Материал: 2157

В современных компрессорах некоторые заводы-изготовители применяют колеса с радиальными лопатками, но загнутыми на выходе назад (против вращения). Значение абсолютной скорости снижается на 5–10 %, но увеличивается КПД в результате снижения потерь на трение (потери энергии пропорциональны величине скорости в квадрате).

При вращении колеса, за счет центробежных сил, молекулы воздуха перемещаются от центра к периферии. На выходе из колеса скорость молекул достигает значения C2 (рис. 3.4). В межлопаточных каналах, за счет их расширения, кинетическая энергия переходит в энергию давления. Дополнительно скорость воздуха уменьшается в диффузоре и улитке (спиральной камере). В результате этого температура Т, давление Р и плотность повышаются.

Рис. 3.4. Окружная U2, относительная W2 и абсолютная С2 скорости на выходе из колеса компрессора

11. Турбокомпрессоры имеют лопаточные или щелевые диф-

фузоры. В диффузоре энергия к потоку газа не подводится. За счет торможения потока в расширяющих каналах происходит преобразование кинетической энергии в энергию давления. Наружный диаметр диффузора D3 выбирается из соотношения (1,3 − 1,5)D2К. Площадь на выходе из щелевого диффузора (величина в нашей работе известна D3

= 96 мм)

12. Скорость на выходе из диффузора определяется из выраже-

ния

33

В первом приближении плотность 3 2 , а затем уточняется. 13. Площадь выхода из улитки считают равной площади входа в

компрессор. Газ со скоростью С3 поступает в улитку (воздухосборник), и его скорость снижается до значения С4 в результате расширения канала. Принимаем, что площадь по центральной части развертки спиральной камеры (улитки) примерно в 1,5 раза больше выходной площади диффузора (F4 = 1,5F3). Величина F3 = Fдиф. Диффузор плавно расширяется и на выходе его диаметр примерно в 1,3 – 1,5 раза больше, чем на входе в компрессор.

Используя уравнение постоянства расходов, находим среднюю скорость на входе в улитку компрессора. В первом приближении принимаем, что плотность воздуха в сечениях 3 и 4 равна друг другу, а затем ее уточняем.

Скорость на выходе из компрессора примерно равна величине скорости на входе в компрессор. Давление воздуха на выходе значительно больше, чем на входе (над газом совершена работа сжатия).

Результаты расчета сведем в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Изменение скорости в каналах центробежного компрессора

34

Лабораторная работа № 4

ТУРБОКОМПРЕССОР ТИПА ТКР- 5 С ПОВОРОТОМ ЛОПАТОК СОПЛОВОГО АППАРАТА ТУРБИНЫ

4.1. Цель и задачи лабораторной работы

Цель лабораторной работы. Изучить конструкцию турбокомпрессора ТКР-5 с автоматическим регулированием путем поворота лопаток соплового аппарата турбины.

Задачи работы. Определить основные размеры турбокомпрессора ТКР-5 путем его разборки (сборки), размеры механизма поворота лопаток и выполнить расчеты параметров турбины при повороте лопаток на 30 0.

Оборудование. Турбокомпрессор ТКР-5 с механизмом поворота лопаток соплового аппарата турбины, набор ключей, штангенциркуль.

4.2. Исходные данные

Двигатель Заволжского моторного завода дизельный, четырехцилиндровый ЗМЗ-5148.10, диаметр цилиндра 87 мм, ход поршня 94 мм, рабочий объем 2,24 л, степень сжатия 19,5, частота вращения 3900 мин-1, среднее эффективное давление 1,3 МПа, мощность 95 кВт.

4.3. Вводная часть

Наддув двигателей внутреннего сгорания является одним из основных способов повышения мощности. При помощи наддува повышается давление на 30–60 % поступающего в цилиндры воздуха и, соответственно, плотность заряда. Это даёт повышение мощности на 20–60 %, улучшение экономичности двигателя на 5–20 %, снижение дымности отработанных газов.

В настоящий момент многие фирмы, участвующие в производст-

ве турбокомпрессоров (Garrett, KKK, Hitachi, Mitsubishi, Toyota), за-

нимаются производством турбин с изменяемой геометрией. Автоматическая система изменяет размер входного отверстия корпуса турбины в зависимости от скорости потока отработанных газов или направление входящего потока газа на лопатки колеса турбины. При

36

низких оборотах двигателя и небольшом потоке выхлопных газов угол входа потока газа на лопатки оптимальный (15 – 25 0). В данном случае КПД турбины максимальное, частота вращения колеса турбины и компрессора достигает требуемого значения, обеспечивая необходимое давление воздуха на выходе из компрессора.

При больших оборотах двигателя и большем потоке поступающих в корпус турбины выхлопных газов система изменяет угол входа газа на лопатки турбины, поддерживая степень наддува двигателя на нужном уровне и защищая сам турбокомпрессор от чрезмерно высокой скорости вращения.

На рис. 4.1 показан общий вид турбокомпрессора с поворотом лопаток соплового аппарата, обеспечивающего изменение угла входа потока газа на лопатки колеса турбины.

Рис. 4.1. Турбокомпрессор с автоматической системой поворота лопаток соплового аппарата турбины:

1 – колесо турбины; 2 – лопатки, изменяющие направления движения отработавших газов на колесо турбины; 3 – управляющее кольцо; 4 – шток управления изменяемой геометрии; 5 – колесо компрессора;

6 – пневматическая камера управления турбиной

37