- •Проектные расчёты турбонаддувочных агрегатов судовых двигателей внутреннего сгорания
- •Введение
- •Энергетический баланс турбокомпрессора
- •Требование, предъявляемые к турбокомпрессору,
- •3. Особенности проектирования элемнтов
- •Рабочее колесо компрессора.
- •. Спиральная камера
- •Особенности проектирования элементов
- •Газоподводящий корпус.
- •Коэффициент полезного действия турбины
- •Газоотводящий корпус
- •Методика газодинамического расчета
МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ
КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра судовых энергетических установок
Проектные расчёты турбонаддувочных агрегатов судовых двигателей внутреннего сгорания
Методические указания
к курсовому и дипломному проектированию для
студентов специальности 7.100312 “Эксплуатация судовых энергетических
установок”
Керчь, 2009
Автор (составитель): Конюков В.Л., к.т.н., доцент кафедры СЭУ КГМТУ
Рецензенты: Горбенко А.Н., к.т.н., доцент кафедры СЭУ КГМТУ
Мельников А.В., механик 1 разряда, ст.механик МБ «Бора»
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры СЭУ КГМТУ
Протокол № 7 от 16 января 2009 года
Методические указания рассмотрены и рекомендованы к утверждению
на заседании методической комиссии МФ КГМТУ,
Протокол № 7 от 15 апреля 2009 года
Методические указания утверждены на заседании Методического совета КГМТУ,
Протокол № 5 от 22 апреля 2009 года.
© Керченский государственный морской технологический университет
Введение
Мощность поршневого ДВС определяется размерами цилиндра, их числом, частотой вращения, тактностью двигателя и средним эффективным давлением.
Наиболее эффективным средством увеличения мощности двигателя является
повышение среднего эффективного давления, которое пропорционально среднему индикаторному давлению. Среднее индикаторное давление может быть повышено за счёт улучшения протекания рабочего цикла двигателя и за счёт повышения весового заряда воздуха, поступающего в цилиндр, то есть наддува.
В судовых установках наибольшее распространение получил газотурбинный наддув. При газотурбинном наддуве газовая турбина, работающая на выпускных газах
двигателя, и центробежный нагнетатель устанавливаются на одном валу и представляют один агрегат, называемый газотурбонагнетатель (ГТН). Он кинематически не связан с двигателем. Выпускные газы двигателя поступают в турбину и приводят ее во вращение, а вместе с ней и вал нагнетателя. Воздух засасывается из окружающей атмосферы и сжимается в нагнетателе до давления Рк, затем нагнетается через холодильник в воздушный коллектор двигателя.
В целях лучшей очистки (продувки) камеры сгорания от продуктов сгорания топлива, а также охлаждения днища поршня, стенок цилиндра и клапанов, угол перекрытия клапанов при наддуве значительно увеличивают. Наивыгоднейшее значение угла перекрытия клапанов колеблется в пределах 90………..120° поворота коленчатого вала и в каждом случае определяется опытным путём.
Увеличение угла перекрытия клапанов при наддуве осуществляется за счёт увеличения опережения открытия впускного клапана и некоторого увеличения запаздывания закрытия выпускного клапана, что вполне возможно при возросшем давлении поступающего воздуха до давления Рк. Во избежание возможного нарушения продувки камеры сгорания и в целях использования энергии выпускных импульсов выпускной трубопровод при газотурбинном наддуве дизеля распределяется на отдельные ветви.
В выпускном тракте дизеля, вследствие пульсирующего характера выпуска, возникают волны давления газов (импульсы). Продувку камеры сгорания, очевидно, надо производить в период малых давлений в выпускном коллекторе двигателя. Увеличение продолжительности периода малых давлений в выпускном тракте, возможно, достичь соответствующей группировкой цилиндров по различным ветвям выпускного трубопровода.
Для повышения показателей работы двигателя с наддувом весьма целесообразным является охлаждение надувочного воздуха.
