Розділ 3. Розрахунки параметрів сумісної роботи поршневої частини двигуна та турбокомпресора

Розділ включає вибір марки турбокомпресора (ТК) для точки L₁ поля робочих параметрів двигуна , яка визначає максимальну тривалу потужність (номінальну МТП).

Оскільки газодинамічні процеси,, які відбуваються у циліндрах дизеля, у турбіні і компресорі, взаємозалежні, МОД розглядається як єдина система , як комбінований двигун

Основні данні необхідні для розрахунків наводяться у попередніх розділах.

На підставі розрахунків сумісної роботи власне дизеля й прийнятого ТК визначаються геометричні та енергетичні характеристики компресора, турбіни., уточнюються показники двигуна..

3.1. Визначення основних параметрів компресора. Вибір марки турбокомпресора.

Для розрахунків системи повітропостачання та її агрегатів необхідно визначити витрати повітря на двигун. Цей параметр разом зі ступенем підвищення тиску повітря у компресорі є основними розрахунковими параметрами необхідними для вибору турбокомпресора.

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^н 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 φ_а – коефіцієнт продувки (φ_а = 1,1…1,15 , для двотактних - φ_а =1,2…1,4)

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 = 1,16 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 [20], друге – це рівняння (1.1). Об’єднання цих рівнянь дає можливість обчислювати тиск в повітряному ресивері, МПа, за формулою

,

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

- ефективна потужність двигуна, кВт;

T_К = 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_К/(P_К/P_K^'),

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

По визначеним значенням П_К = 3,47 та Q_K = 33.289 вибираємо у полі робочих параметрів марок ТК потрібний турбокомпресор. У даному випадку нам підходить по значенням компресор MAN TCA - 88 , який має такі показники:

L_e=14900 кВт; n = 11300 хв ^-1 ; m=1350 kg та такі габаритні розміри: Довжина – 4220 мм, Ширина – 2010 мм, висота – 2970 мм.

Вибраний турбокомпресор забезпечує витрату та тиск повітря, які необхідні для забезпечення режиму максимальної тривалої потужності двигуна, при цьому згідно даним фірми ККД ТК має значення…. η_ТК

Рис 1. Діаграма для вибору турбонагнітача

Рис 2. Загальний вигляд турбонагнітача TCA – 88