2.2.2Расчет производительности и мощности компрессора.

Требуемую секундную подачу воздуха компрессором рассчитываем по расходу воздуха двигателем по уравнению:

G_к = _аG_вч/3600 кг/с.

G_к = 1,354889,2/3600=1,833 кг/с

Процесс сжатия воздуха в компрессоре принимаем адиабатным и удельную работу сжатия находим по уравнению:

L_ад = кRT_о[(р_к/р_о)^{(к – 1)/к} –1]/(к1) кДж/кг,

L_ад = 1,40,287300[(0,25/0,1)^{(1,4 – 1)/1,4} –1]/(1,41)=90,3 кДж/кг,

где R = 0,287 кДж/(кг К) - газовая постоянная воздуха.

Мощность, потребляемую компрессором, можем определить по выражению:

N_к = G_кL_ад/(_ад _м.к) кВт.

N_к = 1,83390,3/(0,750,96)=229,85 кВт;

Параметры воздуха за компрессором определяем, полагая что воздух сжимается в компрессоре политропно с повышением температуры до величины, рассчитываемой по уравнению:

Т_к = Т_о(p_к/p_о)^(m-1)/m, К,

Т_к = 300(0,25/0,1)^(1,7-1)/1,7=437,6 К,

где m - показатель политропы, равный 1,7...1,8 при сжатии воздуха в центробежных компрессорах, принимаем m=1,7

Определим и коэффициент тепловой эффективности воздухоохладителя

_в.о = (Т_кТ_s)/(Т_кТ_з.в),

_в.о = (437,6328)/(437,6300)=0,797;

который согласно требований стандарта должен быть не ниже 0,7.

2.2.3 Расчет мощности турбины.

При газотурбинном наддуве необходимо определить параметры газа перед турбиной и за ней, удельную работу расширения газов в турбине и мощность турбины.

Расход газа через турбину G_г больше расхода воздуха через цилиндры G_к на величину расхода топлива G_т, поэтому

G_г = G_к + G_т/3600 кг/с.

G_г = 1,833+ 185,2/3600=1,884 кг/с.

Температура продуктов сгорания в процессе движения из цилиндра в коллектор изменяется. Полагая этот процесс политропным, температуру продуктов сгорания в коллекторе Т_г рассчитываем по уравнению:

Т_г= Т_b/(р_b/р_т) К.

Т_г= 1137,3/(0,794/0,2125) ^{(1.25 – 1)/1.25}=873,7 К.

При продувке цилиндра и в выпускном коллекторе продукты сгорания смешиваются с продувочным воздухом. Решение уравнения теплового баланса для этой смеси позволяет получить следующее выражение для расчета температуры выпускных газов перед турбиной:

Т_т = {_ос_р'' Т_г + (_а–1)с_р'Тs }/{_ос_р'' + (_а–1)с_р'} К,

где с_р' = 27,57 + 0,0025Т_s кДж/(кмоль К) - средняя мольная теплоемкость воздуха;

с_р' = 27,57 + 0,0025328=28,39 кДж/(кмоль К)

с_р'' = 28,22+0,00307Т_г кДж/(кмоль К) - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.

с_р'' = 28,22+0,00307873,7=30,9 кДж/(кмоль К);

Тогда температура газов перед турбиной:

Т_т = {1,03530,9873,7 + (1,35–1)28,39328 }/{1,03530,9+ (1,35–1) 28,39}=744,3 К;

Температуру газов за турбиной следует определяем по уравнению расширения газов в проточной части турбины:

Т'_о = Т_т/(р_т/р'_о) К.

Т'_о = 744,3/(0,2125/0,103) ^{(1.25 – 1)/1.25}=643,9 К;

Адиабатную работу расширения газов в турбине рассчитываем по уравнению

L_ад.т = к_гR_гT_т[1(р'_о/р_т) ]/(к_г1) кДж/кг,

L_ад.т = 1,250,3744,3[1(0,103/0,2125) ^{(1.25 – 1)/1.25}]/(1,251)=150,5 кДж/кг,

где R_г = 0,3 кДж/(кг К) - газовая постоянная выпускных газов.

Мощность газовой турбины определим по уравнению:

N_т = G_г L_ад.т_тк_е, кВт,

N_т = 1,884150,50,751,1=233,9 кВт,

где к_е - коэффициент импульсности равный 1,07...1,4 - при импульсном наддуве. принимаем к_е=1,1;

Для осуществления газотурбинного наддува необходимо выполнение условия N_к = N_т. Относительное расхождение между мощностями турбины и компрессора N_к = 100(N_кN_т)/N_к не должно превышать 3 %.

N_к = 100(229,85 233,9)/229,85=1,76%<3 %.

Разница между мощностями турбины и компрессора меньше 3%, причём мощность турбины выше, следовательно мощность турбины достаточна для привода компрессора и обеспечения требуемого двигателем расхода воздуха турбокомпрессором.