РАСЧЁТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Высшего образования
«Севастопольский государственный университет»
РАСЧЕТ ГАЗОТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ
СУДОВОГО ДВС
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К выполнению курсовой работы
По дисциплине
Судовые турбомашины»
Для студентов всех форм обучения
Специальность 26.05.06. «Эксплуатация судовых
Энергетических установок»
Севастополь
2016
УДК 629.526.02; 656.612.088
Расчет газотурбонагнетателя судового ДВС. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Судовые турбомашины» для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 26.05.06. «Эксплуатация судовых энергетических установок» всех форм обучения. Севастополь: Изд-во СевГУ, 2016. –24 с.
Цель издания методических указаний: рекомендации по выполнению КР по расчету газотурбонагнетателя судового ДВС в соответствии с требованиями стандарта компетентности STCW 78/95, глава III разделы А-III/1 и A-III/2.
СОДЕРЖАНИЕ
| Условные обозначения и сокращения …………………………. | 3 |
| 1. Расчет газотурбонагнетателя 4-х тактного дизеля ……….. | 3 |
| 2. Расчет центробежного компрессора ………………………. | 5 |
| 3. Расчет газовой турбины ……………………………………. | 14 |
| 4. Расчет прочности рабочих лопаток ………………………... | 18 |
| 5. Расчет колебаний рабочих лопаток ………………………... | 19 |
| 6. Определение критической частоты вращения ротора ……. | 21 |
| 7. Выбор подшипников ………………………………………... | 23 |
| Библиографический список ……………………………………. | 23 |
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
|
|
|
be – удельный расход топлива, кг/(кВт.ч);
Срг – теплоемкость процесса расширения, кДж/(кг.К);
Срв – теплоемкость процесса сжатия, кДж/(кг.К);
К – показатель изоэнтропы;
α – коэффициент избытка воздуха;
αс – суммарный коэффициент избытка воздуха;
Lo – теоретически необходимое относительное количество
воздуха, кг/кг;
Ne – эффективная мощность, кВт;
R – газовая постоянная, кДж/(кг.К).
РАСЧЁТ ГАЗОТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ
Х ТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ
ДАНО:
Мощность двигателя N e = 2150 кВт;
Удельный расход топлива be = 0,2 кг/(кВт·ч);
Коэффициент избытка воздуха α = 2,0;
Суммарный α c = 2,2;
Коэффициент продувки 
= 1,1;
Величина L0= 14.35 кг/кг;
Давление наддува Pk = 170000 Па;
Температура газов перед турбиной TГ = 853 К;
CРГ = 1,105 КДж/(кг·К);
Параметры атмосферного воздуха: Р а = 101300 Па; Т а =288 К;
R = 287,2 Дж/ (кг·К), Срв=1,005 кДж/(кг·К), K = 1,4.
|
|
|
ПРИНЯТЫЕ ВЕЛИЧИНЫ:
Потери давления:
- на входе в компрессор 
Pвх = 2000 Па;
- в воздухоохладителе Pохл = 4000 Па;
- за турбиной Pвых = 1600 Па;
КПД компрессора 
= 0,78;
КПД турбины 
= 0,83;
Механический КПД 
= 0,96.
Расчет газотурбонагнетателя 4-х тактного дизеля представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Предварительный расчёт параметров ГТН
| Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Расчётная формула или источник | Численное значение |
| Расход воздуха | Gк | кг/c | 
| 3,771 |
| Расход газа | GГ | кг/c | Gк 
| 3,89 |
| Давление перед компрессором | 
| Па | Pα - Pвх
| 99300 |
| Давление за компрессором | 
| Па | P k + P ох
| 174000 |
| Степень повышения давления в компрессоре | π k | 
| 1,752 | |
| Изоэнтропий-ная работа сжатия в компрессоре | Hka | кДж/кг | 
| 50,35 |
| Работа сжатия в компрессоре | Hk | кДж/кг | 
| 64,6 |
| Изоэнтропийная работа расширения | HТА | кДж/кг | 
| 78,6 |
| Степень понижения давления в турбине | π Т | 
| 1,4 | |
| Давление газа за турбиной | 
| Па | Pα + Pвых
| 102900 |
| Давление газа перед турбиной | 
| Па |  π Т
| 144060 |
| Коэффициент | Ψ | 
| 1,2 |
РАСЧЁТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
Рисунок 2.1 – Схема центробежного компрессора
|
|
|
В таблице 2.1 дан пример расчета центробежного компрессора.
