Учебно-методический комплекс по дисциплине «локомотивные энергетические установки» Специальность/направление: 190301 Локомотивы icon

Учебно-методический комплекс по дисциплине «локомотивные энергетические установки» Специальность/направление: 190301 Локомотивы









НазваниеУчебно-методический комплекс по дисциплине «локомотивные энергетические установки» Специальность/направление: 190301 Локомотивы
страница1/4
Шаров Виталий Дмитриевич
Дата конвертации01.03.2013
Размер0.81 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
  1   2   3   4




ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА


федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(МИИТ)

УТВЕРЖДАЮ:

Проректор по учебно-методической работе - директор РОАТ

______________В.И.Апатцев

«_05»_____07____2011г.


Кафедра Тяговый подвижной состав


Автор Шаров Виталий Дмитриевич


УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЛОКОМОТИВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»


Специальность/направление: 190301 Локомотивы



Утверждено на заседании

Учебно-методической комиссии РОАТ

Протокол №________4______________

«_01__»_____07____2011г

Председатель УМК

_____________________А.В.Горелик

Утверждено на заседании кафедры


Протокол №__6__

«__24_»____05______2011г.

Зав. кафедрой

_____________А.С.Космодамианский



Москва 2011г.


Автор-составитель

Шаров Виталий Дмитриевич, кандидат технических наук,

доцент, профессор.


Учебно-методический комплекс по дисциплине «Локомотивные энергетические установки» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, основной образовательной программы по специальности 190301 ЛОКОМОТИВЫ (Т).

Дисциплина входит в федеральный компонент специальных дисциплин и является обязательной для изучения.


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА


федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»


СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ: Выпускающая кафедра Проректор по учебно-методической «Тяговый подвижной состав» работе - директор РОАТ

Зав. кафедрой

___________А.С.Космодамианский ______________В.И.Апатцев

«_30__»______06______2011г. «_05»_____07____2011г.


Кафедра Тяговый подвижной состав


Автор Шаров Виталий Дмитриевич, профессор, к.т.н.


РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ


Локомотивные энергетические установки


Специальность/направление 190301 ЛОКОМОТИВЫ



Утверждено на заседании

Учебно-методической комиссии РОАТ

Протокол №________4______________

«_01__»_____07____2011г

Председатель УМК

_____________________А.В.Горелик

Утверждено на заседании кафедры


Протокол №__6__

«__24_»____05______2011г.

Зав. кафедрой

_____________А.С.Космодамианский


Москва 2011г.

1.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ



Современный автономный локомотив представляет собой сложнейшую машину, включающую первичный источник энергии, систему передачи и преобразования энергии в работу силы тяги, устройства управления и автоматики для обеспечения экономичной и надежной работы энергетической цепи. Понимание сложных взаимосвязей энергетических процессов создания силы тяги локомотива требует изучения принципов действия источников энергии и их конструкции, теоретических основ рабочих процессов тепловых двигателей, способов диагностики, регулирования и эксплуатации локомотивных энергетических установок (ЛЭУ).

1.2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


Изучив дисциплину, студент должен:


1.2.1 Знать и уметь использовать:


принципиальные основы работы энергетических установок; основные положения расчета параметров рабочего процесса тепловых двигателей для различных условий эксплуатации и различных видов топлива; методы расчета динамических усилий для различных схем кривошипно-шатунных механизмов; методы уравновешивания двигателей; системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя; системы автоматической защиты локомотивных энергетических установок; основные методы моделирования рабочих процессов на персональных компьютерах (ПК); методы гашения крутильных колебаний валопровода; режимы эксплуатации и методы анализа надежности локомотивных энергетических установок и их узлов; теоретические и экспериментальные методы оценки топливной экономичности энергетических установок в условиях эксплуатации и методы оценки их экологической безопасности.


1.2.2. Владеть:

основами выявления неисправностей локомотивных энергетических установок в процессе эксплуатации, технического обслуживания и ремонта; современными контрольно-измерительными приборами и средствами диагностирования при измерении контролируемых параметров; методами проведения испытаний локомотивных энергетических установок при их сдаче после изготовления и в процессе эксплуатации; основами расчета технико-экономических параметров основных и вспомогательных систем локомотивных энергетических установок; основами испытаний энергетических установок: снятием и обработкой индикаторных диаграмм, скоростных, нагрузочных, регулировочных характеристик; определением фаз газораспределения; настройкой угла опережения подачи топлива.



