Расчёт агрегатов наддува дизеля 6ЧН12/12

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

государственный морской технический  университет 
 
 
 

Кафедра судовых двигателей внутреннего

сгорания  и дизельных установок  
 
 
 

Курсовая  работа 

расчёт  агрегатов наддува 

дизеля 6ЧН12/12 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент 

группы 2421

Марков  Александр Сергеевич

Принял

Столяров  Андрей Сергеевич 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2009 

   Содержание.

ВВЕДЕНИЕ

1. Обоснование и  выбор исходных  данных для расчёта  агрегатов наддува

1.1. Мощность  и расход воздуха двигателя 

1.2. Исходные  параметры компрессора

1.3  Выбор  типоразмера турбокомпрессора

1.4. Расчётные  параметры изобарной газовой  турбины Р_m = const

2. Проектирование и  расчёт центробежного  компрессора

2.1. Рабочее  колесо компрессора

2.2. Безлопаточный  диффузор

2.3. Лопаточный  диффузор

2.4. Параметры на выходе и общие показатели компрессора

3. Проектирование и  расчёт радиальной  газовой турбины

4.1 Сопловой  аппарат радиальной турбины 

4.2 Рабочее  колесо

4.3 Потери, КПД и мощность радиальной  турбины

4. Впускная и выпускная  системы

   4.1. Впускная  система

4.2. Выпускная  система 

5. Проектирование и  расчёт воздухоохладителя

5.1. Исходные данные расчёта

5.2. Проектировочный расчёт

5.3. Проверочный расчёт

5.4. Гидравлический расчёт

5.5. Итоговые параметры

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список  используемой литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

     Курсовой проект "Агрегаты наддува  двигателей" является завершающим  этапом в изучении дисциплины "Агрегаты наддува", он выполняется  на YП семестре студентами специальности  "Двигатели внутреннего сгорания" как часть вторая курсовых  проектов по ДВС в течение  YI-X-го семестров. Цель данной  работы закрепление  и углубление  знаний по дисциплинам «Теория  ДВС», «Агрегаты наддува», «Динамика  ДВС», приобретение навыков расчетной  и конструкторской работы, пользования  специальной и справочной литературы, составления отчетной технической  документации.

     Задание на курсовой проект  выдается в YI-ом семестре, в  нем определяются тип двигателя,  его назначение, номинальные мощность  и частота вращения, схемы наддува  и продувки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Обоснование и  выбор исходных  данных для расчёта  агрегатов наддува

     Проектирование  и расчет агрегатов наддува  начинаются с выбора типоразмера  турбокомпрессора. Базой для этого  является расчет рабочего цикла  двигателя, выполняемый в курсовой  работе YI семестра по ДВС. 

Исходные данные:

 
 

1.1. Мощность  и расход воздуха двигателя

     Эффективная  мощность и расход воздуха  двигателя определены в тепловом  расчете. Тем не менее, эти  базовые показатели Д можно  еще раз проверить и уточнить. Мощность двигателя, кВт

 

     Расход  воздуха на номинальном режиме  надо проверить и уточнить  по следующим зависимостям,  кг/с:

плотность воздуха  перед Д:

,

Расход воздуха  в компрессоре в двигателе  с одним турбокомпрессором: G_k=G_B=0,262  кг/с. 
 

1.2. Исходные  параметры компрессора

     В  двигателях с одноступенчатым турбонаддувом давление нагнетания за компрессором определяется с учетом сопротивления воздухоохладителя по соотношению, кПа:

,

где согласно ГОСТ в стационарных и судовых ДВС  рекомендуется иметь  кПа.

     Степень  повышения давления в К 

=224/99=2,263, здесь - давление на входе в К;  кПа – сопротивление на входе в К.

 Необходимая  адиабатная работа К находится  по формуле:

,

где   к = 1,4;  R = 287 (или 0,287) – показатель адиабаты и газовая постоянная воздуха, Дж/(кг×К) (кДж / (кг×К).  Для нормальных условий среды обычно  полагают   Т_о = 298 К,  р_о = 1 бар. 

     Мощность  компрессора равна, кВт:   ,

 где l_ак  в кДж/кг,  h_к  - к.п.д. компрессора. Примем h_к  = 0,8 и - коэффициент напора. 
 

