МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ

КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра судовых энергетических установок

Проектные расчёты турбонаддувочных агрегатов судовых двигателей внутреннего сгорания

Методические указания

к курсовому и дипломному проектированию для

студентов специальности 7.100312 “Эксплуатация судовых энергетических

установок”

Керчь, 2009

Автор (составитель): Конюков В.Л., к.т.н., доцент кафедры СЭУ КГМТУ

Рецензенты: Горбенко А.Н., к.т.н., доцент кафедры СЭУ КГМТУ

Мельников А.В., механик 1 разряда, ст.механик МБ «Бора»

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры СЭУ КГМТУ

Протокол № 7 от 16 января 2009 года

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к утверждению

на заседании методической комиссии МФ КГМТУ,

Протокол № 7 от 15 апреля 2009 года

Методические указания утверждены на заседании Методического совета КГМТУ,

Протокол № 5 от 22 апреля 2009 года.

© Керченский государственный морской технологический университет

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 газотурбонагнетатель (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 Рк, 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 Рк. 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:

1.Понижение температуры в начале сжатия, а, следовательно, и во всех остальных основных точках цикла и средней температуры цикла;

2.Уменьшение теплонапряжённости стенок цилиндра;

3.Уменьшение температуры дна поршня и стенок цилиндра;

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

5.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

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 2 . Тип турбины 3. Тип компрессора 4. Максимальная степень сжатия 5. Допустимая длительная температура газов перед турбиной, °С	85 Р Ц 1,6 600	110 Р Ц 2,0 600	140 Р Ц 2,5 600	180 Р Ц 2,5 600	230 Р Ц 2,5 600	230 О Ц 2,5 600	300 О Ц 2,5 600	340 О Ц 2,5 600	380 О Ц 2,5 550	500 О Ц 2,0 550	640 О Ц 2,0 550
6 . Максимальная температура газов перед турбиной в течении 1 ч, °С 7. Адиабатный КПД компрессора (не менее) - с лопаточным диффузором - с безлопаточным диффузором 8. Мощностной КПД турбины (не менее) 9. Максимальный ресурс компрессора, ч	650 0,72 0,68 0,74 4*103	650 0,74 0,70 0,76 6*103	650 0,76 0,72 0,76 8*103	650 0,76 0,72 0,78 104	650 0,78 0,74 0,78 104	650 0,78 0,74 0,76 2*104	650 0,78 0,74 0,76 2*104	650 0,80 0,74 0,77 2*104	600 0,80 0,74 0,78 2*104	600 0,80 0,75 0,78 2*104	600 0,80 0,75 0,80 2*104

Основные характеристики турбонаддувочных агрегатов (ТНА)

Продолжение таблицы 2.

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
10. Габариты ТНА (не более), мм: - длина - ширина - высота 11. Полная масса (не более), кг:	240 200 200 15	280 260 260 20	350 320 320 40		450 380 380 70			320 460 450 105		580 580 180 180		700 700 350 350		1000 800 800 510		1150 900 900 700		1500 1150 1150 1500	2000 1500 2900 2900