Специальные системы наддува

Задача 8.1.

У дизеля со свободным газотурбинным наддувом при работе на номинальном режиме компрессор имеет адиабатный КПД =65%, а газовая турбина производит удельную работу =78 кДж/кг.

Определить давление воздуха, которое получается на выходе из компрессора, если известно следующее: расход топлива G_т=44 кг/ч; a=1,8; двигатель использует топливо следующего состава по массе: 0,86 С; 0,135 Н; 0,005 О, (С+Н+О=1,000), причём, р₀=1 бар, а t₀=20 ⁰С.

Решение.

Давление воздуха на выходе из компрессора определяется по соотношению: где степень повышения давления в ТК.

Величину определим из уравнения удельной работы компрессора (её ещё называют напором компрессора)

Тогда:

Поскольку мощность компрессора равна

то а расход воздуха определим как

здесь

Тогда адиабатный напор компрессора или, иначе, удельную работу компрессора определим как

Тогда степень повышения давления определится как

И, наконец, давление наддува составит

Задача 8.2.

При работе на номинальном режиме компрессор дизеля со свободным газотурбинным наддувом имеет адиабатный КПД =68%, а газовая турбина производит удельную работу (или, иначе, имеет напор) =78 кДж/кг.

Определить давление воздуха, которое достигается на выходе из компрессора, если известно следующее: расход топлива дизелем составляет G_т=46 кг/ч; a=1,6; двигатель использует топливо следующего состава: С-0,87; Н-0,126; О-0,004, причём, р₀=1 бар, а t₀=15 ⁰С.

(Ответ: 1,7 бар).

Задача 8.3.

При работе на номинальном режиме компрессор дизеля со свободным газотурбинным наддувом имеет адиабатный КПД =64%, а газовая турбина производит удельную работу (или, иначе, имеет напор) =98 кДж/кг.

Определить давление воздуха, которое достигается на выходе из компрессора, если известно следующее: расход топлива дизелем составляет G_т=59 кг/ч; a=1,5; двигатель использует топливо следующего состава: С-0,86; Н-0,135; О-0,005, причём, р₀=1 бар, а t₀=25 ⁰С.

(Ответ: 2,0 бар).

Задача8.4.

При работе на номинальном режиме компрессор дизеля со свободным газотурбинным наддувом имеет адиабатный КПД =72%, а газовая турбина производит удельную работу (или, иначе, имеет напор) =88 кДж/кг.

Определить давление воздуха, которое достигается на выходе из компрессора, если известно следующее: расход топлива дизелем составляет G_т=49 кг/ч; a=1,55; двигатель использует топливо следующего состава: С-0,87; Н-0,125; О-0,005, причём, р₀=1 бар, а t₀=20,5 ⁰С.

(Ответ: 2,032 бар).

Задача 8.5.

При работе на номинальном режиме компрессор дизеля со свободным газотурбинным наддувом имеет адиабатный КПД =70%, а газовая турбина производит удельную работу (или, иначе, имеет напор) =80 кДж/кг.

Определить давление воздуха, которое достигается на выходе из компрессора, если известно следующее: расход топлива дизелем составляет G_т=49 кг/ч; a=1,4; двигатель использует топливо следующего состава: С-0,872; Н-0,124; О-0,004, причём, р₀=1 бар, а t₀=15 ⁰С.

(Ответ: 1,89 бар).

Задача 8.6.

При работе на номинальном режиме компрессор дизеля со свободным газотурбинным наддувом имеет адиабатный КПД =71%, а газовая турбина производит удельную работу (или, иначе, имеет напор) =58 кДж/кг.

Определить давление воздуха, которое достигается на выходе из компрессора, если известно следующее: расход топлива дизелем составляет G_т=39 кг/ч; a=1,46; в двигателе используется топливо следующего состава: С-0,871; Н-0,125; О-0,004, причём, р₀=1 бар, а t₀=30⁰С.

(Ответ: 1,59 бар).

Задача 8.7.

При работе на номинальном режиме компрессор дизеля со свободным газотурбинным наддувом имеет адиабатный КПД =66,5%, а газовая турбина производит удельную работу =68 кДж/кг.

Определить давление воздуха, которое достигается на выходе из компрессора, если известно следующее: расход топлива дизелем составляет G_т=43 кг/ч; a=1,58; двигатель использует топливо следующего состава: С-0,787; Н-0,209; О-0,004, причём, р₀=1 бар, а t₀=15⁰С.

(Ответ: 1,693 бар).

Задача 8.8.

Четырёхтактный дизель с газотурбинным наддувом работает на номинальном режиме. При этом ТК имеет следующие показатели работы.

Давление и температура окружающей среды: р₀ =0,1 МПа и t₀ =20 ⁰С соответственно.

Температура воздуха на выходе из компрессора t_к =70 ⁰С;

давление перед турбиной р_Т =0,154 МПа;

механический КПД компрессора h_{м к} =95%;

полный КПД турбины h_Т =63%;

коэффициент избытка воздуха a=1,8, а l₀=14,5 кг/кг.