    1. . ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Форма обучения – заочная Курс - 5


Вид учебной работы

Всего часов

Общая трудоемкость дисциплины

217

Аудиторные занятия:

32

Лекции

16

Лабораторный практикум

16

Самостоятельная работа:


185

Курсовой проект

1

Вид итогового контроля

Зачет, экзамен




1.4 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


1.4.1 Разделы дисциплины и виды занятий




Раздел дисциплины

Лекции, час

Лабораторный практикум, час

1

2

3

4

5


6

7

История локомотивных энергоустановок (ЛЭУ)

Устройство и конструкция ЛЭУ

Системы ЛЭУ

Рабочие процессы

Кинематика и динамика шатунно-кривошипного механизма поршневого двигателя

Работа ЛЭУ в эксплуатации

Испытания и диагностика ЛЭУ

2

2

2

4

2


2

2

-

-

2

6

-


4

4



1.4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Локомотивные энергетические установки.

История развития тепловых двигателей и локомотивных энергетических установок (ЛЭУ).

Принципы работы паросиловой установки, поршневого двигателя внутреннего сгорания, газотурбинного двигателя.

Раздел 2. Устройство и конструкция ЛЭУ.

Классификация и технические характеристики ЛЭУ. Принципиальные, компоновочные и кинематические схемы ЛЭУ. Конструкционные особенности основных узлов современных тепловозных дизелей: остовы (блоки цилиндров), крышки цилиндров, газораспределительные механизмы, втулки цилиндров, поршни, коленчатые валы, шатунные и коренные подшипники.

Раздел 3. Системы ЛЭУ.

Системы воздухоснабжения, подачи топлива, автоматического регулирования, смазки трущихся деталей, охлаждения теплонапряженных узлов, пуска и остановки, автоматической защиты от аварийных режимов работы.

Конструкции, принципы работы и характеристики основных агрегатов систем.

Раздел 4. Рабочие процессы.

Топливо и продукты сгорания. Виды топлив и их характеристики. Коэффициент избытка воздуха для сгорания топлива, теоретически необходимое и действительное количество воздуха, количество и состав продуктов сгорания.

Теплоемкость, энтальпия, внутренняя энергия воздуха и продуктов сгорания.

Рабочий процесс поршневого комбинированного двигателя внутреннего сгорания.

Такты и фазы газораспределения четырех- и двухтактных двигателей. Расчетные индикаторные диаграммы.

Процесс наполнения цилиндра воздухом: определение температуры, давления, количества и состава рабочего тела в начале сжатия; коэффициенты остаточных газов и наполнения.

Процесс сжатия: геометрическая и действительная степени сжатия; теплообмен и показатель политропы сжатия; определение давлений и температур рабочего тела в процессе и в конце сжатия; выбор степени сжатия.

Процессы смесеобразования: внутреннее и внешнее образование топливовоздушной смеси; температура самовоспламенения топлива; характеристика факела и закон подачи топлива.

Процесс сгорания: четыре периода, закон и скорость выгорания топлива; степень повышения давления и ее зависимость от периода задержки воспламенения и закона подачи топлива; регулирование давления сгорания; коэффициент эффективного выделения тепла; состав рабочего тела в конце сгорания; степень предварительного расширения.

Процесс расширения: догорание топлива и теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра; показатель политропы расширения; определение давлений и температур в процессе и в конце расширения; степень последующего расширения.

Совместная работа поршневой машины и агрегатов наддува: влияние параметров воздуха во впускном коллекторе на мощность двигателя.

Построение индикаторной диаграммы.

Индикаторные мощность и КПД; механические потери; эффективные мощность и КПД двигателя.

Моделирование рабочего процесса комбинированного двигателя на ПК: математические модели рабочего процесса поршневой части двигателя, агрегатов наддува, впускных и выпускных систем.

Рабочие процессы лопаточных машин и газотурбинного двигателя.

Процесс расширения газов в турбине в координатах энтальпия - энтропия, давление - удельный объем; степень реактивности; треугольники скоростей одноступенчатой осевой турбины; потери в турбине; КПД и мощность турбины; многоступенчатые турбины, характеристики турбины.

Процесс сжатия воздуха в компрессоре в координатах энтальпия - энтропия, давление - удельный объем; потери в компрессоре; КПД и мощность, потребляемая компрессором; характеристики компрессора.

Камера сгорания и элементы ее расчета.

Рабочий процесс простейшего газотурбинного двигателя и его расчет.

