Агрегатов судовых двигателей

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Методические указания к курсовому и дипломному

проектированию для курсантов специальности

26.05.06 Эксплуатация судовых энергетических установок

очной и заочной форм обучения

 

Керчь, 2016 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение		4
1 Энергетический баланс турбокомпрессора		7
2 Требования, предъявляемые к турбокомпрессору, обусловленные двигателем		10
3 Особенности проектирования элементов центробежного компрессора		13
	3.1 Входное устройство компрессора	13
	3.2 Рабочее колесо компрессора	15
	3.3 Диффузоры	17
	3.4 Спиральная камера	19
4 Особенности проектирования элементов осевой газовой турбины		20
	4.1 Газоподводящий корпус	20
	4.2 Коэффициент полезного действия турбины	20
	4.3 Лопатки сопловых и рабочих решеток осевых турбин	22
	4.4 Решетки лопаток радиально - осевых турбин	24
	4.5 Газоотводящий корпус	27
	4.6 Подшипники и уплотнения	28
5 Методика газодинамического расчета турбокомпрессора		33
	5.1 Предварительный расчет турбокомпрессора	33
	5.2 Расчет центробежного компрессора	35
	5.3 Расчет осевой турбинной ступени	42
	5.4 Расчет радиально – осевой турбины	46
	5.5 Расчет закрутки лопаток осевой турбинной ступени	52
	5.6 Расчет турбинной ступени на долевых нагрузках	54
	5.7 Выбор и моделирование профилей турбинной ступени	57
	5.8 Расчет прочности рабочих лопаток	60
6 Тематика и содержание курсового проекта		63
	6.1 Задание на проектирование	63
	6.2 Содержание расчетно-пояснительной части проекта	63
	6.3 Содержание графической части проекта	64
Список использованной литературы		65

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Мощность поршневого ДВС определяется размерами цилиндра, их числом, частотой вращения, тактностью двигателя и средним эффективным давлением.

Наиболее эффективным средством увеличения мощности двигателя является повышение среднего эффективного давления, которое пропорционально среднему индикаторному давлению. Среднее индикаторное давление может быть повышено за счёт улучшения протекания рабочего цикла двигателя и за счёт повышения весового заряда воздуха, поступающего в цилиндр, то есть наддува.

В судовых установках наибольшее распространение получил газотурбинный наддув. При газотурбинном наддуве газовая турбина, работающая на выпускных газах двигателя, и центробежный нагнетатель устанавливаются на одном валу и представляют один агрегат, называемый газотурбонагнетателем (ГТН). Он кинематически не связан с двигателем. Выпускные газы двигателя поступают в турбину и приводят ее во вращение, а вместе с ней и вал нагнетателя. Воздух засасывается из окружающей атмосферы и сжимается в нагнетателе до давления p _к, затем нагнетается через холодильник в воздушный коллектор двигателя.

В целях лучшей очистки (продувки) камеры сгорания от продуктов сгорания топлива, а также охлаждения днища поршня, стенок цилиндра и клапанов, угол перекрытия клапанов при наддуве значительно увеличивают. Наивыгоднейшее значение угла перекрытия клапанов колеблется в пределах 90 - 120° поворота коленчатого вала и в каждом случае определяется опытным путём.

Увеличение угла перекрытия клапанов при наддуве осуществляется за счёт увеличения опережения открытия впускного клапана и некоторого увеличения запаздывания закрытия выпускного клапана, что вполне возможно при возросшем давлении поступающего воздуха до давления p _к. Во избежание возможного нарушения продувки камеры сгорания и в целях использования энергии выпускных импульсов выпускной трубопровод при газотурбинном наддуве дизеля распределяется на отдельные ветви.

В выпускном тракте дизеля, вследствие пульсирующего характера выпуска, возникают волны давления газов (импульсы). Продувку камеры сгорания, очевидно, надо производить в период малых давлений в выпускном коллекторе двигателя. Увеличение продолжительности периода малых давлений в выпускном тракте, возможно, достичь соответствующей группировкой цилиндров по различным ветвям выпускного трубопровода.

Для повышения показателей работы двигателя с наддувом весьма целесообразным является охлаждение надувочного воздуха. При охлаждении надувочного воздуха происходит:

- понижение температуры в начале сжатия, а, следовательно, и во всех остальных основных точках цикла и средней температуры цикла;

- уменьшение теплонапряжённости стенок цилиндра;

- уменьшение температуры дна поршня и стенок цилиндра;

- повышение весового заряда воздуха, а, следовательно, и эффективной мощности двигателя (примерно на 2,5 % на каждые 10° снижения температуры);

- повышение среднего эффективного давления, примерно, прямо пропорционально повышению давления надувочного воздуха.

Воздухоохладители обычно выполняются совместно, с нагнетательным трубопроводом надувочного воздуха. Скорость воздуха в воздухоохладителе колеблется от 20 до 100 м/с, а потери давления при этом составляют 1,5÷5 кПа в каждой секции охладителя. При малых степенях наддува ограничиваются одноступенчатым охлаждением воздуха (снижением температуры на 20÷60°), а при высоких степенях наддува применяют двухступенчатое охлаждение.

Газотурбонагнетатель представляет собой агрегат, состоящий из центробежного компрессора (нагнетателя) и газовой турбины. Ротор турбины в таком агрегате закрепляется на одном валу с ротором центробежного компрессора. В таблице 1 приведены основные параметры некоторых судовых ТНА. В таблице буквами обозначены: Р – радиальная центростремительная турбина; О – осевая турбина; Ц – центробежный компрессор.

Таблица 1 - Основные характеристики турбонаддувочных агрегатов (ТНА)

 

Параметры ТНА	ТКР – 8,5	ТКР - 11	ТКР - 14	ТКР - 18	ТКР - 23	ТК - 23	ТК - 30	ТК - 34	ТК - 38	ТК - 50	ТК - 64
1. Базовый диаметр колес компрессора и турбины,  мм	85	110	140	180	230	230	300	340	380	500	640
2. Тип турбины	Р	Р	Р	Р	Р	О	О	О	О	О	О
3. Тип компрессора	Ц	Ц	Ц	Ц	Ц	Ц	Ц	Ц	Ц	Ц	Ц
4.Максимальная степень сжатия	1,6	2,0	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,0	2,0	2,0
5. Допустимая длительная температура газов перед турбиной, °С	600	600	600	600	600	600	600	600	550	550	550
6.Максимальная температура газов перед турбиной в течении 1 ч, °С	650	650	650	650	650	650	650	650	600	600	600
7. Мощностной КПД турбины (не менее)	0,74	0,76	0,76	0,78	0,78	0,76	0,76	0,77	0,78	0,78	0,80

 

Продолжение таблицы 1

Параметры ТНА	ТКР – 8,5	ТКР - 11	ТКР - 14	ТКР - 18	ТКР - 23	ТК - 23	ТК - 30	ТК - 34	ТК - 38	ТК - 50	ТК - 64
8. Адиабатный КПД компрессора (не менее): - с лопаточным диффузором; - с безлопаточ-ным диффузором	0,72     0,68	0,74     0,70	0,76     0,72	0,76     0,72	0,78     0,74	0,78     0,74	0,78     0,74	0,80     0,74	0,80     0,74	0,80     0,75	0,80     0,75
9. Максималь-ный ресурс компрессора, ч	4*103	6*103	8*103	104	104	2*104	2*104	2*104	2*104	2*104	2*104
10. Полная масса (не более), кг	15	20	40	70	105	180	350	510	700	1500	2900