При охлаждении надувочного воздуха происходит:
1.Понижение температуры в начале сжатия, а, следовательно, и во всех остальных основных точках цикла и средней температуры цикла;
2.Уменьшение теплонапряжённости стенок цилиндра;
3.Уменьшение температуры дна поршня и стенок цилиндра;
4.Повышение весового заряда воздуха, а следовательно, и эффективной мощности двигателя (примерно на 2,5 % на каждые 10° снижения температуры);
5.Повышение среднего эффективного давления, примерно, прямо пропорционально повышению давления надувочного воздуха.
Воздухоохладители обычно выполняются совместно, с нагнетательным трубопроводом надувочного воздуха. Скорость воздуха в воздухоохладителе колеблется от 20 до 100 м/с, а потери давления при этом составляют 1,5…….5 кПа в каждой секции охладителя. При малых степенях наддува ограничиваются одноступенчатым охлаждением воздуха (снижением температуры на 20…….60°), а при высоких степенях наддува применяют двухступенчатое охлаждение.
Газотурбонагнетатель представляет собой агрегат, состоящий из центробежного компрессора (нагнетателя) и газовой турбины. Ротор турбины в таком агрегате закрепляется на одном валу с ротором центробежного компрессора. В таблице 1 приведены основные параметры некоторых судовых ТНА. В таблице буквами обозначены: Р – радиальная центростремительная турбина; О – осевая турбина; Ц – центробежный компрессор.
Таблица 1
Параметры ТНА
|
ТКР – 8,5 |
ТКР - 11 |
ТКР - 14 |
ТКР - 18 |
ТКР - 23 |
ТК - 23 |
ТК - 30 |
ТК - 34 |
ТК - 38 |
ТК - 50 |
ТК - 64 |
1. Базовый диаметр колес компрессора и турбины, мм
2 . Тип турбины
3. Тип компрессора
4. Максимальная степень сжатия
5. Допустимая длительная температура газов перед турбиной, °С
|
85
Р
Ц
1,6
600
|
110
Р
Ц
2,0
600
|
140
Р
Ц
2,5
600
|
180
Р
Ц
2,5
600
|
230
Р
Ц
2,5
600
|
230
О
Ц
2,5
600
|
300
О
Ц
2,5
600
|
340
О
Ц
2,5
600
|
380
О
Ц
2,5
550
|
500
О
Ц
2,0
550
|
640
О
Ц
2,0
550
|
6 . Максимальная температура газов перед турбиной в течении 1 ч, °С
7. Адиабатный КПД компрессора (не менее) - с лопаточным диффузором
- с безлопаточным диффузором
8. Мощностной КПД турбины (не менее)
9. Максимальный ресурс компрессора, ч
|
650
0,72
0,68
0,74
4*103 |
650
0,74
0,70
0,76
6*103
|
650
0,76
0,72
0,76
8*103 |
650
0,76
0,72
0,78
104
|
650
0,78
0,74
0,78
104
|
650
0,78
0,74
0,76
2*104 |
650
0,78
0,74
0,76
2*104
|
650
0,80
0,74
0,77
2*104
|
600
0,80
0,74
0,78
2*104
|
600
0,80
0,75
0,78
2*104
|
600
0,80
0,75
0,80
2*104 |
Продолжение таблицы 2.
Параметры ТНА
|
ТКР – 8,5 |
ТКР - 11 |
ТКР - 14 |
ТКР - 18 |
ТКР - 23 |
ТК - 23 |
ТК - 30 |
ТК - 34 |
ТК - 38 |
ТК - 50 |
ТК - 64 |
||||||||
10. Габариты ТНА (не более), мм:
- длина
- ширина
- высота
11. Полная масса (не более), кг: |
240
200
200
15 |
280
260
260
20 |
350
320
320
40 |
450
380
380
70 |
320
460
450
105
|
580
580
180
180 |
700
700
350
350
|
1000
800
800
510 |
1150
900
900
700
|
1500
1150
1150
1500
|
2000
1500
2900
2900
|
||||||||
|