курсовая по судовым. Подбор газотурбонагнетателя для двс

• Название: Подбор газотурбонагнетателя для двс
• Анкор: курсовая по судовым
• Дата: 27.02.2023
• Размер: 0.55 Mb.
• Имя файла: KR_po_turbinam.docx
• Тип: Пояснительная записка; #957842
• страница: 4 из 4

Упрощенный расчет компрессора и системы промывки.

Таблица 1.1 – Упрощенный расчет компрессора и системы промывки

Показатель	Расчетная формула	Пример расчета ТК	Примечание
1	2	3	4
1. Расчет воздуха через компрессор Gк, кг/с Расход газа через турбину Gг, кг/с	Gг=Gk*(1+1/(α*Lo)) Gk=(0,18*2000*27,27*1,4)/3600 Gr=1,9*(1+1/(27,27))	1,9 1,98
2. Давление за компрессором Р¹к, Па ΔРох- потери давления в воздухоохладителе (между компрессором и цилин­драми двигателя)	Р¹к = Рк – ΔРох = 250000 – 3000 = 247000	247000	Задано Рк ; ΔРох
3. Давление перед компрессором Ро, Па ΔРвх- потери давления на входе в компрессор	Ро = Ра – ΔРвх	96000	Задано Ра; ΔРвх
4. Степень повышения давления πк		2,6
5. Адиабатная работа компрессора Нк, Дж/кг	Нк = 1005 * Та * Δt'к Проверка:	90884	Δt'к – в приложе­нии 5; Та – задано
6. Коэффициент напора Нк¹	Нк¹ (с лопаточными диффузорами)	1,39	Приложение 4 в зависимости от Дк
7. Окружная скорость Uк (на диаметре Дк), м/с		362
8. Частота вращения ротора n, об/мин		20344	Дк – задано
9. Мощность привода компрессора на валу Nк, кВт	Nк = Gк * Нк * ηк	142	ηк – в приложении 4 в зависимости от Дк (большие значения относятся к более мощным ДВС)
10. Коэффициент расхода компрессора Сm¹		0,3	Принимается 0,20 – 0,35
11. Скорость потока воздуха перед колесом С1, м/с	С1 = Сm¹ * Uк	108,6
12. Скорость потока воздуха в колесе компрессора Ск, м/с	Ск = (0,9 – 1,0) * С1	97,7
13. Температура воздуха после компрессора Тк, К	Тк = Та + 130	418
14. Плотность воздуха ρк, кг/м³		2,1	R = 287 Дж\кгК
15. Ширина колеса компрессора bк, мм		8,7	Дк в метрах
16. Число лопаток колеса компрессора Zк, шт		18	Принимается: Zк = 12 – 23
17. Длина канала компрессора Lк, м	Lк = (1 – 1,1)Дк	0,34	Lк – принимается в зависимости от Дк
18. Параметры диффузора: - число лопаток Zд, шт; - ширина bд, мм		20 7,8	Принимается: Zд = 13 – 31; bд = (0,9-1,0) bк
19. Площадь омываемой поверхности Fгр ,м2	Fгр = (2 Zк * bк + 2 Zд * bд)*Lк	0,21
20. Расход моющего состава Т1 GТ1 , кг/с	Gт1 = qт1 * Fгр	0,0105	qт1 = 0,05 кг/с
21. Количество раствора, кг: Т1QT1; T2QT2	Qт1 = q'т1 * Fгр Qт2 = 2Qт1	0,0945 0,189	q'т1 = 0,45 кг/м2
22. Давление воздуха в емкости для моющего состава, Па	Рх = Рк	250000
23. Скорость выхода моющего состава из форсунки Сф ,м/с		21,8	Принимается: φф = 0,95 - 0,96; ρТ1 = 950 кг/м3
24. Суммарная площадь проходных сечений форсунки Fф ,мм2		0,51
25. Количество отверстий в форсунке Zф		Zф = 6	Принимается: 4-8
26. Диаметр отверстий форсунки dоф, мм		1	π = 3,14