1.3. Выбор  типоразмера турбокомпрессора 

   Для выбора  типоразмера ТК необходимо оценить  наружный диаметр D₂ рабочего колеса (РК) компрессора. Для этого по справочникам оцениваем кэффициент напора К h_к; его значения охватывают диапазон от 1,1 до 1,5, их можно также уточнить по характеристикам серийных К, иногда приводимых в справочниках, каталогах, статьях. По известной адиабатной работе К l_ак , Дж/кг, и оцениваемому =1,32 легко определяется окружная скорость U₂ на наружном диаметре РК-К, м/с:

Далее приходится задаваться  приведенным коэффициентом  расхода  примем =0,3;

По  и U₂  определяем меридиальную (осевую) скорость воздуха на входе в РК:

Оценивая скорость на входе в К С_о » 40 м/с, используя уравнения сохранения энергии и политропы, можно определить параметры воздуха на входе в РК: температуру Т₁,  К; давление Р₁, кПа; плотность g, кг/м², проходное сечение на входе РК F₁, см²:

;

; ,

где можно принимать  Т_о= 299,2 К;   ;  Р = 100 кПа;  1 кПа; показатель политропы на входе в К n₁ = 1,37.

Оценивая относительные  диаметры РК - наружный на входе и ступицы, по уравнению неравномерности получим D₂ ,  мм

Частота вращения ТК при этом будет равна, об/мин,  D₂ в мм:

n_тк = 60000

При выборе и учитывают конструктивную схему ТК, т.к. компоновку РК  К и ГТ (консольно или внутри) и подшипников (внутри или снаружи). В первом случае – подшипники внутри, РК  консольно – можно принимать =0,2-0,3 при =0,55-0,7; если подшипники снаружи, обычно имеем = 0,25-0,35 и = 0,58-0,7.  Конструктивно выбор связан  с осевой  шириной РК . При ~ 0,25 оптимальны ~ 0,6-0,67.

Последующие расчеты  как  К, так и ГТ ведутся по найденному значению , округляемому до целых значений. D₂=110 мм. 
 
 

1.4. Расчётные  параметры изобарной газовой  турбины Р_m = const

     До  расчета ГТ необходимо уточнить  ее параметры, полученные в  ходе теплового расчета Д. 

Прежде всего  оценивается ожидаемый, эффективный, к.п.д.

h_т =h_iтh_м , где h_iт - внутренний к.п.д., h_м - механический к.п.д. (оценивает потери в подшипниках ТК).

По к.п.д. ГТ оценивается  общий к.п.д. ТК

h_тк=h_тh_к     

Оценив  h_тк можно определить (уточнить) адиабатную работу ГТ, l_ат, Дж/кг (l_ак  в кДж/кг)

отсюда 

где при определении  степени понижения давления в  турбине, p_т = P_т / P₂, P₂ =102 кПа – давление за ГТ;   P_т = 194 кПа – давление на входе ГТ; G_т - расход газов в ГТ; K_т, R_т – показатель адиабаты и газовая постоянная; Т_т – температура выхлопных газов, К. Для инженерных  расчетов  полагают  К_т = 1,34;   R_т ~ 287 Дж / (кгК); Т_т принимают по результатам теплового расчета.

  Как правило,  P_т и Т_т должны укладываться в пределы:

для ЧН  P_т = (0,85-0,95)р_к;  Т_т = (725-925)К

     Расход  газов в ГТ в первом приближении  G_т ~ G_к , ошибка не более 2-3%, точное значение G_т получаем с учетом расхода топлива по формуле

кг/с.

- температура за ГТ при  адиабатном расширении. В инженерных  расчетах наддувочных ГТ широко  используют функцию  , которая характеризует относительное снижение температуры газов в турбине при адиабатном расширении. Произведение в свою очередь, дает абсолютное понижение температуры в адиабатной турбине, далее его будем обозначать как =105,1.  
 
 

2. Проектирование и  расчёт центробежного  компрессора 

   По окончательно  принятому D₂ подсчитывают наружный диаметр РК на входе D₁= = и диаметр ступицы D_o= . 
 

2.1. Рабочее  колесо компрессора 

   Средний  (по площади проходного сечения  и по кинетической энергии)  диаметр РК на входе

,   

Это позволяет  найти окружную скорость РК на  D_1c, м/с.

Примем число  рабочих  лопаток  РК  Z_K= 14.