Расчёт агрегатов наддува дизеля 6ЧН12/12

  ,

g₁  не отличается от заданного выше g^’₁ .

 По найденному  значению с₁ проверяется критерий Маха

  ,

и вычисляют a ₁~ (15-25)°

.

Далее определяется относительная скорость газа  на входе в РК и угол потока в относительном движении .

Степень  реактивности  РТ   , 

адиабатная работа в РК, Дж/кг: .

Для определения  параметров потока на выходе РК необходимо  задаться некоторыми размерами, для  чего используются  конструктивные соотношения по серийным РК радиальных турбин ТКР дизелей: 

относительный диаметр ступицы  относительный наружный диаметр на выходе РК

Отсюда имеем  средний диаметр на выходе: . Примем Эти данные позволяют определить относительную скорость потока на выходе РК, м/с

  ,  здесь скоростной коэффициент в рабочей решетке Y = 0,96.

Параметры газа на выходе находят так:  из уравнения  сохранения энергии    ;  плотность газа  .

По w₂  необходимо проверить критерии  М _W2 : 

Проходное сечение, высота рабочей лопатки, шаг лопаток  и ширина горла на выходе РК будут:

 см² ;     мм;      мм     и     мм.

Угол потока в относительном движении, без  учета утечки газа

, где т₂ = 1,0 - коэффициент, учитывающий влияние на параметры потока  толщины выходной кромки и косого среза.

Расход газов  на утечки  ,

где D = 0,5 мм - зазор между РК и корпусом РТ.

По G_ут  находится угол потока в относительном движении с учетом утечки газа   .

Чаще всего b₂ = (25-45)°; при этом  b_2Л » b₂ + 3°=33,24^o.

Далее можно  определить:

окружную скорость на среднем диаметре на выходе РК

окружную и  осевую проекции абсолютной скорости газа на выходе РК ;

  ,

отсюда  ;

угол потока на выходе .

Необходимо также  оценить отношение скоростей  по , его желательно иметь в пределах .  
 
 

3.3. Потери, к.п.д. и мощность радиальной  турбины 

Потери в элементах  РТ определяются так,  Дж/кг:

в сопловом аппарате  

в рабочем колесе     

с выходной скоростью           при    z = 1,0;         

потери на утечки   

потери на трение и вентиляция   

где   b = 2,0.

     По  найденным потерям определяются  к.п.д. РТ:

окружной  внутренний

эффективный КПД  , где h_iт,, h_т - заданные ранее значения.

Итоговые h^’_iт, h^’_т не существенно отличаются от заданных в начале расчета: h_iт=0,86, h_т= 0,808.

Полная и относительная  мощности РТ:  

    

Далее находят  и проверяют:  коэффициент напора 

; 

отношение скоростей  на  D_T     , здесь .

Пропускная способность  РТ:

для РТ :

 

 см². 
 
 
 

4. Впускная и выпускная  системы 

   Впускная  и выпускная системы Д –  неотъемлемая часть системы наддува; сопротивления в системах необходимо свести к минимуму. Это достигается  за счет низких скоростей потоков, малых  пульсаций давления и скорости за счет совершенствования газодинамических форм трактов. На конструкцию и схемы  впускного и выпускного коллекторов  влияют: схема компоновки клапанов и каналов впуска и выпуска  в крышке цилиндра, число турбокомпрессоров  и  воздухоохладителей, их схема  компоновки на двигателе. Эти и другие факторы необходимо хорошо продумать  и сопоставить еще на стадии разработки общей компоновки Д, продольного  разреза турбокомпрессора, при выборе конструкции газоподводящего и  газоотводящего корпусов, улитки компрессора, размеров воздухоохладителя. Оценка скоростей во впускном и выпускном коллекторах и выбор их размеров ведется следующим образом. 
 

4.1. Впускная  система 

    Параметры наддувочного воздуха различны по тракту. На участке компрессор-воздухоохладитель воздух горячий, с параметрами P^’_к и Т^’_к , за воздухоохладителем и перед Д имеем  P_к  и Т_к . Оценка эквивалентного диаметра впускного тракта (круглого или иного сечения) ведется так. Плотность воздуха, кг/м³, на участке К-ВО 

,

на участке  ВО-Д соответственно имеем 

.

    Объемные  расходы воздуха из-за различий в  плотности будут разными и  равными соответственно: 

 и  .

 Оценим необходимый  диаметр впускного коллектора (участок  ВО-Д) задаваясь скоростью воздуха  W_K = 28 м/с:   , полагая при .

Участок К-ВО :

. Примем  Тогда . 
 