Таблица 1.2 – Упрощенный расчет турбины и системы промывки

Показатель	Расчетная формула	Пример расчета ТК		Примечание
1	2	3		4
1. Температура газа перед турбиной, К	Перевести заданное значение Тт в Кельвины	813		Задано Тт °С
2. Скорость выхода газа из рабочих лопаток на режиме промывки w2 , м/с		150		Принимается w2 = 130 – 330 (большие значения относятся к более мощным ДВС)
3. Температура газа на выходе из турбины Т2т, К 3.1 Поправочный коэф­фи­циент ηпопр (см. рисунок1 метод. указаний) 3.2 КПД турбины ηт = ηi ηм 3.3 КПД турбины с учетом импульсивности ηти = ηт ηпопр 3.4 Общий КПД турбо­компрессора ηтк = ηк ηт; 3.5 Адиабатная работа турбины Нт, Дж/кг Нт = (GкНк)/(Gг ηти ηм); 3.6 Адиабатный перепад температур Δt=Нт/1130.	Т2т = Тт – (Δt * ηi *ηпопр)	726 0,97 0,75 0,73 0,62 127094 112		Принимается ηi = 0,8 - 0,9 Принимается ηм = 0,92 – 0,98 Принимается ηк = 0,7 – 0,84 (большие значения относятся к более мощным ДВС)
4. Мощность турбины Nт = Gг * Нт * ηти, кВт	Nт = Gг * Нт * ηти	184
Производиться сравнение мощностей турбины и компрессора (Nт и Nк). В случае, когда Nт < Nк, или Nт > Nк на величину, превышающую 3% необходимо намечать способы обеспечения баланса мощностей турбины и компрессора (см. источник [3]). Nт = __184 кВт ; Nк = __142 кВт ; 22 %
5. Температура поверхности рабочих лопаток, Тл, К			729	δт = 0,99; С¹p2 = 1080 Дж/кгК
6. Коэффициент теплопроводности, λт Вт/мК	λт		0,044	[9] Принимается 0,044
7. Коэффициент кинематической вязкости газа, υ2, м2/с	υ2		0,000033	[9] Принимается 0,000033
8. Критерий Прандтля Pr	Pr		0,67	[9] Принимается 0,67
9. Критерий Рейнольдса Re			196818	L2 = 0,0433 м
10. Критерий Нуссельта Nu	Nu = 0.037 Re0.8 * Pr0.43		535
11. Коэффициент теплоотдачи от газа к лопатке, Вт/(м2ºС)	αт = Nu * λт / L2		543
12. Площадь охлаждаемой рабочей лопатки,.м2	F'p = 2 b'2 * L2		0,002	b'2 = 0,0239 м
14. Длина лопатки hл, мм	hл = (0,12 – 0,24) Дт		44,8	Дт – задано
15. Объем охлаждаемой лопатки, м3	V'p = F'p * hл		0,000081	hл – в мм
16. Требуемый теплосъем с рабочих лопаток, Дж	Qт =Cрл*V'p*(Тл-Т'1)*Zp* ρл		3622750	ρл = 7800 кг/м3 Cрл =460 Дж/кгК Т'1 = 373 K; Zp = 35
17. Средняя температура лопатки в процессе охлаждения, К			652	α'т = 1,1
18. Количество теплоты, передаваемой от газа лопаткам в процессе их охлаждения до 373 К, Вт	qr = αт * F'р * (Тл-Тср) * Zp		2921
19. Коэффициент теплоотдачи от воды к газу, Вт/(м2К)	αw =αт * [(Tт- Т'1)/( Т'1-Tw)]		11946	Tw = 353 K
20. Количество теплоты, отбираемой водой в процессе охлаждения лопаток, Вт	qw = Zp * F'p * (Tcp-Tw) *Хв*Ср		17556	Cp = 4190 Дж/кгК Хв = 0,2
21. Время, необходимое для охлаждения лопатки до 373 К, с	τ1 =Qт / (qw-qr)		247
22. Время промывки τ2, с	Принимается		180
23. Общее время промывки τпр, с	τпр = τ1 + τ2		427	7 мин 7 с
24. Площадь сопловой лопатки, м2	F'c = 2b1 * L1		0,0044	L1=0,0445 м b1 = 0,049 м
25. Омываемая поверхность сопловых и рабочих лопаток, м2	F = F'c * Zc + F'p * Zp		0,0066	Zc = 30
26. Расход моющей жидкости, кг/с	G'w = Gж * F * δ'пл * ρw		0,0077	δ'пл = 1*10-3 кг/м ρw = 972 кг/м3 Gж = 1,2 кг/с
27. Требуемое количество моющей жидкости, кг	Сw = G'w * τпр		3,3
28. Давление газов за турбиной Р1, Па ΔРвых – потери давления за турбиной.	Р1 = Ра + ΔРвых		103000	Задано ΔРвых
29. Относительный перепад температур Δt'т	Δt'т = ∆t / Тт		0,1377
30. Давление газов перед турбиной Рт, Па	Рт = Р1 * πт		164800	πт находиться в приложении 5 по данным Δt'т
31. Плотность газа перед турбиной, кг/м3	ρт = Рт / R * Tт		0,7	R=288 Дж/кг К
32. Скорость течения газа перед турбиной, м/с	Čт = Gr / zпр* ρт * F		183	zпр = 0,2
33. Диаметр канала dкан, мкм	Принимается (50 - 400)		80
34. Требуемая скорость движения капли, м/с	Cw = Čт + +[(16(G’w)1.5- 4860)/dкан]		122,25	dкап в мкм
35. Коэффициент теплопроводности воды, Вт/(мºС)	λw		0,00668	[9] Принимается 0,00668
36. Коэффициент кинематической вязкости ,м2/с	υw		0,000000365	[9] Принимается 0,000000365
37. Коэффициент температуропроводности от газа к капле ,м2/с	αw		0,0000163	[9] Принимается 0,0000163
38. Критерий Pr для капли	Prw		2,23	[9] Принимается 2,23
39. Критерий Re для капли	Rew = (Cw * dкап ) / υw		26794	dкап в м
40. Критерий Nu	Nuw = 0,66*Rew0.5*Prw0.33		140
41. Коэффициент теплоотдачи от капли к газу, Вт/(м2ºС)	α'w = Nuw * λw / dкап		11900
42. Расхождение, %	|δαw| =| (αw-α’w) / α’w | *100 При δαw ≤ 1% -переход к п.43 При δαw>1%-возврат в п.33		0,38%
43. Расстояние от соплового аппарата до места установки форсунки, м	Lф = Уф* (dкап102/Тт * Čт)		0,037	dкап в мкм Уф = 0,7

