Привет студент

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

 

Институт машиностроения

 ^{(наименование института полностью)}

 

Кафедра «Энергетическое машиностроение и системы управления»

^{(наименование кафедры полностью)}                      

 13.03.03 Энергетическое машиностроение

^{(код и наименование направления подготовки, специальности)}

«Двигатели внутреннего сгорания»

^{(направленность (профиль)}

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА  

по дисциплине (учебному курсу)

 

Агрегаты наддува двигателей

 ^{(наименование дисциплины (учебного курса)}

 

на тему: Расчет турбокомпрессора для 4-х тактного, 6-ти цилиндрового дизельного двигателя мощностью 210 кВт при 2500 об\мин на примере двигателя John Deere

 

 

Студент	Н.Д. Стрижаков И.О. Фамилия	(личная подпись)
Руководитель	В.А. Шишков (И.О. Фамилия)	(личная подпись)

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ЭМиСУ ______________   Д.А. Павлов            (подпись)                               (И.О. Фамилия) « ___ » ______________ 2018г

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы

 

Студент

Стрижаков Никита Дмитриевич

1. Тема

Расчет турбокомпрессора для 4-х тактного, 6-ти цилиндрового дизельного

двигателя мощностью 210 кВт при 2500 об\мин

2. Срок сдачи студентом законченной курсовой работы

3. Исходные данные к курсовой работе

двигатель John Deere 6068HF475, e = 18

4. Содержание курсовой работы (перечень подлежащих разработке вопросов, разделов)

- Тепловой расчет двигателя,

- Тепловой баланс двигателя

5. Ориентировочный перечень графического и иллюстративного материала

- диаграммы теплового расчета и ВСХ

6. Рекомендуемые учебно-методические материалы: Корчагин В. А. Тепловой расчет

автомобильных двигателей [Электронный ресурс] : учеб. пособие / В. А. Корчагин, С. А.

Ляпин, В. А. Коновалова ; Липецкий государственный технический университет. - Липецк :

ЛГТУ : ЭБС АСВ, 2016. - 82 с. : ил. - ISBN 978-5-88247-766-9.

7. Дата выдачи задания

«

06

»

сентября

2018

г.

Руководитель курсовой работы

В.А. Шишков

(подпись)

(И.О. Фамилия)

Задание принял к исполнению

Н.Д. Стрижаков

(подпись)

(И.О. Фамилия)

 

 

Аннотация

 

          В курсовой работе Н.Д. Стрижаков, в соответствии с темой «Расчет турбокомпрессора для 4-х тактного, 6-ти цилиндрового дизельного двигателя мощностью 210 кВт при 2500 об\мин» проведен расчет турбокомпрессора. По результатам расчета подобран турбокомпрессор для выбранного ДВС. Страниц 25, Таблиц 5, Библиографических ссылок 5.

 

 

Содержание

Введение………………………..……………….……………………….…...…..5

1. Расчёт исходных данных ……………………..……………………......6
2. Расчет компрессора……………………...……………………..…….…8

          2.1 Расчет условий на входе в компрессор ……………………………...8

          2.2 Основные размеры колеса…………………………….…..………….10

         2.3 Геометрические размеры диффузоров………………..……………..13

3. Расчет турбины ………………………………..…………………….....17

Заключение…………………………………………………………………….…24

Список используемой литературы………………………………………….…..25

 

 

Введение

 

          В последнее время к двигателям внутреннего сгорания предъявляют всё более жёсткие требования по токсичности отработанных газов и экономичности, при этом, требования к их мощности, приёмистости и тяге, никто не снижает. Для выполнения всех этих требований, требуется внедрение ряда дополнительных устройств в современный двигатель, изменение его конструкции и доработка рабочего процесса. Одним из средств, позволяющих выполнить все эти запросы, является турбокомпрессор.

