За даними розрахунковим точкам, а також використовуючи розрахунки на ПЕОМ будуємо зовнішню характеристику тягового генератора U _d = f (I _d).

4.2 Розрахунок тягової характеристики тепловоза і його ККД

Розрахунок тягової характеристики тепловоза F _k = f (V _k) проводиться за спрощеним формулам [1,2,3,], використовуваних в заводських розрахунках.

Використовувані електромеханічні характеристики ТЕД знімаються при певних значеннях струмів I і напруги на ТЕД U _'ТЕД. У проектних тепловозах потужність локомотива, а, отже, і потужність і напруга ТЕД зазвичай відрізняються від тих, при яких зняті електромеханічні характеристики.

Тому, при розрахунку швидкості руху тепловоза V _k враховується її зміна від зміни напруги на ТЕД пропорційно зміні противо-ЕРС, тобто

, (4.10)

де V - швидкість руху тепловоза при напрузі на ТЕД U = U _ТЕД;

V '- те ж при напрузі U' = U _'ТЕД, взятому з відомих електромеханічних характеристик ТЕД.

При розрахунку моменту ТЕД М _ТЕД (а, отже, і сили тяги F _{К. ТЕД)} його зміна від напруги, що підводиться не враховується, тому що розрахунок М _ТЕД проводиться при одних і тих же токах, а

М _{ЕМ. ТЕД} = C _М * Ф * I, (4.11)

тобто при одних і тих же токах електромагнітний момент М _ЕМ двигуна не змінюється. А зміна моменту на валу ТЕД від зміни магнітних і механічних втрат у ньому, не враховуємо зважаючи на їх малості.

Решта розрахункові параметри наведені нижче і зведені в табл. 3.

Розрахунок проводиться за електромеханічним характеристикам ТЕД при повному поле a = 1,0 і двох ослаблених магнітних полях a ₁ = 0,66 і a ₂ = 0,44.

Сумарний опір якірного ланцюга одно [1]:

R _c = R _я + a * R _Г.П. + R _Д, Ом (4.12)

де R _я, R _Г.П., R _Д - активні опори якірного ланцюга ТЕД, їх величини взяті з [1.3] та наведені у вихідних даних.

R _c = 0,012 + a * 0,0092 + 0,0078

При a = 1,0; R _c = 0,029 Ом;

a ₁ = 0,66; R _c = 0,026 Ом;

a ₂ = 0,44; R _c = 0,024 Ом.

4.2.2 Сумарний опір якірного ланцюга при прогрітому до t _Г = 115 ° С ТЕД одно:

R _СГ = R _з [1 + K _Г * (t _Г - t _Н)], (4.13)

де K _Г = 0,004 Ом / ° С - температурний коефіцієнт опору міді;

t _Н = 20 ° С - температура, при якій визначалися опору обмоток.

При a = 1,0; R _c.г = 0,040 Ом;

a ₁ = 0,66; R _ц.р. = 0,036 Ом;

a ₂ = 0,44; R _ц.р. = 0,033 Ом.

Проти-ЕРС проектного тепловоза:

E _ТЕД = U _ТЕД - (I _ТЕД * R _С.Г + D U _щ), (4.14)

де D U _щ = 2 В - падіння напруги на колекторно-щітковому переході ТЕД;

U _ТЕД - шість значень напруг ТЕД, визначених формулою (4.4).

Заносимо в розрахункову табл.3 шість значень напруг

U _'Тед - з наявних електромеханічних характеристик ТЕД (табл. 2) при прийнятих токах ТЕД I _ТЕД (6 значень).

Проти-ЕРС ТЕД E _'ТЕД, при якій зняті електромханіческіе характеристики, обчислюється за формулою, аналогічною (4.14):

E _'ТЕД = U' _ТЕД - (I _ТЕД * R _С.Г + D U _щ), (4.15)

З наявних електромеханічних характеристик, заносимо в зведену таблицю значення чисел оборотів ТЕД n _'ТЕД і моменту М _ТЕД при прийнятих значеннях струмів ТЕД I _ТЕД.

