2.8. Определение потерь на трение и вентиляцию, относительного внутреннего кпд и эффективного кпд турбины.

Потери на трение и вентиляцию находим по формуле А. Стодолы, (кВт):

, (2.31)

,

где V₂ – удельный объем пара около диска, м³ / кг;

l_cp – средняя высота рабочей лопатки.

Потери тепла на трение и вентиляцию находим по формуле:

, (2.32)

кДж/кг.

Потери от утечек пара h_ут можно принять одного порядка с потерями тепла на трение и вентиляцию h_ут≈ h_ТВ.

Влияние влажности оценивается выражением:

, (2.33)

,

где – КПД на окружности с учетом влажности пара;

χ_ср – средняя степень сухости пара в процессе расширения, которая может быть определена через χ_min по h,S – диаграмме для водяного пара

, (2.34)

.

Внутренний относительный КПД для сухого пара находим по формуле:

, (2.35)

.

Для влажного пара находим по формуле:

, (2.36)

.

Относительный эффективный КПД турбины определяем по формуле:

, (2.37)

.

2.9. Определение действительной мощности на валу турбины.

Полученное на основании оценки потерь значение относительного эффективного КПД турбины позволяет определить значение ожидаемой действительной мощности:

, (2.38)

кВт.

3.Термодинамический расчет цикла одновального газотурбинного двигателя.

3.1. Исходные данные.

Таблица 3.1. Исходные данные.

Мощность на валу двигателя Ne, кВт	1800
Температура газов перед турбиной t3, oC	830
Температура окружающего воздуха t1, oC	+10
Внутренний относительный КПД турбины ,	0,85
Внутренний относительный КПД компрессора ,	0,855
Механический КПД турбины ,	0,978
Механический КПД компрессора ,	0,98
Степень регенерации	0,6
Сопротивление воздушного тракта высокого давления , Па	1155
Сопротивление в камере сгорания , Па	5600
Сопротивление регенератора , Па	4315
Сопротивление газового тракта низкого давления , Па	2770
Сопротивление фильтра и всасывающего патрубка компрессора , Па	1080

3.2. Давление и температура в основных точках цикла.

3.2.1. Перед лопатками компрессора.

, (3.1)

где Р_а – давление окружающего воздуха (Р_а=101325Па).

Па.

К.

3.2.2. За компрессором.

, (3.2)

где – степень повышения давления в компрессоре.

Па,

, (3.3)

.

3.2.3. Перед проточной частью турбины.

(3.4)

.

.

3.2.4. За проточной частью турбины.

, (3.5)

Па.

, (3.6)

где к^’ – показатель адиабаты продуктов сгорания (к^’ =1,36)

π_Т – степень расширения газов в турбине, определяется как:

, (3.7)

.

Подставляя найденное значение π_Т в формулу (3.7), получаем:

.

3.2.5. Перед камерой сгорания.

Считаем, что сопротивление выходного патрубка компрессора и сопротивление входного патрубка турбины равны между собой.

, (3.8)

Па.

, (3.9)

.

3.2.6. За регенератором (по газовой стороне).

, (3.10)

Па.

, (3.11)

.

3.3. Характеристика сети газотурбинной установки.

, (3.12)

где

, (3.13)

,

, (3.14)

.

Подставляя найденные значения коэффициентов в формулу (3.12) получаем:

.

3.4. Приведенный относительный КПД газотурбинной установки.

Приведенный относительный КПД газотурбинной установки рассчитывается по формуле:

, (3.15)

.

3.5. Соотношение граничных значений абсолютной температуры цикла.

, (3.16)

.

3.6. Соотношение абсолютных температур в начале и в конце адиабатного сжатия в компрессоре.

, (3.17)

.

3.7. Соотношение мощности компрессора и газовой турбины.

, (3.18)

.

3.8. Характеристический температурный комплекс.

, (3.19)

.

3.9. Эффективно-термодинамический КПД цикла.

, (3.20)

.

3.10. Удельная эффективная работа (работа 1кг воздуха).

, (3.21)

где с_р = 1,006 кДж/(кг^.0С) – изобарная теплоемкость.

.

3.11. Секундный расход воздуха.

, (3.22)

3.12. Часовой расход топлива.

, (3.23)

где Q_н = 41860 кДж/кг.

.

Данный расчет был произведен при степени повышения давления в компрессоре равной = 2, он будет аналогичен для = 4; 6; 8; 10; 12. результаты расчетов для выбранных значений сведем в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Результаты расчетов.