Раздел 5. Кинематика и динамика шатунно-кривошипного механизма поршневого двигателя.

Кинематические характеристики кривошипно-шатунного механизма.

Схемы и расчет сил, действующих в механизме рядного и V-образного двигателей; уравновешивание двигателей; основные понятия о крутильных колебаниях валопровода; назначение антивибраторов и демпферов.

Раздел 6. Работа ЛЭУ в эксплуатации.

Режимы работы и характеристики ЛЭУ. Технико-экономические показатели работы ЛЭУ в эксплуатации: топливная экономичность, надежность работы. Влияние эксплуатационных факторов на показатели работы. Взаимосвязь характеристик ЛЭУ с технико-экономическими показателями локомотивов. Экологические характеристики тепловозов, мероприятия по снижению вредных выбросов в отработавших газах тепловозных дизелей.

Раздел 7. Испытания и диагностика ЛЭУ.

Виды испытаний ЛЭУ. Методы испытаний и диагностики, методы обработки результатов.


№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

1

7

Испытание дизеля на стенде, снятие и построение тепловозной характеристики.

2

4

Изучение рабочего процесса ЛЭУ. Снятие индикаторной диаграммы рабочего процесса (или расчет ее с использованием ПК). Расчет показателей работы ЛЭУ по параметрам рабочего процесса в цилиндрах.

3-1

7

Исследование влияния угла опережения впрыска топлива на параметры рабочего процесса в цилиндре тепловозного дизеля.

3-2

6

Исследование влияния температуры атмосферного воздуха на параметры рабочего процесса в цилиндре тепловозного дизеля.

3-3

6

Исследование влияния атмосферного давления на параметры рабочего процесса в цилиндре тепловозного дизеля.

4

4


Расчет и построение диаграмм рабочего цикла локомотивного газотурбинного двигателя.

5

3,4

Построение диаграммы перемещения поршней двухтактного тепловозного дизеля и круговой диаграммы газораспределения. Определение располагаемого время-сечения органов газораспределения дизеля.
1.5 ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ




1.6. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Разделы и темы для самостоятельного изучения. Время изучения.

Раздел 2. Конструкционные особенности основных узлов современных тепловозных дизелей: остовы (блоки цилиндров), крышки цилиндров, газораспределительные механизмы, втулки цилиндров, поршни, коленчатые валы, шатунные и коренные подшипники. (30 часов)

Раздел 3. Конструкции, принципы работы и характеристики основных агрегатов систем. (20 часов)

Раздел 4. Топливо и продукты сгорания. Виды топлив и их характеристики. Коэффициент избытка воздуха для сгорания топлива, теоретически необходимое и действительное количество воздуха, количество и состав продуктов сгорания.

Теплоемкость, энтальпия, внутренняя энергия воздуха и продуктов сгорания. (10 часов)

Процесс наполнения цилиндра воздухом: определение температуры, давления, количества и состава рабочего тела в начале сжатия; коэффициенты остаточных газов и наполнения.

Процесс сжатия: геометрическая и действительная степени сжатия; теплообмен и показатель политропы сжатия; определение давлений и температур рабочего тела в процессе и в конце сжатия; выбор степени сжатия.

Процессы смесеобразования: внутреннее и внешнее образование топливовоздушной смеси; температура самовоспламенения топлива; характеристика факела и закон подачи топлива. (20 часов)

Процесс расширения: догорание топлива и теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра; показатель политропы расширения; определение давлений и температур в процессе и в конце расширения; степень последующего расширения. (5 часов)

Моделирование рабочего процесса комбинированного двигателя на ПК: математические модели рабочего процесса поршневой части двигателя, агрегатов наддува, впускных и выпускных систем. (25 часов)

Раздел 5. Кинематические характеристики кривошипно-шатунного механизма.

Схемы и расчет сил, действующих в механизме рядного и V-образного двигателей. (10 часов)

Раздел 6. Влияние эксплуатационных факторов на показатели работы. Взаимосвязь характеристик ЛЭУ с технико-экономическими показателями локомотивов. Экологические характеристики тепловозов, мероприятия по снижению вредных выбросов в отработавших газах тепловозных дизелей. (20 часов)

1. 7. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ.

Содержание курсового проекта: расчет основных параметров рабочего цикла комбинированного тепловозного двигателя; определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме; построение индикаторной диаграммы, кинематических характеристик и графиков действующих сил; расчет системы наддува тепловозного двигателя. Чертеж – поперечный разрез дизеля. Методические указания для выполнения курсового проекта имеют пример расчета. По разделам проекта разработаны программы для ПК.