Частота обертання якоря ТЕД проектного (заданого) локомотива визначається:

n _ТЕД = n _'ТЕД * (E _ТЕД / E' _ТЕД), (4.16)

Швидкість руху локомотива дорівнює [1]:

V _k = 0.1885 * n _ТЕД * D _k / μ _з, км / год (4.17)

де D _k = 1.25 м - діаметр колеса по колу катання;

Сила тяги проектного локомотива визначається виразом:

F _k = 2 * М _ТЕД * m * μ _з * h _з / D _k, Н (4.18)

Всі параметри даної формули наведені у вихідних даних (табл. 1).

Дотична потужність P _k проектного локомотива:

P _k = F _k * V _k / 3.6, кВт. (4.19)

ККД тепловоза визначається формулою, аналогічною (3.13):

h _Т = , О.е. (4.20)

У табл. 4 наведені основні параметри тепловоза в тривалому режимі.

Таблиця 4

4.3 Розрахунок дотичній сили тяги тепловоза, обмеженою зчепленням коліс з рейками

Дотична сила тяги визначається за формулою [1]:

F _к.сц = 9.81 * M _сц * y _к., (4.21)

де y _к - коефіцієнт зчеплення для подвійного тепловоза, за правилами ПТР визначається [3.2]:

y _к = 0,25 + , (4.22)

де V - довільно задана швидкість руху тепловоза від 0 до 25 км / ч.

Розрахунок кривої обмеження сили тяги зведений в табл.5.

Таблиця 5

4.4 Побудова тягово-енергетичних характеристик тепловоза 2ТЕ121

На підставі зведеної таблиці (табл. 3), отриманої на підставі розрахунків на ПЕОМ в Math Cad будується тягова характеристика тепловоза (рис.3).

Тягова характеристика тепловоза включає:

1. лінії значень сили тяги F _k при повному і ослаблених магнітних полях ТЕД;

2. криву обмеження сили тяги по зчепленню F _к.сц;

3. пряму, що обмежує силу тяші по конструкційної швидкості

V _k = 100 км / год;

На кривій сили тяги F _k при повному полі нанесена точка тривалого режиму роботи тепловоза F _кр = 299,9 кН і V _кр = 26,4 км / ч.

На аркуші також нанесені:

4. криві дотичній потужності P _k і ККД тепловоза h _т при повній і ослаблених полях ТЕД.

Значення точок переходу роботи ТЕД з повного поля збудження на ослаблене й навпаки визначається відповідною настроюванням реле переходу або диференціального реле електрообладнання тепловоза.

Орієнтовно можна прийняти ці значення за табл. 6 у залежності від конструкційної швидкості V _k = 100 км / ч.

Таблиця 6

1 - перехід з ПП на ОП1; 2 - перехід з ОП1 на ОП2;

3 - перехід з ОП2 на ОП1; 4 - перехід з ОП1 на ПП.

Висновок

1. Розрахована електрична передача потужності змінно-постійного струму забезпечує в тривалому режимі роботи силу тяги тепловоза

F _к.дл = 299,9 кН при швидкості руху V _к.дл = 26,4 км / ч. ККД тепловоза при цьому становить h _тр = 0,307. Коефіцієнт тяги тепловоза j _кр = 0,208. ККД передачі потужності h _п = 0,849.

2. Максимальне значення ККД тепловоза при номінальній витраті палива g _e = 2090 г / (кВт * год) в діапазоні роботи від V _к.дл до V _k = V _макс = 100 км / год складає h _т = 0,307.

3. Електропередача забезпечує задану конструкційну швидкість тепловоза V _k = 100 км / год при прийнятій другого ступеня ослаблення магнітного поля a ₂ = 0,44.

4. Сила тяги при рушанні тепловоза з місця складає F _к.тр. = 432,6 кН.

Розрахована передача потужності для тепловоза 2ТЕ121 повністю задовольняє вихідним даним.

Список використаної літератури

1. Методичні вказівки до курсового та дипломного проектування ² Розрахунок на ПЕОМ електромеханічних характеристик тягових електродвигунів і тягово-економічних характеристик тепловозів ² / Укл. В. М. Новіков, А.І.Костюкевіч.Ч.1; 2. - Луганськ: ЛМСІ, 1992 .- 100с.

2. Основи локомотивної тяги / С. М. Осипов, К. А. Миронов, В. І. Ревич. - М: Транспорт, 1979. - 440С.