Таблица 2.1 – Расчет центробежного компрессора
| Наименование Параметра | Обозначение | Размерность | Расчётная формула или источник | Численное значение |
| Температура заторможенного потока на входе в компрессор | 
| К | 
| 288 |
| Давление заторможенного потока | 
| Па | Pα – Pвх
| 99300 |
| Скорость воздуха на входе в компрессор | 
| м/с | Принимаем 30…70 | 50 |
| Температура воздуха на входе в компрессор | 
| К | 
| 287 |
| Давление воздуха на входе в компрессор | 
| Па | 
| 98098 |
| Плотность воздуха на входе в компрессор | 
| кг/м3 | 
| 1,19 |
| Продолжение таблицы 2.1. | |||||||||||||
| Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Расчётная формула или источник | Численное значение | |||||||||
| Площадь поперечного сечения на входе | F0 | м2 |
| 0,063 | |||||||||
| Адиабатная работа сжатия в компрессоре | | кДж/кг | Из предварительного расчёта | 50,35 | |||||||||
| Адиабатический напорный КПД |
|
| Выбирается 0,57…0,75 | 0,65 | |||||||||
| Окружная скорость на наружном диаметре колеса компрессора |
| м/с |
| 278,35 | |||||||||
| Осевая составляющая абсолютной скорости перед колесом при осевом входе потока
| С 1 | м/с | Принимается 80…150 | 145 | |||||||||
| Температура воздуха на входе в колесо | T1 | К |
| 277,8 | |||||||||
| Потери во входном устройстве перед колесом |
| Дж/кг |
| 420,5 | |||||||||
| Коэффициент потерь для компрессора с осевым входом |
| - | Принимается 0,03…0,06 | 0,04 | |||||||||
| Показатель политропы изменения состояния воздуха на входе |
| - | Определяется из равенства
| 1,376 | |||||||||
| Давление на входе в колесо |
| Па |
| 87074 | |||||||||
| Плотность воздуха на входе в колесо |
| кг/ м3 |
| 1,09 | |||||||||
| Площадь поперечного сечения входа в колесо |
| м2 |
| 0,024 | |||||||||
| Диаметр колеса на входе |
| мм |
| 209,37 | |||||||||
| Отношение |
| - | Принимается 0,25 …0,60 | 0,55 | |||||||||
| Диаметр втулки колеса |
| мм |
| 115 | |||||||||
| Диаметр колеса |
| мм |
Принимаем 0,6 | 349 | |||||||||
| Частота вращения колеса | nк | 1/с |
| 254 | |||||||||
| Средний диаметр на входе в колесо | D1ср | мм |
| 169 | |||||||||
| Шаг лопаток на среднем диаметре колеса |
| мм |
| 31 | |||||||||
| Число лопаток колеса |
| - | Принимается 7…37 | 17 | |||||||||
| Коэффициент загромождения входа в колесо на среднем диаметре |
| - |
| 0,82 | |||||||||
| Отношение |
| - | Принимается 0,14…0,22 | 0,18 | |||||||||
| Окружная скорость на среднем диаметре |
| м/с |
| 134,8 | |||||||||
| Угол входа потока на среднем диаметре |
| град. |
| 470° | |||||||||
| Угол установки лопаток |
| град. |
| 49°38´ | |||||||||
| Угол набегания потока | i | град. | Выбирается 2…3 | 2°30´ | |||||||||
| Меридиональная скорость на входе в колесо |
| м/с |
| 177 | |||||||||
| Относительная скорость на входе в колесо на среднем диаметре |
| м/с |
| 222,5 | |||||||||
| Окружная скорость на диаметре |
| м/с |
| 167 | |||||||||