1.8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:

1.8.1. Рекомендуемая литература

Основная литература

1.Локомотивные энергетические установки: Учебник для вузов ж.д. трансп./ А.И.Володин, В.З. Зюбанов, В.Д.Кузьмич и др. Под ред. А.И.Володина. М.: ИПК «Желдориздат», 2002. – 718 с.

2. Шаров В. Д. Хуторянский Н. М. Локомотивные энергетические установки: Уч. пос.- М.: РГОТУПС, 2007.- 88с.

Дополнительная литература

3. Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Транспорт, 1983.

4.Володин А.И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания. М.: Транспорт, 1990.

5.Пойда А.А., Хуторянский Н.М., Кононов В.Е. Тепловозы. Механическое оборудование. М.: Транспорт, 1988.

6.Володин А.И. Моделирование на ЭВМ тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1985.

7.Косов Е.Е., Сухопаров С.И. Оптимизация режимов работы тепловозных дизель-генераторов. М.: Интекст, 1999. 184с.

8. Симсон А.Э. и др. Тепловозное двигатели внутреннего сгорания. М.: Транспорт, 1987.

9. Никитин Е.И. и др. Тепловозные дизели типа Д49. М.: Транспорт, 1982.

  1. Синенко Н.П. и др. Тепловозные дизели типа Д70. М.: Транспорт, 1977.

11.Филонов С.П. и др. Тепловоз 2ТЭ116. М.: Транспорт, 1985.

12. Быков В.Г. и др. Маневровый тепловоз ТЭМ2. М.: Транспорт, 1974.

14. Меликжанов Г.С. и др. Маневровый тепловоз ТЭМ7. М.: Транспорт,1989.

15 Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т. М.: Транспорт, 1996.


1.8.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Разработаны программы для исследования на ПК методами математического моделирования перечисленных ниже рабочих процессов, характеристик и параметров ЛЭУ.

1. Расчет кинематических характеристик движения поршня дизеля.

2. Расчет индикаторной диаграммы рабочего цикла и сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля.

3. Расчет индикаторной диаграммы, кривых изменения температуры и тепловыделения в цилиндре четырехтактного тепловозного дизеля.

4. Исследование влияния угла опережения впрыска топлива на параметры рабочего процесса в цилиндре дизеля.

5. Исследование влияния температуры окружающего воздуха на параметры рабочего процесса в цилиндре дизеля.

6. Исследование влияния давления окружающего воздуха на параметры рабочего процесса в цилиндре дизеля.

7. Расчет диаграмм рабочего цикла локомотивного газотурбинного двигателя.

8. Определение параметров турбокомпрессора.

9. Определение параметров охлаждающих устройств дизеля.


1.9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

В учебном процессе для освоения дисциплины используются следующие технические средства:

    • учебная лаборатория;

    • компьютерное и мультимедийное оборудование (на лекциях, для самоконтроля знаний студентов, для обеспечения студентов методическими рекомендациями в электронной форме);

    • приборы и оборудование учебного назначения (при выполнении лабораторных работ);

    • пакет прикладных обучающих программ (для самоподготовки и самотестирования);

    • видео - аудиовизуальные средства обучения (интерактивные доски, видеопроекторы);

    • электронная библиотека курса (в системе КОСМОС - электронные лекции, тесты для самопроверки, тесты для сдачи зачёта).


2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ


В помощь студентам для выполнения курсового проекта предложены учебно-методические материалы, включающие пример выполнения варианта курсового проекта, решения задач по различным разделам курса, а также программы для ПК. В печати находится второе издание учебного пособия Локомотивные энергетические установки, авторы Шаров В. Д., Хуторянский Н. М., где для решения ряда задач публикуются программы в системе MathCAD. Ниже представлен пример выполнения задания на курсовой проект - раздел «Расчет системы наддува четырехтактного тепловозного дизеля».


