Методика газодинамического расчета

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Керченский государственный морской технологический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

3й курс 6 семестр / СТУ / МУ Проектные расчеты ТНА.doc

Скачиваний:

Добавлен:

08.02.2016

Размер:

1.33 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 65 6 > Следующая >>>

Методика газодинамического расчета

ТУРБОКОМПРЕССОРА.

5.1. Предварительный расчет турбокомпрессора.

Методику газодинамического расчета рассмотрим на примере проектного расчета турбокомпрессора для четырёхтактного дизеля. Исходной информацией для расчета являются:

1. Давление наддува ;

2. Расход воздуха, необходимый для наддува , или мощность дизеля ;

3. Температура газов перед турбиной ;

4. Тип турбокомпрессора;

Если вместо расхода воздуха задана мощность дизеля, то необходимо определить расход воздуха для наддува. В этом случае из паспорта двигателя необходимо выбрать следующую информацию (в случае отсутствия паспортных данных следует задаться необходимыми параметрами):

5. Удельный расход топлива

(для четырёхтактных ДВС = 0,15…0,25 кг/(кВт ч));

6. Коэффициент избытка воздуха, (можно принять =2);

7. Коэффициент продувки, (можно принять = 1,15…1,30);

8. Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива (с ориентацией на дизельное топливо примем =14,35 кг/кг);

9. Расход воздуха, необходимый для наддува:

;

10. Потери давления на входе в компрессор определяются конструкцией входного патрубка и типом воздушного фильтра. В предварительном расчете следует принять потери давления на входе в пределах: =1000…5000 Па;

11. Потери давления на выходе из компрессора определяются, в основном, сопротивлением воздухоохладителя, = 3000…6000 Па;

12. Давление воздуха перед рабочим колесом компрессора:

;

где - барометрическое давление (= 0,1013 МПа);

13. Давление воздуха за спиральной камерой:

;

14. Степень повышения давления в компрессоре ;

15. Температура атмосферного воздуха, принять =288. К;

16. Удельная газовая постоянная воздуха, = 287,3 Дж/(кг К);

17. Показатель адиабаты воздуха, =1,4;

18. Изоэнтропийная работа сжатия в компрессоре:

;

19. КПД компрессора, принять в пределах = 0,75…0,82;

20. Действительная работа сжатия в компрессоре ;

21. Расход газа в турбине:

;

22. КПД турбины, принять в пределах = 0,76…0,84.

23. Механический КПД турбокомпрессора, принять в пределах = 0,96…0,98;

24. Изоэнтропийная работа расширения газа в турбине:

;

25. Степень понижения давления в турбине:

где - показатель адиабаты газа, принять =1,33;

- удельная газовая постоянная, принять = 288,4 Дж/кг. К;

26. Потеря давления в патрубке за турбиной, принять = 1000…2000 Па;

27. Давление газа за турбиной:

28. Давление газа перед турбиной:

29. Мощность компрессора

30. Мощность турбины

Расчет центробежного компрессора.
1. Температура воздуха после глушителя, принимаем
2. Коэффициент напора, Его можно принять по прототипу или выбрать из таблицы 2.
3. Окружная скорость на наружном диаметре колеса:

Коэффициент расхода на входе в рабочее колесо, принимаем 0,25…0,35;

Таблица 2

Среднее значение и

, мм

ТК с безлопаточным

диффузором

ТК с лопаточным

диффузором

85…110

140…180

230…380

500…640

0,68…0,72

0,72…0,75

0,74…0,77

0,75…0,78

1,18…1,25

1,22…1,28

1,25…1,32

1,30…1,35

0,72…0,76

0,75…0,80

0,77…0,83

0,78…0,84

1,25…1,3

1,30…1,35

1,35…1,42

1,38…1,45

Меридиональная скорость на входе в рабочее колесо:

Температура воздуха перед колесом:

Показатель политропного процесса во входном устройстве, принять = 1,35…1,39;
Давление воздуха перед рабочим колесом:

Плотность воздуха на входе в колесо:

Площадь проходного сечения на входе в рабочее колесо:

Относительный внутренний входной диаметр, принять в пределах = 0,15…0,25;
Относительный внешний входной диаметр, принять в пределах = 0,45…0,65;
Наружный диаметр рабочего колеса:

После выполнения этого пункта, необходимо полученные

величины согласовать со значениями, представленными в таблице. Если полученные величины не попадают в указанные в таблице пределы, необходимо выполнить корректировку расчетов, начиная с пункта 19 раздела 5.1.