          Турбокомпрессор, как и другой тип наддува двигателя, позволяет улучшить наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом рабочей смеси, повысить эффективность его работы, увеличить КПД и при этом не увеличивать рабочий объём двигателя. Это даёт двигателю ряд преимуществ, перед своими, не турбированными аналогами. Поэтому, установка турбокомпрессора на атмосферный двигатель, является очень перспективной и оправданной работой.

          В данной курсовой работе, будет разобран вариант установки турбокомпрессора на двигатель мощностью 210 кВт, прототипом которого, в данный момент времени, может послужить мотор John Deere 6068HF475. Данный двигатель не оснащается турбокомпрессором, но имеет схожую мощность с предъявленным в задании двигателем и поэтому, его характеристики будут взяты за основу расчёта.

          В общем, данная курсовая работа, служит для лучшего усвоения и понимания курса «агрегаты наддува двигателей» и для лучшего понимания его практико-теоретической части.

 

 

 

1. Расчёт исходных данных

 

Для расчёта турбокомпрессора, требуются располагать сведениями о следующих его параметрах: расход воздуха через компрессор, расход газа через турбину и др. Эти параметры рассчитываются в первую очередь и для их определения нужны исходные данные, которые зависят от конкретного двигателя, на который мы собираемся установить компрессор.

Требуемые данные, нужные нам для начала расчёта, сведены в таблицу 1. Значения, сведённые в таблицу, были взяты из теплового расчёта двигателя John Deere 6068HF475, приведенного в курсовой работе, по дисциплине «Теория рабочего процесса».

Таблица 1 – Исходные данные

Мощность Ne, кВт
Расход топлива ge,
Давление наддува PK,
Коэффициент избытка воздуха α
Количество воздуха, нужное для сгорания  килограмма топлива,  кг возд./кг
Коэффициент продувки для бензиновых двигателей отсутствует, поэтому,
Газовая постоянная воздуха,
Температура воздуха перед компрессором, Т0 К
Давление перед компрессором, МПа
Температура газа перед турбиной,
Количество продуктов сгорания, M2 кмоль/кг
Количество воздуха для сгорания 1 кг топлива;  кмоль/кг
Молекулярная масса воздуха,  кг/кмоль
Универсальная газовая постоянная,
Показатель адиабаты выпускных газов kг
Постоянная газов на выпуске

 

Коэффициент молекулярного изменения отработанных газов:

Значение молекулярной массы газза:

Рассчитываем расход воздуха компрессора:

Рассчитываем расход газа турбины:

        Определяем объемный расход воздуха компрессора:

 Повышение давления определяется:

          Зная начальную информацию в виде: расхода воздуха и степени повышения давления, подпираем турбокомпрессором по производительности. Для наших условий, при π_к = 3,46 и , в качестве прототипа для начала расчёта, подойдёт, опираясь на рекомендации «методического указания к выполнению курсовой работы»[1], турбокомпрессор ТКР - 18.

2. Расчет компрессора

Данный этап расчёта состоит из трёх подпунктов и является следующим шагом в расчёта турбокомпрессора.

2.1 Расчет условий на входе в компрессор

Требуемые исходные данные, необходимые для начала расчёта условий на входе в компрессор, подобраны исходя из рекомендаций «методического указания к выполнению курсовой работы»[2], сведены в таблицу 2.

Таблица 2 –Исходные данные

Сопротивление фильтра, ∆Р, МПа.	0,0041
Скорость потока на входе, Са м/с	44
Адиабата воздуха, k	1,4
Коэффициент потерь входного патрубка,	0,1
Напорный КПД, Hk	0,76

 

Температура потока на входе:

 

Температура воздуха на входе:

Давление после затормаживания, при входе во входное устройство:

Давление и плотность воздуха:

Расчёт площадей входного патрубка и сечения входа в колесо, производится по формулам, приведенным ниже:

Неизвестную плотность , примем , для первого приближения.

