 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ТУРБОКОМПРЕССОРА
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
Основные характеристики турбонаддувочных агрегатов (ТНА)
Продолжение таблицы 2.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ТУРБОКОМПРЕССОРА
При газотурбинном наддуве возможны два основных способа использования энергии. В первом способе энергия, потребляемая компрессором, равна энергии, вырабатываемой турбиной. В этом случае турбокомпрессор представляет собой автономный агрегат, связанный с двигателем только газовой связью. Такая схема обеспечивает высокие экономические показатели при максимальном упрощении конструкции и поэтому является наиболее распространённой. При использовании второго способа энергия, вырабатываемая турбиной, не равна энергии, потребляемой компрессором. Небаланс энергии передаётся от двигателя к турбокомпрессору (или наоборот) за счёт применения механической связи ротора турбокомпрессора с коленчатым валом двигателя, что усложняет конструкцию последнего. Эта схема применяется при наддуве двухтактных двигателей в тех случаях, когда не удаётся обеспечить баланс энергии турбины и компрессора, не ухудшая существенно продувку и наполнение цилиндра. Эта схема также применяется в тех случаях, когда необходимо передать избыточную энергию от турбины к двигателю при высоких давлениях наддува и высоких температурах газов перед турбиной. Механическая связь может быть использована для обеспечения высокой приемистости за счёт передачи кинетической энергии ротора турбокомпрессора к валу двигателя на переходных режимах. Полная располагаемая энергия выпускных газов двигателя складывается из энергии Е2 – расширение газов от давления в цилиндре Рв до давления газов перед турбиной Рт (площадь bca, рис. 1) и энергии расширения газов в турбине Е2 от давления Рт до давления Ро (площадь e¢ f ¢ i g e¢) . Применяют два способа использования энергии выпускных газов двигателя: работа турбин на газах постоянного давления (Рт = const) и работа на газах переменного давления (Рт = var).
При работе турбины по первому способу (Рт = const) выпускные газы из всех цилиндров двигателя поступают в один общий выпускной коллектор, а оттуда идут в газовую турбину, которая обычно устанавливается в конце выпускного коллектора. Вследствие значительной длины и объёма выпускного тракта при этом, а отсюда и вследствие значительного сопротивления потоку выпускных газов, большая часть кинетической энергии их Е1 теряется. Превращение кинетической энергии газов, вызванное указанными причинами, в тепловую, сопровождается повышением температуры газов перед турбиной, и поэтому их объём увеличивается, как это показано на рис. 1, на величину DV ( от точки eдо точки е¢ ). При работе турбины на газах переменного давления (Рт = var) выпускная система разбивается на несколько ветвей по возможности малой длины и объёма. Газы по этим ветвям подводятся к одной или нескольким турбинам, расположенным в непосредственной близости к цилиндрам, на газах которых они работают. При такой системе выпуска удаётся использовать не только энергию газов постоянного давления Е2 , но и значительную часть энергии Е1. Турбины, работающие на газах переменного давления, называется “импульсным”, так как они используют волны давления (импульсы), возникающие в выпускном тракте. Для количественной оценки срабатываемой энергии в турбине переменного давления применяют коэффициент
Е2 Е2
Зависимость КЕ от давления Рк при использовании 50% энергии Е1 при температуре газов перед турбиной t Т = 350° показана на рис. 2. Приведённая зависимость показывает, что использование волн давления имеет существенное значение только при малых давлениях наддува (до Рк = 0,15 МПа).
Таким образом, можно сделать вывод, что при высоких степенях наддува в целях упрощения системы выпуска целесообразно применять способ работы турбины при Рт = const . При малых степенях наддува и при наличии возможности группировать выпуск по цилиндрам для каждой турбины целесообразнее применять способ работы с использованием энергии волн давления. Для обеспечения более равномерного потока газов в интервале выпуска в один трубопровод меньше 240° п.к.в. четырёхтактных дизелей применяется преобразователь импульсов. Меньшая продолжительность процессов выпусков и продувки в двухтактных двигателях, отсутствие “насосных ходов” создают определённые трудности применения газотурбинного наддува, т.е. наддува, создаваемого только “свободновращающимся” газотурбонагнетателем. К таким трудностям относится обеспечение работы двигателя на малых оборотах, т.е. на долевых нагрузках продувочно-наддувочным воздухом, так как выхлопные газы, смешиваясь с воздухом, обладают минимальной энергией. Короткий выпускной тракт, постановка газовой турбины в непосредственной близости к цилиндру и эффективное использование кинетической энергии выпускных газов позволили создать судовые двухтактные дизели с газотурбинным наддувом, с умеренной степенью наддува 1,3 – 1,5 и имеющие прямоточно-клапанную продувку.
|
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 
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 
11. Полная масса (не более), кг:
Е1 + Е2 Е1
КЕ = = I +