| Число Маха на среднем диаметре в относительном движении |
| - |
| 0,73 | |||||||||
| Потери на входе в колесо |
| Дж/кг |
| 4950 | |||||||||
| Коэффициент потерь |
| - | Выбирается 0,1…0,3 | 0,2 | |||||||||
| Потери на поворот и трение в межлопаточных каналах |
| Дж/кг |
| 1577 | |||||||||
| Коэффициент потерь |
| - | Выбирается 0,1…0,2 | 0,15 | |||||||||
| Радиальная составляющая абсолютной скорости потока на выходе из колеса |
| м/с |
| 145 | |||||||||
| Потери на трение диска колеса о воздух и вентиляцию |
| Дж/кг |
| 3874 | |||||||||
| Коэффициент потерь |
| - | Выбирается 0,04…0,06 | 0,05 | |||||||||
| Коэффициент мощности |
| - |
| 0,86 | |||||||||
| Температура воздуха за колесом |
| К |
| 319,45 | |||||||||
| Показатель политропы сжатия воздуха в колесе |
| - | Определяем из равенства
| 1,48 | |||||||||
| Давление воздуха за колесом |
| Па |
| 133914 | |||||||||
| Плотность воздуха за колесом |
| кг/ м3 |
| 1,46 | |||||||||
| Окружная составляющая абсолютной скорости С2 на выходе из колеса | С2и | м/с |
| 239,4 | |||||||||
| Абсолютная скорость воздуха на выходе из колеса | С2 | м/с |
| 280 | |||||||||
| Окружная составляющая относительной скорости на выходе из колеса |
| м/с |
| 39,0 | |||||||||
| Радиальная составляющая относительной скорости на выходе из колеса |
| м/с |
| 145 | |||||||||
| Относительная скорость на выходе из колеса |
| м/с |
| 150,5 | |||||||||
| Угол между векторами абсолютной скорости и окружной на выходе из колеса |
| град. |
| 31°20´ | |||||||||
| Угол между векторами относительной и окружной скоростей на выходе |
| град. |
| 75°57´ | |||||||||
| Шаг лопаток на выходе из колеса |
| мм |
| 54,5 | |||||||||
Коэффициент загромождения выхода из колеса |
| - |
| 0,96 | |||||||||
| Отношение |
| - | Выбирается 0,03…0,07 | 0,040 | |||||||||
| Ширина колеса на выходе |
| мм |
| 17,0 | |||||||||
| Отношение |
| - |
| 0,0487 | |||||||||
| Ширина безлопаточной части диффузора на выходе |
| мм |
| 16,6 | |||||||||
| Наружный диаметр безлопаточной части на входе в лопаточный диффузор |
| мм |
| 401 | |||||||||
| Абсолютная скорость на выходе из безлопаточной части диффузора в 1 приближении |
| м/с |
| 249,6 | |||||||||
| Температура воздуха на выходе из безлопаточной части диффузора в 1 приближении |
| К |
| 327,5 | |||||||||
| Показатель политропы сжатия на выходе из безлопаточной части диффузора |
| - | Определяется из равенства
| 1,69 | |||||||||
| Величина |
| - | Выбирается 0,23…0,45 | 0,3 | |||||||||
| Давление на выходе из безлопаточной части диффузора в 1 приближении |
| Па |
| 142440 | |||||||||
| Плотность воздуха на безлопаточной части диффузора в 1 приближении |
| кг/ м3 |
| 1,514 | |||||||||
| Скорость во 2 приближении |
| м/с |
| 241,2 | |||||||||
| Температура воздуха во 2 приближении |
| К |
| 329,5 | |||||||||
| Показатель политропы |
| - |
| 1,69 | |||||||||
| Давление во 2 приближении |
| Па |
| 144471 | |||||||||
| Плотность воздуха во 2 приближении |