Скорость воздуха на входе в рабочее колесо:

Диаметр:

Расчет потерь входного патрубка:

Определяем политропу воздуха в зоне входного патрубка:

Температура входа в рабочее колесо:

Определяем давление и плотность входа в колесо:

Определяем погрешность, при: :

Адиабатная работа сжатия в компрессоре:

Значение окружной скорости на наружном диаметре, рассчитываемого нами колеса:

Коэффициент расхода компрессора:

 

2.2 Основные размеры колеса

Необходимые начальные значения, были выбраны для начала расчёта основных размеров колеса, в соответствии с рекомендательными данными, взятыми из учебника «Расчет автомобильных и тракторных двигателей»[3] и сведены в таблицу 3.

Таблица 3 – Исходные данные

Число лопаток,	18
Коэффициент загромождения на входе в колесо, к1	1,15
Угол атаки (град.)	3
Коэффициент потерь,	1,15
Коэффициент дисковых потерь,	0,045
Коэффициент загромождения на выходе, к2	1,055

 

Диаметры втулки и колеса на входе:

Расчет требуется провести на среднем диаметры колеса:

Средний диаметр на входе в колесо:

Частота вращения компрессора:

Движение потока, будем считать осевым, то есть  тогда меридиональная скорость на входе у колеса:

Без закрутки потока, .

Окружная скорость на среднем диаметре:

Определяем, на среднем диаметре, угол входа потока и установки лопатки:

Относительная скорость входа потока:

Число Маха на диаметре  в относительном движении:

Потери на входе в колесо, поворот потока и его трение диска расчитаем по формулам:

При наших условиях расчёта, будем считать, что радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе из колеса равна:  

Коэффициент уменьшения теоретического напора:

Температура воздуха за колесом:

Показатель политропы сжатия воздуха в колесе:

Давление и плотность при выходе из колеса:

Окружная составляющая абсолютной скорости на входе:

Абсолютная скорость на выходе из колеса:

где  - радиальная составляющая абсолютная скорость, м/с.

Относительная скорость и окружная составляющая относительной скорости на выходе:

Радиальная составляющая относительной скорости на выходе, будет ровняться:

.

Угол выхода потока из колеса, в абсолютном и относительном движении, рассчитывается:

Ширина колеса на входе:

Отношение  должно быть в пределах .

Температура заторможенного потока на выходе из колеса:

 

2.3 Геометрические размеры диффузоров

Необходимые исходные значения, приближенно принятые по рекомендациям учебника «Расчет автомобильных и тракторных двигателей»[4], для начала расчёта размеров диффузоров, сведены в таблицу 4.

Таблица 4 – Исходные значения

КПД без лопаточного диффузора, ηб.д.	0,6
КПД улитки η5	0,61

 

Выбираем компрессор с безлопаточным диффузором.

Ширина и диаметр диффузора:

Определяем, в приближении, абсолютную скорость на выходе из безлопаточного диффузора, без учета плотности газа:

Показатель политропы сжатия:

Температура, давление воздуха и его плотность, при выходе из без лопаточной части диффузора:

Уточним величину скорости при выходе из без лопаточного диффузора:

Рассчитываем процент ошибки:

Скорость на выходе из улитки:

Показатель политропы сжатия:

Определим величины температура, давление и плотности на выходе:

Площадь сечения выхода из улитки:

Действительная степень повышения давления в компрессоре:

Действительная адиабатная работа сжатия:

Рассчитаем адиабатный и напорный КПД:

Мощность двигателя, идущая на привод компрессора:

3. Расчет турбины.

Для расчёта турбины нам понадобится ряд коэффициентов, заданных размеров и т.д. Все, необходимые нам исходные данные, выбранные из «методического указания к выполнению курсовой работы»[5], для расчёта турбины, сведены в таблицу 5.

