Влияние повышения давления на всасывании

2015-11-07

1318

Обсуждений (0)

0.00 из 5.00 0 оценок

⇐ Предыдущая 12

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 G_к, 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)=60299/(3.14*0.64)=8970		Дк – задано
9. Мощность привода компрессора на валу Nк, кВт	Nк = (G_к _Нк)/ /ηк=(12,762508)/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=0.25299=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 ) (10^312,8)/(74,71,62,03* *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 F_гр ,м²	F_гр = (2 Z_{к } bк + 2 Zд_bд)_Lк =(22082,5+22078,3)0.58=0.37	0.37
20. Расход моющего состава Т₁ G_Т1 , кг/с	G_т1 = q_{т1 }F_гр₌ _{=0.050.37=0.0185}	0.0185	q_т1 = 0,05 кг/с
21. Количество раствора, кг: Т₁Q_T₁ T₂Q_T₂	Q_т1= q'_{т1 }F_гр₌ _{=0.450.37=0.166} Q_т2 = 2Q_{т1=2*0.166=0,333}	0.166 0.333	q'_т1= 0,45 кг/м²
22. Давление воздуха в емкости для моющего состава, Па	Р_х = Р_к=200000
23. Скорость выхода моющего состава из форсунки С_ф ,м/с	С_ф = φ_ф√(2Р_к/ ρ_т1)= =0.95√(2200000/950)= =19,4	19,4	Принимается: φ_ф = 0,95 - 0,96; ρ_т₁₌950 кг/м³
24. Суммарная площадь проходных сечений форсунки F_ф ,мм²	F_ф = (G_{т1 }10⁶ )/ (С_ф_ ρ_т1)= =(0.018510⁶⁾/(19.4950)= =1,003	1,003
25. Количество отверстий в форсунке Z_ф			Принимается: Z_ф = 4 – 8
26. Диаметр отверстий d_пр, мм	d_пр = √ 4F_ф/Z_{ф }π= =√41/6*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 = (G_кНк)/(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, Т_л, К	Т_л= δ_т_* (Т_2т+w₂²/2C’_p2)		δ_т = 0,99; С’_p2 = 1080 Дж/кгК
6. Коэффициент теплопроводности, λ_т Вт/мК	λ_т = λ_{2 *} (t_л)	0,044	[9] Принимается 0,044
7. Коэффициент кинематической вязкости газа, υ_{2, а}м²/с	υ₂ = υ_{2 *} (t_2т)	0,000033	[9] Принимается 0,000033
8. Критерий Прандтля Pr	Pr = Pr _*(t_2т)	0,67	[9] Принимается 0,67
9. Критерий Рейнольдса Re	Re = w_{2 *} L₂/υ₂		L₂ = 0,0433 м
10. Критерий Нуссельта Nu	Nu = 0.037 Re^0.8_*Pr^0.43	981,54
11. Коэффициент теплоотдачи от газа к лопатке, Вт/(м²ºС)	α_т = Nu _*λ_т / 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	Q_т =C_рл_V'p_(Т_л-Т'₁)_Z_p_ρ_л		ρ_л = 7800 кг/м³ C_рл =460 Дж/кгК Т'₁ = 373 K Z_p = 35
17. Средняя температура лопатки в процессе охлаждения, К	Т_cp = α'_{т *} (Т_т + Т'₁)/2	546.1	α'_т = 1,1
18. Количество теплоты, передаваемой от газа лопаткам в процессе их охлаждения до 373 К, Вт	q_r = α_{т }F'_{р } (Т_л-Т_ср ) _*Z_p
19. Коэффициент теплоотдачи от воды к газу, Вт/(м²К)	α_w =α_{т *} [(T_т- Т'₁)/( Т'₁-T_w)]		T_w = 353 K
20. Количество теплоты, отбираемой водой в процессе охлаждения лопаток, Вт	q_w = Z_p_F'_{p } (T_cp-T_w)_Х_в_С_р		C_p = 4190 Дж/кгК Х_в = 0,2
21. Время, необходимое для охлаждения лопатки до 373 К, с	τ₁ =Q_т/ (q_w-q_r)
22. Время промывки τ₂, с	Принимается
23. Общее время промывки τ_пр, с	τ_пр = τ₁+ τ₂
24. Площадь сопловой лопатки, м²	F'_c = 2b_{1 *}L₁	0,00436	L₁=0,0445 м b₁ = 0,049 м
25. Омываемая поверхность сопловых и рабочих лопаток, м²	F = F'_{c } Z_c + F'_{p }Z_p	0.2	Z_c = 30
26. Расход моющей жидкости, кг/с	G'_w = G_{ж }F _δ'_пл _*ρ_w	0.23	δ'_пл = 1_*10^-3 кг/м ρ_w = 972 кг/м³ G_ж = 1,2 кг/с
27. Требуемое количество моющей жидкости, кг	С_w = G'_{w *}τ_пр
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	ρ_т = Рт / R _*T_т	0.89	R=288 Дж/кг К
32. Скорость течения газа перед турбиной, м/с	Č_т = G_r / z_пр_ρ_т_F	145.8	z_пр = 0,2
33. Диаметр канала dкан, мкм	Принимается (100-250)
34. Требуемая скорость движения капли, м/с	C_w = Č_т + +[(16(G’_w)^1.5-4860)/d_кап]		d_капв мкм
35. Коэффициент теплопроводности воды, Вт/(мºС)	λ_w =λ_w_* (t_w)	0,00668	[9] Принимается 0,00668
36. Коэффициент кинематической вязкости ,м²/с	υ_w =υ_w_* (t_w)	0,000000365	[9] Принимается 0,000000365
37. Коэффициент температуропроводности от газа к капле ,м²/с	α_w = α_w_* (t_w)	0,0000163	[9] Принимается 0,0000163
38. Критерий Pr для капли	Pr_w = Pr _* (t_w)	2,23	[9] Принимается 2,23
39. Критерий Re для капли	Re_w = (C_w_d_кап) / υ_w= (4,450,0002)/ /0,000000365=2437		d_кап в м
40. Критерий Nu	Nu_w = 0,66_Re_w^0.5_Pr_w^0.33= 0,66(2437)^0,5(2,23)^0,33= =42,7	42,7
41. Коэффициент теплоотдачи от капли к газу, Вт/(м²ºС)	α'_w = Nu_w_λ_w/ d_кап= =42,460,00668/200*10⁶= =1418-
42. Расхождение, %	\|δ_α_w\| =\| (α_w-α’_w) / α’_w\| _100 =\|(9379-1691)/1691\|100= =0,05 При δ_α_w ≤ 1% -переход к п.43 При δ_α_w>1%-возврат в п.32	0.05	δ_α_w ≤ 1%
43. Расстояние от соплового аппарата до места установки форсунки, м	L_ф = У_ф* (d_кап10²/Т_т_* Č_т)= =0,7(20010²/693*28,74)= 0,7	0.7	d_кап в мкм У_ф = 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.