Расчет газотурбонагнетателя судового ДВС

Наименование параметра

Обозначение

Размерность

Расчётная формула или источник

Численное значение

Расход воздуха

Gк

кг/c

6.489

Расход газа

G_Г

кг/c

Gк

6.695

Давление перед компрессором

Па

P_б - P_вх

99300

Давление за компрессором

Па

P_k+P_ох

284000

Степень повышения давления в компрессоре

р_k

2.8

Изоэнтропий-ная работа сжатия в компрессоре

H_ka

кДж/кг

65,117

Работа сжатия в компрессоре

H_k

кДж/кг

83.483

Изоэнтропийная работа расширения

H_ТА

кДж/кг

101.556

Степень понижения давления в турбине

р_Т

1.624

Давление газа за турбиной

Па

P_б + P_вых

102900

Давление газа перед турбиной

Па

р_Т

167100

Коэффициент

Ш

1,7

Наименование Параметра

Обозначение

Размерность

Расчётная формула или источник

Численное значение

Температура заторможенного потока на входе в компрессор

К

288

Давление заторможенного потока

Па

P_б -Pвх

99300

Скорость воздуха на входе в компрессор

м/с

Принимаем 30…70

50

Температура воздуха на входе в компрессор

К

287

Давление воздуха на входе в компрессор

Па

97500

Плотность воздуха на входе в компрессор

кг/м³

1,185

Наименование параметра

Обозначение

Размерность

Расчётная формула или источник

Численное значение

Площадь поперечного сечения на входе

F₀

м²

0,1

Адиабатная работа сжатия в компрессоре

кДж/кг

Из предварительного

расчёта

65,117

Адиабатический напорный КПД

Выбирается =

0,57…0,75

0,69

Окружная скорость на наружном диаметре колеса компрессора

м/с

307,2

Осевая составляющая абсолютной скорости перед колесом при осевом входе потока

С₁

м/с

Принимается 80…150

140

Температура воздуха на входе в колесо

T₁

К

278,25

Потери во входном устройстве перед колесом

Дж/кг

392

Коэффициент потерь для компрессора с осевым входом

-

Принимается 0,03…0,06

0,04

Показатель политропы изменения состояния воздуха на входе

-

Определяется из равенства

1,375

Давление на входе в колесо

Па

87600

Плотность воздуха на входе в колесо

кг/ м³

1,096

Площадь поперечного сечения входа в колесо

м²

0,042

Диаметр колеса на входе

мм

267,93

Отношение

-

Принимается

0,25 …0,60

0,50

Диаметр втулки колеса

мм

147,36

Диаметр колеса

мм

Принимаем 0,6

446,55

Частота вращения колеса

n_к

1/с

218,977

Средний диаметр на входе в колесо

D_1ср

мм

216,22

Шаг лопаток на среднем диаметре колеса

мм

25,16

Число лопаток колеса

-

Принимается 7…37

27

Коэффициент загромождения входа в колесо на среднем диаметре

-

толщина лопатки на среднем диаметре

0,82

Отношение

-

Принимается 0,14…0,22

0,18

Окружная скорость на среднем диаметре

м/с

148,75

Угол входа потока на среднем диаметре

град.

43,27°

Угол установки лопаток

град.

45,77°

Угол набегания потока

i

град.

Выбирается 2…3

2,5°

Меридиональная скорость на входе в колесо

м/с

170,73

Относительная скорость на входе в колесо на среднем диаметре

м/с

226,44

Окружная скорость на диаметре

м/с

184,32

Число Маха на среднем диаметре в относительном движении

-

0,677

Потери на входе в колесо

Дж/кг

5127

Коэффициент потерь

-

Выбирается 0,1…0,3

0,2

Потери на поворот и трение в межлопаточных каналах

Дж/кг

1568

Коэффициент потерь

-

Выбирается 0,1…0,2

0,16

Радиальная составляющая абсолютной скорости потока на выходе из колеса

м/с

140

Потери на трение диска колеса о воздух и вентиляцию

Дж/кг

5662

Коэффициент потерь

-

Выбирается 0,04…0,06

0,06

Коэффициент мощности

-

где =3,14

0,908

Температура воздуха за колесом

К

330,43

Показатель политропы сжатия воздуха в колесе

-

Определяем из равенства

1,53

Давление воздуха за

колесом

Па

143900

Плотность воздуха за колесом

кг/ м³

1,516

Окружная составляющая абсолютной скорости С₂ на выходе из колеса

С_2и

м/с

278,937

Абсолютная скорость воздуха на выходе из колеса

С₂

м/с

312,1

Окружная составляющая относительной скорости на выходе из колеса

м/с

28,264

Радиальная составляющая относительной скорости на выходе из колеса

м/с

140

Относительная скорость на выходе из колеса

м/с

142,824

Угол между векторами абсолютной скорости и окружной на выходе из колеса

град.

26,652°

Угол между векторами относительной и окружной скоростей на выходе

град.

78,586°

Шаг лопаток на выходе из колеса

мм

51,96

Коэффициент загромождения выхода из колеса

-

0,95

Отношение

-

Выбирается 0,03…0,07

0,05

Ширина колеса на выходе

мм

22,943

Отношение

-

0,051

Ширина безлопаточной части диффузора на выходе

мм

22,278

Наружный диаметр безлопаточной части на входе в лопаточный диффузор

мм

517,556

Абсолютная скорость на выходе из безлопаточной части диффузора в 1 приближении

м/с

277,326

Температура воздуха на выходе из безлопаточной части диффузора в 1 приближении

К

340,624

Показатель политропы сжатия на выходе из безлопаточной части диффузора

-

Определяется из равенства

1,855

Величина

-

Выбирается 0,23…0,45

0,38

Давление на выходе из безлопаточной части диффузора в 1 приближении

Па

153700

Плотность воздуха на безлопаточной части диффузора в 1 приближении

кг/ м³

1,571

Скорость во 2 приближении

м/с

267,637

Температура воздуха во 2 приближении

К

343,248

Показатель политропы

-

определяется из данного равенства

1,855

Давление во 2 приближении

Па

156200

Плотность воздуха во 2 приближении

кг/ м³

1,585

Скорость в 3 приближении

м/с

265,244

Температура в 3 приближении

К

343,882

Давление в 3 приближении

Па

156900

Плотность воздуха в 3 приближении

кг/ м³

1,588

Скорость воздуха на выходе из безлопаточной части диффузора

м/с

264,672

Наружный диаметр лопаточного диффузора

мм

705,555

Ширина лопаточного диффузора на выходе

мм

26

Угол наклона вектора абсолютной скорости на выходе из лопаточного диффузора

град.

41°

Число лопаток диффузора

-

Выбирается 9…36

24

Шаг лопаток при входе в диффузор

мм

67,648

Шаг лопаток на выходе из диффузора

мм

92,357

Коэффициент загромождения на входе в лопаточный диффузор

-

толщина лопаток диффузора на входе

0,96

Величина

-

Выбирается 0,03…0,05

0,04

Коэффициент загромождения на выходе из лопаточного диффузора

-

толщина лопаток на выходе из диффузора

0,969

Величина

мм

Выбирается 0,02…0,04

0,031

Отношение температур

-

Определяется методом подбора из уравнения

1,07

0,181

0,101

1,6

Температура воздуха на выходе из диффузора

К

371,737

Давление на выходе из диффузора

Р₃

МПа

0,193

Плотность воздуха на выходе из диффузора

с₃

кг/м³

P₃/(R·T₃)

1,809

Скорость на выходе из лопаточного диффузора

С₃

м/с

98,97

Скорость на выходе из улитки

С₄

м/с

Принимаем

С₄ ?С₃

С₄ =С₃

98,97

Потери в улитке

L_{ч ул}

о₄ =0,3…0,4

принимаем

1469

0,3

Температура на выходе из улитки

T₄

К

Т₄=Т₃

371,737

Давление на выходе из улитки

P₄

МПа

0,199

Действительная степень повышения давления в компрессоре

_кд

-

2,004

Адиабатическая работа определенная по действительной степени повышения давления

Н_кад

63,332

Адиабатический КПД компрессора

з_кад

-

0,758

Напорный адиабатный КПД

H_ad.d

-

0,671

Мощность, затрачиваемая на привод компрессора

N_k

кВт

; N_T?N_k

689,654

Наименование параметра

Обозначение

Размерность

Расчетная формула или источник

Численное значение

Степень понижения давления в ступени

р_Т

-

1,624

Относительное изоэнтропийное падение температуры

л_Т

-

0,118

Наименование параметра

Обозначение

Размерность

Расчетная формула или источник

Численное значение

Изоэнтропийный перепад энтальпий

h_a

кДж/кг

С_рг Т_г л_Т

101,553

Изоэнтропийный перепад энтальпий:

- в соплах

- рабочем колесе

h_aн

h_ар

кДж/кг

кДж/кг

(1-с) h_a

с·h_а

64,994

101,553

Теоретическая скорость газа за соплами

C_1t

м/с

360,538

Величина

л_н

-

h_ан/(С_рг ^. Т_г)

0,076

Степень понижения давления в соплах

р_н

-

1,354

Статическое давление газа за соплами

P₁

МПа

P^*_г/р_н

0,123

Температура газа за соплами

T₁

К

723,794

Удельный объем газа за соплами

₁

м³/кг

1,685

Действительная скорость

C₁

346,116

Площадь потока сопел

F₁

м²

0,033

Скоростная характеристика

н₁

-

0,724

Окружная скорость на среднем диаметре

U

261,189

Средний диаметр

d₁

м

u/рn

0,38

Длина сопловой лопатки

l₁

м

F₁/рd₁sinб₁

0,106

Геометрические параметры соплового аппарата:

отношение

-

Принимаем

2,0

ширина лопатки

B₁

м

0,053

угол установки

в_В

град.

