close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kursovoy proekt TCA - 88

код для вставкиСкачать
Розділ 3. Розрахунки параметрів сумісної роботи поршневої частини двигуна та турбокомпресора
Розділ включає вибір марки турбокомпресора (ТК) для точки L1 поля робочих параметрів двигуна , яка визначає максимальну тривалу потужність (номінальну МТП). Оскільки газодинамічні процеси,, які відбуваються у циліндрах дизеля, у турбіні і компресорі, взаємозалежні, МОД розглядається як єдина система , як комбінований двигун Основні данні необхідні для розрахунків наводяться у попередніх розділах.
На підставі розрахунків сумісної роботи власне дизеля й прийнятого ТК визначаються геометричні та енергетичні характеристики компресора, турбіни., уточнюються показники двигуна.. 3.1. Визначення основних параметрів компресора. Вибір марки турбокомпресора.
Для розрахунків системи повітропостачання та її агрегатів необхідно визначити витрати повітря на двигун. Цей параметр разом зі ступенем підвищення тиску повітря у компресорі є основними розрахунковими параметрами необхідними для вибору турбокомпресора. Витрати повітря через компресор GК, кг/c, які необхідні для наповнення і продувки двигуна, знаходяться згідно відомих умов визначення витрат повітря для згоряння заданої кількості палива і обчислюються за формулою GК = ge Neн Lo α φa/3600,(1.1)
де Lo - теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива (для палива середнього складу Lo = 14,3 кг/кг);
- коефіцієнт надлишку повітря при згорянні палива φа - коефіцієнт продувки (φа = 1,1...1,15 , для двотактних - φа =1,2...1,4)
α φa = aS - сумарний коефіцієнт надлишку повітря вихлопних газів.
Oб'ємні витрати повітря через компресор, нм3/кг, обчислюються за формулою
QК= GК/rн ,
- де rн = 1,16 кг/м3 - питома маса повітря при нормальних умовах.
Іншою важливою характеристикою компресора є ступінь підвищення тиску Пк = Рк/Р0, (1.2)
де Рк' - тиск повітря після компресора, МПа,
Р0 (Рн) = 0,102 МПа - тиск навколишнього середовища (повітря).
Для визначення тиску повітря після компресора, використовується два рівняння витрат повітря через двигун. Перше рівняння базується на залежності зміни об'єму проточної частини двигуна в часі [20], друге - це рівняння (1.1). Об'єднання цих рівнянь дає можливість обчислювати тиск в повітряному ресивері, МПа, за формулою
,
де: - питома витрата палива, кг/(кВт×год);
- ефективна потужність двигуна, кВт;
TК = 320 К- температура повітря в наддувному колекторі;
- діаметр циліндра, м;
S - хід поршня, м;
i - кількість циліндрів;
n - частота обертів, хв-1;
z - коефіцієнт тактності двигуна, який дорівнює 2 для чотиритактного та 1 для двотактного;
- коефіцієнт наповнення циліндра (орієнтовно можна приймати для чотиритактних ДВЗ =0,95, для двотактних -.=0,85.
Тиск повітря після компресора, МПа, обчислюються за формулою
PK = PК/(PК/PK'),
де Ps/PK' = 0,98...0,99 - відносна втрата тиску на шляху від компресора до ресивера.
По визначеним значенням ПК = 3,47 та QK = 33.289 вибираємо у полі робочих параметрів марок ТК потрібний турбокомпресор. У даному випадку нам підходить по значенням компресор MAN TCA - 88 , який має такі показники: Le=14900 кВт; n = 11300 хв -1 ; m=1350 kg та такі габаритні розміри: Довжина - 4220 мм, Ширина - 2010 мм, висота - 2970 мм.