Заключение:

Реальным турбокомпрессором для моих расчетных данных является ТК-30. В соответствии с исходными данными на курсовой проект в качестве двигателя прототипа выбираем дизель 8 ЧН 22/24, мощностью 1300 кВт.

Турбина имеет мощность 184 кВт, а компрессор 142 кВт. Разница в мощностях составляет около 22%. Мощность турбины больше мощности компрессора, это означает, что энергия поступающих на турбину газов избыточная и часть газов путем байпасирования можно направить на использование ее в силовой турбине. Для обеспечения баланса мощности турбины и компрессора существуют следующие конструктивные способы:

- использование на одном валу с турбиной не только компрессор, но и турбодетандер (ТД);

- использование компрессора с разнесенными лопатками, которые обеспечивают широкий диапазон рабочих характеристик компрессора;

- применение поворотных сопловых лопаток турбины;

- использование системы регулирования наддува, в частности, установку регулятора давления наддува.

Частота вращения компрессора n=21000 об/мин. КПД турбины составляет 76%, компрессора - 62%. Температура газа перед турбиной Тт= 813 К, после Тт=726 К. Степень повышения давления турбины – 2,6 , компрессора - 2,4. Компрессор создает давление в бар. Потери давления на входе в компрессор составляют ΔРвх=5000Па, это говорит о том, что необходима срочная очистка фильтр загрязнен, но незначительно (допустимые значения 2000-5000Па). Потери давления в 3000Па на воздухоохладителе (ΔРох) указывают на то, что фильтр загрязнен, но незначительно (допустимые значения 3000-6000Па). Потери давления за турбиной ΔРвых входят в допустимы рамки. Очистка секций фильтра проводится в ваннах с предварительным замачиванием в течение 30-60 минут. В случае незначительного загрязнения допустимо продувание паром или воздухом.

Для промывки компрессора рекомендуется применять чистую проточную воду, подогретую до 55-70 градусов. Исследования показывают, что результаты промывки чистой пресной водой и моющим средством практически одинаковы. Для промывки турбины лучше использовать жидкость при температуре 80-90 градусов, чтобы избежать термических ударов.

Расходной бачек разделен на две камеры ёмкостью 95 мл и 189 мл. Общее время промывки турбины составляет 7 м 7 с минут. При этом требуемое количество моющей жидкости составит 3,3 л.