3.1.2 Определение основных показателей системы наддува

Температура отработавших газов дизеля перед турбиной в ⁰С (см. рис. 3.1, б) определяется из уравнения внутреннего теплового баланса дизеля для 1 кг сжигаемого топлива

, (3.1)

где I_в – энтальпия воздуха, поступающего из впускного коллектора в цилиндры дизеля на 1 кг сжигаемого топлива, кДж/кг;

C_{p m г} – средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении отработавших газов, кДж/(кмоль·⁰С).

Значения I_в и C_{p m г} вычисляют из выражений:

, (3.2)

, (3.3)

где C_{p m 1} и C_{p m 0} – средние молярные теплоемкости при постоянном давлении соответственно для воздуха и продуктов сгорания.

Для определения C_{p m 1} и C_{p m 0} в кДж/(кмоль·⁰С) используют формулы:

, (3.4)

, (3.5)

где t – температура газов, ⁰С.

При вычислении энтальпии I_в по соотношению (3.2) значение C_{p m 1} (формула (3.4)) определяют для , а при вычислении теплоемкостиC_{p m г} по соотношению (3.3) значения C_{p m 1} и C_{p m 0} (формулы (3.4) и (3.5)) определяют для .

Так как в уравнении (3.1) значение C_{p m г} зависит от t_т, то это уравнение решают методом последовательных приближений в следующем порядке.

Задавшись приближенным значением t_{т 1}, вычисляют C_{p m 1} и C_{p m 0} , а затем C_{p m г}. Далее из уравнения (3.1) вычисляют t_т. Если разница между вычисленной и принятой температурой по абсолютной величине , то принимаюти вычисления повторяют до тех пор, пока точность не окажется в заданных пределах (20⁰).

Пример.

Определить t_т при следующих исходных и расчетных данных:

; ;;;;;;;.

Для воздуха, поступающего в дизель, вычисляем по формуле (3.4):

.

Задаем в первом приближении .

Для воздуха и продуктов сгорания в отработавших газах вычисляем по формулам (3.4), (3.5) и (3.3):

Из соотношений (3.1) и (3.2) вычисляем:

,

.

Проверяем условие сходимости , т.е. расчетная температура значительно отличается от принятой. Принимаемt_т2 = 608⁰ С и вычисляем

;t_г = 602⁰ С.

Сходимость принятой и расчетной температуры достаточная, поэтому t_т = 602⁰ С.

Температура отработавших газов перед турбиной в К

.

Давление воздуха p_k в МПа перед впускными органами цилиндра дизеля определяется из выражения для цикловой подачи топлива в кг/цикл

,

η_, α, T_k – принимаются из задания и таблицы 2.1, при этом

;

g_ц, L₀, V_s – вычислены ранее.

Суммарная степень повышения давления воздуха в агрегатах наддува

,

где p₀ = 0,101 – стандартное атмосферное давление, МПа; p_x , p_ф – соответственно сопротивления холодильника наддувочного воздуха и фильтра воздуха на входе в агрегаты наддува; можно принять p_x = p_ф = 0,003 МПа.

Давление газов перед турбиной p_т для четырех- и двухтактных дизелей определяется различными способами.

В четырехтактном дизеле удаление отработавших газов из цилиндра производится выталкивающим действием поршня за такт выпуска, и на соотношение давлений p_к и p_т можно не накладывать ограничений. Дизель может быть обеспечен воздухом за счет работы одного турбокомпрессора (приводной компрессор отсутствует); турбина работает на отработавших газах, и её мощность расходуется на привод компрессора (см. рис. 3.1, а).

В этом случае степень понижения давления газов в турбине π_т определяется из преобразованного уравнения баланса мощности турбины и компрессора

, (3.6)

где k, k_т – показатели адиабат воздуха и отработавших газов; R, R_т – газовые постоянные воздуха и газов; T₀ = 293K – стандартная температура наружного воздуха; η_тк – К.П.Д. турбокомпрессора; ;G_в, G_r , ,T_т – определены ранее.

Можно принять

;;

,

где ,,- принимаются из задания.

Показатель адиабаты отработавших газов

,

где определено ранее.

Из уравнения (3.6) определяется π_т. Давление отработавших газов перед турбиной в МПа определяется из выражения

, (3.7)

где p₀ = 0,101 – стандартное атмосферное давление, МПа; p_т = 0,002 – сопротивление выходу газов из турбины, МПа.

В двухтактном дизеле в целях осуществления продувки и очистки цилиндра от отработавших газов давление воздуха перед впускными органами должно быть больше давления газов перед турбиной, т.е. .

Можно принять p_т = 0,8 p_k, где p_k – вычислено ранее.

Далее, при известном p_т определяют π_т из выражения (3.7), а путем решения уравнения (3.6) вычисляют π_к.

Для двухтактного дизеля определенное из уравнения (3.6) значение π_к представляет степень повышения давления воздуха в 1-й ступени наддува (см. рис. 3.2, б), т.е. π_{к 1} = π_к. Степень повышения давления воздуха во 2-1 ступени компрессора, приводимого от коленчатого вала дизеля, определяется из выражения

.

Эффективная мощность газовой турбины в кВт

.

Мощность в кВт, потребляемая компрессором,

.

Все величины, необходимые для вычисления N_т и N_к определены ранее или содержатся в задании. Для двухтактного дизеля необходимо вычислить мощность 1-й и 2-й ступеней компрессоров соответственно при π_{к 1} и π_{к 2}.

Проверкой правильности расчетов служит равенство . При вычислении мощности потребляемой компрессором 2-й ступени, необходимо вместо температурыT₀ подставлять температуру воздуха T₁ после сжатия на выходе из 1-й ступени.

Температура T₁ в K определяется по формуле

.

Для четырехтактного дизеля в эту формулу вместо π_{к 1} подставляется π_к .

При наличии двух последовательных ступеней сжатия температура воздуха T₂ на выходе из 2-й ступени в K определяется по формуле

,

где T₁ – температура воздуха на выходе из 1-й ступени; π_{к 2} - степень повышения давления воздуха во 2-й ступени.

Требуемое понижение температуры воздуха в холодильнике надувочного воздуха (см. рис 3.1, б)

.

При двухступенчатом наддуве (см. рис. 3.2, б) вместо T₁ необходимо подставить T₂.