3.4.4. Расчет газовой турбины

3.4.4.1 Температуру продуктов сгорания определяем по формуле:

Тг=Тb/(Pb/Рт)^(m-1)/m,

где Т_b=1179,56К, P_b=0,447МПа температура и давление газов в цилиндре в конце процесса расширения; давление газов перед турбиной Рт=0,88Ps=0,880,133=0,117МПа; m-показатель политропы расширения продуктов сгорания при выпуске. Согласно опытным данным m находится в пределах от 1,3 до 1,33 [5, стр.183]. Принимаем m=1,32.

Тг=1179,56/1,46=852,3К

3.4.4.2 Средние молярные изобарные теплоемкости определяем по формулам:

-воздуха :С_p’=27,57+0,0025Тs=27,57+0,0025322=28,375кДж/кмольК;

-продуктов сгорания : С_p”=28,22+0,00307 Т_г=28,22+0,00307852,3=

=30,837 кДж / кмоль К;

-смеси избыточного продувочного воздуха и продуктов сгорания:

С_p = [(_а - 1) С_p + _o С_p] / (_а -1+_o) =

=[(1,2-1)28,375+1,035530,837]/(1,2-1+1,0355)=30,438 кДж/кмоль К.

3.4.4.3 Температуру газов перед турбиной определяем по формуле:

Т_т = [(_а - 1) С_p Ts + _o С_p T_г] / [(_а - 1 + _o) С_p]=

=(4111,538+27231,365 )/1,2355 30,438= 808 К

3.4.4.4 Секундный расход газов через турбину определяем по формуле:

G_T = G_b + g_е N_е / 3600 =1,579 +0,215854/3600= 1,63 кг/с.

3.4.4.5. Адиабатическую работу расширения газов в турбине определим по формуле:

L_т.ад.= k_T/(k_T - 1)R_TТ_T [1 - (Р_ЗТ / Р_Т)^{(kт - 1) / kт} ] = 28,3 кДж / кг,

где kт=1,34- показатель адиабаты расширения газов в турбине;

R_т = 0,287 кДж / кг К-газовая постоянная отработавших газов [5, стр.182];

Р_зт = 0,104 МПа - давление газов за турбиной.

3.4.4.6. Мощность, развиваемую турбиной определяем по формуле:

Nт = GтL_т.ад._тkе=1,6328,30,831,35=47,6 кВт,

где kе -коэффициент импульсности, равный отношению суммы энергий расширения газов “свободного” выхлопа E₁ и расширения газов в турбине E₂ к Е₁. Принимаем k_e=1,35 по графику [1, стр.336]; _т=0,83–эффективный коэффициент полезного действия турбины [5 стр.183]

3.4.4.7. Расхождение между Nт и Nк :

Nтк = ((N_т - N_к) / N_т )100% = (47,6-47,5)/47,5=0,1 %

Погрешность получили равную –0,1 %<2%.

3.5 Расчет сил, действующих в двигателе

3.5.2 Расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

3.5.2.1 Исходные данные расчета

Основными данными, необходимыми для выполнения расчета, являются значения масс деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Все детали КШМ можно разделить на детали, совершающие возвратно-поступательное (их массу будем обозначать М_ПД) движение, и детали, совершающие вращательное движение (М_ВР). Для тронковых двигателей к первой группе деталей относят поршень в сборе с пальцем. В соответствии с техническим описанием двигателя 8ЧРН 32/48 суммарная масса поршневой группы с пальцем:

М_П = 68,3 кг.

К деталям, совершающим вращательное движение, относятся мотылевые шейки коленчатого вала (М_МШ) и неуравновешенная часть щек (М_Щ). Масса мотылевой шейки М_МШ= 35 кг, а неуравновешенной части щеки М_Щ = 20 кг.

Кроме того, массу шатуна М_Ш, совершающего сложное движение, принято условно делить на две части: одна движется поступательно М_ШП, а другая – вращается М_ШВ. Для тронковых двигателей эти массы примерно составляют М_ШП=(0.3…0.4)М_Ш и М_ШВ=(0.6…0.7)М_Ш. Учитывая, что полная масса шатуна в сборе составляет М_Ш=114,6 кг, рассчитаем массы частей

М_шп0,3М_ш= 0,3114,6=34,38 кг.

М_шв0,7М_Ш= 0,7114,6=80,22 кг.

Таким образом, общая масса деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, составляет:

М_ПД = М_П +М_ШП = 68,3+34,38 = 102,68 кг.

Общую массу неуравновешенных вращающихся частей рассчитаем по формуле:

М _ВР = М _МШ + 2^.М_Щ^.r_мш/r + M _ШВ.

В этом выражении значение всех составляющих известно за исключением второго слагаемого, которое приводит массу неуравновешенной части щеки к радиусу кривошипа r =S/2=240 мм. Величина r_мш равна расстоянию от оси вращения коленчатого вала до центра массы неуравновешенной части щеки. Это расстояние можно ориентировочно оценить по чертежу коленчатого вала. В нашем расчете примем его равным r_мш=180 мм.

Рассчитаем общую массу вращающихся частей:

М _ВР = 35+2^. 20^. 180/240+80,22 = 138,55 кг.

Таблица 3.5 – Исходные данные расчета

Исходная величина	Обозначение, Размерность	Численное Значение
Давление в начале сжатия	Ра, МПа	0,125
Максимальное давление цикла	Рz, МПа	6,7
Частота вращения коленчатого вала	n, мин –1	375
Коэффициент тактности	z	0.5
Степень сжатия		13,25
Степень предварительного расширения		1,44
Угол поворота мотыля, соответствующий моменту окончания предварительного расширения газа в цилиндре	z, град.п.к.в.	24
Угол момента открытия выпускного клапана	b, пкв до НМТ	40

Продолжение таблицы 3.5

Исходная величина	Обозначение, Размерность	Численное Значение
Угол момента начала сжатия	а, пкв после НМТ	60
Отношение радиуса мотыля к длине шатуна		0,25
Порядок работы цилиндров		13578642
Диаметр мотылевых шеек	dМ,мм	200
Рабочая длина опорной поверхности мотылевых шеек	lМ,мм	166

Для удобства расчетов массы приводят к единице площади поршня, которая для двигателя 8ЧРН 32/48 равна F_П = 0,0804 м²:

m_п = М_ПД/F_П = 102,68/0,0804 = 1277 кг/м².

m_B = M_ВР/F_П = 138,55/0,0804 = 1723 кг/м².

Кроме того, для выполнения расчета сил, действующих в КШМ, необходим ряд паспортных данных (таких как частота вращения, радиус кривошипа, давление наддувочного воздуха) и значения давления газов, действующего при протекании рабочего цикла в цилиндре двигателя смотри в таблице 3.5.