Расчет системы газотурбинного наддува

Наддув – это способ повышения мощности за счет одновременно увеличения массы воздушного заряда в рабочем цилиндре и количества впрыскиваемого топлива. Увеличение массы подаваемого воздуха происходит за счет повышения его давления в компрессоре агрегата наддува.Для снижения температур деталей двигателя, а также дополнительного увеличения массы подаваемого воздуха, за счет повышения его плотности, применяется охладитель наддувочного воздуха.

Привод компрессора осуществляется газовой турбиной, расположенной с ним на одном валу и использует энергию отработавших газов.

По уточненным в расчете рабочего процесса значениям давления воздуха и его расхода определим основные параметры турбокомпрессора:

Адиабатная работа сжатия, Дж/кг:

где k=1,4- показатель адиабаты сжатия для воздуха;

R=287,5- газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг К).

Окружная скорость колеса компрессора, м/с:

где - наружный диаметр колеса компрессора, выбранного ранее по ГОСТ 9658-81, м

турбокомпрессор ТКР-14,

- максимальная частота вращения ротора турбокомпрессора,

Справка: значения для литых, штампованных и фрезерованных колес центробежного компрессора находятся в пределах 250-350 м/с.

Коэффициент напора центробежного компрессора:

=0,88

Справка:значения для центробежных компрессоров агрегатов наддува дизелей находятся в пределах 0,55-0,70.

Мощность турбины, необходимая для привода компрессора, кВт:

Где - адиабатный к.п.д. компрессора по ГОСТ 9658-81.

Определить основные параметры охладителя надувочного воздуха (ОНВ):

Тепловой поток, отводимый в ОНВ забортной водой, , кВт.

Справка: при известных величинах , и теплоемкости воздуха :

Расход забортной воды через ОНВ, кг/с:

кг/с

Где - температура воды на входе в ОНВ, принимается равной

- то же, на входе из ОНВ, принимается равной .

С_р2 – теплоемкость воды, С_р2=4,187 кДж/(кгК)

Поверхность охладителя надувочного воздуха, F, :

Справка: по известной величине из уравнения теплопередачи

Где k- коэффициент теплопередачи, равный 100…150 Вт/(

F- поверхность теплопередачи ОНВ со стороны межтрубного пространства,

- средний по поверхности температурный напор,

Определяется поверхность F теплообменника.

Средний температурный напор рассчитывается по формуле

где p- эффективность нагревания, определяемая выражением

R- отношение водяных эквивалентов, определяемое выражением

- полное отношение водяных эквивалентов, т.е.

где m- число трубных ходов ОНВ, m=2.

Поверхность теплопередачи ОНВ:

Определим диаметр трубопровода выпускного коллектора d_вып.тр, м:

Для данного двигателя применяем импульсную систему наддува, которая в сравнении с изобарной позволяет получить более высокое давление наддува.

Определить диаметр трубопровода выпускного коллектора , м

Справка: при изобарной системе наддува подвод газов к турбине турбокомпрессора осуществляется по общему выпускному трубопроводу.

Справка: при импульсной системе наддува обязательно разделение выпусков отдельных цилиндров. Разделение цилиндров на группы по трубопроводам зависит от числа цилиндра и порядка их работы.

Необходимо выбрать схему соединения цилиндров с турбиной для принятого порядка работы цилиндров. Диаметр каждого трубопровода выпускного коллектора определяется из условия

- рабочий объем цилиндра, .

объем отдельного трубопровода, ;

где

- средняя длина отдельного трубопровода, м (можно принять равной половине расстояния от оси дальнего цилиндра до входа в турбину);