Материал: 2157

8.Внешний диаметр безлопаточного диффузора D3 = 96 мм.

9.Ширина диффузора постоянная b3 = b4=14 мм.

10.Начальный диаметр улитки 3 мм.

11.Конечный диаметр улитки 54 мм.

Турбина

1.Наружный диаметр колеса турбины 40 мм.

2.Диаметр втулки 13 мм.

3.Число лопаток 9.

4.Размер входного патрубка 50х50 мм.

5.Начальный размер улитки на входе в колесо турбины 25 мм.

Перепускное устройство

1.Диаметр перепускного отверстия 20 мм.

2.Диаметр заслонки клапана 30 мм.

3.Плечо привода клапана 20 мм.

4.Наружный диаметр диафрагмы 40 мм.

5.Жесткость пружины 15 Н/мм.

3.5.Последовательность определения скорости

вразличных сечениях компрессора

1. Определим требуемое секундное массовое количество воз-

духа (кг/с) для двигателя из выражения

где – коэффициент избытка воздуха (1,6 − 2,0) для дизеля; L0 – теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг топлива (14,5 кг); ge – удельный расход топлива, кг/(кВт ч) (0,18 − 0,22); Ne – мощность двигателя, кВт; – коэффициент продувки (1,1 − 1,2).

На рис. 3.2 приведена схема проточной части турбокомпрессора, а на рис. 3.3 показано изменение параметров воздуха при его прохождении по различным сечениям компрессора. Для двигателей с рядным расположением и числом цилиндров до шести обычно применяют один турбокомпрессор (МК = МД).

Воздух поступает во входной патрубок компрессора (сечение 0) со скоростью Со, давлением Ро и температурой То. Величина скорости Со зависит от площади входного патрубка и массового количества воздуха для двигателя или компрессора.

2. Определив необходимую массовую подачу воздуха компрес-

сором, находим скорость воздуха на входе в патрубок (корпус) ком-

28

где Fвх. – площадь поперечного сечения на входе в патрубок компрессора, м2; Со – скорость воздуха на входе в патрубок (30 − 80 м/с); ρо– плотность воздуха (при 20 0С), равна 1,2 кг/м3,

R = 287 Дж /(кг· К).

Рис. 3.2. Схема проточной части центробежного компрессора: 1 – рабочее колесо; 2 – диффузор; 3 – улитка

Площадь сечения патрубка (м2) зависит от внутреннего диаметра (Dо вх= 36 мм или 0,034 м) и определяется по формуле

Fвх = π D2о вх /4.

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.

29

Между сечениями 1 и 2 происходит работа над газом (воздухом) и его уплотнение. Скорость С2, температура Т2 и давление Р2 резко возрастают. В результате расширения каналов диффузора (сечение 2 – 3) и улитки (сечение 3 – 4) скорость воздуха снижается.

Рис. 3.3. Изменение скорости С в различных сечениях турбокомпрессора

Расчет ступени компрессора начинают с определения массового секундного расхода воздуха, проходящего через его каналы. Проточной частью компрессора или турбины называют систему устройств, по которым движется газ. Скорость газа в проточной части установок изменяется путем геометрического воздействия – изменением площади поперечного сечения потока по его длине. В компрессоре энергия к воздуху подводится в рабочем колесе (подвод технической или располагаемой работы путем вращения колеса), в других каналах она только преобразуется.

Зная подачу воздуха компрессором и поперечное сечение каналов компрессора, находится средняя скорость воздуха (при необходимости потери энергии). В результате торможения потока газа в расширяющихся каналах молекулы воздуха сближаются и температура повышается. По изменению температуры определяют давление и плотность газа.

3. Зная массовую подачу воздуха компрессором, находим его параметры на входе в колесо:

30

где Fвх.к – площадь поперечного сечения на входе в колесо компрессора, м2; С1 – скорость воздуха на входе в колесо компрессора; ρ1– плотность воздуха (при 20 0С),

где – F1 = π D21 / 4, F0 = π D20 / 4 (D1 = 34 мм или 0,034 м, D0 =13

ммили 0,013 м).

5.Определяем окружную скорость на выходе из колеса компрессора (касательная к окружности колеса или (перпендикулярную) к радиусу вращения)

где La – 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 (процесс адиабатный).

6. Общую удельную работу (Дж/кг) при адиабатическом сжатии находим из выражения

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

Если для четырехтактного двигателя известна эффективная мощность

где Vh – рабочий объем цилиндра, л ; i – число цилиндров; n – частота

31

вращения вала, мин-1; Ре – среднее эффективное давление, МПа.

То среднее эффективное давление в цилиндре двигателя (МПа) находят из выражения

Величина давления воздуха на выходе из компрессора и сте-

пень повышения давления для четырехтактных двигателей определяется из соотношений

Pk 0,15 0,18 Pe , πк = Рк / Ро ,

где Ро – давление на входе в компрессор (атмосферное давление).

7. Зная окружную скорость и диаметр колеса, находим частоту вращения вала колеса компрессора nk из формулы

8. Относительную скорость (касательную к поверхности лопатки) воздуха на выходе из колеса компрессора W2 определяем из выражений

где Fвых. к – площадь выхода из колеса; – коэффициент, равный 0,8 − 0,9, учитывающий наличие лопаток на колесе, что уменьшает площадь на выходе; b2 0,05 0,1 D2К − ширина лопаток на выходе из колеса. Малоразмерный компрессор имеет максимальное значение КПД при числе лопаток 10 − 12.

9. В первом приближении плотность 2 находим по температуре T2 , определенной по скорости U2 , с помощью выражений

32