| кг/ м3 |
| 1,527 | |||||||||
| Скорость в 3 приближении |
| м/с |
| 238,6 | |||||||||
| Температура в 3 приближении |
| К |
| 330,13 | |||||||||
| Давление в 3 приближении |
| Па |
| 145149 | |||||||||
| Плотность воздуха в 3 приближении |
| кг/ м3 |
| 1,53 | |||||||||
| Скорость воздуха на выходе из безлопаточной части диффузора |
| м/с |
| 238,14 | |||||||||
| Наружный диаметр лопаточного диффузора |
| мм |
| 523 | |||||||||
| Ширина лопаточного диффузора на выходе |
| мм |
| 17 | |||||||||
| Угол наклона вектора абсолютной скорости на выходе из лопаточного диффузора |
| град. |
| 45° | |||||||||
| Число лопаток диффузора |
| - | Выбирается 9…36 | 23 | |||||||||
| Шаг лопаток при входе в диффузор |
| мм |
| 54,8 | |||||||||
| Шаг лопаток на выходе из диффузора |
| мм |
| 71,4 | |||||||||
| Коэффициент загромождения на входе в лопаточный диффузор |
| - |
| 0,96 | |||||||||
| Величина |
| - | Выбирается 0,03…0,05 | 0,04 | |||||||||
| Коэффициент загромождения на выходе из лопаточного диффузора |
| - |
| 0,97 | |||||||||
| Величина |
| мм | Выбирается 0,02…0,04 | 0,03 | |||||||||
| Отношение температур |
| - |
Определяется методом подбора из уравнения
| 1,07
0,295
0,086 | |||||||||
|
|
| 1,5 | |||||||||||
| Температура воздуха на выходе из диффузора | 
| К |
| 353,3 | |||||||||
| Давление на выходе из диффузора | Р3 | МПа | | 0,178 | |||||||||
| Плотность воздуха на выходе из диффузора | ρ3 | кг/м3 | P3/(R · T3) | 1,753 | |||||||||
| Скорость на выходе из лопаточного диффузора | С3 | м/с |
| 112,83 | |||||||||
| Скорость на выходе из улитки | С4 | м/с | Принимаем С4 ≤С3 С4 =С3 |
112,83 | |||||||||
| Потери в улитке | Lч ул | 
|
ξ4 =0,3…0,4 принимаем | 1909,6
0,3 | |||||||||
| Температура на выходе из улитки | T4 | К | Т4=Т3 | 353,2 | |||||||||
| Давление на выходе из улитки | P4 | МПа |
| 0,175 | |||||||||
| Действительная степень повышения давления в компрессоре |  кд
| - |
| 1,76 | |||||||||
| Адиабатическая работа определенная по действительной степени повышения давления | Нкад | 
|
| 50,62 | |||||||||
| Адиабатический КПД компрессора | ηкад | - |
| 0,76 | |||||||||
| Напорный адиабатный КПД |
 Had.d
| - |
| 0,655 | |||||||||
| Мощность, затрачиваемая на привод компрессора | Nk | кВт |
| 251 | |||||||||
толщина лопатки на среднем диаметре
где 
=3,14
определяется из данного равенства
толщина лопаток диффузора на входе
толщина лопаток на выходе из диффузора
; NT≈NkРасчет газовой турбины
Дано (из предварительного расчета параметров ГТН):
- расход газа Gг=3,89 кг/с;
- параметры газа:
Рг*=144060 Па; Р*2=102900 Па; Тг =853 К, Срг =1,105 кДж/кг;
- R =0,2884 кДж/кг;
- Кг =1,35;
- частота вращения ротора турбины (из расчета компрессора).
Принятые величины:
- степень реактивности на среднем диаметре ρ =0,35;
- угол выхода потока из сопел α1 =150;
- коэффициенты скорости 
=0,96; ψ=0,98;
- радиальный зазор лопаток δ =1мм;
- механический КПД турбины ηм=0,98.