Вибраний турбокомпресор забезпечує витрату та тиск повітря, які необхідні для забезпечення режиму максимальної тривалої потужності двигуна, при цьому згідно даним фірми ККД ТК має значення.... ηТК
Рис 1. Діаграма для вибору турбонагнітача
Рис 2. Загальний вигляд турбонагнітача TCA - 88
3.2.. РОЗРАХУНОК ПРОТОЧНОї ЧАСТИНИ КОМПРЕСОРА
3.2.1. ПОПЕРЕДНЄ ВИЗНАЧЕННЯ КОЛОВОЇ ШВИДКОСТІ U2
№ПараметрПозначення та одиниці вимірюванняДжерела інформації, формулиЧисельні значенняРезультат1Коефіцієнт напору[Мошенцев]2Адіабатна робота стиску в компресоріLад, Дж/кгLад = 128785,6373Колова швидкість на діаметри D2U2, м/сU2=421,468 3.2.2. РОЗРАХУНОК ТА КОНСТРУЮВАННЯ ВХІДНОЇ ДІЛЯНКИ
№ПараметрПозначеня та одиниці вимірюванняДжерела інформації, формулиЧисельні значенняРезультат3Швидкість перед колесомc1, м/сc1 = 147,5144Температура повітря перед колесомТ1,КТ1299,8535Тиск перед колесомР1, ПаР1=935876Густина повітря перед колесом, кг/м3= 1,08677Площа на вході у колесо,м2= 0,0248Зовнішній діаметр колеса на вході,м= 0,3559Середній квадратичний діаметр на вході в колесо, м= 0,332
3.2.3. РОЗРАХУНОК ТА КОНСТРУЮВАННЯ РОБОЧОГО КОЛЕСА КОМПРЕСОРА
№ПараметрПозначення та одиниці вимірюванняДжерела інформації, формулиЧисельні значенняРезультат10
Коефіцієнт циркуляції
μ0,89111Кут входу потоку в колесо на діаметрі D1β1, градβ1=42,86112Кут установки лопатки на діаметрі D1β 1л, град42,861+850,86113Коефіцієнт захаращення на вході у робоче колесо град= 0,50514Швидкість повітря на вході з урахуванням захаращення лопатками ОСА, м/с= 292,10715Кут входу потоку у колесо з урахуванням захаращення на діаметрі D1, град= 61,43816Кут входу потоку на діаметрі Dн,град= 59,79817Відносна швидкість потоку на діаметрі Dн, м/с = 337,98618Число λw на діаметрі Dн = 1,06619Температура повітря за колесомТ2, КТ2= 402,98820Визначення комплексу 3,2221Тис к за колесом,Па = 24244322Густина повітря,кг/м3 = 2,09523Проекція абсолютної швидкості с2 на колову, м/с = 375,5324Меридіональна складова абсолютної швидкості, м/с = 75,8625Абсолютна швидкість повітря на виході з колеса, м/с = 383,11426Число Маха для швидкості с2 = 0,95127Кут потоку на виході з колесаα2, градα2 = 11,42128Ширина колеса на виходіb2, мb2 = 0,088
3.2.4. РОЗРАХУНОК ТА КОНСТРУЮВАННЯ БЕЗЛОПАТНОГО ДИФУЗОРА 29Швидкість на виході з БЛД у першому наближенніС3(1),м/сС3(1),= 319,26230Температура повітря за БЛДТ3(1), КТ3(1)= 425,331Комплекс показника політропи у БЛДkn3kn3 = 2,832Показник політропи у БЛДn3n3 = 1,55633Тиск за БЛДР3, ПаР3 = 281929,3234Густина повітря за БЛДρ3, кг/м3ρ3 = 2,30835Ширина БЛД на виходіb3, мb2·0,77b3=0,0736Кут виходу потоку з БЛДα3, градα3=12,89837Швидкість потоку на виході з БЛДс3(2),м/сс3(2)= 331,89938Температура повітря за дифузоромТ3(2),КТ3(2)= 429,63340Визначення числа МахаМс30,79
3.2.5. .РОЗРАХУНОК ТА КОНСТРУЮВАННЯ ЛОПАТНОГО ДИФУЗОРА КОМПРЕСОРА
№ПараметрПозначення та одиниці вимірюванняДжерела інформації, формулиЧисельні значенняРезультат41Кут установки лопатки ЛД на входіград12,99842Кут установки лопатки ЛД на виходіград= 26,99843Середній кут установки лопаткиград= 19,99844Кут потоку на виході з ЛДград = 25,59545Коефіцієнт захаращення на вході з ЛД = 0,5746Коефіцієнт захаращення на виході з ЛД= 0,96447Ширина дифузора на виході,м= 0,08948Дифузорність Л = 3,70549
