Материал: 2120
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»
Ю.П. Макушев
АГРЕГАТЫ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЕЙ
Практикум
2-е издание, деривативное
+
Омск • 2019
УДК 621.515.5
ББК 31.363 М15
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.
Рецензент
д-р техн. наук, проф. В.В. Шалай (ОмГТУ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве практикума.
Макушев, Юрий Петрович.
М15 Агрегаты наддува двигателей [Электронный ресурс] : практикум / Ю.П.
Макушев. – Омск : СибАДИ, 2019. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/ irbis64r_plus/cgiirbis_64_ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
Приведены указания для выполнения практических и лабораторных работ по курсу «Агрегаты наддува двигателей». Дана методика расчета центробежного компрессора и центростремительной турбины, приведены программа расчета совместной работы турбокомпрессора и двигателя, методика расчета автоматических систем регулирования турбины с перепуском газа и поворотом лопаток соплового аппарата.
Описаны способы измерения давления, скорости, расхода газа, приведена схема стенда для испытания и диагностирования компрессора и турбины.
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.
Предназначен для бакалавров и магистров всех форм обучения направления подготовки «Энергетическое машиностроение» профиля «Двигатели внутреннего сгорания» и может быть полезен инженерам и аспирантам.
Подготовлен на кафедре «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование».
Текстовое (символьное) издание (7,6 МБ)
Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ;1 ГБ свободного места на жестком диске ;
программа для чтения pdf-файлов : Adobe Acrobat Reader ; Foxit Reader
Редактор И.Г. Кузнецова Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова
Издание второе, деривативное. Дата подписания к использованию 22.02.2019 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2019
ВВЕДЕНИЕ
Эффективное использование рабочего объема двигателей внутреннего сгорания можно достичь путем увеличения плотности заряда, применяя наддув воздуха и увеличение подачи топлива.
Для повышения давления воздуха на впуске применяются объемные и центробежные компрессоры. Повышение давления в цилиндре поршневого компрессора происходит путем сближения молекул, что достигается уменьшением объема замкнутого пространства или преобразованием кинетической энергии в энергию давления в диффузорах центробежных компрессоров. Сжатие газа динамическим способом является основным принципом турбокомпрессорных машин. Турбокомпрессор (от лат. turbo – вихрь) – центробежный или осевой лопаточный компрессор для сжатия и подачи воздуха (газа). Характерная особенность этих машин – непрерывность процессов всасывания, сжатия и подачи газа.
Турбокомпрессор любого типа состоит из вращающегося лопаточного аппарата – рабочего колеса, в котором от внешнего источника (двигателя, турбины, электродвигателя) рабочему телу (газу) сообщается энергия. Неподвижные аппараты (диффузоры, спиральные камеры) предназначены для изменения величины и направления скорости потока и давления. Сжатие газа в каналах рабочего колеса происходит в результате силового воздействия лопаток на поток газа.
Практикум составлен в соответствии с программой курса «Агрегаты наддува двигателей» и включает в себя описание последовательности выполнения четырех лабораторных и трёх практических работ. В первой и во второй работах приведены методика экспериментального определения скорости, расхода, давлений газа и устройство стенда для испытания и диагностики турбокомпрессоров. В лабораторных и практических работах рассматриваются устройство, принцип действия и расчет центробежного компрессора, центростремительной турбины, испытание систем автоматического регулирования.
В результате выполнения лабораторных и практических работ студент приобретет навыки по определению скорости потока, расхода газа, расчета центробежного компрессора и центростремительной турбины, испытанию и диагностике турбокомпрессоров.
3
Лабораторная работа № 1
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ, СКОРОСТИ И РАСХОДА ВОЗДУХА ПНЕВМОМЕТРИЧЕСКИМИ ТРУБКАМИ
1.1. Цели и задачи лабораторной работы
Цели лабораторной работы: формирование и закрепление знаний по разделу курса «Стенды для испытания турбокомпрессоров».
Задачи: изучить методику измерения давлений, скорости и расхода воздуха пневмометрическими трубками в воздуховоде.
Оборудование: установка для подачи воздуха, расходомер, трубки Пито–Прандтля.
1.2. Вводная часть
Среди применяющихся на практике различных методов определения скоростей и давлений наибольшее значение в экспериментальной аэродинамике имеет пневматический способ, основанный на измерении давления в определенных точках поверхности, внесённых в поток измерительных приборов. Такие приборы называются насадками или зондами. Теория пневмометрических трубок для измерения скоростей основана на использовании уравнения Бернулли [1].
Если в некоторой точке потока необходимо знать значение скорости, то в эту точку потока устанавливают продольно обтекаемую трубку (рис. 1.1). Нулевая линия в точке А образует так называемую критическую точку (точку заторможенного потока), в которой скорость потока равна нулю, а давление максимально. В последующих точках по поверхности трубки скорость будет расти и затем вновь падать (см. рис. 1.1), достигнув на некотором удалении от носика трубки скорости на бесконечности, т. е. скорости, которая была бы в этом месте при отсутствии трубки или скорости в невозмущённом потоке (практически на удалении трех диаметров трубы от мерной трубки – сечение 1-1).
Уравнение Бернулли при течении несжимаемого невязкого газа для двух сечений 1-1 и 0-0 нулевой линии тока (с0= 0) имеет вид
p1* p1 c12/2 p0* p0 c02/2 p0
4
или |
|
|
|
|
p* p |
c2/2 p pдин |
const . |
|
(1.1) |
|
|
Согласно уравнению (1.1) полное давление р* (давление затор- |
|||||||||
моженного потока), равное сумме статического р и динамического |
||||||||||
р |
= |
|
c |
2 |
/2 |
давлений, при течении невязкого газа остаётся постоян- |
||||
|
дин |
|
|
|||||||
ным. |
с |
|
|
|
|
рДИН =р*– рст = Ж ghдин |
|
|||
|
|
|
|
0 |
2 |
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
ДИН |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
р1 |
c1р*=р0 |
c2 |
р* |
рст |
|
|||
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
Ж |
|
||
|
|
|
|
|
0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
p= рст |
Трубка Пито |
|
|
|
|
|
|
|
|
р* |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
3d |
(8 9) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.1. Измерение динамического давления |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
комбинированной трубкой Пито–Прандтля |
|
|
||
Из уравнения (1.1) определяется скорость потока (м/с):
c |
2(p* p)/ |
2pдин / . |
(1.2) |
Полное давление р* может быть определено, если в критической точке А (см. рис. 1.1) сделать отверстие и тонкой трубкой соединить его с микроманометром или U-образным манометром. Статическое давление р, определяют с помощью щели или нескольких отверстий, размещенных в сечении 2-2, где скорость вновь приобретает значение с =с1 . Отверстия в сечении 2-2 называют статическими, так как они служат для измерения статического давления р. В формуле (1.2) величина ρ является плотностью воздуха.
Для увеличения точности измерений обычно сразу определяют разность полного и статического давлений, т. е. динамическое давление рдин = р* – р по разности уровней мерной жидкости в U-образном манометре. Связь между высотой столба мерной жидкости (ртути, спирта, воды) h (м) и давлением р (Па) устанавливается соотношением
5