УДК 658.26 (075.8)

Реферат

Курсовая работа содержит: 55 страниц, 5 таблиц, 9 рисунков, 3 источников литературы.

Паровые турбины, газотурбинные установки, двигатели внутреннего сгорания, эффективный КПД, проточная часть, треугольник скоростей.

Объект исследования: ДВС, ПТУ, ГТУ.

Цель работы: Освоение и закрепление методики типового расчета четырехтактного дизельного двигателя внутреннего сгорания с наддувом, теплового расчета турбины и термодинамического цикла газотурбинной установки с регенерацией тепла

Область применения: объекты исследования имеют большое применение в промышленности, на транспорте, в автомобилестроении и в авиастроении, также в отраслях, занимающихся производством электроэнергии.

Полученные результаты: объем газов в основных точках расчетного цикла, приведенные к нормальным условиям; параметры начальной точки рабочего цикла; параметры газов в процессах сжатия, сгорания, расширения; средне индикаторное давление; индикаторная и эффективная мощность двигателя, расход топлива, КПД в зависимости от темературы окружающего воздуха; скорость истечения пара из сопла; КПД на окружности колеса; потери на трение и вентиляцию; относительный внутренний КПД и эффективный КПД турбины; действительная мощность на валу турбины; давление и температура в основных точках цикла газотурбинного двигателя; оптимальное значение КПД; максимальное значение удельной работы цикла4 степень повышения давления в компрессоре; секундный расход воздуха и часовой расход топлива.

Результаты расчетов позволили выявить расчетный режим для ГТУ, проанализировать процесс расширения пара в проточной части паровой турбины, проследить изменение показателей рабочего процесса в ДВС и газовой турбине.

Содержание

Введение………………………………………………………………………	4
1. Тепловой расчет дизельного двигателя внутреннего сгорания с надувом……………………………………………………………..…………..	5
2. Тепловой расчет паровой турбины………………………………………...	19
3.Термодинамический расчет цикла одновального газотурбинного двигателя……………………………………………………………………….	39
Заключение……………………………………………………………………	54
Список использованных источников……………………………………….	55

Введение

Курсовая работа включает в себя расчет основных процессов, устройств и элементов, изучаемых в курсе «Нагнетатели и тепловые двигатели»: четырехтактного дизельного двигателя с наддувом, расчет активной части паровой турбины и термодинамического цикла одновального газотурбинного двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тепловой двигатель рабочим телом, которого являются продукты сгорания топлива.

Паровая турбина является основным двигателем, применяемым на современных тепловых электрических станциях. Паровые турбины получили так же широкое применение в качестве двигателей для кораблей военно-морского флота и гражданского флота, а так же используется для привода различных установок. Паровые турбины обладают целым рядом преимуществ:

1. Большой быстроходностью (не менее 3000 об./мин.).

2. Отличаются сравнительно небольшой массой и компактностью.

3. Могут быть спроектированы на большие единичные мощности в одном агрегате.

4. Высокая экономичность, небольшая удельная стоимость, надежность и долговечность в работе и эксплуатации.

Газовые турбины нашли применение как пиковые агрегаты, работающие относительно непродолжительное время в году для покрытия пиковых нагрузок. Однако комбинация газовых и паровых турбин в одной схеме очень эффективны и называются парогазовые установки, и могут обеспечить наибольший КПД при минимальном расходе топлива.

При выполнении расчетов необходимо более детально изучить процессы, протекающие в двигателях, а так же выяснить какое влияние оказывает тот или иной фактор на эффективность двигателя и на его КПД.

1. Тепловой расчет дизельного двигателя внутреннего сгорания.

1.1. Исходные данные.

Таблица 1.1. Исходные данные

Диаметр цилиндра D, мм	105
Ход поршня S, мм	130
Число цилиндров i	2
Частота вращения вала n, об/мин	1500
Степень сжатия	16
Коэффициент избытка воздуха	1,5
Давление наддува PК, МПа	1,127

1.2. Материальный баланс и параметры начальной точки.

Выбираем примерный массовый состав топлива.

Таблица 1.2. Состав дизельного топлива, % по массе

C	H	O
0,863	0,126	0,011

Определяем теоретический необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива в молях по формуле:

, (1.1)

моль.

Подсчитываем действительное количество воздуха по формуле:

, (1.2)

где  - коэффициент избытка воздуха.

(моль).

Определяем количество продуктов сгорания по формуле:

, (1.3)

(моль).