Кут розкриття еквівалентно-го дифузора, град
= 6,41
3.2.6. РОЗРАХУНОК ТА КОНСТРУЮВАННЯ ПОВІТРОЗБІРНОЇ ЗАВИТКИ
№ПараметрПозначення та одиниці вимірюванняДжерела інформації, формулиЧисельні значенняРезультати50Комплекси показника політропи в ЛД
kn4=2,975
k2n4=251Температура повітря на виході з ЛД
( перше наближення), К478,55152Швидкість повітря на виході з ЛДм/с=
138,42853Температура повітря на виході з ЛД, К = 523,81954Тиск повітря за ЛД,Па = 400506,15255Радіус дуги середньої лінії лопатки, м0,90956Радіус кола центрів дуг се редньої лінії лопаток, м0,41257Швидкість повітря на виході з компресора
С5, м/сС5 =88,50858ККД завиткиη50,66259Комплекс показника політропи у завитці = 2,31760Зміна тиску повітря у завитці (при ), Па = 3825,75561Тиск повітря за завиткоюР5, ПаР5 = 396680,08462Температура повітря за завиткою()Т5, КТ5 = 478,55163Тиск повітря за завиткою, Па = 324832,85364Адіабатний ККД компресораηадηад = 0,81Адіабатна робота стискування повітряLKад 128785,64NKПовна температура газу за компресоромТ5*Т5+с52/2СрП478,6+88,51^2/2050482,42
3.3. РОЗРАХУНОК ПРОТОЧНОЇ ЧАСТИНИ ТУРБІНИ
3.3.1. Визначення параметрів газу перед турбіною
1. Витрати газу через турбіну, G, КГ/с
12,585 + 0,179*5920/360012,8792. Тиск газу у колекторі, РГ = РТ, МПа(0,75...0,9) РК,
0,87*0,34960,30423. Температура залишкових газів, ТГ
982,8*(0,2972/1,0417)^((1,31-1)/1,31)730,4
4. Повна температура газу перед турбіною Т = ((1,2-1)*315+1,0256*730,4)/(1,2-1+1,0256)662,6
5. Підігрів повітря в компресорі , К
(300*(3,525^(0,4/1,4)-1))/0,84154,76. Температура робочого тіла за ступенем, Береться з подальшим уточненням
- 662,6-154,7507,97. Середня температура процесу в ступені, 0,5*
0,5*(662,6 + 507,9)585,38. Теплоємність робочого тіла, Таблиця 5Д11029. Комплекс, Таблиця 5Д0,26510. Показник ізоентропи, k=1/(1-0,265)
Примітка:
k = 1,33...1,34 - для чотиритактного
ДВЗ;
k = 1,35...1,36 - для двотактного ДВЗ1,3611. Газова стала =1102*0,265292,0312. Уточнення температури робочого тіла за ступенем, 662,6-176636,76/1102502,3113. Допустима величина опору за турбіною, ∆Р, МПаВизначається за результатами гідравлічного розрахунку системи газовідводу ДВЗ. Приймається 0,003...0,00600,003814. Статичний тиск газу за турбіною, P2, МПа
0,1012+0,0038
Примітка: при наявності дифузора за турбіною P2 = P2д = - ∆Рд,
де ∆Рд - підвищення тиску у дифузорі0,10515. ККД турбокомпресора, Приймається 0,68...0,720,7116. Тиск газу перед турбіною, згідно енергетичного балансу , МПа
0,105/(1-0,265*130569,0*12,585/(292,03*662,6*0,71*12,879))^(1/0,265)
0,104/(1-
0,30490
17. Порівняння з РТ(РТ -)./=(0,3042-0,30490)/ 0,30490
0,0023<
0,25 %18. Наявна робота турбіни, (наявний теплоперепад ступеня, Δ´), Дж/КГ
1102*662,6*(1-(0,105/0,30490)^ 0,265)
179699,019 ККД турбокомпресора, ηТКДля сучасних ТК ККД відцентрових компресорів досягає 85%, осьових турбін - 86%. Загальний ККД ТК при цьому становить близько 72,5%.. В інших випадках ηТК приймається в межах 0,60...0,70.