22,47+0,822б₁

35,7

хорда профиля

b₁

м

B₁/sinв_в

0,09

относительный шаг

-

Принимаем

0,8

шаг лопаток

t₁

м

b₁

16,486

число лопаток

Z

-

р·d₁/t₁

17

осевой зазор

а

м

Принимаем

0,05

Относительная скорость

щ₁

115,643

Угол входа потока

в₁

град.

50,772 ^O

Относительная скорость

щ₂

276,448

Температура газов за рабочим аппаратом

T₂

K

695,264

Удельный объем

₂

м³/кг

10^-6 R_r T₂ /P^*₂

1,941

Длина рабочей лопатки

l₂

0,108

Площадь протока рабочего аппарата

F₂

м²

0,047

Угол выхода потока

в₂

град.

21,49^О

Скорость выхода

c₂

101,35

Угол выхода потока

б₂

град.

1,532^О

Геометрические параметры рабочего аппарата:

отношение

-

Принимаем

3

ширина лопатки

B₂

м

0,036

угол установки

в_В

град.

57,84-,393в₁+0,822 в₂

55,551^О

хорда профиля

b₂

м

B₂/sinв_в

0,043

относительный шаг

-

Принимаем

0,54

шаг лопаток

t₂

-

b₂

0,019

число лопаток

Z₂

-

рd₁/t₂

62

Удельная работа на окружности

h_u

кДж/кг

86,287

Окружной КПД

з_u

-

0,85

Наружный диаметр рабочего колеса

d_H2

м

0,489

Потери энергии на утечки

q_У

кДж/кг

2,822

Мощность трения диска

N_T

кВт

2,848

Потери трения диска

q_T

-

0,425

Внутренняя работа турбины

h_i

кДж/кг

83,04

Внутренний КПД

з_i

-

0,0799

Эффективный КПД

з_T

-

0,786

Эффективная мощность

N_e

кВт

678,645

1,622

Наименование

Обозначение

Размерность

Расчетная формула или источник

Численное значение

Напряжение растяжения лопатки постоянного сечения

МПа

295,938

Коэффициент формы

Ф

-

0,589

Напряжение растяжения

_р

МПа

174,282

Окружное усилие

Р_u

Н

41,985

Осевое усилие

Р_a

Н

42,521

Изгибающее усилие

Р_из

Н

59,755

Изгибающий момент

М

Нм

321,34

Напряжение изгиба

_и

МПа

585,813

Суммарное напряжение

_сум

МПа

760,094

Температура в корневом сечении рабочей лопатки

К

693,353

Принимаем материал

XH35BT

При: t = 420,353 °C

= 390 МПа

= 370 МПа

Запас длительной прочности

К_D

1,94

Запас по пределу ползучести

К_г

1,84

Наименование

Обозначение

Размерность

Расчетная формула или источник

Численное значение

Приведенная длина лопатки

l_пр

см

l+0,35В

Приведенная площадь профиля

F_пр

см²

0,8F_н+0,2F_в

Из расчета закрутки лопаток [2]

Приведенный момент инерции

J_пр

см⁴

0,2J_н+0,8J_в

Частота собственных колебаний лопаток

f_c1

с^-1

Расчетная площадь профиля рабочей лопатки

F

см²

3,518

Момент сопротивления

W

см³

0,549

Момент инерции

J

см⁴

0,591

Приближенно частота собственных колебаний лопаток (статическая)

f_c1

с^-1

889,602

Коэффициент

В_п

--

0,75d_ср/l-1

3,093

Частота собственных колебаний лопаток

(динамическая)

f_d1

с^-1

969,372

Кратность

K

-

f_d1/n

4,427

Величина

-

-

z₁ n/ f_d1

3,84

Наименование

Обозначение

Размерность

Расчетная формула или источник

Численное значение

Момент инерции основного участка вала

J_о

см⁴

р / 64

399,82

Масштаб прогиба

m_n

0,0007588

Максимальный прогиб

Y_max

см

y m_n

0,0007209

Критическая частота вращения ротора

n_кр

с^-1

200,211

Коэффициент запаса

K_n

%

ротор гибкий n_раб>n_кр

8,57