Рисунок 3.1 – Схема осевой турбины
Пример расчета газовой турбины представлен в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Расчет газовой турбины
| Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или источник | Численное значение |
| Степень понижения давления в ступени | πТ | - | 
| 1,4 |
| Относительное изоэнтропийное падение температуры | λТ | - | 
| 0,084 |
|
Продолжение таблицы 3.1. | |||||
| Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или источник | Численное значение | |
| Изоэнтропийный перепад энтальпий | ha | кДж/кг | Срг Тг λТ | 79 | |
| Изоэнтропийный перепад энтальпий: - в соплах - рабочем колесе | haн hар | кДж/кг кДж/кг | (1-ρ) ha ρ·hа |
51,35 27,65 | |
| Теоретическая скорость газа за соплами | C1t | м/с | 
| 320,5 | |
| Величина | λн | - | hан/(Срг . Тг) | 0,0544 | |
| Степень понижения давления в соплах | πн | - |
| 1,24 | |
| Статическое давление газа за соплами | P1 | МПа | P*г/πн | 0,116 | |
| Температура газа за соплами | T1 | К | 
| 810,4 | |
| Удельный объем газа за соплами | u1 | м3/кг | 
| 2,0 | |
| Действительная скорость | C1 | 
| 
| 307,7 | |
| Площадь потока сопел | F1 | м2 | 
| 0,0253 | |
| Скоростная характеристика | ν1 | - | 
| 0,71 | |
| Окружная скорость на среднем диаметре | U |
| 
| 228,6 | |
| Средний диаметр | d1 | м | u/πn | 0,291 | |
| Длина сопловой лопатки | l1 | м | F1/πd1sinα1 | 0,107 | |
| Продолжение таблицы 3.1. | |||||||||
| Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или источник | Численное значение | |||||
| Геометрические параметры соплового аппарата: |
| ||||||||
| отношение | 
| - | Принимаем | 2,0 | |||||
| ширина лопатки | B1 | м | 
| 0,053 | |||||
| угол установки | βВ | град. | 22,47+0,822α1 | 34,8 | |||||
| хорда профиля | b1 | м | B1/sinβв | 0,092 | |||||
| относительный шаг | 
| - | Принимаем | 0,8 | |||||
| шаг лопаток | t1 | м | b1 
| 0,0424 | |||||
| число лопаток | Z | - | π·d1/t1 | 21 | |||||
| осевой зазор | а | м | Принимаем | 0,05 | |||||
| Относительная скорость | ω1 |
|
| 106,7 | |||||
| Угол входа потока | β1 | град. | 
| 48O26I | |||||
| Относительная скорость | ω2 |
| 
| 242,8 | |||||
| Температура газов за рабочим аппаратом | T2 | K | 
| 789 | |||||
| Удельный объем | u2 | м3/кг | 10-6 Rr T2 /P*2 | 2,21 | |||||
| Длина рабочей лопатки | l2 | 
| 
| 0,109 | |||||
| Площадь протока рабочего аппарата | F2 | м2 | 
| 0,0352 | |||||
| Угол выхода потока | β 2 | град. | 
| 21О | |||||
| Скорость выхода | c2 |
|
| 87,4 | |||||
| Угол выхода потока | α 2 | град. | 
| 84О51I | |||||
| Геометрические параметры рабочего аппарата: |
| ||||||||
| отношение | 
| - | Принимаем | 3 | |||||
| ширина лопатки | B2 | м | 
| 0,036 | |||||
| угол установки | βВ | град. | 57,84-,393β1+0,822 β2 | 56О6I | |||||
| хорда профиля | b 2 | м | B2/sinβв | 0,043 | |||||
| относительный шаг | 
| - | Принимаем | 0,528 | |||||
| шаг лопаток | t2 | - | b2
| 0,0227 | |||||
| число лопаток | Z2 | - | πd1/t2 |
| |||||
| Удельная работа на окружности | hu | кДж/кг |
| 68 | |||||
| Окружной КПД | ηu | - | 
| 0,86 | |||||
| Наружный диаметр рабочего колеса | dH2 | м | 
| 0,402 | |||||
| Потери энергии на утечки | q У | кДж/кг | 
| 2,438 | |||||
| Мощность трения диска | NT | кВт |  
| 0,958 | |||||
| Потери трения диска | qT | - | 
| 0,246 | |||||
| Внутренняя работа турбины | hi | кДж/кг | 
| 65,32 | |||||
| Внутренний КПД | ηi | - | 
| 0,827 | |||||
| Эффективный КПД | ηT | - | 
| 0,8134 | |||||
| Эффективная мощность | Ne | кВт | 
| 250 | |||||
|
| |||||||||
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 2002; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!