Определение температуры газов, на входе в турбину и баланса мощностей компрессора и турбины

2.5.1.Схематически можно принять, что в процессе выпуска последовательно происходят изоэнтальпийное истечение газовизцилиндров в выпускной коллектор, их перемешивание с продувочным воздухом и перенос отработавших газов к турбине с некоторой потерей теплоты в стенки коллектора.

При перемешивании газов с наддувочным воздухом из уравнения баланса теплоты находится температура смеси.

Уравнение баланса теплоты может быть представлено в виде:

гдеG_S; G - суммарный и теоретический расход воздуха, кг/с;

Т_СМ, Т_S; Т_В - температуры смеси, воздуха в ресивере и газов в точке «в»:

mC_РСМ; mC_РS и mC_РВ - массовые теплоемкости смеси, воздуха в ресивере и газов в точке «в»,кДж/(кг×К). Теплоемкости берутся из курса теплотехники; их можно найти, зная мольные теплоемкости:

(45)

где m - молекулярная масса газа, г/моль или кг/кмоль, ее можно принимать равной 29 для воздуха и 31 для продуктов полного сгорания.

Молекулярную массу смеси можно найти точно:

Принимая mC_РВ = mС_РСМ , получим:

, (46)

Температуру смеси рабочего тела перед турбиной определяют с учетом потерь теплоты на охлаждение:

, (47)

где y_r - коэффициент, учитывающий теплоотвод в выпускной системе;

- температура теплоносителя, охлаждающего коллектор.

В тепловозных дизелях величина y_r находится в пределах:

· для коллектора, охлаждаемого водой - 0,1 - 0,15;

· для неохлаждаемого коллектора - 0,01 - 0,03.

В случае охлаждения коллектора водой значение принимается в пределах 320 - 360 К. Для неохлаждаемого коллектора значение принимается равной температуре воздуха в кузове тепловоза.

2.5.2.Мощность турбины зависит от расхода смеси G_Z, температуры смесиТ_СМ на входе в турбину, перепада давлений в турбине p_Т и КПД h_Т.

Для обеспечения продувки двигателя перепад давлений по двигателю для 4-тактных дизелей не должен быть ниже , а для 2-тактных дизелей (где Р_Т - давление газов перед турбиной).

Тогда:

, (48)

где x_r - коэффициент потерь давления в выпускной системе x_r = 0,9 - 0,95.

Мощность турбины:

, (49)

где k_Г - показатель адиабаты выпускных газов; k_Г = 1,32 - 1,35.

Из баланса мощностей компрессора и турбины получим требуемый КПД турбины:

, (50)

где N_К подсчитана по формуле (18).

Полученные величины требуемого КПД не должны быть выше значений, реально достигаемых в настоящее время h_Т £ 0,8 - 0,85.

Если требуемый КПД турбины будет выше, это значит, что выбранная схема воздухоснабжения и температура рабочего тела на выходе из дизеля Т_Вне обеспечивают получения заданного давления наддува.

Необходимо снизить величину за счет увеличения проходных сечений при газообмене или увеличить степень предварительного расширения за счет снижения l. Последнее нежелательно, так как приведет к снижению максимального давления сгорания, к повышению температуры в точке «в»и к снижению эффективного коэффициента полезного действия двигателя.