Процесс расширения

2.4. Процесс расширения

По углу открытия выпускных органов газораспределения j_В определяют объем рабочего тела V_В в точке “в”:

 ,

V_в=0,00024+0,052*0,128((1-0,4361)+1,3/4(1+0,2581))=0,00671 (м³)

Таблица 3.

Степень последующего расширения определяют из соотношения

 , (41)

σ=0,00671/(0,00024*1,217)=22,9

Для определения температуры рабочего тела в конце расширения (точка “в” расчетной индикаторной диаграммы) используют уравнения:

 , К, (42)

где n₂ - среднее значение показателя политропы расширения, и уравнение теплового баланса процесса расширения с учетом тепловыделения от догорания топлива на линии расширения:

 , (43)

где

 ,

A’=(8,312*1,04764*1751)/1,054=14466,48

B’=42500*((0,8-0,72)/(2,2*0,468*

(1-0,02)*1,054))+(1,04764*23,311*1751)/1,054=43768,26

Уравнения (42) и (43) решаются совместно одним из численных методов.

Обычно для тепловозных дизелей величины n₂ = 1,21 -1,3, Т_В = 900 -1200 К.

n₂=((14466,48-8,312*1000)/(43768,26-23,311*1000)+1=1,3

T_B=(1751/22,9^0,3)*(1,04764/1,054)=695 K.

Давление в конце расширения определяют по формуле:

 , МПа (44)

Р_В=13,962/22,9^1,3=0,238 Мпа.

Температура Т_В не должна превышать 1200 К во избежание значительного перегрева выпускных клапанов, головок поршней и пригорания поршневых колец.

2.5. Определение температуры газов, на входе в турбину и баланса мощностей компрессора и турбины

2.5.1. Схематически можно принять, что в процессе выпуска последовательно происходят изоэнтальпийное истечение газов из цилиндров в выпускной коллектор, их перемешивание с продувочным воздухом и перенос отработавших газов к турбине с некоторой потерей теплоты в стенки коллектора.

При перемешивании газов с наддувочным воздухом из уравнения баланса теплоты находится температура смеси.

Уравнение баланса теплоты может быть представлено в виде:

 , (45)

где G_S; G - суммарный и теоретический расход воздуха;

Т_СМ, Т_S; Т_В - температуры смеси, воздуха в ресивере и газов в точке “в”:

mC_РСМ; mC_РS и mC_РВ - молярные теплоемкости смеси, воздуха в ресивере и газов в точке “в” (берутся из курса теплотехники).

Принимая mC_РВ = mС_РСМ , получим

 , (46)

T_см=((1,371-1,246)*317*1+1,246*695))/1,371=660 K.

Температуру смеси рабочего тела перед турбиной определяют с учетом потерь теплоты на охлаждение:

 , (47)

T_т=660-0,11(660-350)=626 K.

где y_r- коэффициент, учитывающий теплоотвод в выпускной системе;

Т’_W - температура теплоносителя, охлаждающего коллектор.

В тепловозных дизелях величина y_r находится в пределах:

·  для коллектора, охлаждаемого водой - 0,1 - 0,15;

·  для неохлаждаемого коллектора - 0,01 - 0,03.

В случае охлаждения коллектора водой значение Т’_W принимается в пределах 320 - 360 К. Для неохлаждаемого коллектора значение Т’_W принимается равной температуре воздуха в кузове тепловоза.

2.5.2. Мощность турбины зависит от расхода смеси G_Z, температуры смеси Т_СМ на входе в турбину, перепада давлений в турбине _Т и КПД h_Т. Для обеспечения продувки двигателя перепад давлений по двигателю для 4-тактных дизелей не должен быть ниже  , а для 2-тактных дизелей  (где Р_Т - давление газов перед турбиной).

Тогда:

 , (48)

где x_r - коэффициент потерь давления в выпускной системе x_r = 0,92

π_т=1,222*0,92/1,05=1,070

Мощность турбины:

 , (49)

N_т=(1,371*1,33*268*626*0,016)/0,33=1484 кВт

где К_Г - показатель адиабаты выпускных газов К_Г = 1,32  1,35;

Из баланса мощностей компрессора и турбины получим требуемый КПД турбины:

 , (50)

η_т=1000/1484=0,67

где N_К подсчитана по формуле (13).

Полученные величины требуемого КПД не должны быть выше значений, реально достигаемых в настоящее время h_Т 0,8  0,85.