Проектирование судового турбонаддувочного агрегата (марка судового ДВС - 6ДНА 19/30, мощность двигателя - 510 кВт)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Комсомольский-на-Амуре государственный

технический университет”

Факультет энергетики, транспорта и морских технологий

Кафедра “Тепловые энергетические установки”

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине

“Судовые турбины”

Проектирование судового турбонаддувочного агрегата

Студент группы 7СУ-1                                                    А. А. Новоженников

Руководитель проекта                                                              В. И. Шаломов

Н. контроль                                                                                       В. И. Шаломов

Содержание

Задание……………………………………………………………….…….2

Введение ………………………………….………………………………..                        4

1 Конструктивный расчет компрессора судового дизеля …….…..……6

1.1 Исходные данные ……………………………….………………………..….6

1.2 Расчет входного устройства .……………….……………………………….6

1.3 Расчет рабочего колеса ………………………………………………….…..9

1.4 Расчет безлопаточного диффузора …………….…………………………..16

1.5 Расчёт лопаточного диффузора……….……………………………….……18

1.6 Расчет выходного устройства………………………………...……………..23

1.7 Работа, КПД и мощность компрессора ………….………………………...24

1.8 Основные размеры центробежного компрессора …………..……………..26

2 Расчет газовой турбины турбокомпрессора …………...……………27

2.1 Исходные данные ………………………………………...…………………27

2.2 Выбор и уточнение расчётных параметров и КПД ………………..……...27

2.3 Расчёт соплового аппарата ………………..………………………………..28

2.4 Расчёт рабочего колеса ……………………………………………………..32

2.5 Потери, КПД и мощность ……………………….…………………….……37

          3 Описание конструкции турбокомпрессора……………………………40

Заключение …….…………………………………………………………41

Список использованных источников …………………………………...42

Приложение А. Треугольники скоростей ………………....……………43

Приложение Б. Спецификация к сборочному чертежу …..……………45

Мощность, развиваемая двигателем, напрямую зависит от количества воздуха и смешанного с ним топлива, которое подается в двигатель. Чтобы увеличить мощность двигателя, следует увеличить количество подаваемого воздуха и топлива. Подача большего количества топлива не даст эффекта до тех пор, пока не появится достаточное для его сгорания количество воздуха, в противном случае образуется избыток несгоревшего топлива, что приводит к перегреву двигателя, и к увеличению вредных выбросов в составе отработавших газов в атмосферу.

Турбонаддувочный агрегат умножает мощность двигателя путем подачи в него необходимого количества сжатого воздуха, достаточного для абсолютного сгорания увеличенной дозы топлива. Следовательно, при прежнем рабочем объеме и тех же оборотах мы получаем большую мощность. Кроме того, улучшается процесс сгорания, что увеличивает характеристики двигателя в широком диапазоне чисел оборотов.

Любой турбокомпрессор состоит из газовой турбины и центробежного компрессора, соединенных между собой общим валом. Оба этих элемента вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Энергия потока отработавших газов, которая в обычных двигателях не используется, преобразовывается здесь в крутящий момент, приводящий в действие компрессор. Компрессор всасывает свежий воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя.

Каждый турбокомпрессор проектируется для номинального режима работы двигателя. На таком режиме двигатель и турбокомпрессор работают максимально эффективно. На остальных же режимах работы (пуск, прогрев, реверс и остановка) возникает разбалансировка работы, связанная, как правило,  со  снижением   давления  и количества   отработавших  газов в  ДВС, уменьшением частоты вращения и мощности турбины, и как следствие,

уменьшением давления и количества воздуха, сжимаемого в компрессоре. В результате возможны нестабильные обороты, провалы мощности на коленчатом валу двигателя.

Следовательно, для оптимальной работы турбокомпрессора необходимо, чтобы двигатель работал на номинальных оборотах, только тогда возможно получить высокие эффективные показатели системы.

В рамках данного курсового проекта мне необходимо спроектировать турбонаддувочный агрегат с газотурбинной схемой наддува для четырехтактного судового двигателя внутреннего сгорания марки 6ДНА19/30. Данный двигатель является среднеоборотным с номинальной частотой вращения коленчатого вала 600 об/мин и мощностью 510 кВт.