Внутренний входной диаметр:

Внешний входной диаметр:

Средний диаметр на входе в колесо:

Окружная скорость на среднем входном диаметре:

Частота вращения ротора компрессора:

Число лопаток колеса, принимаем 12…23;
Коэффициент уменьшения напора:

Коэффициент потерь трения диска, принимаем = 0,04…0,08;
КПД компрессора:

Толщина лопасти на входе в колесо принимаем:= 2…5 мм;
Угол потока на входе в колесо на среднем диаметре:

Угол атаки на входе в колесо, выбираем = 2…5° при = 0,25…0,30 и =

4…10° при = 0,30…035.

Угол установки лопасти для среднего диаметра входного сечения ;
Угол установки лопасти для наружного диаметра входного сечения:

где С – среднее смещение центров фрезерования образующих лопаток от оси колеса;

Угол установки лопасти на диаметре :

;

5.2.29. Коэффициент стеснения на входе в колесо:

5.2.30.Скорость потока на входе в колесо с учетом стеснения:

5.2.31. Коэффициент расхода на входе в колесо, принимаем = 0,9…1,0;

5.2.32. Площадь проходного сечения по горловинам входа в рабочее колесо:

5.2.33. Диаметр горловины на входе:

;

5.2.34. Угол потока на диаметре с учетом стеснения:

5.2..35. Относительная скорость на диаметре :

5.2.36. Приведенная скорость на диаметре :

5.2.37. Температура воздуха на выходе из колеса:

5.2.38. КПД колеса компрессора, принимаем = 0,88…0,93.

5.2.39. Показатель степени политропного процесса в колесе:

5.2.40. Давление на выходе из колеса:

5.2.41. Плотность воздуха на выходе из колеса:

5.2.42. Окружная составляющая скорости на выходе из рабочего колеса:

5.2.43. Радиальная составляющая скорости на выходе из рабочего колеса:

5.2.44. Абсолютная скорость на выходе из рабочего колеса:

5.2.45. Температура воздуха на выходе из колеса по параметрам торможения:

5.2.46.Энергия, подведенная к потоку в рабочем колесе:

5.2.47. Угол потока на выходе из рабочего колеса в абсолютном движении:

5.2.48. Ширина рабочего колеса на выходе:

5.2.49. Диаметр выходного сечения безлопаточного диффузора:

5.2.50. Скорость воздуха на выходе из безлопаточного диффузора:

5.2.51. Температура воздуха на выходе из безлопаточного диффузора:

5.2.52. КПД безлопаточного диффузора, принимаем = 0,6…0,8;

5.2.53. Показатель степени политропного процесса в безлопаточном диффузоре:

5.2.54. Давление воздуха за безлопаточным диффузором:

5.2.55. Плотность воздуха за безлопаточным диффузором:

5.2.56. Расходный коэффициент в безлопаточном диффузоре, принимаем = 0,9…1,1;

5.2.57. Площадь диффузора на выходе:

5.2.58. Ширина безлопаточного диффузора на выходе, принимаем = (0,9…1,1) ;

5.2.59. Угол потока на выходе из безлопаточного диффузора:

5.2.60. Число лопаток лопаточного диффузора, принимаем =13, 17, 19, 23, 29,…(ряд простых чисел);

5.2.61. Диаметр горла на входе в лопаточный диффузор:

5.2.62. Входной угол лопаточного диффузора:

5.2.63. Угол лопатки диффузора на выходе:

5.2.64. КПД лопаточного диффузора, принимаем: = 0,7…0,85;

5.2.65. Показатели степени уравнений политропного процесса в лопаточном диффузоре:

5.2.66. Ширина лопатки диффузора на выходе, принимаем , но при этом угол

раскрытия диффузора в меридиональной плоскости должен быть меньше 4…6°;

5.2.67. Степень геометрической диффузорности лопаточного диффузора, принимаем =

1,7…2,5;

5.2.68. Угол потока на выходе из лопаточного диффузора:

5.2.69. Диаметр выходного сечения лопаточного диффузора:

где = 0,95…1,0;

5.2.70. Площадь лопаточного диффузора на выходе:

5.2.71. Скорость потока на выходе из лопаточного диффузора и температура воздуха за

ним определяется из совместного решения двух уравнений:

5.2.72. Давление воздуха за лопаточным диффузором:

5.2.73. Плотность воздуха за лопаточным диффузором:

5.2.74. Радиус дуги средней линии лопатки:

5.2.75. Радиус окружности центров:

5.2.76. Расходный коэффициент в лопаточном диффузоре, принимаем = 1,0…1,05;

5.2.77. Площадь выходного сечения лопаточного диффузора по горловинам:

5.2.78. Диаметр горловины на выходе из лопаточного диффузора:

5.2.79. Средний угол раскрытия эквивалентного диффузора:

где - коэффициент загромождения диффузора на выходе, принять = 0,8…0,9;

5.2.80. КПД улитки, выбираем в пределах = 0,40…0,65;

5.2.81. Показатель степени уравнений политропного процесса в улитке:

5.2.82. Скорость потока на выходе из улитки принять:

5.2.83. Температура газа на выходе из улитки:

5.2.84. Давление газа на выходе из улитки:

5.2.85. Плотность газа на выходе из улитки:

5.2.86. Площадь проходного сечения на выходе из улитки:

5.2.87. Степень повышения давления в компрессоре:

5.2.88. Мощность компрессора на валу:

5.2.89. Погрешность расчетной степени сжатия в компрессоре:

5.2.90. Погрешность расчетной мощности компрессора:

Если погрешности превышают указанные значения, то следует выполнить корректировку расчета компрессора для получения приемлемых результатов.

Расчет осевой турбинной ступени.

5.3.1 Давление газа перед турбиной (см. раздел 6.1)

5.3.2. Температура газа перед турбиной, задано

5.3.3. Давление газа за турбиной (см. раздел 6.1)

5.3.4. Термодинамическая характеристика газа:

- удельная газовая постоянная = 288,4 Дж/кг К;

- показатель адиабаты: К = Х = 1,33.

5.3.5. Располагаемая работа расширения газа в ступени.

5.3.6. Степень реактивности ступени, выбираем в пределах:

= 0,4…0,5;

5.3.7. Адиабатная работа расширения в соплах:

5.3.8. Коэффициент скорости в сопловом аппарате, принимаем: = 0,94…0,97;

5.3.9. Скорость газа на выходе из сопел:

5.3.10. Угол потока на выходе из соплового аппарата, принимаем = 18…25°;

5.3.11. Давление газа за сопловым аппаратом:

5.3.12. Температура газа на выходе из сопел:

5.3.13. Удельный объем газа на выходе из сопел:

5.3.14. Скоростная оптимальная расчетная характеристика:

Внутренние потери энергии в турбинной ступени смещают оптимум скоростной характеристики в область меньших значений, поэтому фактическое значение оптимальной характеристики следует выбрать немного меньшим,

5.3.15. Окружная скорость на среднем диаметре:

окружная скорость не должна превышать 300…400 м / с. В некоторых случаях, по соображениям прочности, приходится занижать скорость по сравнению с оптимальной;

5.3.16. Средний диаметр соплового аппарата:

здесь частота вращения ротора n принимается из раздела 5.3;

5.3.17. Высота сопловой решетки на выходе:

5.3.18. Относительная скорость газа на входе в рабочее колесо:

5.3.19. Температура газа по полным параметрам на входе в рабочую решетку:

5.3.20. Приведенная скорость:

5.3.21. Работа адиабатного расширения в рабочей решетке:

5.3.22. Скоростной коэффициент в рабочей решетке, принимаем = 0,93…0,95 при < 1 и = 0,75…0,90 при 1;

5.3.23. Угол входа на рабочие лопатки:

5.3.24. Угол потока на выходе из рабочей решетки, с целью снижения потерь энергии с выходной скоростью для степени реактивности = 0,4…0,5 рекомендуется принять

5.3.25. Скорость потока на выходе из рабочей решетки:

5.3.26. Температура газа на выходе из рабочей решетки:

5.3.27. Удельный объем газа на выходе из рабочей решетки:

5.3.28. Длина рабочей лопатки на выходе:

5.3.29. Средний диаметр рабочего колеса:

5.3.30. Отношение среднего диаметра к длине лопатки:

с целью получения приемлемых потерь энергии от веерности, должно выполнятся условие

5.3.31. Окружная скорость на среднем диаметре рабочего колеса:

5.3.32. Скорость потока на выходе из турбинной ступени в абсолютном движении:

5.3.33. Радиальный зазор в рабочем колесе, принимаем:

5.3.34. Угол потока на выходе из рабочего колеса в абсолютном движении:

5.3.35. Окружная работа:

5.3.36. Окружные потери энергии в сопловом аппарате:

5.3.37. Окружные потери энергии в рабочем колесе:

5.3.38. Потери энергии с выходной скоростью:

5.3.39. Окружная работа (проверка п. 5.3.35.):

5.3.40. Окружной КПД турбинной ступени:

5.3.41. Коэффициент потерь энергии от утечек через радиальные зазоры, для ступеней с закрученными безбандажными лопатками целесообразно использовать формулу В.К. Гребнева:

где

5.3.42. Потери энергии от утечек через радиальные зазоры:

5.3.43. Потери энергии от трения диска, Вт:

5.3.44. Коэффициент неучтенных потерь энергии, принять:

5.3.45. Неучтенные потери энергии:

5.3.46. Внутренняя работа турбинной ступени:

5.3.47. Внутренний КПД турбинной ступени:

5.3.48. Мощность турбинной ступени:

5.3.49. Погрешность вычисления мощности турбины:

Относительная погрешность не должна превышать 5%, в противном случае следует выполнить корректировку расчета.

Расчет радиально – осевой турбины.

Выбор оптимальных параметров и соотношений размеров радиально – осевой турбины не имеют однозначного решения, поэтому в настоящем расчете приходится указывать широкие пределы для выбора отдельных величин и рекомендовать выполнение расчета в нескольких вариантах.

Давление газа перед турбиной (см. раздел 5.1)

Температура газа перед турбиной, задана:

Давление газа за турбиной:

Частота вращения турбины (из раздела 5.2),
Характеристики рабочего тела (газа):

- удельная газовая постоянная = 288,4 Дж/ кг К;

- показатель адиабаты K = 1,33;

5.4.6. Адиабатная работа расширения:

5.4.7. Скорость, эквивалентная адиабатной работе газа:

5.4.8. Расчетная характеристика турбинной ступени, принимаем:

= 0,65…0,7;

5.4.9. Окружная скорость рабочего колеса на входе:

при выборе  проверяют окружную скорость на периферии колеса, которая не должна превышать 500 м/с.

5.4.10. Диаметр колеса на периферии (на входе):

5.4.11. Минимальный диаметр втулки колеса:

5.4.12. Осевая составляющая абсолютной скорости на выходе из колеса:

5.4.13. Угол абсолютной скорости потока на выходе из рабочего колеса, принимаем:

5.4.14. Окружной КПД турбинной ступени, принимаем:

5.4.15. Приведенная скорость, определенная по адиабатному перепаду на ступень:

5.4.16. Температура газа на выходе из рабочего колеса:

5.4.17. Площадь выходного сечения колеса:

5.4.18. Наружный диаметр на выходе:

5.4.19. Средний диаметр колеса на выходе:

5.4.20. Отношение диаметров:

Величина должна быть меньше 0,8. В противном случае затрудняется меридиональное профилирование колеса с малыми потерями. Для уменьшения следует выбирать большие значения .

5.4.21. Окружная скорость на выходе из рабочего колеса:

5.4.22. Угол потока в относительном движении на выходе из колеса:

5.4.23. Скорость потока в относительном движении на выходе из рабочего колеса:

5.4.24. Минимальная степень реактивности:

5.4.25. Расчетная степень реактивности:

5.4.26. Адиабатная работа расширения в соплах:

5.4.27. Коэффициент скорости в соплах, принимаем:

5.4.28. Скорость газа на выходе из сопел:

5.4.29. Температура газа за сопловым аппаратом:

5.4.30. Давление газа за сопловым аппаратом:

5.4.31. Удельный объем на выходе из сопел:

5.4.32. Угол потока на выходе из соплового аппарата, принимаем = 12…20°.

Угол выбирают таким образом, чтобы угол составлял 80…100°. Геометрический угол в этом случае принимается равным 90°. Оптимальная относительная высота канала находится в пределах 0,07…0,1 и минимально допустимая высота равна 3…4 мм. Если в результате расчета при = 12° высота получается меньше 3 мм, то расчет повторяют, задаваясь новым значением , равным 0,5…0,6. В этом случае, при заданном , уменьшается и и увеличивается . В крайнем случае вводят парциальность.