расчет турбокомпрессора судового ДВС

примечание58835Допустимые напряжения изгиба, МПа[σиз]См. примечание7836Допустимые напряжения растяжения, МПа[σр]510Материал: сталь на никелевой основе Х5МТаблица 6Расчет вала на прочность (подшипники ТК по концам ротора)№п/пНаименованиеОбозна-чениеРасчётная формула или источникЗначение1Эффективная мощностьтурбины, кВтNетИз теплового расчета2786,239282Частота вращения ротора, об/минnтИз расчета14572,683Допустимы напряжения кручения, МПа[τкр]См. примечание354Диаметр вала в опорных подшипниках, смdпdп=36,286,3895599765Длина шейки опорного подшипника, смlшlш=(0,7-1,0)dп6,3895599766Средний диаметр ступени турбины, мdИз теплового расчета0,5024914067Коэффициентkk=9106-12,5106125000008Расстояния между серединами опорных подшипников, мLИз прототипа0,69Диаметр вала в местах расположения дисков, мdвdв=10L0,14522127210Осевое усилие от действия потока на рабочие лопатки, НPa1Pa1=G(c1a-c2a) (таб. 5) Из расчета лопаток157311Давления газа перед рабочими лопатками, МПаP1Из теплового расчета0,16029429412Давление газа за рабочими лопатками, МПаP2Из теплового расчета0,10610026913Перепад давлений на рабочих лопатках, МПа∆P∆P=P1-P2(таб. 5)Из расчета лопаток0,05419402514Осевое усилие на рабочие лопатки от статической разности давлений рабочей среды, НPa2Pa2=∆PlptpZpИз расчета лопаток3400,59883815Диаметр диска турбины, мdodo=d-lp0,46274247216Площадь полотна диска ГТ за вычетом площади вала, м2FдFд=π(0,15161434317Осевое усилие на диск ГТ от статической разности давлений газа, НPa3Pa3=Fд(P1-P2)1068216,59152418Наружный диаметр рабочего колеса компрессора, мd2Из теплового расчета0,55832378419Площадь диска рабочего колеса компрессора, м2FдцкFдцк=π(0,22826516120Осевое усилие на диск колеса компрессора, НPa4Pa4=FдцкP210624218,9949521Наружный диаметр лопаток рабочего колеса во входном сечении, мd1пИз теплового расчета0,3629104622Площадь колеса на входе ВНА, м2FВНАFВНА=π(0,08576862223Атмосферное давление, кПаPaИз теплового расчета10524Давление воздуха перед лопатками ВНА, кПаP1kИз теплового расчета94,9225Разность давлений (разряжение), кПа∆Pk∆Pk=Pa-P1k10,0826Осевое усилие от разряжения воздуха перед ВНА, НPa5Pa5=FВНА∆Pk103864,826076727Суммарное осевое усилие, действующее на вал ротора, НTT= Pa1+ Pa2+ Pa3+ Pa4+ Pa53827428Площадь поперечного сечения вала, м2FВFВ=πdв/40,01656343329Напряжение сжатия,МПаσсжσсж=T/(FВ106)2,31075357830Ускорение свободного падения, м/с2gПринято9,831Масса ротора, кгmpИз прототипа20032Изгибающий момент на валу, Н*мMизMиз=mpg(L/2)58833Момент сопротивления вала по сечению, м2WизWиз=π/320,0003006734Нормальное напряжение от изгиба, МПаσизσиз=Миз/(Wиз106)1,95563013135Суммарное нормальное напряжение, МПаσσ= σсж +σиз4,26638370936Полярный момент сопротивления вала по сечению, м3WрWр= π/160,00060134137Переменный по длине ротора крутящий момент, Н*мMкрMкр=9549Nет/n1825,73169738Наибольшее касательное напряжение, МПаττ=Mкр/Wp3,03610197139Наибольшее приведенное напряжение (при проверке прочности вала по четвертой гипотезе прочности), МПаτmaxτmax=<[σ]6,77168926440Допустимые напряжения, МПа[σ]См. примечание3941Коэффициент, учитывающий изменение диаметра валаAСм. примечание7,542Первая приближенная критическая частота вращения ротора, об/мин (dв в мм)nкрnкр=(А16048,7177443Отношениеnкр/nСм. примечание1,101288212Вал изготавливается из углеродистой стали Ст3сп3. Очистка проточной части ТК при его работеВо время эксплуатации двигателя происходит загрязнение его воздушного и газового трактов (включая и проточные части ТК), в результате чего уменьшаются давление и расход наддувочного воздуха, ухудшается процесс сгорания топлива, снижаются КПД и мощность двигателя. По мере увеличения загрязнений растут температуры отработавших газов, увеличивается расход топлива, гидравлическая характеристика двигателя и линия рабочих режимов ТК смещаются в сторону неустойчивой работы (помпажа) компрессора.Кроме того, неравномерное распределение отложений по окружности колеса турбины и компрессора, а также отделение отложений во время работы могут вызвать вибрацию ротора ТК, что приводит к уменьшению срока службы подшипников и концевых уплотнений.По данным эксплуатации систематическая промывка проточной части турбины и компрессора на ходу обеспечивает поддержание показателей их работы близкими к расчётным, несмотря на общее понижение давления наддувочного воздуха, уменьшение его расхода и т.