1 Конструктивный расчет компрессора судового дизеля

1.1 Исходные данные

1) Марка судового ДВС:  6ДНА 19/30

2) Мощность двигателя   кВт

3) Удельный эффективный расход топлива   г/кВт*ч

4) Расход воздуха в дизеле   кг/с (из расчета ДВС)

5) Число одинаковых ТК на дизель   шт

6) Число цилиндров подсоединяемых к одному  ТК  шт

7) Давление наддува   МПа (из расчёта ДВС)

8) Температура наддувочного воздуха перед двигателем   К

9) Расход воздуха в компрессоре   кг/с

10) Температура окружающей среды   К

11) Давление окружающей среды   МПа

12) Ускорение свободного падения   м/с²

13) Показатель адиабаты для воздуха 

14) Переводной коэффициент из радиан в градусы 

15) Универсальная газовая постоянная   Дж/(кг*К)

1.2 Расчет входного устройства

1) Скорость на входе в компрессор  (20 ÷ 70) м/с, принимаем          м/с [1]

2) Потери на всасывании  (0,001 ÷ 0,005) МПа, принимаем           МПа [1]

3) Температура на всасывание T_a, К

4) Давление на входе P_a, МПа

5) Плотность воздуха на входе в компрессор, кг/м³

6) Площадь входного сечения F_a, м²

7) Сопротивление воздухоохладителя  (0,001 ÷ 0,006) МПа, принимаем  МПа [1]

8) Давление за компрессором , МПа

9) Степень повышения давления в компрессоре

10) Относительное повышение температуры

11) Адиабатная работа компрессора , Дж/кг

12) Напорный адиабатный КПД компрессора  , принимаем   [1]

13) Окружная скорость на наружном диаметре рабочего колеса , м/с

14) Коэффициент расхода , принимаем 

15) Абсолютная скорость потока на входе в рабочее колесо , м/с

16) Температура на входе в рабочее колесо , К

17) Показатель политропы входного устройства , принимаем   [1]

18) Коэффициент потерь входного устройства , принимаем   [1]

19) Суммарные потери по входному устройству

20) Давление на входе в рабочее колесо , МПа

21) Плотность воздуха на входе в рабочее колесо , кг/м³

1.3 Расчет рабочего колеса

1) Площадь на входе в рабочее колесо , м²

2) Относительный диаметр ступицы , принимаем   [1]

3) Относительный наружный диаметр рабочего колеса на входе          , принимаем   [1]

4) Диаметр рабочего колеса на выходе , м

5) Диаметр ступицы , м

6) Диаметр рабочего колеса на входе, м

7) Частота вращения рабочего колеса , об/мин

8) Средний диаметр рабочего колеса на входе , м

9) Относительный средний диаметр рабочего колеса на входе

10) Окружная скорость на диаметре D_1c , м/с

11) Число лопаток рабочего колеса , шт

Принимаем  шт

12) Шаг лопаток на:

¾  диаметре D₀ , м

¾  диаметре D_1с , м

¾  диаметре D₁ , м

13) Коэффициент загромождения потока на входе на диаметре D_1с, принимаем   [1]

14) Абсолютная скорость на входе в рабочее колесо с учетом загромождения потока , м/с

15) Углы потока на входе в рабочее колесо, град:

¾  Угол потока без учета загромождения на диаметре D_1c

¾  Угол потока без учета загромождения на диаметре D_о

¾  Угол потока без учета загромождения на диаметре D₁

¾  Угол потока с учетом загромождения на D_1с

¾  Угол потока с учетом загромождения на D₀

¾  Угол потока с учетом загромождения на D₁

16) Углы установки лопаток по внутренней стенке на:

¾  диаметре D_1с , град

¾  диаметре D_о , град

¾  диаметре D₁ , град

17) Коэффициент , принимаем   [1]

18) Площадь по горловинам на входе в рабочее колесо , м²

19) Диаметр горловины на входе в рабочее колесо компрессора