Система газотурбинного наддува

Наддув – это способ повышения мощности за счет одновременно увеличения массы воздушного заряда в рабочем цилиндре и количества впрыскиваемого топлива. Увеличение массы подаваемого воздуха происходит за счет повышения его давления в компрессоре агрегата наддува. Для снижения температур деталей двигателя, а также дополнительного увеличения массы подаваемого воздуха, за счет повышения его плотности, применяется охладитель наддувочного воздуха.

Привод компрессора осуществляется газовой турбиной, расположенной с ним на одном валу и использует энергию отработавших газов.

Основные параметры турбокомпрессора.

Система газотурбинного наддува
Расход воздуха, кг/с	0,069
Расход воздуха, кг/ч	251,0
Адиабатная работа сжатия, кДж/кг	46,95
Окружная скорость колеса компрессора, м/с	259,0
Min диаметр колеса компрессора, м	0,247
Max диаметр колеса компрессора, м	0,412
Мощность турбины, кВт	4,317
Расход охлаждающей воды, кг/с	0,016
Площадь поверхности охладителя, кв.м	0,039

Выбираем турбокомпрессор ТК 23. ГОСТ 9658-81.

Турбокомпрессор имеет осевую турбину. Подшипники расположены между колесами турбины и компрессора. Корпус турбокомпрессора – чугунный. Данный тип турбокомпрессоров предназначен для наддува дизелей мощностью от 220 до 2200.

Основные размеры турбокомпрессора.

Номинальный базовый диаметр колеса 300 мм

Степень повышения давления 3,6

Температура газов перед турбиной:

При длительной работе 650 ⁰С

Максимальная часовая 702 ⁰С

Максимальная частота вращения 26000 об/мин

Адиабатный КПД:

Турбины 0,75

Компрессора 0,76

Габаритные размеры:

Длина 690 мм

Ширина 610 мм

Высота 610 мм

Масса (сухая) без глушителя 310 кг

Охлаждение и смазка турбокомпрессора производится от соответствующих систем дизеля.

Расчет системы газотурбинного наддува

Окружная скорость колеса компрессора, м/с:

м/с

где: D_к – наружный диаметр колеса компрессора,D_к=0,23 м;

n_тк– максимальная частота вращения ротора турбокомпрессора,

n_тк=26000 мин^-1

Коэффициент напора центробежного компрессора:

Мощность турбины, необходимая для привода компрессора, кВт:

где: _ag.k– адиабатный КПД компрессора,_ag.k=0,76

Основные параметры охладителя наддувочного воздуха (ОНВ).

Тепловой поток, отводимый в ОНВ забортной водой, Q_air:

Q_air=G_airхC_p1хT_онв=G_airхC_p1(T_B-T_int)=0,624х1х(371-320)=31,824 кВт

где: C_p1– теплоемкость воздуха С_р1=1 кДж/(кгК)

Расход забортной воды через ОНВ, кг/час:

G_cool2=

где: t_cool2– температура воды на входе в ОНВ,t_cool2=20⁰C;

t_cool2– температура воды на выходе из ОНВ,t_cool2=25⁰С;

С_р2– теплоемкость воды, С_р2=4,187 кДж/(кгК)

Поверхность Fохладителя наддувочного воздуха, м²:

F=;

где: к – коэффициент теплопередачи, к=100 Вт/(м²К);

t_ср– средний по поверхности температурный напор, К

Средний температурный напор:

t_ср=

где: Р – эффективность нагревания, определяемая выражением:

R– отношение водяных эквивалентов, определяемое выражением:

R_i=

где R_i– полное отношение водяных эквивалентов, т.е.R_i=mR

m– число трубных ходов ОНВ,m=2

R_i=

t_ср=⁰С

Поверхность теплопередачи ОНВ:

м²

Определим диаметр трубопровода выпускного коллектора d_вып.тр, м:

Для данного двигателя применяем импульсную систему наддува, которая в сравнении с изобарной позволяет получить более высокое давление наддува.

Порядок работы цилиндров двигателя: 1-3-4-2. Поэтому применяем следующую схему объединения выпускных патрубков в секции:

1 2 3 4

к турбине

Диаметр трубопровода выпускного коллектора определяем из условия:

где V_s– рабочий объем цилиндра, м³

V_s=м³

V_вып.тр.=V_s*1,4=0,0117 м³

d_вып.тр.=м

где L_ср– средняя длина отдельного трубопровода,L_ср=2 м.

Выпускные коллекторы устанавливаются в верхней части дизеля со стороны, противоположной газораспределению, и присоединяют к турбокомпрессору, расположенному на торце блока со стороны выходного фланца коленчатого вала.

В системе наддува и газовыпуска необходимо контролировать температуру отработавших газов в выпускных коллекторах перед турбиной, температуру воздуха на выходе из ОНВ и его давление после турбокомпрессора.

При пуске дизеля и его работе не должно быть посторонних шумов в турбокомпрессоре. При остановке дизеля свободный выбег турбокомпрессора должен быть не менее 1…2 минут. После остановки двигателя до полной остановки турбокомпрессора масла на его подшипники целесообразно подавать автономным маслоподкачивающим насосом.