Наименование	Обо-зна-че-ние	Степень повышения давления в компрессоре
		2		4				6				8				10				12
1	2	3		4				5				6				7				8
Давление перед лопатками компрессора, Па	Р1	100245		101325				101325				101325				101325				100245
Температура перед лопатками компрессора, К	Т1	283
Давление за компрессором, Па	Р2	200490				405300				607950				810600			1013250		200490
Температура за компрессором, К	Т2	355,4922				443,8613				504,273				551,5843			591,0555		355,4922
Давление перед проточной частью, Па	Р3	199335					404145				606795				809445			1012095		199335
Температура перед проточной частью, К	Т3	1103
Давление за проточной частью, Па	Р4	102405
Степень расширения газов в турбине	πТ	1,946536		3,946536				5,925443				7,90435				9,883258				1,946536
Температура за проточной частью, К	Т4	951,4544		817,3373				750,8473				707,8554				676,7061				951,4544
Давление перед камерой сгорания, Па	Р	200555		405365				608015				810665				1013315				200555
Температура перед камерой сгорания, К	Т	713,0695		667,9469				652,2176				645,3469				642,4459				713,0695
Давление за регенератором, Па	Р5		101325
Температура за регенератором, К	Т5		593,8771		593,2517				602,902			614,0927				625,3158				593,8771
Характеристика сети ГТУ	1		1,079365
	2		0,899676		0,931633				0,93747				0,940864			0,943236				0,899676
			0,971079		1,005572				1,011872				1,015536			1,018096				0,971079
Приведенный относительный КПД ГТУ	m		0,822436		0,836916				0,839533				0,841052			0,842111				0,822436
Соотношение граничных значений абсолютной температуры цикла	Q		3,8975
Соотношение в начале и в конце адиабатного сжатия в компрессоре			1,256156			1,568414				1,781884				1,949061			2,088535			1,256156
Соотношение мощностей компрессора и турбины			0,476486			0,574524				0,648656				0,706954			0,755639			0,476486
Характеристический температурный комплекс			3,274364			0,996071				0,455137				0,177729			-0,00262			3,274364
Эффективно-термодинамический КПД цикла	е		0,226654			0,304253				0,297231				0,273596			0,244618			0,226654
Удельная эффек-тивная работа,	hе		95,62594			143,0289				143,8971				133,6692			119,6061			95,62594
Секундный расход воздуха,	G		18,82335			12,58487				12,50894				13,46607			15,0494			18,82335
Часовой расход топлива,	В		682,9856			508,7931				520,8121				565,8045			632,8308			682,9856

Рисунок 3.2. – График зависимости часового расхода топлива цикла ГТУ от степени повышения давления в компрессоре B = f(πк).

Рисунок 3.3. – График зависимости секундного расхода воздуха в цикле ГТУ от степени повышения давления в компрессоре G = f(πк).

Рисунок 3.4. – График зависимости удельной эффективной работы цикла ГТУ от степени повышения давления в компрессоре h_е = f(πк).

Рисунок 3.5. – График зависимости эффективно-термодинамического КПД цикла ГТУ от степени повышения давления в компрессоре η_е = f(πк).

Рисунок 3.6. – График зависимости характеристического температурного комплекса цикла ГТУ от степени повышения давления в компрессоре ε = f(πк).

Рисунок 3.7. – График зависимости приведенного относительного КПД цикла ГТУ от степени повышения давления в компрессоре η_m = f(πк).

Рисунок 3.8. – График зависимости давления за компрессором в цикле ГТУ от степени повышения давления в компрессоре Р₂ = f(πк).

Рисунок 3.9. – График зависимости температуры воздуха за компрессором от степени повышения давления в компрессоре Т₂ = f(πк).

Рисунок 3.10. – График зависимости температуры воздуха за регенератором от степени повышения давления в компрессоре Т₅ = f(πк).

Заключение.

В данной курсовой работе рассчитан четырехтактный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия с надувом. В соответствии с заданным давлением надува Р_к = 0,125 МПа выбран приводной ротационный компрессор. Определена индикаторная и эффективная мощность двигателя N_i кВт, N_e кВт, расход топлива В кг/ч и КПД двигателя η_е.

Произведён расчёт ступени паровой турбины, найден её КПД η_е и определена действительная мощность на валу турбины N_e, построены треугольники скоростей, произведён расчёт проточной части турбины и изображение её в масштабе.

Произведён термодинамический расчёт цикла одновального двигателя с регенерацией тепла уходящих газов, вычислены значения давлений и температур в основных точках процесса, определили оптимальное значения КПД η_{е опт.}, максимальное значение удельной работы цикла h_e кДж/кг, определили секундный расход воздуха G кг/с при π_к (η_{е опт}), часовой расход топлива В кг/ч.

Список использованных источников.

1. Теплотехника /Под ред. Г.А. Матвеева. М.: Высшая школа, 1981, 480с.

2.Двигатели внутреннего сгорания. Тепловозные дизели. Газотурбинные установки / Симсон А.Э., Хомич А.З., Куриц А.А., Бартош Е.Т. и др. М.: Транспорт, 1980.

3. Щегляев А.В. Паровые турбины. Изд. 4-е, перерас. Учебник для высших технических учебных заведений. М.: Энергия, 1987, 367с.

4. Нагнетатели и тепловые двигатели: Методические указания к курсовой работе / В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2008. 44 с.

53