Материал: 2410
Действительная (реальная) подача воздуха будет меньше теоретической в результате утечек воздуха через зазоры между роторами и корпусом нагнетателя.
Коэффициент расхода μр определяют как отношение действительной подачи (расхода) воздуха Мд к теоретической подаче Мт , тогда
Мд = μр· Мт. |
(9.11 |
Величина μр для роторного нагнетателя ЯАЗ-204 [35] при часто- |
|
те вращения ротора 2000 мин-1 и изменении |
степени повышения дав- |
ления от 1,1 до 1,8 уменьшилась с 0,8 до 0,5. При доводочных испытаниях двигателя совместно с роторным нагнетателем необходимо задаваться экспериментальным значением μр с учетом частоты вращения ротора нагнетателя и давления наддува. Для μр = 0,65 для Мт = 0,27 кг/с величина действительной подачиИМд = 0,175 кг/с.
Определив для данного типа двигателя требуемое массовое количество воздуха за одну секунду поДформуле (9.10), делают вывод о правильном выборе конструктивных параметров нагнетателя и частоты вращения роторов (величина М = М ). При выборе марки нагнетателя роторного типа для двигателяАвопределеннойд мощности обычно используют данные завода-изготовителя.
Диагностирование роторногобнагнетателя выполняют с использованием манометров, для измерения давления воздуха на входе и выходе, и расходомера. Нео ходимо также контролировать состояние зубчатых колес, подш пн ков качения и зазора между роторами.
СКонтрольные вопросы и задания
1.Что представляет собой конструкция объемного роторного компрессора типа Рутс?
2.Преимущества и недостатки роторного компрессора типа Рутс.
3.Какие бывают по конструктивному исполнению роторы компрессора типа Рутс?
4.Укажите допустимую величину давления на выходе роторного ком-
прессора.
5.Последовательность расчета роторного компрессора типа Рутс.
6.Отличие теоретической подачи воздуха от действительной подачи.и
7. Какие приборы необходимы для диагностирования роторного компрес-
сора?
151
10.РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
ИЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЙ ТУРБИНЫ
10.1. Методика расчёта центробежного компрессора с радиальным выходом лопаток
Главное назначение центробежного компрессора – обеспечение двигателя внутреннего сгорания на всех режимах работы необходимым количеством воздуха (кислородом), способствуя полному сгоранию топлива при минимальном удельном расходе и низкой токсичности отработавших газов. Двигатель форсируется за счет увеличения плотности воздуха, нагнетаемого в цилиндр, и повышения подачи то-
плива. |
И |
Центробежный компрессор относится к лопаточным машинам, принцип работы которых основан на динамическом взаимодействии высокоскоростного потока газа с лопаткамиДрабочего колеса и лопатками неподвижных элементов машины.
В современных двигателях для повышения плотности воздуха применяют преимущественно центробежныеА компрессоры с радиальными лопатками. Компрессор устанавливается на одном валу с газовой турбиной, такой агрегатбполучил название «турбокомпрессор». Отработавшие газы поступают на колесо турбины под переменным (импульсно) или постоянными(изо арно) давлением [34]. В настоящей главе расчеты выполнены для зо арной турбины.
При расчетеСкомпрессора определяют требуемое количество воздуха для двигателя, подачу воздуха одним компрессором (если их несколько), степень повышения давления, прототип, наружный диаметр колеса, частоту вращения, общую работу, затраченную на впуск, сжатие и нагнетание воздуха, изменение температуры, давления в каналах компрессора и коэффициент полезного действия (КПД).
Прототип – образец изделия, явившийся основой или примером для разработки нового изделия, улучшенного с исходным образцом. В данном расчете прототип выбирается по требуемому массовому расходу воздуха и необходимому давлению наддува для двигателя с заданными техническими характеристиками.
На рис. 10.1 показан разрез турбокомпрессора. В левой части изображен разрез компрессора, а в правой – турбины. Колеса компрессора и турбины жестко расположены на одном валу. Смазка подшипника скольжения вала производится под давлением от систе-
152
мы смазки двигателя. Охлаждение турбокомпрессора осуществляется потоком масла или циркулирующей жидкостью из системы охлаждения двигателя.
ДИ
Рис. 10.1. О щий вид турбокомпрессора: |
|
1 – корпус (улитка) центробежного компрессора; |
|
|
А |
2 – средн й корпус с подшипниками скольжения; |
|
3 – стопорные кольца; 4 – стяжной хомут для соединения |
|
|
б |
среднего корпуса корпуса турбины; 5 – корпус турбины; |
|
6 – уплотнен я; 7 – колесо турбины; 8 – подшипники |
|
скольженияи; 9 – упорный (аксиальный) подшипник; |
|
10 – колесо компрессора; 11 – гайка крепления |
|
С |
колеса компрессора |
|
|
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 только в рабочем колесе (подвод технической или располагаемой работы путем вращения колеса), в
153
других каналах она только преобразуется. Расчет компрессора выполняют в следующей последовательности:
Сначала определяют скорость воздуха, затем его температуру, давление и плотность (C→T→P→ρ).
Зная подачу воздуха компрессором и поперечное сечение каналов компрессора, находится средняя скорость воздуха (при необходимости потери энергии), затем температура, давление и плотность. В результате торможения потока газа в расширяющихся каналах молекулы воздуха сближаются и температура повышается. По изменению температуры определяют давление и плотность газа.
10.1. Требуемое массовое количество воздуха для работы дви-
гателя определяем из выражения [35]
М Д = |
α L0 |
ge Ne ϕ |
кг/с, |
(10.1) |
|
|
3600 |
И |
|
где α – коэффициент избытка воздуха (1,6 − 2,0) для дизеля, для бензинового двигателя α =1; L0 – теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг топлива (14,5 кг); ge – удельный эффек-
тивный расход топлива (0,18 − 0,22 кг/(кВт ч ); Ne – мощность дви- |
|||
гателя, кВт; ϕ – коэффициент продувки (1,1 − 1,2). |
необходи- |
||
10.2. С учетом выбранного числа компрессоров ik |
|||
|
Д |
|
|
мую подачу воздуха одним компрессором находим по формуле |
|||
|
М Д |
|
|
МА= |
. |
(10.2) |
|
К |
iк |
|
|
|
|
|
|
Для двигателей с брядным расположением цилиндров обычно |
|||
устанавливают од н компрессор, для V – образных – два. |
|
||
10.3. Определимисреднее эффективное давление Ре. Для четы- |
|||
рехтактного двигателя эффективная мощность определяется выраже-
нием |
С |
Ne = Pe Vh i n , |
|
|
|
(10.3) |
|||
|
|
120 |
|
|
где Vh – рабочий объем цилиндра, л ; |
i – число цилиндров; n – частота |
|||
вращения коленчатого вала, мин-1. |
|
|
||
|
После преобразования выражения (10.3) получим |
|
||
|
|
P = Ne 120 |
МПа. |
|
e |
Vh i n |
|
|
10.4. Величину давления воздуха на выходе из компрессора |
|
для четырехтактных двигателей определяем из выражения |
|
154
Pk = (0,15 −0,18)Pe ,
для двухтактных двигателей |
|
Pk = (0,2 −0,28)Pe . |
(10.4) |
Степень повышения давления в компрессоре πk = |
Pk , |
|
P0 |
где Ро – давление на входе в компрессор (атмосферное давление). Зная πк и Мk, по графику характеристик турбокомпрессоров
πк – расход воздуха Мk (рис. 10.2) – выбираем прототип компрессора. Значения πк и Мk при выборе прототипа компрессора (их точка пересечения) должны быть в зоне максимального адиабатного КПД. При выборе прототипа важным является определение наружного
диаметра колеса компрессора. Выбор диаметра колес компрессора и турбины необходим для начала расчета турбокомпрессораИ . В процессе расчета уточняются размеры колеса, диффузора, спиральной камеры (улитки), определяется адиабатный 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. |
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
б |
|
|
и |
|
|
|
С |
|
|
|
Рис. 10.2. Поле характеристик турбокомпрессоров (π к – расход воздуха Мк)
155