Влияние повышения давления на всасывании

Причины:

· установка воздушного фильтра и глушителя перед компрессором;

· загрязнение проточной части компрессора и воздухоподводящих устройств.

Последствия:

Повышение сопротивления на всасывании приводит к увеличению перепада давлений на входе и уменьшению площади забора воздуха, падению оборотов компрессора, давления продувочного воздуха, мощности и оборотов турбины, степени повышения давления и, как следствие, количества поступающего в цилиндр воздуха, что приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха и последствиям, описанным выше.

Таблица 1.1

Упрощенный расчет компрессора и системы промывки

Показатель	Расчетная формула	Значение	Примечание
1. Расчет воздуха через компрессор Gк, кг/с	Из расчета параграфа 3.2	12,85
2. Давление за компрессором Р'к, Па ΔРох - потери давления в воздухоохладителе (между компрессором и цилин­драми двигателя)	Р'к = Рк + ΔРох=200000 – 4000 = 196000		Задано Рк ; ΔРох
3. Давление перед компрессором Ро, Па ΔРвх - потери давления на входе в компрессор	Ро = Ра – ΔРвх=98100 – 2000 = 96100		Задано Ра; ΔРвх
4. Степень повышения давления πк	πк = Р'к / Ро=196000 / 96100 = 2,03	2,03
5. Адиабатная работа компрессора Нк, Дж/кг	Нк = 1005 * Та * Δt'к = 1005 * 274 * 0,227 = 62508 Проверка: = 1005 * 285 * (1,215 – 1) = 1005 * 285 * 0,215 = 62581		Δt'к – в приложе­нии 5; Та – задано
6. Коэффициент напора Нк^	Нк^ (с лопаточными диффузорами)	1.39	Приложение 4 в зависимости от Дк
7. Окружная скорость uк (на диаметре Дк), м/с	uк = √ 2 Нк / /Нк^=√2*62508/1.39=299
8. Частота вращения ротора n, об/мин	n = 60 uк / (π * *Дк)=60*299/(3.14*0.64)=8970		Дк – задано
9. Мощность привода компрессора на валу Nк, кВт	Nк = (Gк * Нк)/ /ηк=(12,7*62508)/0.84=945		ηк – в приложении4 в зависимости от Дк (большие значения относятся к более мощным ДВС)
10. Коэффициент расхода компрессора Сm^		0.25	Принимается 0,20 – 0,35
11. Скорость потока воздуха перед колесом С1, м/с	С1 = Сm^ * uк=0.25*299=74.7	74,7
12. Скорость потока воздуха в колесе компрессора Ск, м/с	Ск = (0,9 – 1,0) С1=1*74,7=74,7	74,7
13. Температура воздуха после компрессора Тк, К	Тк = Та + 130=274+130
14. Плотность воздуха ρк, кг/м³	ρк = (10³* Р'к) / ( R * Тк)= 196000/(287*404)=1.6	1,6	R = 287 Дж\кгК Р'к в кПа
15. Ширина колеса компрессора bк, мм	bк = (10³*Gк) / (πк *Дк * ρк * *Ск ) (103*12,8)/(74,7*1,6*2,03* *0,64)=82,5	82,5
16. Число лопаток колеса компрессора Zк, шт			Принимается: Zк = 12 – 23
17. Длина канала компрессора Lк, м	Lк = (1 – 1,1)Дк= =1*0.58=0.58	0.58	Lк – принимается в зависимости от Дк
18. Параметры диффузора: - число лопаток Zд, шт; - ширина bд, м	0.95*82,5=78,3	78,3	Принимается:   Zд = 13 – 31; bд = (0,9-1,0) bк
19. Площадь омываемой поверхности Fгр ,м2	Fгр = (2 Zк * bк + 2 Zд*bд)*Lк =(2*20*82,5+2*20*78,3)*0.58=0.37	0.37
20. Расход моющего состава Т1 GТ1 , кг/с	Gт1 = qт1 * Fгр= =0.05*0.37=0.0185	0.0185	qт1 = 0,05 кг/с
21. Количество раствора, кг: Т1QT1 T2QT2	Qт1 = q'т1 * Fгр= =0.45*0.37=0.166 Qт2 = 2Qт1=2*0.166=0,333	0.166   0.333	q'т1 = 0,45 кг/м2
22. Давление воздуха в емкости для моющего состава, Па	Рх = Рк=200000
23. Скорость выхода моющего состава из форсунки Сф ,м/с	Сф = φф√(2Рк / ρт1)= =0.95*√(2*200000/950)= =19,4	19,4	Принимается: φф = 0,95 - 0,96; ρт1 = 950 кг/м3
24. Суммарная площадь проходных сечений форсунки Fф ,мм2	Fф = (Gт1 *106 ) / (Сф * ρт1)= =(0.0185*106)/(19.4*950)= =1,003	1,003
25. Количество отверстий в форсунке Zф			Принимается: Zф = 4 – 8
26. Диаметр отверстий dпр, мм	dпр = √ 4Fф/Zф * π= =√4*1/6*3.14=0.2	0.2	π = 3,14

Таблица 1.2

Упрощенный расчет турбины и алгоритм расчета системы промывки

Показатель	Расчетная формула	Значение	Примечание
1. Температура газа перед турбиной на режиме промывки Тт ,К	Задано
2. Скорость выхода газа из рабочих лопаток на режиме промывки w2 , м/с			Принимается w2 = 130 – 330 (большие значения относятся к более мощным ДВС)
3. Температура газа на выходе из турбины Т2т, К 3.1 Поправочный коэф­фи­циент ηпопр (см. рис.1 метод. указаний) 3.2 к.п.д. турбины ηт = ηi ηм 3.3 к.п.д. турбины с учетом импульсивности ηти = ηт ηпопр 3.4 Общий к.п.д. турбо­компрессора ηтк = ηк ηт; 3.5 Адиабатная работа турбины Нт, Дж/кг Нт = (GкНк)/(Gг ηти ηм); 3.6 Адиабатный перепад температур Δt=Нт/1130.	Т2т = Тт – (Δt * ηi *ηпопр)     0.94     0.85     0.80   0.70       69,8		Принимается ηi = 0,8 - 0,9(0.89) Принимается ηм = 0,92 –0,98(0.96) Принимается ηк = 0,7 – 0,84(0.82) (большие значения относятся к более мощным ДВС)
4. Мощность турбины Nт = Gг * Нт * ηти, кВт	800,698		15%
Производиться сравнение мощностей турбины и компрессора (Nт и Nк). В случае, когда Nт < Nк на величину, превышающую 3% необходимо намечать способы обеспечения баланса мощностей турбины и компрессора.
5. Температура поверхности рабочих лопаток, Тл, К	Тл= δт * (Т2т+w22/2C’p2)		δт = 0,99; С’p2 = 1080 Дж/кгК
6. Коэффициент теплопроводности, λт Вт/мК	λт = λ2 * (tл)	0,044	[9] Принимается 0,044
7. Коэффициент кинематической вязкости газа, υ2, ам2/с	υ2 = υ2 * (t2т)	0,000033	[9] Принимается 0,000033
8. Критерий Прандтля Pr	Pr = Pr * (t2т)	0,67	[9] Принимается 0,67
9. Критерий Рейнольдса Re	Re = w2 * L2/υ2		L2 = 0,0433 м
10. Критерий Нуссельта Nu	Nu = 0.037 Re0.8 * Pr0.43	981,54
11. Коэффициент теплоотдачи от газа к лопатке, Вт/(м2ºС)	αт = Nu * λт / L2
12. Площадь охлаждаемой рабочей лопатки,.м2	F'p = 2 b'2 * L2	0,00206	b'2 = 0,0239 м
14. Длина лопатки hл, мм	hл = (0,12 – 0,24) Дт		Дт – задано(430)
15. Объем охлаждаемой лопатки, м3	V'p = F'p * hл	0,00000213
16. Требуемой теплосъем с рабочих лопаток, Дж	Qт =Cрл*V'p*(Тл-Т'1)*Zp* ρл		ρл = 7800 кг/м3 Cрл =460 Дж/кгК Т'1 = 373 K Zp = 35
17. Средняя температура лопатки в процессе охлаждения, К	Тcp = α'т * (Тт + Т'1)/2	546.1	α'т = 1,1
18. Количество теплоты, передаваемой от газа лопаткам в процессе их охлаждения до 373 К, Вт	qr = αт * F'р * (Тл-Тср ) * Zp
19. Коэффициент теплоотдачи от воды к газу, Вт/(м2К)	αw =αт * [(Tт- Т'1)/( Т'1-Tw)]		Tw = 353 K
20. Количество теплоты, отбираемой водой в процессе охлаждения лопаток, Вт	qw = Zp * F'p * (Tcp-Tw) *Хв*Ср		Cp = 4190 Дж/кгК Хв = 0,2
21. Время, необходимое для охлаждения лопатки до 373 К, с	τ1 =Qт / (qw-qr)
22. Время промывки τ2, с	Принимается
23. Общее время промывки τпр, с	τпр = τ1 + τ2
24. Площадь сопловой лопатки, м2	F'c = 2b1 * L1	0,00436	L1=0,0445 м b1 = 0,049 м
25. Омываемая поверхность сопловых и рабочих лопаток, м2	F = F'c * Zc + F'p * Zp	0.2	Zc = 30
26. Расход моющей жидкости, кг/с	G'w = Gж * F * δ'пл * ρw	0.23	δ'пл = 1*10-3 кг/м ρw = 972 кг/м3 Gж = 1,2 кг/с
27. Требуемое количество моющей жидкости, кг	Сw = G'w * τпр
28. Давление газов за турбиной Р1, Па ΔРвых – потери давления за турбиной.	Р1 = Ра + ΔРвых		Задано ΔРвых
29. Относительный перепад температур Δt'т	Δt'т = ∆t / Тт	0.17
30. Давление газов перед турбиной Рт, Па	Рт = Р1 * πт πт = 1.73		πт находиться в приложении 5 по данным Δt'т
31. Плотность газа перед турбиной, кг/м3	ρт = Рт / R * Tт	0.89	R=288 Дж/кг К
32. Скорость течения газа перед турбиной, м/с	Čт = Gr / zпр* ρт * F	145.8	zпр = 0,2
33. Диаметр канала dкан, мкм	Принимается (100-250)
34. Требуемая скорость движения капли, м/с	Cw = Čт + +[(16(G’w)1.5-4860)/dкап]		dкап в мкм
35. Коэффициент теплопроводности воды, Вт/(мºС)	λw =λw* (tw)	0,00668	[9] Принимается 0,00668
36. Коэффициент кинематической вязкости ,м2/с	υw =υw * (tw)	0,000000365	[9] Принимается 0,000000365
37. Коэффициент температуропроводности от газа к капле ,м2/с	αw = αw * (tw)	0,0000163	[9] Принимается 0,0000163
38. Критерий Pr для капли	Prw = Pr * (tw)	2,23	[9] Принимается 2,23
39. Критерий Re для капли	Rew = (Cw * dкап ) / υw= (4,45*0,0002)/ /0,000000365=2437		dкап в м
40. Критерий Nu	Nuw = 0,66*Rew0.5*Prw0.33= 0,66*(2437)0,5*(2,23)0,33= =42,7	42,7
41. Коэффициент теплоотдачи от капли к газу, Вт/(м2ºС)	α'w = Nuw * λw / dкап= =42,46*0,00668/200*106= =1418-
42. Расхождение, %	|δαw| =| (αw-α’w) / α’w | *100 =|(9379-1691)/1691|*100= =0,05 При δαw ≤ 1% -переход к п.43 При δαw>1%-возврат в п.32	0.05	δαw ≤ 1%
43. Расстояние от соплового аппарата до места установки форсунки, м	Lф = Уф* (dкап102/Тт * Čт)= =0,7*(200*102/693*28,74)= 0,7	0.7	dкап в мкм Уф = 0,7

6. Выводы:

На базе турбокомпрессора ТКР-23 для двигателя прототипа 6ЧРН 36/45 был подобран и рассчитан ГТНА турбокомпрессор ТКР-23 с характеристиками:

- степень повышения давления в компрессоре – 1.6

- максимальная допустимая температура газа:

• при длительной работе (не более) - 650 ^ОС
• в течение 1 часа – 600 ^ОС

- диаметр колеса компрессора – 250 мм

- диаметр колеса турбины – 200 мм

- к.п.д. турбины – 0,83

- к.п.д. компрессора – 0,78

При расчете курсовой работы мне было необходимо сбалансировать мощности турбины и компрессора, разница между которыми составила 0,01%, это обеспечилось за счет варьирования КПД.

Загрязнение проточной части компрессора происходит в следствии попадания частиц масла через уплотнения между колесом компрессора и подшипником, и наличием мелкодисперсного аэрозоля в воздухе поступающего после фильтра, наличие в воздухе паров топлива и масла.

Промывка должна осуществляться в зависимости от сорта топлива и гистограмм нагрузок, и должна выполняться каждые 80-100 часов работы.

Для промывки турбины и компрессора в качестве средства мы использовали: растворы поверхностно-активных веществ: «Чистра», «Синвал», МС, «Термос». Использование воды может привести к преждевременной коррозии проточных частей ГТНА, а использование дизельного топлива или керосина ухудшает взрывопожаробезопасность на судне.

- для промывки компрессора потребуется моющей жидкости Qт1 = 0,146кг,

Qт2 = 0,293кг;

- для промывки турбины потребуется моющей жидкости С_w = 79,4 кг. Общее время промывки турбины составляет τ_ПР = 335 сек.

Ввиду того, что:

- потери давления на входе в компрессор ΔРвх = 2000 Па.

Можно сделать вывод, что воздушные фильтры засорены;

- потери давления воздухоохладителя ΔРох = 6000 Па.

Вывод: воздухоохладитель, система охлаждения работают нормально;

- потери давления за турбиной ΔРвых = 1000 Па.

Вывод: турбине не требуется очистка фальштрубы.