Расчет параметров продувочно-наддувочного агрегата

2.1.1. Параметры газовой турбины

Температура остаточных газов в конце выпуска:

, К,

где n_г – показатель политропы расширения при истечении газа в коллектор, принимается в пределах 1,30…1,35.

Температура воздуха в цилиндре в конце сжатия, «чистых» продуктов сгорания и их смеси:

, кДж/(кмоль·К);

, кДж/(кмоль·К);

, кДж/(кмоль·К).

Температура газов перед турбиной:

, К.

Удельный расход газов через турбину:

, кмоль/кВт.

Коэффициент адиабатного напора турбины:

, кДж/кмоль,

где к_г – показатель адиабаты расширения газа в турбине, принимается

1,30…1,40.

Относительная мощность турбины:

,

где h_ат – адиабатный КПД турбины, принимается 0,72…0,82;

к_и – коэффициент использования энергии импульса, принимается

1,10…1,33.

2.1.2. Параметры центробежного компрессора

Удельная адиабатная работа компрессора:

, кДж/кг.

Удельная действительная работа компрессора:

, кДж/кг,

где h_ак – адиабатный КПД компрессора, принимается 0,70…0,78;

h_мк – механический КПД компрессора, принимается 0,96…0,98.

Относительная мощность компрессора:

.

2.1.3. Параметры приводного нагнетателя

Температура наддувочного воздуха после нагнетателя:

, К.

Действительный температурный перепад для расчета охладителя надувочного воздуха:

.

Удельная работа приводного нагнетателя:

, кДж/кг,

где n_н – показатель политропы сжатия воздуха в приводном нагнетателе,

принимаем равным: 1,6 – для роторно-зубчатого;

1,45…1,6 – для поршневого;

h_мн – механический КПД нагнетателя, равен 0,89…0,95.

Относительная мощность приводного нагнетателя:

.

Расчет эффективных показателей

Комбинированного двигателя

Механический КПД комбинированного двигателя:

,

где рекомендуется принять: для МОД h_м=0,88…0,91,

для СОД h_м=0,89…0,92, для ВОД h_м=0,80…0,85.

Удельный эффективный расход топлива:

g_e = g_i /h_мкд , кг/кВт·ч.

Эффективный КПД комбинированного двигателя:

h_е = h_i · h_мкд .

Среднее эффективное давление рабочего цикла комбинированного двигателя:

р_е =р_i ·h_мкд , МПа.

Полученные значения g_e иh_е должны быть близкими к заданному прототипу или соответствовать опытным данным для близких по конструкции двигателей.

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ

ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

Теоретическую индикаторную диаграмму строят по данным расчета рабочего цикла. Ординаты точек политропы сжатия и расширения вычисляют по следующим формулам:

для процесса сжатия ,

для процесса расширения, учитывая, что ,

,

где – отношение объемов, представляющее собой текущее значение степени сжатия.

Использование отношения в качестве переменной позволяет упростить вычисления, так как численные значения в основном целые числа (от 1,0 до e – для политропы сжатия, от r до e – для политропы расширения). Удобно также задавать одни и те же значения для вычисления ординат политропы сжатия и расширения. При этом две ординаты политроп сжатия и расширения соответствуют одной абсциссе, что значительно упрощает их построение.

Теоретическая индикаторная диаграмма рабочего цикла в этом случае представляется в системе координат р– безразмерной в направлении оси объемов. Абсолютные объемы, соответствующие значениям отношения , легко найти умножив отношение на постоянный объем V_с камеры сжатия:

для четырехтактных ДВС ;

для двухтактных ДВС ,

где – геометрическая степень сжатия.

Вычисление ординат точек политроп сжатия и расширения удобно проводить в табличной форме и в определенном порядке (таблица 4.1).

Значения р_с, р_а, р_z и р_b являются контрольными и должны соответствовать полученным в расчете цикла.

Таблица 4.1 – Вычисление ординат точек политроп сжатия

и расширения

		p, МПа	р, мм		p, МПа	р, мм
1,0		рс
1,25
r					рz
1,50
1,75
2,0
2,5
3,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
e

Порядок построения индикаторных диаграмм рабочего цикла двигателя (рисунки 4.1, 4.2) следующий:

1) устанавливают масштабы построения диаграммы m_p и .

При выборе масштабов построения диаграммы рекомендуется руководствоваться таким отношением:

,

где m_p – масштаб по оси ординат (давлений), обычно m_p=0,04…0,06 МПа/мм;

– масштаб по оси абсцисс (отношение объемов), обычно единица оси абсцисс составляет 15…20 мм;

2) проводят контрольные линии постоянных давлений окружающей среды р₀ и наддува р_s;

3) на вертикальных прямых линиях, проведенных через нанесенные на оси абсцисс значения , откладываются соответствующие значения ординат давлений, вычисленных в таблице 4.1 для политроп сжатия и расширения. Полученные точки соединятся плавными кривыми са и zb. Далее проводятся линии cy и yz процесса сгорания;

4) проводят линии процессов газообмена (выпуска br и наполнения ra) для четырехтактных ДВС в предположении постоянства значений потерь на впуске ( ) и противодавлений на выпуске ( ); линии постоянных давлений процессов наполнения и выпуска наносятся с соблюдением условий: для ДВС с наддувом р_а< р_s и р_r> p₀.

Для двухтактных ДВС (рисунок 4.2) замыкающие диаграмму линии процессов выпуска и наполнения (так называемая хвостовая часть диаграмм) наносят с учетом особенностей протекания процессов выпуска и продувки в различных схемах газообмена: после открытия окон (клапанов) давление в цилиндре резко падает в связи с быстрым нарастанием сечения выпускных органов (участок bd).

В целях сближения теоретической индикаторной диаграммы рабочего цикла к действительной, построенную диаграмму корректируют на участках процесса сгорания cyz , наполнения ra и свободного выпуска ba (для четырехтактных ДВС, рисунок 4.1) или bd (для двухтактных ДВС, рисунок 4.2).

На участке cyz в результате протекания процесса сгорания с конечной скоростью давление на начальном участке cy повышается не по изохоре, а по сложной наклонной кривой, имеющей началом точку с; с изменением объема на участке yz эта кривая приближается к точке z. Линия процесса сгорания плавно сопрягается в районе точки с с политропой сжатия и в районе точки z – с политропой расширения.

S

Рисунок 4.1 – Теоретическая индикаторная диаграмма

четырехтактных двигателей с наддувом

S

Рисунок 4.2 – Теоретическая индикаторная диаграмма

двухтактных двигателей с наддувом

Библиографический список

1. Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания/В.А. Ваншейдт. –Л.: Судостроение, 1977. –392 с.

2. Фомин Ю.Я. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Учебник/ Ю.Я. Фомин, А.И. Горбань, В.В. Добровольский, А.И. Лукин и др. –Л.: Судостроение, 1989. –344 с.

3. Самсонов В.И. Двигатели внутреннего сгорании морских судов/ В.И. Самсонов, М.И. Худов. –М.: Транспорт, 1990. –308 с.

4. Миклос А.Г. Судовые двигатели внутреннего сгорания/А.Г. Миклос, Н.Г. Чернявская. –Л.: Судостроение, 1975. –440 с.

5. Пахомов Ю.А. Топливо и топливные системы судовых дизелей/ Ю.А. Пахомов, Ю.П. Коробков, Д.В. Дмитриев, Г.Л. Васильев. –М.: Р.Консульт, 2004, –494 с.

Заказ № ____________ от «____» _____________ 200____. Тираж _________ экз.

Изд-во СевНТУ