20.Наявний теплоперепад ступеня, Δ, Дж/КГΔ = GК Lад,/ G·ηТК
12,585*128785,64/(12,879*0.71)22827,708161
3.3.2. ТЕРМОГАЗОДИНАМІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ОСЬОВОГО СТУПЕНЯ ТУРБІНИ З ДИФУЗОРОМ
21. Адіабатний перепад ентальпій у дифузорі, hад,, Дж/КГ(0,05...0,1)´
178563*0,0610713,822. Наявний теплоперепад ступеня з дифузором, , Дж/КГ´+ hад
178563+10713,8
189276,823. Теоретична швидкість за сопловими каналами, відповідна наявному теплоперепаду ступеня, , м/с
(2*189276,8)^0,5615,2724. Віяловість ступеня, Приймається 4...6, або згідно прототипу та уточнюється після обчислення довжини робочої лопатки4,825. Міра реактивності ступеня в кореневому перерізі, Приймається 0,03...0,050,0326. Міра реактивності
ступеня на середньому діаметрі, 0,03+(2*4,8-1)/4,8^20,427. Кут виходу потоку із соплової решітки,
, град.Приймається 14...181628. Швидкісний коефіцієнт соплової решітки, Приймається 0,95...0,980,9829. Наявний тепло перепад в соплових каналах,
´, Дж/КГ´
189276,8*(1-0,4)113566,130. Швидкість виходу потоку із соплової решітки,
, м/с
0,98*(2*113566,1)^0,5467,0531. Характеристика
ступеня, 0,98*0,961/(2*(1-0,4)^0,5)0,6079232. Колова швидкість на середньому діаметрі,
, м/с
615,27*0,60792
374,033. Середній діаметр
ступеня, , м
374,03494/(3,14*158)
Примітка:
0,75390
=0,856
D2K
34. Уточнення температури робочого тіла за ступенем, ´
678-189276,8/1090504,3535. Статичний тиск за ступенем турбіни з дифузором, Р2д, МПа
0,301*(1-189276,8/(1090*678))^ (1/0,265)0,0985536. Густина потоку за ступенем турбіни з дифузором, , кг/м3=
0,09855*10^6/(292,03*504,35)0,669137. Втрати енергії в
соплових каналах,
, Дж/КГ
(1-0,98^2)* 113566,14497,2238. Статичні параметри робочого тіла за сопловою решіткою: тиск, , МПа
температура, , К
густина, 0,301*(1-113566,1/
(1090*678))^(1,359/(1,359-1))
678-467,05^2/(2*1090)
0,160*10^6/(292,03*577.94)
0,160
577,94
0,94939. Швидкість звуку на виході з соплової решітки, , м/с
(1,359*292,03*577,94
)^0,5478,922140. Число Маха на виході з соплових каналів, 467,05/478,92210,97521141. Довжина вихідної
кромки соплових лопаток,
, м
39,515/(3,14*0,754
*467,05*0,2756*0,949)0,136631942. Кут розкриття проточної частини, Приймається 4...18
843. Осьовий зазор у
ступені, S, мПриймається 0,003...0,0100,0144. Ширина соплових
лопаток, , мВС = lC/( lC/ ВС) = 0,137/3,0
Рис. 1Д0,045745. Відношення довжини до ширини робочих лопаток, Рис. 1Д
або береться 2,5...4,03.846. Ширина робочих
лопаток, , мВP = lP/( lP/ ВP) 0,15/3,80,03947. Радіальний зазор, , мПриймається
(0,005...0,010)∙0,1∙10-348. Довжина вихідної кромки робочих лопаток, , мЗ ескізу проточної частини
(див. рис. 4Д)
lP = lC+2 (ВP+S) tgγn 0,137+2*(0,039+0,014)*0,141
0,15249. Віяловість ступеня, 0,754/0,1524,96052650. Кут установи соплових лопаток, , град
(рис. 2Д)3551. Хорда профілю соплової лопатки, , м
0,0457/0,574
0,079616752. Відносний крок соплової решітки, Приймається 0,75...0,900,853. Відносна швидкість входу потоку на робочі
лопатки, , м/с
(467,05^2+374,0^2-2*374,0*467,05*0,961)^0,5
149,275254. Кут входу потоку на робочі лопатки у відносному русі, , град
arcsin(467,05*0,2756/149,2752)= arcsin(0,86229313)
59.5755. Швидкісний коефіцієнт робочої решітки, Приймається 0,94...0,960,9656. Ізоентропійний
теплоперепад у робочій решітці, , Дж/КГ
189276.8*0,475710.7257. Наявний теплоперепад у робочій решітці, , Дж/КГ
75710.72+149,2752^2/2
86923,542758. Відносна швидкість
виходу потоку з робочих каналів, , м/с
0,96*(2*86923,5427)^0,5400,2717559. Втрати енергії у
робочому каналі, , Дж/КГ
(1-0,96^2)* 86923,54276814,805760. Статичні параметри потоку на виході з робочих каналів:
температура, густина, 577,94-(400,27175^2-149,2752)/(2*1090)
0,09855*10^6/(292,03*504,51422
)
504,51422
0,6688916161. Швидкість звуку на виході з робочих каналів, , м/с
(1,359*292,03*504,51422
)^0,5
447,4661362. Число Маха на виході з робочої решітки, 400,27175/447,466130,894529715663. Кут виходу потоку з робочої решітки, , град
Arcsin(39,515/(3,14*0,754*400,27175*0,66889161*0,152))= arcsin(0,41011600279)
24.2
64. Кут установки профілів робочої решітки, , град = f(-) f(59,6-24,2)= f(35.4
(рис. 2Д)5065. Хорда профілю робочих лопаток, , м
0,039/0,7660,05091466. Відносний крок робочої решітки, 0,4*0,4+0,60,7667. Абсолютна швидкість виходу потоку з робочої решітки, , м/с
(400,27175^2+374,0^2-2*374,0*400, 27175*0,912)^0,5160,24067568. Втрати енергії з
вихідною швидкістю,
, Дж/кг
160,240675^2/2
12838,53696269. Кут виходу потоку зі ступеня, , град
arccos(400,27175*0,912-374,0)/ 160,240675=
Arcos(-0,03458)
у випадку значного (більше 5...10°) відхилення від 90° змінити кут або 86.7896
70. Колові складові
абсолютних швидкостей:
за сопловою решіткою,
, м/с
за робочою решіткою,
, м/с
467,05*0,961
160,240675*(-0,03458)
448,835
-5,54112371. Колова робота ступеня, , Дж/КГ
374,0*(448,835
-5,541123)165791,90999872. Коловий ККД ступеня за кінематичними параметрами, ´
165791,909998/189276,80,875923
73. Коловий ККД ступеня за коловими втратами, (189276,8-4497,22-6814,8057-12838,536962)/ 189276,8
Таким чином, забезпечується умова
0,872406174. Радіальний зазор, , ммПриймається 0,5...1,00,875. Відносна величина радіального зазору, =/0,0008/0,1520,005263276. Число виступів радіального лабіринтового ущільнення, ZЗа відсутністю лабіринтів Z = 1177. Міра реактивності у периферійному перерізі, 1-(1-0,4)*( 4,96/(4,96+1))^20,584578. Витоки через периферійний радіальний зазор лопаток, 0,15*615,27*3,487*0,0052632*0,875923*0,5845^0,5/(400,27175*0,410)0,00691159387279. Середня густина
потоку в робочих каналах, 0,5*(0,949+0,66889161)0,8089458180. Коефіцієнт
конструктивного
оформлення ступеня, Приймається (0,55...0,90)0,7∙10-381. Втрати від тертя
диска об робоче тіло, 0,0007*0,754*0,80894581*0,60792^3/(0,137*0,276*0,949)0,002673204982. Внутрішній ККД
ступеня, --
0, 0,875923-0,006911593872-0,00267320490,86633820122883.Внутрішній тепло-перепад ступеня, hi . Дж/КГ
189276,8*0,866338201228163977,7224461984. Внутрішня потужність ступеня, ВТ
39,515*163977,722446196479579,702461285. Механічний ККД
ступеня, Приймається 0,95...0,990,9886. Потужність турбіни,
кВТ
6479579,7024612*0,98/10006349,98810
8487. Оцінка помилки у забезпеченні енергетичного балансу турбокомпресора
(6349,9881084-6139,577)/ 6349,98810840,03313566967498 тоб-то не перевищує 3,3 %88. Ефективний ККД турбіни, T
0,866338201228*0,980,849
89. Відносна потужність турбіни, δТNТ//Nе
6349,9881084/186230,340975674 Температура відпрацьованих газів за ТК:
статична, Т2, К
повна, Т2٭ , К
Рис 3. Трикутник швидкостей осьового турбінного ступеня
3.3. Розробка загальної компоновки турбокомпресора
При компонуванні ТК обирається схема з консольним розташуванням коліс компресора та турбіни, яка характерна для фірми МВД. Опорно-упорний підшипник розташовується зі сторони колеса компресора, а опорний - зі сторони диска турбіни. Підшипниковий вузол захищається від високих температур тепловими екранами, які виконуються у вигляді порожнин зі сторони турбіни.
