Материал: 2120
Таблица 2.1
Параметры турбокомпрессоров предприятия «Воронежский механический завод»
Компрессор
1. Номинальный |
52 1 |
|
52 1 |
|
54 1 |
75 1 |
90 1 |
|||
диаметр колеса, |
мм |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. Максимальный |
70 |
70 |
|
70 |
|
75 |
75 |
|||
КПД, %, не менее |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Турбина |
|
|
|
|
|
1. Номинальный |
|
50 1 |
|
50 1 |
|
53 1 |
|
75 1 |
90 1 |
|
диаметр колеса, |
мм |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. Максимальный |
60 |
|
60 |
|
60 |
|
70 |
70 |
||
КПД, %, не менее |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3.Максимальная |
по- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дача |
воздуха |
ком- |
0,1 |
|
0,11 |
|
0,15 |
|
0,15 |
0,25 |
прессором, кг/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Максимальная |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
степень повышения |
1,9 |
|
2,1 |
|
2,1 |
|
1,9 |
2,1 |
||
давления к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Частота вращения |
150 000 |
|
150 000 |
|
130 000 |
|
110 000 |
85 000 |
||
ротора, мин -1 |
|
|
|
|
||||||
6. Масса ТКР, кг |
5,0 |
|
5,0 |
|
5,0 |
|
9,5 |
15,5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
7. Область примене- |
ВАЗ- |
|
ГАЗ560 |
|
ГАЗ -562 |
|
Д-440 |
Д-461, |
||
ния, |
мощность |
дви- |
3431 |
|
|
|
В-400 |
|||
гателя, кВт |
|
(60) |
|
(70) |
|
(90) |
|
(100) |
(175-300) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Содержание отчета:
1.Название работы.
2.Цель и задачи работы.
3.Результаты расчета (согласно варианту) центробежного компрессора с радиальными лопатками.
4.Результаты расчета (согласно варианту) радиально-осевой турбины.
5.Выводы по работе.
Контрольные вопросы и задания
1.Поясните принцип работы системы с газотурбинным наддувом.
2.Что называют степенью повышения давления в компрессоре?
3.Укажите порядок выбора прототипа турбокомпрессора.
4.Как изменяются скорость, температура и давление в проточной части компрессора?
5.Для какой цели в улитке компрессора служат расширяющие каналы?
6.Поясните порядок расчета центростремительной турбины.
71
Практическая работа № 3
РАСЧЕТ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОКОМПРЕССОРА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ
3.1. Цель и задача работы
Цель работы: приобрести навыки расчета с применением ЭВМ (персонального компьютера) совместной работы двигателя и турбокомпрессора.
Задача работы: выполнить расчет двигателя 4ЧН 13/14 мощностью 80 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1750 мин-1.
3.2. Основные исходные данные центробежного компрессора и радиально-осевой турбины
При расчете компрессора с известными размерами определяют требуемое количество воздуха для двигателя, подачу воздуха одним компрессором (если их несколько), степень повышения давления, частоту вращения, общую работу, затраченную на впуск, сжатие и нагнетание воздуха, изменение температуры и давления в каналах и коэффициент полезного действия (КПД).
Исходными данными для расчета турбины являются результаты теплового расчета двигателя и расчетные данные компрессора. Турбина должна обеспечить необходимую частоту вращения колеса компрессора и его мощность.
Наружный диаметр колеса турбины принимаем равным диа-
метру колеса компрессора: D1T D2K . Поэтому окружные скорости на входе в колесо турбины и выходе из колеса компрессора будут равны: U1T U2K . Частота вращения колеса компрессора равна час-
тоте вращения колеса турбины: nК = nТ. Так как колесо турбины и колесо компрессора закреплены на одном валу, их мощности равны друг другу: NT NK .
Из результатов расчета компрессора имеем следующие исход-
ные данные: nк (мин -1); Lад (Дж/кг); ηад; Мк (кг/с); D2К .
Для выпускных газов принимаем: k =1,34; R =286,4 Дж/(кг·К); cp 1128,7Дж/ кг К ; плотность газа 0,33 кг/м3 при 800 оС.
Температура газов перед турбиной T0 850 950K и давление газов на входе в турбину PT PK , за турбиной 2 0,11 0,12МПа .
72
Основные формулы для расчета компрессора и турбины с применением ЭВМ приведены в практической работе № 2.
3.3.Расчет на ЭВМ совместной работы двигателя
итурбокомпрессора
Расчёт совместной работы двигателя и турбокомпрессора выполняется с использованием программы, предложенной в работе [5].
