Материал: 2157

нять угол входа потока газа на лопатки колеса турбины и ее мощность.

1*

2*

3*

Сад

Рис. 5.6. План скоростей на входе (точка 1) в колесо турбины и выходе (точка 2): С – абсолютная скорость;

W – относительная скорость; U − окружная скорость

Турбина работает за счет кинетической энергии (скорости) выхлопных газов двигателя. Поступая на криволинейные лопатки колеса турбины 3*, поток газа обтекает их, меняет направление движения, создавая силу. Сила действует на плечо, образуя крутящий момент. В результате этого колесо турбины и компрессора приводятся во вращательное движение.

На рис. 5.6 показан план скоростей на входе в колесо (точка 1) и выходе из него (точка 2). Газ выходит из колеса по среднему диаметру (расчетный вектор скорости).

Сопловый аппарат турбины неподвижный, поэтому в нем не совершается работа. Теплообмен с внешней средой за короткий промежуток времени очень мал, и им пренебрегаем (процесс считаем адиабатным).

58

4. Уравнение энергии для входного и выходного каналов соплового аппарата турбины примет вид

где Т и W – температура и скорость газа в каналах соплового аппарата.

Предположим, что энергия скорости на выходе из соплового аппарата W2 полностью преобразуется (тормозится) и переходит в энергию давления. Тогда уравнение (5.24) можно записать в виде

газа из соплового аппарата 1 лежит в пределах 15 − 250.

6. Радиальная и окружная составляющие абсолютной адиабатной скорости на входе в колесо

На выходе из рабочего колеса температуру газов принимают T2 0,8 0,9 T0, (T0 – температура газа на входе в турбину).

Ширина лопаток на входе в колесо турбины находится из выра-

где U1 – окружная скорость на входе в колесо турбины, при равенстве

59

наружных диаметров колес турбины и компрессора U1T U1K ;

Uср– окружная скорость на среднем диаметре выхода газа из турбины Ucp Rcp ; Сср – скорость выхода газа на среднем диаметре (выход-

ная скорость газа из турбины 50 − 100 м/с).

8. Выражение (5.27) получено на основе импульса силы (количе-

где F – сила, действующая на лопатки колеса, Н; М – массовый расход газа, кг/с; С1 и С2 – абсолютные скорости на входе в колесо турбины и выходе из него, м/с.

10. Окружную силу Fu , вращающую колесо турбины, находим из

12. Работа одного килограмма газа на участке от входа до выхода из колеса турбины (работа, затраченная на вращение колеса, окруж-

где 2 – угол выхода газа из колеса турбины или угол между векторами окружной и абсолютной скоростями на выходе (85 − 950).

13. Окружной КПД турбины оценивает эффективность работы

Внутренний КПД турбины есть отношение затраченной работы к подведенной (с учетом всех потерь). Он достигает 0,7 − 0,8. К потерям энергии следует отнести потери, связанные с перетеканием газа

60

через зазоры между колесом турбины и корпусом, а также потери на вихреобразование и трение в каналах колеса. Потери энергии в колесе составляют примерно 10 % от работы газа на колесе турбины Lu.

14. Внутренний КПД турбины

15. Эффективный КПД турбины (полный) достигает 0,7 − 0,8 и определяется из выражения

где М – механический КПД, учитывает потери энергии на трение в подшипниках скольжения, равен 0,96 − 0,98.

16. Мощность на валу турбины, кВт:

Мощность турбины должна быть равна мощности компрессора (допускается расхождение не более 5 %).

17.Общий КПД турбокомпрессора достигает значения 0,5–0,6

инаходится по формуле

Более подробно методика расчета колеса компрессора и турбины приведена в работе [3].

Определив основные размеры колеса компрессора и турбины, соплового аппарата компрессора (диффузора) и турбины, КПД, выбрав схему подвода газа к турбине и автоматическое регулирование, заводизготовитель, выбирают марку турбокомпрессора, проводят испытание (доводку) на двигателе и внедряют в производство.

В табл. 5.1 приведены технические характеристики отечественных турбокомпрессоров (компрессора и турбины).

Турбокомпрессоры ТКР-5,5 выпускаются с регулирующим клапаном, что позволяет изменять мощность на валу турбины путем перепуска газов мимо рабочего колеса [6].

Наряду с отечественными турбокомпрессорами в двигателях применяют и зарубежные. Из зарубежных представляет интерес турбокомпрессоры фирмы ККК (Kuhnle, Kopp Kausch – Германия, Франция, США). Фирма выпускает ряд турбокомпрессоров (КО, К1, К2, К3, К4, К5) с подачей воздуха от 0,02 до 2 кг/с и степенью повышения

61

давления от 1,5 до 4 для двигателей мощностью от 20 до 1000 кВт. Турбокомпрессоры имеют высокий КПД и автоматическую систему регулирования. Широкое применение получили системы с перепуском газа мимо турбины.

Таблица 5.1

Параметры турбокомпрессоров предприятия «Воронежский механический завод»

КОМПРЕССОР

62