Определить температуру газов перед турбиной на этом режиме работы.

Решение.

Температуру газа перед турбиной определим из уравнения удельной работы (или напора) турбины.

Тогда

Т. к. , т. е. , то

.

Тогда:

Отсюда

или

Задача 8.9.

Четырёхтактный дизель с газотурбинным наддувом работает на номинальном режиме. При этом ТК имеет следующие показатели работы.

Температура воздуха на выходе из компрессора t_к =75 ⁰С;

давление перед турбиной р_Т =0,16 МПа;

механический КПД компрессора h_{м к} =97%;

полный КПД турбины h_Т =65%;

коэффициент избытка воздуха a=1,7, а l₀=14,6 кг/кг.

Определить температуру газов перед турбиной на этом режиме работы.

Давление и температура окружающей среды: р₀ =0,1 МПа и t₀ =23 ⁰С соответственно.

(Ответ: 348 ⁰С).

Задача 8.10.

Четырёхтактный дизель с газотурбинным наддувом работает на номинальном режиме. При этом ТК имеет следующие показатели работы.

Температура воздуха на выходе из компрессора t_к =79 ⁰С;

давление перед турбиной р_Т =0,162 МПа;

механический КПД компрессора h_{м к} =92%;

полный КПД турбины h_Т =61%;

коэффициент избытка воздуха a=1,65, а l₀=14,7 кг/кг.

Определить температуру газов перед турбиной на этом режиме работы.

Давление и температура окружающей среды: р₀ =0,1 МПа и t₀ =25 ⁰С соответственно.

(Ответ: 434 ⁰С).

Задача 8.11.

Четырёхтактный дизель с газотурбинным наддувом работает на номинальном режиме. При этом ТК имеет следующие показатели работы.

Температура воздуха на выходе из компрессора t_к =71 ⁰С;

давление перед турбиной р_Т =0,155 МПа;

механический КПД компрессора h_{м к} =94%;

полный КПД турбины h_Т =67%;

коэффициент избытка воздуха a=1,68, а l₀=14,45 кг/кг.

Определить температуру газов перед турбиной на этом режиме работы.

Давление и температура окружающей среды: р₀ =0,1 МПа и t₀ =15 ⁰С соответственно.

(Ответ: 442 ⁰С).

Задача 8.12.

Четырёхтактный дизель с газотурбинным наддувом работает на номинальном режиме. При этом ТК имеет следующие показатели работы.

Температура воздуха на выходе из компрессора t_к =85 ⁰С;

давление перед турбиной р_Т =0,18 МПа;

механический КПД компрессора h_{м к} =94%;

полный КПД турбины h_Т =65%;

коэффициент избытка воздуха a=1,6, а l₀=14,4 кг/кг.

Определить температуру газов перед турбиной на этом режиме работы.

Давление и температура окружающей среды: р₀ =0,1 МПа и t₀ =30 ⁰С соответственно.

(Ответ: 276 ⁰С).

Задача 8.13.

Четырёхтактный дизель с числом цилиндров i=8 работает в высокогорье (Н=3000 м над уровнем моря), развивая в этих условиях мощность Р_{е н}=163,4 кВт при частоте вращения вала n= 2200 мин^-1. При этом его удельный эффективный расход топлива составляет g_{e н}=380,8 г/кВт×ч. Определено, что его индикаторный КПД из – за влияния высокогорья снизился на 30% по отношению к условиям на уровне моря, а его механический КПД в условиях высокогорья не изменился. На двигателе используется топливо, для которого Н_u=42470 кДж/кг. Предположим, что на этот двигатель установили турбокомпрессор (ТК) для компенсации высокогорных потерь.

Определить, на сколько снизится удельный расход топлива дизелем с наддувом в тех же высокогорных условиях?

(Индексами «н» и «о» обозначим условия в высокогорье и на уровне моря соответственно).

Решение.

Благодаря компенсации высокогорных потерь установкой турбокомпрессора дизель с ТК в условиях высокогорья работает как двигатель без наддува в условиях на уровне моря. Следовательно снижение удельного расхода топлива определим как

Определим эффективный КПД дизеля в условиях высокогорья

Тогда

Отсюда определим удельный расход топлива в нормальных условиях

Тогда уменьшение удельного расхода топлива составит

Задача 8.14.

Четырёхтактный дизель с числом цилиндров i=6 работает в высокогорье (Н=2000 м над уровнем моря), развивая в этих условиях мощность Р_{е н}=62 кВт при частоте вращения вала n= 2300 мин^-1. При этом его удельный эффективный расход топлива составляет g_{e н}=340 г/кВт×ч. Определено, что его индикаторный КПД из – за влияния высокогорья снизился на 15% по отношению к условиям на уровне моря, а его механический КПД в условиях высокогорья не изменился. На двигателе используется топливо, для которого Н_u=42550 кДж/кг. Предположим, что на этот двигатель установили турбокомпрессор (ТК) для компенсации высокогорных потерь.