Компонування компресора та турбіни виконується за результатами розрахунків геометрії їх елементів та побудови ескізів проточних частин Рис 4. Ескіз проточної частини осьового турбінного ступеня
Висновки
Після вибору марки ТК (ТСA88/Т9) визначені його геометричні характеристики його змінних частин, за результатами розрахунків параметрів сумісної роботи ПЧД та ТК установлено:
1, Потужність турбіни ТК складає третину (34 %) потужності поршневої частини двигуна.
2, Використання турбінного ступеня з дифузором дало можливість збільшити наявний теплоперепад у турбіні на 6 відсотків і забезпечує енергетичний баланс ТК. 3, Температура повітря за компресором (перед ОНВ) ТК' = 4.Температура відпрацьованих газів за ТК, ТТК = 5. Адіабатний ККД компресора = 0.8, 6. ККД турбіни
Список використаної літератури:
1. .Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Справочное пособие. / Б.П. Байков, В.Г. Бордуков, П. В. Иванов, Р. С. Дейч. - Л.: Машиностроение, 1975. - 200 с.
2. Турбонаддув высокооборотных дизелей / А. Э. Симпсон, В. Н. Каминский, Ю. Б Моргулис. и др. - М. "Машиностроение", 1976. - 288 с.
3. Моргулис П. С., Перфилов В. Г. Турбокомпрессоры тепловозных двигателей. - М.: Машиностроение, 1965. - 147 с.
4. Селезнев К. П., Подобуев Ю. С., Анисимов С. А. Теория и расчет турбокомпрессоов. - Л: Машиностроение, 1968. - 408с.
5. Гофлин А. П., Шилов В.Д. Судовые компрессорные машины. - Л.: Судостроение, 1977. - 270 с.
6. Мошенцев Ю. Л., Жуков Д. О., Борозенець В. Г. Розрахунок ступені відцентрового наддувочного компресора: Методичні вказівки. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - 76 с.
7. Карпов Л. Н., Лютов И. Л., Гаврилов В .С. Двигатели с турбонаддувом (Эксплуатация). - М.: Транспорт, 1971. - 280 с.
8. Аболтин, Б. С. Лямцев и др. - М.: Машиностроение, 1991. -336 с.
9. Корнилов Э. В., Бойко П. В. Системы газотурбинного наддува судовых дизелей. - Одесса: Студия "Негоциант", 2006. - 224 с.
10. Шостак, В.П. Проектування пропульсивної установки суден з прямою передачею потужності на гвинт [Текст]: навчальний посібник [укр. мовою] / В.П. Шостак, В.І. Гершанік, В.П. Кот, М.С. Бондаренко. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - 500 с, іл. ; 28 cм. - Бібліогр.׃ с. 486 - 487. - 750 прим. - ISBN 5-87848-723-5. - ДК № 1150 від 12.12.2002 р.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
73
Размер файла
2 360 Кб
Теги
kursovoy, tca, proekt
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа