Тепловой расчет дизельного двигателя, паровой турбины, термодинамический расчет цикла газотурбинной установки (стр. 1 )

122Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения

ОмГУПС (ОмИИТ)

Кафедра «Теплоэнергетика»

Тепловой расчет дизельного двигателя,

паровой турбины,

термодинамический расчет цикла газотурбинной установки

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Нагнетатели и тепловые двигатели»

ИНМВ.400100.000 ПЗ

               Студент гр.         33ж        

               Проверил

               Преподаватель  кафедры Т

               

Омск 2015

Реферат

УДК 621.1.638

Курсовая работа содержит 47 страниц, 4 источника, 25 рисунков, 5 таблиц.

Двигатель, пар, вода, топливо, цилиндр, сопло, рабочее колесо, компрессор, газотурбинная установка.

Целью работы является закрепление и углубление полученных знаний, ознакомление со специальной и справочной литературой, государственными и отраслевыми стандартами, а также развитие навыков самостоятельного решения инженерных задач и технически грамотного изложения пояснительной записки.

В результате работы были произведены тепловые расчеты четырехтактного двигателя внутреннего сгорания высокого сжатия с наддувом, турбины, а также термодинамического цикла газотурбинной установки.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2010, все расчеты произведены при помощи интегрированной системы MathCAD 14.

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         4

1. Двигатели внутреннего сгорания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         5

1.1. Задание по разделу «Двигатели внутреннего сгорания» . . . . . . . . .         5

1.2. Тепловой расчет дизельного двигателя с наддувом. . . . . . . . . . . . .         6

2. Паровые турбины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         16

2.1. Задание по разделу «Паровые турбины» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         16

2.2.Тепловой расчет одноступенчатой паровой турбины. . . . . . . . . . . .         16

3. Газотурбинные установки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         29

3.1.Задание по разделу «Газотурбинные установки» . . . . . . . . . . . . . . .         29

3.2.Термодинамический расчет цикла одновального газотурбинного

двигателя с регенерацией тепла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         30

4. Ответы на контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         40

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .         46

Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .          47

Введение

Двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины принадлежат к наиболее распространенному и многочисленному классу тепловых двигателей, т. е. таких двигателей, в которых тепловая энергия преобразуется в механическую энергию непосредственно внутри двигателя. К двигателям внутреннего сгорания относятся поршневые и газотурбинные двигатели.

Топливо и воздух, необходимые для сгорания в поршневом двигателе, вводятся в объем цилиндра двигателя, ограниченный днищем крышки, стенками цилиндра и поршнем. Образующиеся при сгорании газы, имеющие высокую температуру, создают давление на поршень и перемещают его в цилиндре. Поступательное движение поршня через шатун передается коленчатому валу, установленному в блоке, и преобразуется во вращательное движение вала.

В газовых турбинах топливо сжигается в специальной камере сгорания. Топливо в нее подается насосом через форсунку. Воздух, необходимый для горения, нагнетается в камеру сгорания с помощью компрессора, установленного на одном валу с газовой турбиной. Продукты сгорания через направляющий аппарат поступают на лопатки рабочего колеса турбины.

Двигатели внутреннего сгорания Задание по разделу «Двигатели внутреннего сгорания»

Произвести тепловой расчет четырехтактного двигателя внутреннего сгорания высокого сжатия с наддувом. Исходные данные выбираются в соответствии с номером варианта.

В соответствии с заданным давлением наддува необходимо выбрать тип компрессора и метод наддува. Если компрессор связан с валом двигателя и мощность, затрачиваемая на сжатие воздуха, снимается с вала двигателя, то компрессор называется приводным.

В случае использования газотурбинного наддува компрессор, называемый газотурбокомпрессором, приводится в действие газовой турбиной, работающей на выхлопных газах двигателя.

В четырехтактных двигателях при давлении наддува больше 0,135 МПа обычно применяется газотурбинный наддув.

Таблица 1 – Исходные данные к заданию по разделу «Двигатели внутреннего сгорания»

Параметр	Значение параметра
Диаметр цилиндра, мм	150
Ход поршня, мм	180
Число цилиндров	6
Частота вращения вала, об/мин	1500
Степень сжатия	14
Коэффициент избытка воздуха	1,4
Давление наддува, МПа	0,125

Тепловой расчет дизельного двигателя с наддувом

Тепловой расчет дизельного двигателя включает следующие этапы:

Составление материального баланса – подсчет объемов газов в основных точках расчетного цикла с приведением к нормальным условиям и определение параметров начальной точки рабочего цикла (конец впуска или начало сжатия) Расчет процесса сжатия. Расчет процесса сгорания. Расчет процесса расширения. Определение среднего индикаторного давления. Определение индикаторной и эффективной мощности двигателя, расход топлива и КПД. Материальный баланс и параметры начальной точки

Выбирается примерный массовый состав топлива.

Таблица 2 – Массовый состав топлива

Состав дизельного топлива, % по массе
С	Н	О
86,5	12,5	1,0

Определяется теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива в молях:

       ,        (1.1)

где С, Н и О – массовые доли соответствующих компонентов в топливе;

.

Подсчитывается действительное количество воздуха

,                                        (1.2)

где        б – коэффициент избытка воздуха;

.

Определяется количество продуктов сгорания

;                                        (1.3)

.

Вычисляется химический коэффициент молекулярного изменения

;  (1.4)

.

Подсчитывается средняя скорость поршня

,  (1.5)

где        сm – средняя скорость поршня, м/с;

               S – ход поршня, м;

               n – частота вращения главного вала, об/мин;

.

Принимается расчетная скорость воздуха в проходном сечении всасывающего (впускного) клапана (или двух всасывающих клапанов, что часто применяется у быстроходных двигателей) щВП.

Примем щВП = 60 м/с.

По эмпирической формуле определяется сопротивление всасывающей системы, МПа,

;  (1.6)

.

Принимается расчетная скорость газов в выпускном клапане (или в двух выпускных клапанах у быстроходных двигателей) щВЫП. Допустимые значения скорости в выпускных клапанах на 15-20% выше, чем во впускных, соответственно принимаем м/с.

7

Определяется сопротивление выпускной системы по формуле:

;  (1.7)

.

Вычисляется давление в цилиндре в конце впуска воздуха