Таблица 5 – Исходные данные для расчёта турбины

Угол выхода потока из соплового аппарата, а (град.)	23
Диаметр колеса турбины, DT1, мм	70
Входной диаметр соплового аппарата, D1, мм	101,5
Выходной диаметр соплового аппарата, D2, мм	73,5
Втулочный диаметр колеса, Dвm, мм	19,6
Наружный диаметр колеса турбины на выходе, DH2, мм	59,5
КПД турбины, ηm	0,7
Давление за турбиной, Pm0 , МПа	0,1
Давление в системе выпуска, Рk, МПа	0,1385
Показатель адиабаты выпускных газов, kг	1,352
Степень реактивности рабочего колеса, ρ	0,45
Скоростной коэффициент, для потери в сопловом аппарате, φ	0,965
Угол входа в турбину в диапазоне, а1 (град.)	20
Коэффициент нагрузки,	1
Коэффициент скорости, для потери в рабочем колесе, ψ	0,85
Радиальный зазор, δ2, мм	0,55
Число рабочих лопаток,	29

 

Некоторые значения из таблицы 5, были определены по формулам: , мм, , мм, , мм, , мм, , мм.

Требуемая адиабатная работа турбины:

Давление газа перед турбины:

Чтобы обеспечить продувку требуется:  

Скорость газа на выходе из соплового аппарата:

Температура и давление газа на входе в колесо:

Число Маха на выходе соплового аппарата:

Плотность газа на выходе из соплового аппарата:

Адиабатная скорость истечения:

Определяем отношение:

Радиальная составляющая абсолютной скорости перед рабочим колесом:

Окружная составляющая абсолютной скорости:

Окружная скорость рабочего колеса:

Высота лопаток на входе в колесо:

Отношение должно попадать в диапазон:

Угол выхода потока из соплового аппарата:

Шаг лопаток на выходе из соплового аппарата:

Ширина горловинных сопловых лопаток:

Расширения газа, без учета его теплообмена с окружающим пространством, в рабочем колесе, рассчитываем по формуле:

Средний диаметр , мм:

Относительная скорость газа при входе и выходе из рабочего колеса:

Приближенная и уточненная температура газа на выходе из рабочего колеса:

Определяем число Маха в относительном движении:

Плотность газа на выходе из колеса:

Площадь сечения на выходе из рабочего колеса:

Количество газа, утекающее по радиальному зазору, определяем по формуле:

где  - высота лопатки на выходе из колеса: , мм;

Формулы расчета угла выхода потока, в относительном движении, из рабочего колеса и его уточнения:

Определяем осевую и окружную составляющую абсолютной скорости, при выходе из рабочего колеса:

где

Угол выхода потока в абсолютном движении:

Абсолютная скорость на выходе:

Шаг лопаток при выходе из рабочего колеса, рассчитанный на его среднем диаметре:

Ширина канала в узкой части:

Работа газа на окружности колеса:

Окружной КПД турбины:

Далее проведём расчёт потерь.

Потери в рабочем колесе и сопловом аппарате:

Потери энергии от утечек газа и потери с выходной скоростью:

Мощность трения диска и вентиляции:

  ;    - , .

Потери на вентиляцию и трение:

Внутренний, эффективный и адиабатный КПД турбины:

где  - механический КПД турбины, приближенно взятый из диапазона .

Мощность на валу турбины:

 

Заключение

 В ходе проведения данной курсовой работы был рассчитан турбокомпрессор для двигателя John Deere 6068HF475. В ходе расчёта выяснилось, что для эксплуатации вместе с этим мотором может быть использован турбокомпрессор модели ТКР - 18, параметры которого и были применены к расчёту. Данные, полученые в ходе проведения курсовой работы, позволили не только лучше понять устройство турбокомпрессора, но и получить сведения, необходимые для турбирования атмосферного двигателя.

По мимо расчётно-теоретической части, во время выполнение курсовой работы, так же был рассмотрен материальный образец турбокомпрессора, что так же помогло лучше усвоить материал курса.

Список используемой литературы и приложений достуны в полной версии работы. 

Скачать: strizhakov_n_d_kr_emsb_1501_nadduv-1.rar