РАСЧЕТ СИСТЕМЫ НАДДУВА 4-ТАКТНОГО ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

Таблица

Исходные данные для выполнения расчетов

Наименование данных

Условные обозначения

Единица измерения

Численные значения

Часовой расход воздуха дизелем

Часовое количество отработавших газов

Давление воздуха перед впускными органами дизеля

Коэффициент избытка воздуха в цилиндре

Коэффициент продувки

Индикаторный КПД дизеля

GB


GГ


РК


α


φ


ηi

кг/ч


кг/ч


МПа


-


-


-

13756


14201


0,208


2,01


1,07


0,44


При выполнении расчетов имеем:

температура окружающей среды t0 = 20° C;

давление окружающей среды p0 = 0,1 МПа;

состав дизельного топлива в долях массы – углерод С = 0,87; водород Н = 0,126; кислород О = 0,004;

удельная теплота сгорания дизельного топлива - Нu = 42500 кДж/кг топлива

температура воздуха перед впускными органами дизеля – tK = 60° C;

доля тепла, отданного с систему охлаждения дизеля – w = 0,14;

внутренний КПД газовой турбины ηтi = 0,75;

адиабатический КПД газовой турбины ηтад = 0,88;

механический КПД газовой турбины ηTM = 0,98;

адиабатический КПД центробежного нагнетателя ηкад = 0,79;

механический КПД центробежного нагнетателя – ηкм = 0,98;

сопротивление воздушного фильтра ∆ pф = 0,003 МПа;

сопротивление охладителя надувочного воздуха ∆ px = 0,003 МПа;

сопротивление выходу газов из газовой турбины (сопротивление глушителя) ∆ pг = 0,002 МПа.


Определение температуры газов перед газовой турбиной

Температуру газов перед турбиной определяем по уравнению внутреннего теплового баланса дизеля, записанного для 1 кг сжигаемого топлива:

(3)

где = 42500 кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива;

- энтальпия (теплосодержание) воздуха, поступающего из надувочного коллектора в цилиндр, кДж/(кмольград);

ηi = 0,44 – индикаторный КПД дизеля;

= 0,14 – доля тепла, отводимого в систему охлаждения дизеля;

- общее количество газов, образующихся при сгорании 1 кг дизельного топлива, кмоль/кг топлива;

- средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для газов, образующихся в результате сгорания дизельного топлива, кДж/(кмольград);

- температура смеси газов после выпуска из дизеля (перед турбиной) в ° С.

Из уравнения (3) имеем

(4)

Энтальпию Iв вычисляем по формуле

,

где tК = 60°С – температура воздуха перед впускными органами дизеля;

М'в – действительное количество воздуха, расходуемого на 1 кг дизельного топлива.



здесь φ = 1,07 – коэффициент продувки,

α = 2,01 – коэффициент избытка воздуха в цилиндре,

L0 – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива:



Средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении и температуре tк =60оС для воздуха



Молярная теплоемкость СрmГ зависит от искомой температуры tТi , поэтому решаем уравнение (4) методом последовательных приближений, исходя из условия сходимости

Средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для отработавших газов перед турбиной, кДж/(кмольград)



- средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для «чистых» продуктов сгорания



Количество «чистых» продуктов сгорания на 1 кг дизельного топлива



Общее количество газов перед турбиной, образующихся при сгорании 1 кг топлива



Объемные доли «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха в отработавших газах дизеля


Принимаем первое приближение Тогда



;



Тогда





что больше допускаемого значения.

Принимаем второе приближение =







Тогда





что меньше допускаемого значения, поэтому принимаем для дальнейших расчетов

tТ1 = 566,3° С;

ТТ1 = 566,3 + 273 = 839,3 К..

Определение мощности, потребляемой воздушным нагнетателем

Мощность, потребляемую воздушным нагнетателем наддувочного агрегата, вычисляем по формуле



где к = 1,41 – показатель адиабаты для воздуха;

GB = 13756 - часовой расход воздуха дизелем;

RВ = 287 газовая постоянная для воздуха;

Т0 – температура воздуха на входе в нагнетатель, равная температуре окружающей среды

Т0 = t0 + 273 = 20 + 273 = 293 К;

πК – степень повышения давления воздуха в нагнетателе



РК = 0,208 МПа – давление воздуха перед впускными органами дизеля;

P0 = 0,1 МПа – давление окружающей среды;

РХ = 0,003 МПа – сопротивление охладителя надувочного воздуха;

РФ = 0,003 МПа – сопротивление воздушного фильтра;

= 0,79 – адиабатический КПД воздушного нагнетателя;

= 0,98 – механический КПД воздушного нагнетателя.

Тогда




Определение давления газов перед газовой турбиной


Степень понижения давления газов в турбине определим, исходя из условий равенства мощностей NТ, развиваемой газовой турбиной, и NK,, потребляемой нагнетателем.