Вычисляем химический коэффициент молекулярного изменения по формуле:

, (1.4)

.

Подсчитываем среднюю скорость поршня по формуле:

, (1.5)

где S – ход поршня, м;

n – частота вращения главного вала, об/мин.

(м/с).

Так как полученная средняя скорость поршня меньше значения 6,5 м/с, то двигатель можно считать тихоходным. Расчетную скорость воздуха в проходном сечении всасывающего (впускного) клапана (или двух всасывающих клапанов, что часто применяется у быстроходных двигателей) можно принять для быстроходных двигателей равной 50 м/с.

По эмпирической формуле определяем сопротивление всасывающей системы:

, (1.6)

МПа.

Допустимые значения скорости в выпускных клапанах на 15-20% выше, чем во впускных. Примем, что выпускных клапанах скорость будет на 20% выше, чем во впускных:

, (1.7)

.

Определяем сопротивление выпускных клапанов по формуле:

, (1.8)

МПа.

Вычисляем давление в цилиндре в конце впуска воздуха по формуле:

, (1.9)

где Р_к – давление наддува, МПа

МПа.

Принимаем расчетное давление окружающего воздуха Р_окр =0,1033МПа.

Определяем давление в цилиндре в конце выпуска газа. Для двигателя с приводным компрессором давление в конце выпуска газа определим по формуле:

, (1.10)

Подставляя значение в формулу (1.10), получим:

МПа.

Подсчитываем давление воздуха при входе в компрессор по формуле:

, (1.11)

где Р_к=0,04 МПа.

МПа.

Принимаем температуру окружающей среды Т_окр=288 К.

Вычисляем температуру воздуха при выходе из компрессора:

, (1.12)

где к – показатель адиабаты (для воздуха к = 1,4)

_аg – адиабатный КПД компрессора, определяемый по формуле:

_, (1.13)

где _к = 0,59 – полный КПД компрессора;

_м = 0,97 – механический КПД.

,

Вычисляем температуру воздуха в цилиндре в конце всасывания с учетом нагрева от стенок цилиндра по формуле:

, (1.14)

где Т = 11⁰С.

К.

Определяем коэффициент остаточных газов по формуле:

, (1.15)

где Т_r – 900 К – температура выпускных газов в цилиндре в конце выпуска;

 – степень сжатия.

.

Вычисляем действительный коэффициент молекулярного изменения по формуле:

, (1.16)

Температура смеси в цилиндре в начале сжатия с учетом остаточных газов с достаточной степенью точности может быть определена по формуле:

, (1.17)

К.

Определяем коэффициент наполнения для дизелей по формуле:

, (1.18)

.

1.3. Процесс сжатия.

Принимаем показатель политропы сжатия n₁ = 1,32 для двигателей с охлаждаемыми поршнями.

Вычисляем температуру конца сжатия по формуле:

, (1.19)

К.

, (1.20)

.

Определяем давление конца сжатия по формуле:

, (1.21)

МПа.

1.4. Процесс сгорания.

Подсчитываем низшую теплотворность топлива по формуле:

, (1.22)

кДж/кг.

В основу расчета процесса сгорания положен цикл со смешанным подводом тепла.

Температуру конца сгорания определяем по формуле, :

,(1.23)

где С_рmz – теплоемкость в конце сгорания при P = const, кДж/(моль⁰С);

С_vmc – теплоемкость в конце сжатия, кДж/(моль⁰С);

 = 0,8 – коэффициент видимого выделения тепла для быстроходных двигателей;

 – степень повышения давления в процессе сгорания при постоянном объеме.

Значение теплоемкости в конце сжатия для дизелей может быть с достаточной степенью точности определено по формуле:

, (1.24)

кДж/моль .

Значение теплоемкости в конце сгорания определим по формуле:

. (1.25)

Предварительно задаем температуру сгорания t_z = 1670 ⁰С, тогда:

кДж/моль .

Степень повышения давления  определяется по допустимому давлению конца сгорания и давлению конца сжатия Р_с:

. (1.26)

Максимальное значение давления сгорания для быстроходных двигателей задаем Р_z = 5 МПа.

Подставляя найденные значения в формулу (1.23), получим:

.

Равенство значений температуры сгорания в формулах (1.25) и (1.23) показывает, что температура сгорания была задана правильно. По найденному значению t_z определяется степень предварительного расширения по формуле:

, (1.27)

.

Определим наивысшее давление цикла по формуле:

, (1.28)

МПа.