д. Периодическая промывка увеличивает период между ревизиями ТК до 8000-10000 часов и более и, как следствие, уменьшает затраты на ремонт, облегчает труд обслуживающего персонала, увеличивает эксплуатационное время судна.Перед первым включением системы в действие воздушные и газовые поверхности ТК должны быть тщательно очищены. В противном случае эффективность очистки резко понижается и из-за неравномерного удаления отложений может появиться вибрация ротора.Действие системы основано на эрозийном и моющем разрушении отложений применяемой жидкостью (водой). Для промывки воздушной части чистая (химически-активная) жидкость подаётся из дозировочного бачка (см. рис.) во всасывающую полость ЦК под давлением наддувочного воздуха. Необходимое количество воды (фирма "Броун Бовери" рекомендует для VTR160 и 200 - 0,3 л, VTR250 и 320 - 0,5 л, VTR-400 и 500 - 1,0 л, VTR630 и 750 - 2,5 л) с температурой 60-70°С подаётся в течение 5-10 сек на режиме номинальной мощности. В зависимости от результата, промывка может быть повторена не раньше, чем через 10 мин. В случае применения химически-активных жидкостей (отечественной жидкости "ЭКОВЕСТА" (ТУ 2422-001-27521842-2003), импортных - АСС-9 фирмы "Америод", АСС фирмы "Юнитор" и др.) после их впрыска необходимо через 2-5 мин подать в проточную часть ЦК такое же количество пресной горячей воды. Промывку (очистку) ЦК желательно производить ежедневно.Для очистки газовой части производится сухая очистка с помощьювдувания сжатым воздухом гранулированного вещества. Очистка имеет чисто механический эффект при взаимодействии гранул с лопаточными аппаратами. Так, как ограниченное количествоочистителя, которое можно ввести без опасений, не позволяет устранить довольно толстые отложения, этот метод должен применяться с небольшим интервалом работы ГТН (24…48 часов).Наилучший эффект дает очистка при температуре перед турбиной свыше500 °С. Следовательно, ГД должен работать на максимально возможной мощности с давлением продувочного воздуха не менее 0,5 бар. Количество подаваемой крошки зависит от размеров ТК и составляет от 1,8 кг для VTR-454 D/E до2,6 кг для VTR-714 D/E.Максимальный размер частиц твердого агента, под названием«LIGNOBLAST», представляющего смесь дробленой скорлупы оливковых и абрикосовыхкосточек: – 1,0…1,7 мм; плотность – 800…1350 кг/м3.Процесс очистки производится вследующем порядке:1. Проверяется правильность исходного положения запорной арматуры. Трехходовойклапан В подачи крошки в турбину находится в положении на воздушный затвор и турбину. Емкость 3 пуста и закрыта крышкой 2.2.Открыть клапан А и изменить положение трехходового клапана В на контейнер и турбину, продуть магистраль в течение 2минут, затем клапаны А закрыть и изменить положение клапана В на воздушный затвор и турбину.3. Открыть крышку контейнера 2,засыпать в него необходимое количествоочистителя,закрыть крышку.4. Открыть клапан А и изменить положение клапана В на контейнер и турбину, подать крошку во входной патрубок турбинысжатым воздухом через трубу 4 в течение примерно двух минут.5. Закрыть клапаны А и изменить положение клапана В на воздушный затвор и турбину.В процессе очистки крошка полностью сгорает и удаляется вместе с грязьювыхлопными газами. Однако некоторые очень крупные частицы могут вылетатьиз дымовой трубы в обугленном виде.Рис. 3 схема очистки проточной части ТКСписок литературы1. Дизели: Справочник / Под ред. В. А. Ваншейдта и др. – Л.: Машиностроение, 1977. – 318 с.2. Зайцев В. И., Грицай Л. Л., Моисеев А. А. Судовые паровые и газовые турбины. – М.: Транспорт, 1981. – 312 с.3. Зайцев В. И., Снытко М. Х. Тепловой расчёт турбокомпрессора для наддува судового ДВС: Учебное пособие. – М.: В/О «Мортехинформреклама», 1990. – 40 с.4. Камкин С. В. Газообмен и наддув судовых дизелей: Учебное пособие. – Л.: Судостроение, 1972. – 200 с.5. Снытко М. Х. Тепловой расчёт турбокомпрессора для наддува судовых ДВС: Учебное пособие. – СПб.: ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016. – 76 с.6. ОСТ 24.067.06–88. Турбокомпрессоры для наддува дизелей, главных двигателей и газомотокомпрессоров. Общие технические условия. – Л.: ЦНИДИ, 1988. – 29 с.