Определить, на сколько снизится удельный расход топлива дизелем с наддувом в тех же высокогорных условиях?

(Индексами «н» и «о» обозначим условия в высокогорье и на уровне моря соответственно).

(Ответ: 51 г/кВтч).

Задача 8.15.

Четырёхтактный дизель с числом цилиндров i=4 работает в высокогорье (Н=2500 м над уровнем моря), развивая в этих условиях мощность Р_{е н}=84,4 кВт при частоте вращения вала n= 2150 мин^-1. При этом его удельный эффективный расход топлива составляет g_{e н}=390,5 г/кВт×ч. Определено, что его индикаторный КПД из – за влияния высокогорья снизился на 38% по отношению к условиям на уровне моря, а его механический КПД в условиях высокогорья не изменился. На двигателе используется топливо, для которого Н_u=42450 кДж/кг. Предположим, что на этот двигатель установили турбокомпрессор (ТК) для компенсации высокогорных потерь.

Определить, на сколько снизится удельный расход топлива дизелем с наддувом в тех же высокогорных условиях?

(Индексами «н» и «о» обозначим условия в высокогорье и на уровне моря соответственно).

(Ответ: 148,4 г/кВтч).

Задача 8.16.

Четырёхтактный дизель с числом цилиндров i=10 работает в высокогорье (Н=4000 м над уровнем моря), развивая в этих условиях мощность Р_{е н}=272,2 кВт при частоте вращения вала n= 2000 мин^-1. При этом его удельный эффективный расход топлива составляет g_{e н}=386,9 г/кВт×ч. Определено, что его индикаторный КПД из – за влияния высокогорья снизился на 40% по отношению к условиям на уровне моря, а его механический КПД в условиях высокогорья не изменился. На двигателе используется топливо, для которого Н_u=42360 кДж/кг. Предположим, что на этот двигатель установили турбокомпрессор (ТК) для компенсации высокогорных потерь.

Определить, на сколько снизится удельный расход топлива дизелем с наддувом в тех же высокогорных условиях?

(Индексами «н» и «о» обозначим условия в высокогорье и на уровне моря соответственно).

(Ответ: 154,8 г/кВтч).

Задача 8.17.

Четырёхтактный дизель с естественным всасыванием работает с коэффициентом остаточных газов g_r0=0,04. Применением нагнетателя двигатель форсирован наддувом и имеет р_к=1,5 бар и Т_к=360 К. Одновременно произошло увеличение давления и температуры газов на выпуске (от р_r0 и Т_r0 до р_rн и Т_rн) соответственно на 15% и 22%. Новый коэффициент остаточных газов (g_rн) стал равен 0,025. Определить процент изменения коэффициента наполнения двигателя после применения наддува, если р₀=1 бар, t₀=20 ⁰С.

Решение.

Для четырёхтактного двигателя имеем:

(предполагаем, что коэффициент продувки равен 1,0).

Следовательно

Тогда

Или

Или

Следовательно изменение коэффициента наполнения составило

Задача 8.18.

Четырёхтактный дизель с естественным всасыванием работает с коэффициентом остаточных газов g_r0=0,05. Применением нагнетателя двигатель форсирован наддувом и имеет р_к=1,65 бар и Т_к=395 К. Одновременно произошло увеличение давления и температуры газов на выпуске (от р_r0 и Т_r0 до р_rн и Т_rн) соответственно на 16% и 26%. Новый коэффициент остаточных газов (g_rн) стал равен 0,032. Определить процент изменения коэффициента наполнения двигателя после применения наддува, если р₀=1 бар, t₀=20 ⁰С.

(Ответ: 11,1 %).

Задача 8.19.

Четырёхтактный дизель с естественным всасыванием работает с коэффициентом остаточных газов g_r0=0,08. Применением нагнетателя двигатель форсирован наддувом и имеет р_к=1,55 бар и Т_к=380 К. Одновременно произошло увеличение давления и температуры газов на выпуске (от р_r0 и Т_r0 до р_rн и Т_rн) соответственно на 14% и 24%. Новый коэффициент остаточных газов (g_rн) стал равен 0,052. Определить процент изменения коэффициента наполнения двигателя после применения наддува, если р₀=1 бар, t₀=10 ⁰С.

(Ответ: 11,3 %).

Задача 8.20.

Четырёхтактный дизель с естественным всасыванием работает с коэффициентом остаточных газов g_r0=0,035. Применением нагнетателя двигатель форсирован наддувом и имеет р_к=1,95 бар и Т_к=445 К. Одновременно произошло увеличение давления и температуры газов на выпуске (от р_r0 и Т_r0 до р_rн и Т_rн) соответственно на 19% и 29%. Новый коэффициент остаточных газов (g_rн) стал равен 0,032. Определить процент изменения коэффициента наполнения двигателя после применения наддува, если р₀=1 бар, t₀=5 ⁰С.

(Ответ: 1,9%).

Дата добавления: 2014-12-27