Зміст

ВСТУП

1. Вибір турбонагнітача

1.1. Опис системи наддуву двигуна

1.2. Визначення основних параметрів компресора агрегату наддуву

1.3. Обґрунтування вибору турбонагнітача (фірми, типу, серії)

2. Термогазодинамічний розрахунок турбіни

2.1. Визначення параметрів газу перед турбіною

2.2. Визначення термогазодинамічних параметрів газу уздовж проточної частини турбінного ступеня

2.3. Розрахунок втрат, ККД та потужності турбіни

3. Розрахунок і конструювання елементів проточної частини турбіни

3.1. Визначення висоти соплових та робочих лопаток. Виконання ескізу проточної частини турбіни

3.2. Перевірка на міцність робочих лопаток

4. Розробка загальної компоновки турбокомпресора

Висновки

Список використаних літературних джерел

ВСТУП

Проектування турбонаддувного агрегату (ТНА) ДВЗ у складі систем повітропостачання та газовідводу припускає комплексний підхід до вибору компресора за заданими параметрами та характеристиками двигуна, визначення вихідних параметрів для турбіни і тепловий розрахунок турбінного ступеня з профілюванням основних елементів проточної частини. Вивчення цього агрегату має велике значення для майбутніх фахівців у галузі двигуно будування.

Основні параметри системи наддуву визначаються при розрахунках циклу конкретного двигуна, в які виконуються в курсовому проекті з дисципліни „Теорія двигунів внутрішнього згоряння ”.

Вибір та габаритний розрахунок компресора з урахуванням заданих тиску наддуву, типу і потужності ДВЗ виконується в курсовому проекті з дисципліни "Газова динаміка та агрегати наддуву".

Завершальна частина проекту - визначення початкових параметрів газу і розрахунок турбінного ступеня постійного тиску газонаддувного агрегату виконується в контрольній роботі на базі курсу „Газові турбіни поршневих і комбінованих двигунів” . У цьому плані дані методичні вказівки узагальнюють рекомендації з проектування таких турбін та газонаддувного агрегату в цілому як складової частини ДВЗ.

Результати цих розрахунків в подальшому можуть бути використані при виконанні дипломного проекту.

З урахуванням того, що проектуються найбільш поширені в сучасних суднових ДВЗ системи наддуву постійного тиску на номінальному режимі роботи двигуна, розрахунки імпульсних турбін, турбінного ступеня на змінних режимах, а також узгодження характеристик турбіни та компресора, спільна робота дизеля і турбокомпресора у вказівках не розглядається .

1. Вибір турбонагнітача

1.1 Опис системи наддуву двигуна

Використання газотурбінного наддуву в суднових дизелях відкриває великі перспективи їх подальшого розвитку і ставить дизелі з газотурбінним наддувом в ряд перспективних енергетичних установок для морських суден великого тонажу. Найпоширеніша схема, яка використовується для наддуву сучасних суднових дизелів, називаться вільним газотурбінним наддувом, в якій має місце газовий зв'язок поршневого двигуна з лопатевими машинами – газовою турбіною і компресором. При цьому ротор газової турбіни і колеса компресора жорстко з’єднані між собою. Принциповий вид цієї схеми представлений на рис.1.1. , а конструктивний - на рис. 1.3.

ОНП

ПР

Рис 1.1. Схема вільного газотурбінного наддуву: К – компресор; Т – турбіна; ОНП – охолоджувач наддувного повітря; Д – дизель; ПР – повітряний ресивер.

Для такої схеми обов'язковою умовою роботи є рівність потужностей турбіни і компресора. Для вибраної потужності двигуна тиск наддуву є параметром, що оптимізується.

Р ис. 1.2. Паралельна робота турбокомпресорів на рядному двигуні:

При виконанні схеми вибраної системи наддуву на ній відображують чисельні значення параметрів робочих тіл, розрахунки яких наводяться в наступних розділах.

В залежності від газового зв’язку поршневого двигуна з газовою турбіною останні поділяються на імпульсні турбіни (імпульсний наддув) або турбіни сталого тиску (наддув зі сталим тиском газу перед турбіною). У першому випадку гази від циліндрів до турбіни підводяться через окремі випускні патрубки. Один турбокомпресор встановлюють на 2,3 або 4 циліндри. У другому випадку двигун має спільний колектор випускних газів, який з’єднаний з турбіною.

ГР

Т

К

ПР

ЕВ

ОНП

Д

НЗВ

Рис 1.3. Принципова схема конструктивного оформлення проточної частини дизеля та його елементів: ГР – газовий ресивер; ЕВ – вентилятор з електричним приводом; НЗВ – насос забортної води.

Після компресора на повітряному тракті розміщується охолоджувач надувного повітря (ОНП).

1.2 Визначення основних параметрів компресора агрегату наддуву

Витрати повітря через компресор G_К, 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

G_К = g_e N_e L_o α φ_a/3600, (1.1)

де L_o - теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива (для палива середнього складу L_o = 14,3 кг/кг);

- коефіцієнт надлишку повітря при згорянні палива (орієнтовно можна вибирати для П_к = 0…1,5 , α = 1,4…1,6; для П_к = 1,5…1,8 , α = 1,6…1,9 ; для П_к = 1,8…2,5 , α = 1,9…3,0; для П_к = 2,5…4,5 , α = 2,2…2,6);

φ_а – коефіцієнт продувки (φ_а = 1,15…1,2 , для двотактних - φ_а = 1,4…1,8 1,2…1,25);

α φ_a = a_S – сумарний коефіцієнт надлишку повітря вихлопних газів.

Oб’ємні витрати повітря через компресор, нм³/кг, обчислюються за формулою

Q_К= G_К/r_н ,

• де r_н = 1,28 кг/м³ – питома маса повітря при нормальних умовах.

Іншою важливою характеристикою компресора є ступінь підвищення тиску

П_к = Р_к/Р₀, (1.2)

де Р_к - тиск повітря після компресора, МПа,

Р₀ (Р_н) = 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, друге – це рівняння (1.1). Об’єднання цих рівнянь дає можливість обчислювати тиск в повітряному ресивері, МПа, за формулою

= 0,4201 (1.3)

де – питома витрата палива, кг/(кВт×год);

- ефективна потужність двигуна, кВт;

T_s = 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

P_K = P_s/(P_s/P_K),

де P_s/P_K = 0,98...0,99 – відносна втрата тиску на шляху від компресора до ресивера.

Далі за формулою (1.2) обчислюється П_к=4,11

P_K =0,0,426

Q_К=5,2 м³/с.