Мощность, развиваемая газовой турбиной

(7)

где КГ – показатель адиабаты для отработавших газов

;

где = 31,66 - определено выше (см.п.7.2.);

GГ = 14201 - часовое количество отработавших газов;

RГ – газовая постоянная для отработавших газов



здесь mГ - молярная масса отработавших газов.



mв = 28,95 кг/кмоль – молярная масса воздуха;

φ= 1,07- коэффициент продувки,

α = 2,01 – коэффициент избытка воздуха;

Значения L0 = 0,496 , М’Г = 1,099

и ТТ1 = 839,3 К были определены выше в п.7.2.

= 0,75 – внутренний КПД газовой турбины;

= 0,98 – механический КПД газовой турбины.

Приравняв правую часть выражения (7) уже вычисленной выше мощности NK , потребляемой воздушным нагнетателем, и выполнив некоторые преобразования, получим



Отсюда



Тогда степень понижения давления газов в турбине



Давление газов перед турбиной

МПа

Здесь ∆ РГ = 0,002 МПа – сопротивление глушителя.

Теперь проверим правильность расчетов, вычислив по формуле (7) мощность газовой турбины

Вычисленная мощность воздушного нагнетателя совпадает с мощностью, развиваемой газовой турбиной



что свидетельствует о правильности проведенных вычислений.


Определение основных параметров рабочих процессов в воздушном нагнетателе и газовой турбине


Центробежный воздушный нагнетатель

Температура воздуха после сжатия его в нагнетателе

К,

где = 0,79 – адиабатический КПД воздушного нагнетателя.

Удельный объем воздуха:

до сжатия в нагнетателе

м3/кг

после сжатия в нагнетателе

м3/кг,

где ТН1 = Т0 = 293 К – температура воздуха перед нагнетателем;

РН1 = Р0 - ∆РФ = 0,1 – 0,003 = 0,097 МПа – давление воздуха перед нагнетателем;

РН2 = РК + ∆РХ = 0,208 + 0,003 = 0,211 МПа – давление после сжатия воздуха в нагнетателе.

Средний показатель политропы сжатия воздуха в нагнетателе



Газовая турбина

Давление отработавших газов после турбины

РТ2 = Р0 + ∆РГ = 0,1 + 0,002 =0,102 МПа.

Температура отработавших газов после турбины

где = 839,3 К – определено выше,

= 0,88 – адиабатический кпд газовой турбины.

Удельный объем газов, проходящих через турбину:

на входе в газовую турбину

м3/кг.

после расширения в газовой турбине

м3/кг,

где RГ = 286,88 Дж/кгград – газовая постоянная для отработавших газов (см.п.7.4).

Средний показатель политропы расширения газов в турбине



Построение диаграмм рабочих процессов в агрегатах турбонагнетателя

Диаграммы рабочих процессов в воздушном нагнетателе и в газовой турбине строим в координатах P – V. По известным парам числовых значений

VН1 = 0,867 м3/кг РН1 = 0,097 МПа

VН2 = 0,526 м3/кг РН2 = 0,211 МПа

VТ1 = 1,35 м3/кг РТ1 = 0,178 МПа

VТ2 = 2,063 м3/кг РТ2 = 0,102 МПа.

наносим на планшет точки Н1 и Н2 (для сжатия воздуха в нагнетателе) и точки Т1 и Т2 (для расширения газов в турбине).

Для построения политроп сжатия воздуха и расширения газов определим координаты промежуточных точек, используя известные из термодинамики выражения:

для сжатия воздуха в нагнетателе



для расширения газов в турбине



Задаемся промежуточными значениями удельных объемов:

для политропы сжатия воздуха

МПа;

МПа;

МПа.

для политропы расширения газов в турбине

МПа;

МПа;


МПа.

По вычисленным координатам наносим на планшет промежуточные точки а, в и с для кривой сжатия воздуха и d, e, g для кривой расширения газов. Соединив нанесенные точки плавными тонкими линиями, получаем диаграммы рабочих процессов в воздушном нагнетателе и газовой турбине (рис. ).





Рис. Диаграммы рабочих процессов в агрегатах турбонагнетателя.

  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:

Учебно-методический комплекс по дисциплине «локомотивные энергетические установки» Специальность/направление: 190301 Локомотивы iconУчебно-методический комплекс по дисциплине «электрические железные дороги» Специальность/направление
">



База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2016
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

на главную