4.2. Выпускная  система 

   Процессы  в выпускном коллекторе (участок  Д-ГТ)  и сопротивление выпускного трубопровода (участок ГТ – окружающая среда) оказывают большое влияние  на эффективность использования  энергии выпускных газов в  ТК и на показатели Д.

Средняя скорость газа в выпускном коллекторе на участке  Д – ГТ будет

. Примем  Тогда

а в выпускном  трубопроводе за ГТ:

. Примем  Тогда  

По этим данным оцениваем диаметры, м, выпускного коллектора и выпускного трубопровода (за ГТ) по соотношениям: 

    и   

    На  впускном тракте необходима установка  компенсаторов тепловых расширений (сильфонного типа). Впускной коллектор, по возможности, предпочитают прямого  типа, без криволинейных участков, что налагает особые требования как  к компоновке ТК на Д, так и к типу его газоподводящего корпуса. 
 
 
 

Расчёт  воздухоохладителя

    Цель  работы – выбор типа охладителя  (ВО), его теплообменной поверхности, исходных параметров, тепловой и гидравлический поверочные расчеты. 

Исходные  данные расчёта

Давление наддува  Р_к = 218000 Па

Массовый расход воздуха G_b = 0,263 кг/с

Допустимое гидравлическое сопротивление по воздуху ∆Рох = 1000 Па

Температура воздуха  на входе Т_к1 = 395 К

Температура воздуха  на выходе Т_к = 320 К

Температура воды на входе Т_w1 = 273+25 = 298 К

Температура воды на выходе Тw2 = Т_w1+4 = 302 К. 
 

Теплофизические параметры воздуха при средней  температуре

Свойства воздуха:

   ;

    

Средняя температура  воздуха   

Плотность

Удельная теплоёмкость

Коэффициент теплопроводности 

Коэффициент кинематической вязкости

Число Прандтля для воздуха  . 

Теплофизические параметры пресной воды при средней  температуре

Свойства пресной  воды: 

  

Средняя температура  воды

плотность

удельная теплоёмкость

Коэффициент теплопроводности 

Коэффициент кинематической вязкости

Число Прандтля для воды . 

Тепловой  баланс

    Количество  теплоты, которое надо отвести от воздуха 

Массовый расход воды

Объёмный расход воды

Среднелогарифмический температурный напор

Параметры теплообменных труб

Параметры материала  рёбер: Al, теплопроводность λmoх = 200 Вт/(м∙К)

Параметры материала  трубки: мельхиор, теплопроводность λstoх =  41 Вт/(м∙К)

Диаметр трубок:

Наружный d=0,0136м

Внутренний d0=0,01 м

Толщина трубки δst = (d-d0)/2 = 0,0018 м

Толщина ребра

У основания  δ1 = 0,001 м

На торце δ2 = 0,0005 м

Средняя δsr = (δ1+ δ2)/2=0,00075 м

Шаг рёбер t = 0,0025 м

Диаметр рёбер  D = 0,025 м

Высота ребра  h = (D-d)/2 = 0,0057 м

Толщина стенки трубки δ = 0,001 м. 

Удельные поверхности  теплообмена трубки

 

Удельная поверхность  межрёберных промежутков

Удельная полная наружная поверхность оребрённой трубы  Fр = Fr+Ftr = 0,318 м²/м

Коэффициент оребрения 

Удельная лобовая  площадь трубки

Проектировочный расчёт

Задаёмся ориентировочными значениями

1. Коэффициент теплопередачи к = 150Вт/(м²∙К)
2. Коэффициент гидравлического сопротивления одного ряда труб ζ = 0,8

Ориентировочно  необходимая площадь поверхности  охлаждения

Назначаем скорость воздуха vb = 12 м/с

Допустимое число  рядов трубок по потоку

Примем z₂ = 10

Фронтальный шаг  трубок

Шаг трубок по потоку

Габариты ВО

Длина по потоку b = z₂s₂ = 10∙25,4 = 0,25 м²

Фронтальная площадь  а_1 = (F∙s₁)/(Fp∙z₂)=(2,67∙0,0293)/(0,318∙10)=0,025м²

Примем z₁ = 2

Ширина ВО а = z₁s₁ = 2∙29,3 = 0,059 м

Длина трубки l = (a_1)/а = 0,025/0,059 = 0,42 м. 
 

Проверочный расчёт

Геометрический  расчёт

Расположение  трубок

Фронтальный шаг  трубок  s₁ = 0,029 м

Отношение фронтального и продольного шага hу1hx=2tan(π/6) = 1,15470

Продольный шаг  s₂ = s₁/( hу1hx) = 0,02538 м = 25,38 мм

Диагональный  шаг 

Основные геометрические размеры ВО

Число трубок по фронту z₁ = 2

Число трубок по фронту z₂ = 10

Длина трубок l = 0,42 м