Расчет мощности турбины

При газотурбинном наддуве необходимо определить параметры газа перед турбиной и за ней, удельную работу расширения газов в турбине и мощность турбины.

Расход газа через турбину G_г больше расхода воздуха через цилиндры G_к на величину расхода топлива G_т, поэтому

G_г = G_к + G_т/3600 кг/с.

G_г = кг/с.

Температура продуктов сгорания в процессе движения из цилиндра в коллектор изменяется. Полагая этот процесс политропным, температуру продуктов сгорания в коллекторе Т_г рассчитываем по уравнению:

Т_г= Т_b/(р_b/р_т) К.

Т_г= 1137,3/(0,794/0,2125) ^{(1.25 – 1)/1.25}=873,7 К.

При продувке цилиндра и в выпускном коллекторе продукты сгорания смешиваются с продувочным воздухом. Решение уравнения теплового баланса для этой смеси позволяет получить следующее выражение для расчета температуры выпускных газов перед турбиной:

Т_т = {b_ос_р'' Т_г + (j_а–1)с_р'Тs }/{b_ос_р'' + (j_а–1)с_р'} К,

где с_р' = 27,57 + 0,0025Т_s кДж/(кмоль К) - средняя мольная теплоемкость воздуха;

с_р' = 27,57 + 0,0025×328=28,39 кДж/(кмоль К)

с_р'' = 28,22+0,00307Т_г кДж/(кмоль К) - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.

с_р'' = 28,22+0,00307×873,7=30,9 кДж/(кмоль К);

Тогда температура газов перед турбиной:

Т_т = {1,035×30,9×873,7 + (1,35–1)28,39×328 }/{1,035×30,9+ (1,35–1) 28,39}=744,3 К;

Температуру газов за турбиной следует определяем по уравнению расширения газов в проточной части турбины:

Т'_о = Т_т/(р_т/р'_о) К.

Т'_о = 744,3/(0,2125/0,103) ^{(1.25 – 1)/1.25}=643,9 К;

Адиабатную работу расширения газов в турбине рассчитываем по уравнению

L_ад.т = к_г R_гT_т[1-(р'_о/р_т) ]/(к_г -1) кДж/кг,

L_ад.т = кДж/кг,

где R_г = 0,3 кДж/(кг К) - газовая постоянная выпускных газов.

Мощность газовой турбины определим по уравнению:

N_т = G_г L_ад.тh_тк_е, кВт,

N_т = кВт,

где к_е - коэффициент импульсности равный 1,07...1,4 - при импульсном наддуве. принимаем к_е=1,1;

Для осуществления газотурбинного наддува необходимо выполнение условия N_к = N_т. Относительное расхождение между мощностями турбины и компрессора DN_к = ½100(N_к-N_т)/N_к½ не должно превышать 3 %.

DN_к = ½=1,76%<3 %.

Разница между мощностями турбины и компрессора меньше 3%, причём мощность турбины выше, следовательно мощность турбины достаточна для привода компрессора и обеспечения требуемого двигателем расхода воздуха турбокомпрессором.

2.3 Расчёт сил действующих в кривошипно-шатунном механизме двигателя