Программа расчёта совместной работы дизеля и турбокомпрессора требует проведения большого количества математических вычислений. Изменение одного входного параметра приводит к полному перерасчёту работы турбокомпрессора, а следовательно, и новым временным затратам. Получить качественный и надёжный расчёт характеристик совместной работы дизеля и турбокомпрессора невозможно без использования современной вычислительной техники.
Программа расчёта совместной работы дизеля и турбокомпрессора написана на языке Delphi. Программа универсальна и позволяет рассчитывать совместную работу различных дизелей с агрегатами наддува. Программа является моделью совместной работы дизеля и турбокомпрессора и отражает реальные процессы, протекающие в системе «дизель – турбокомпрессор». Поскольку входные параметры легко изменяются, можно смоделировать оптимальную по производительности и наивысшему КПД систему «двигатель – турбокомпрессор».
Внутренний цикл является итерационным и выполняется столько раз, сколько необходимо для достижения указанной точности, но не более 20 раз. В этом цикле выполняется расчет режима совместной работы, использующий методы последовательных приближений, основанные на ориентировочном задании частоты вращения ротора и ряда показателей работы дизеля и турбокомпрессора. После вычисления мощностей компрессора и турбины NК и NТ уточняется значение частоты вращения nк. Уточняются также значения остальных задаваемых параметров. Далее расчет повторяется при новом значении nк до тех пор, пока разница между NК и NТ не станет меньше заданной величины, определяющей точность расчетов.
На рис. 3.1 показана панель ввода исходных данных для программы расчета двигателей типов КамАЗ, Д-440, ЗИЛ-5301, совместно работающих с агрегатами наддува. Программа позволяет результаты расчета преобразовать в виде графиков.
73
Рис. 3.1. Ввод исходных данных для двигателя 4ЧН 13/14, оборудованного турбокомпрессором ТКР- 8
Экономические и экологические показатели дизеля зависят от величины и характеристики подачи топлива, согласованного движения воздушного вихря в камере сгорания и струи распыленного топлива. Для четырехтактного двигателя 4ЧН 13/14 мощностью 80 кВт при частоте на номинальном режиме 1750 мин-1 общее количество топлива за впрыск или цикловая подача (мм3/цикл) определится выражением
Vц |
qе |
Nе1000 |
|
210 80 1000 |
95мм |
3 |
, |
(3.1) |
i n |
60 |
4 875 0,85 60 |
|
|||||
|
н |
Т |
|
|
|
|
|
|
где qе – удельный |
эффективный расход |
топлива, 210 |
г/(кВт·ч); |
|||||
Nе – эффективная номинальная мощность, 80 кВт; i – число цилиндров, 4; nн – частота вращения вала насоса, 875 мин-1; Т – плотность топлива, 0,85 г/см3, или 850 кг/м3.
В качестве исходной характеристики дизеля для расчёта берётся внешняя скоростная характеристика, а именно изменение крутящего
74
момента в зависимости от частоты вращения вала Мк = f(n), которая зависит от назначения двигателя и запаса крутящего момента
(1,1 – 1,2).
Форма кривой крутящего момента зависит от коэффициента запаса крутящего момента на режиме максимального крутящего момента Мк mах :
kз = Мк mах / Мк ном. |
(3.2) |
Исходным для расчёта является значение эффективной мощности на номинальном режиме работы Nе ном.
Крутящий момент на номинальном режиме
Мк ном = 9550·Nном / nном = 9550·80 / 1750 = 436 Н·м. |
(3.3) |
Максимальный крутящий момент (принимаем kз = 1,20) |
|
Мк max = kз·Мк ном = 1,2·436 = 523 Н·м. |
(3.4) |
Мощность двигателя при различных значениях частоты вращения |
|
коленчатого вала |
|
Nеi = Мкi · ni / 9550, |
(3.5) |
где Мкi – текущее значение крутящего момента; пi – частота вращения коленчатого вала, мин– 1.
Среднее эффективное давление на требуемых режимах |
|
pеi = Nеi 120 / (i·Vh·ni), |
(3.6) |
где Vh – рабочий объём цилиндра.
Vh = π D2·S/4 = 3,14·0,132·0,14 = 0,00185 м3 = 1,85 л.
Значения Мкi, Nеi и реi для различных режимов сведены в табл. 3.1. Программа может быть рекомендована для проведения научных исследований, а также использоваться в учебном процессе, где требуется выполнить расчет и провести исследование совместной работы
дизеля и турбокомпрессора.
75