4. Визначення основних показників системи наддування

Наддування призначено для збільшення заряду циліндрів повітрям в результаті підвищення тиску та пониження температури повітря на вході в дизель. Це дозволяє спалювати більшу кількість палива й збільшити потужність дизеля.

∆р_ф=0,003 МПа

в.г.

Г

p_o=0,101 МПа

∆p_T=0,002 МПа

p_o+∆p_T=0,103 МПа

π _T=2,299

π _K=2,959

p_o=0,101 МПа, T₀ =293 K

p_o-∆p_a=0,098 МПа, T₀ =293 K

p₁=0,290МПа T₁=428 K

∆p_x=0,003 МПа, ∆t_x=95 К

K

вода

ОПН

р_к=0,290 МПа, T_к=333 K

р_Т=0,237 МПа, T_Т=854 K

Т

К

Д

п,.ю..

Ф

Рис. 4.1. Схема наддування чотиритактного тепловозного дизеля, де:

Д – дизель; Т – турбіна; К– компресори; ОПН – охолоджувач повітря надду-вання; Ф – фільтр повітря; Г – глушитель; n – повітря; в. г. – відпрацьовані гази.

Рівняння теплового балансу дизеля для 1 кг спалюваного палива враховує надходження тепла від спалюваного палива і з ентальпією повітря, а також витрати енергії на здійснення індикаторної роботи газів, втрати в системі охолоджування і з відпрацьованими газами

Н_и + I_в = Н_и ^. η_і + Н_и ^. ω + М₂ ^. c_pmг ^. t_Т.

де I_в – ентальпія повітря, що поступає з впускного колектора в циліндри

дизеля на 1 кг спалюваного палива, кДж/кг;

c_pmг – середня молярна теплоємність при постійному тиску відпрацьованих

газів,кДж/(кмоль-°С);

t_Т – температура відпрацьованих газів дизеля перед турбіною, °С.

Решта величин у рівнянні визначена раніше або приймається із завдання.

З цього рівняння визначаємо:

Значення і обчислюють з виразів:

=

де , - середні молярні теплоємності при постійному тиску відповідно для повітря і продуктів згорання;

Для визначення і , кДж/(кмоль∙°С), використовують формули:

де t=60°С – температура газів.

Для повітря, що поступає в дизель, обчислюємо теплоємність за формулою:

Задаємо в першому наближенні t_т1 – 500 °С.

Обчислимо теплоємність для повітря і продуктів згорання у відпрацьованих газах:

Перевіряємо умову збіжності |t_т – t_т1| = |586 – 500| = 86 > 20 °С, тобто розрахункова температура відрізняється від прийнятої.

Приймаємо t_т2 = 586 °С і обчислюємо:

Обчислимо t_т з рівняння теплового балансу:

Перевіряємо умову збіжності |t_т – t_т2| =|586 –581| = 5 < 20 °С.

Збіжність прийнятої і розрахункової температур достатня, тому t_т =581 °С.

Температура відпрацьованих газів перед турбіною в градусах Кельвіна

Тиск повітря перед впускними органами циліндра дизеля визна-чається з виразу для циклової подачі палива в кг/цикл:

Звідси:

де η_v, α, – приймаються із завдання, при цьому

g_ц , , V_h – обчислені раніше.

Степенем підвищення тиску повітря в компресорі називають відношення тиску повітря на виході з компресора до тиску на вході.

Звідси слідує, що дорівнюватиме:

де р_о = 0,101 МПа – стандартний атмосферний тиск;

Δр_х , Δр_ф – відповідно опір холодильника надуваного повітря і повітряного фільтра на вході в агрегати наддування; можна прийняти Δр_х = Δр_ф =0,003МПа.

Степенем зниження тиску газів у турбіні (див. рис. 1) називають відношення тиску газів на вході в турбіну до їх тиску на виході

де р_о = 0,101 МПа – стандартний атмосферний тиск;

Δр_Т = 0,002 МПа – опір виходу газів з турбіни.

У чотиритактному дизелі видалення відпрацьованих газів з циліндра прово-диться відштовхуючою дією поршня за такт випуску і на співвідношення тиску

можна не накладати обмежень. Дизель може бути забезпечений повітрям за рахунок роботи одного турбокомпресора (приводний компресор відсутній); турбіна працює на відпрацьованих газах і її потужність витрачається на привід компресора (див. рис. 1).

У цьому випадку степінь пониження тиску газів в турбіні визначається перетвореного рівняння балансу потужності турбіни і компресора:

де к = 1,4 – показник адіабат повітря;

R = 287 кДж/(кг ^. К) – газова постійна повітря;

R_Т = 8314/m_г = 8314/29,048 = 286,216 кДж/(кг ^. К)– молярна маса відпра-цьованих газів;

Т_о = 293 К – стандартна температура зовнішнього повітря

- ККД турбокомпресора0

Ефективна потужність газової турбіни:

Потужність, що споживається компресором:

N_T ≈ N_k , тобто 687 кВт ≈ 684 кВт.

Отже, розрахунки зроблені правильно.

Температура Т₁, К визначається за формулою:

Необхідне пониження температури повітря в холодильнику надуваного повітря: