Материал: 2120

(πк – расход воздуха) (рис. 2.2) выбираем прототип компрессора. При выборе прототипа важным является определение наружного диаметра колеса компрессора.

Выбор диаметра колес компрессора и турбины необходим для начала расчета турбокомпрессора. В процессе расчета уточняются размеры колес, диффузоров, спиральных камер (улиток), КПД и делается выбор требуемой марки турбокомпрессора.

Необходимо помнить, что колесо при меньшем диаметре имеет меньшую массу и менее инерционно (быстрее реагирует на изменение нагрузки), но увеличивает потери энергии в результате уменьшения проходных сечений каналов.

Рис. 2.2. Поля характеристик турбокомпрессоров ( к – расход воздуха Мк)

Диаметр колеса компрессора указан в обозначении турбокомпрессора (ТКР-7 − турбокомпрессор с радиальной центростремительной турбиной и центробежным компрессором с наружным диаметром колеса 7 см).

Согласно ГОСТ 9658–81 за нормальные приняты наружные диаметры колес, равные 5,5; 7; 8,5; 11; 14; 18; 23 см. Центробежные компрессоры по конструктивному исполнению бывают низкого давления (Н) до 0,19 МПа, среднего (С) 0,19–0,25 МПа и высокого (В), более 0,25 МПа (давление абсолютное или полное).

56

На рис. 2.3 приведена схема проточной части турбокомпрессора, на рис. 2.4 показано изменение параметров воздуха при прохождении его по различным сечениям компрессора.

Рис. 2.3. Схема проточной части центробежного компрессора: 1 – рабочее колесо; 2 – диффузор; 3 – улитка

Воздух поступает во входной патрубок компрессора (сечение 0) со скоростью Со, давлением Ро и температурой То. Величина скорости Со зависит от площади входного патрубка, средней скорости поршня

иего площади. Определяется из уравнения постоянства расходов. При входе в колесо (сечение 1) скорость С1 увеличивается по причине уменьшения площади (из-за наличия лопаток). Давление и температура незначительно снижаются. Между сечениями 1 и 2 происходит работа над газом с целью его уплотнения. Скорость С2, температура Т2 и давление Р2 резко возрастают. В результате расширения каналов диффузора и улитки скорость воздуха снижается, а температура и давление растут. Давление Р4 есть давление на выходе из компрессора

иравно Рк .

57

Р

где о R T ; Р = 0,98 105 Па (атмосферное давление); Т = 293 К;

R = 287 Дж /(кг· К).

Внутренний диаметр входного патрубка определяем по формуле

Dо.вх 2 Fо.вх .

При входе в колесо (сечение 1) скорость С1 увеличивается по причине уменьшения площади (из-за наличия лопаток, площади вала и ступицы). Давление и температура незначительно снижаются.

Зная массовую подачу воздуха компрессором, находим его па-

раметры на входе в колесо:

где Fвх.к – площадь поперечного сечения патрубка (идет сужение потока воздуха) на входе в колесо компрессора, м2; С1 – скорость воздуха на входе в компрессор (80 − 110 м/с); ρ1 – плотность воздуха (при 20 оС), равна 1,2 кг/м3,

Диаметр патрубка и колеса (сечение 1-1) на входе в компрессор определяется из выражения

Наружный диаметр колеса компрессора D2К выбран согласно прототипу по графику полей характеристик турбокомпрессоров (πк – расход воздуха) (см. рис. 2.2). Например, выбрали турбокомпрессор типа ТКР -5,5, у которого наружный диаметр колеса компрессора D2К = 5,5 см. Из соотношения D1/D2К = 0,55 − 0,70 определяем диаметр колеса D1 на входе.

59

Диаметр ступицы (втулки колеса) DО выбирается из конструктивных соображений, обычно DО / D1 = 0,3 – 0,5.

Более точное значение площади на входе в колесо (м2) находим из выражения

Fвх.к = F1 – F0 ,

где F1 = π D21 / 4 ; F0 = π D20 / 4.

Определив значение Fвх.к , находим среднюю скорость воздуха на входе в колесо:

С1= Мк / (Fвх.к· ρ1) .

Между сечениями 1 и 2 происходят работа над газом (воздухом) и его уплотнение. Скорость С2, температура Т2 и давление Р2 резко возрастают.

Определим окружную скорость на выходе из колеса компрессора (касательная к окружности колеса или перпендикулярная к радиусу вращения):

где Lад – адиабатная работа сжатия; ηнап – напорный адиабатный КПД (0,6 − 0,75), характеризует способность колеса создавать напор.

Для подачи воздуха в цилиндры двигателя необходимо осуществить его впуск в компрессор, сжатие и нагнетание. Принимаем, что процесс сжатия происходит без подвода и отвода теплоты (адиабатно).

Общая удельная работа (Дж/кг) при адиабатическом сжатии находится из выражения [3]

где ср= 1005 Дж/(кг·К) – удельная массовая изобарная теплоемкость воздуха; Та= 293 К – температура на входе в компрессор; k 1,4 – показатель адиабаты; πк – степень повышения давления на выходе из компрессора.

Находим частоту вращения вала колеса компрессора nk из формулы

60