Материал: 2410
10.36. Мощность на валу турбины, кВт:
NT = |
ЭT MT ηT . |
(10.42) |
|
1000 |
|
Мощность турбины должна быть равна мощности компрессора (допускается расхождение не более 5%).
10.37. Общий КПД турбокомпрессора достигает значения
0,5–0,6 и находится по формуле
ηоб =ηад ηТ . |
(10.43) |
Более подробно методика расчета колеса компрессора и турбины приведена в работах [39, 40].
Определив основные размеры колеса компрессора и турбины, соплового аппарата компрессора (диффузора) и турбины, КПД, выбрав схему подвода газа к турбине и автоматическое регулирование, завод-изготовитель, выбирают марку турбокомпрессора, проводят ис-
пытание (доводку) на двигателе и внедряют в производство. |
|
Д |
|
В табл. 10.2 приведены технические характеристики отечест- |
|
венных турбокомпрессоров (компрессора и турбины). |
|
А |
|
Турбокомпрессоры ТКР-5,5 (турбокомпрессорИ |
с радиально- |
осевой турбиной и диаметром колеса компрессора 5,5 см) выпускают- |
|
ся с регулирующим клапаном (перепуском части газа мимо рабочего |
|
|
б |
колеса турбины), что позволяет изменять мощность на валу турбины |
|
и |
|
и частоту вращения. |
|
Наряду с отечественными турбокомпрессорами в двигателях применяют и зарубежные. Из зарубежных представляют интерес турбокомпрессорыСф рмы 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 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.
171
Таблица 10.2
Параметры турбокомпрессоров предприятия Воронежского механического завода
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- |
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
дача воздуха |
|
|
0,1 |
|
|
0,11 |
|
|
0,15 |
|
|
0,15 |
0,25 |
|
компрессором, кг/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
4.Максимальная сте- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пень повышения |
|
1,9 |
|
|
|
2,1 |
|
|
2,1 |
|
|
1,9 |
2,1 |
|
давления, πк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Частота вращения |
|
150000 |
|
|
150000 |
|
|
130000 |
|
110000 |
85000 |
|||
ротора, мин -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|||
6. Масса ТКР, кг |
|
5,0 |
|
|
|
5,0 |
|
|
5,0 |
|
|
9,5 |
15,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7. Область примене- |
|
ВАЗ- |
ГАЗ560 |
|
|
ГАЗ -562 |
|
Д-440 |
Д-461, |
|||||
ния, мощность дв - |
|
3431 |
|
|
|
А |
|
(90) |
|
|
(100) |
В-400 |
||
гателя, кВт |
|
|
(60) |
|
|
|
(70) |
|
|
|
|
(175-300) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Контрольные вопросы и задания |
|
|
|||||||||
1. Для какой цели служит система газотурбинного наддува двигателя? 2. Устройство и принцип действия центробежного компрессора и цен-
тростремительной турбины.
3. Что называют степенью повышения давления компрессора?
4. Как выбирается прототип турбокомпрессора для двигателя?
5. Как изменяются скорость, температура и давление в проточной части компрессора?
6 . Для какой цели служит улитка в центробежном компрессоре? 7. Как определяется адиабатная работа на колесе компрессора? 8. Какая турбина называется активной и реактивной?
9. Как определяется полезная работа 1кг газа на лопатках турбины? 10. В какой последовательности выполняется расчет центростреми-
тельной турбины?
172
11. МЕТОДИКА РАСЧЕТА, ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПЕРЕПУСКА ГАЗА МИМО ТУРБИНЫ
Для повышения мощности двигателей, снижения удельного расхода топлива и токсичности отработавших газов используют систему наддува воздуха. Наибольшее применение получил газотурбинный наддув, в котором центробежный компрессор и турбина (агрегат наддува) имеет с двигателем газовую связь.
Для согласования протекания рабочего процесса двигателя и количества подаваемого компрессором воздуха применяют следующие основные способы автоматического регулирования [37]:
|
− перепуск части отработавших газов мимо турбины; |
|
|
− поворот соплового лопаточного аппарата в турбине; |
|
|
− изменение проходного сечения на входе в турбину. |
|
|
Исполнительные механизмы указанных способов регулирования |
|
могут |
|
И |
ные. |
Для |
|
рата |
механизм |
|
можно |
определяется при помощиАиндикатораДили измерительной ап- |
|
штока |
||
паратуры с использованием индуктивного датчика перемещения. |
||
|
Наибольшее применение в практике получила система автома- |
|
тического регулирован ябс перепуском части газа мимо турбины. Она позволяет обеспеч ть дв гатель требуемым количеством воздуха на
всех режимах работыиогран чить максимальную частоту вращения вала турбокомпрессора. Мощность турбины согласуется с нагрузкой
двигателя.
В качествеСпримера для расчета возьмем двигатель КамАЗ -740, оборудованный двумя турбокомпрессорами с автоматическим регулированием путем перепуска отработавших газов мимо турбины.
Для двигателя КамАЗ-740.71-320 (8ЧН 12/13) мощностью 235 кВт и коэффициента избытка воздуха α =1,8, удельного эффективно-
го расхода топлива ge = 0,21 кг/(кВт ч) требуемое массовое количество воздуха для работы дизеля МД определим, используя выражение (10.1, гл. 10), и оно составит 0,4 кг/с.
При установке на двигатель двух турбокомпрессоров (два ряда цилиндров) необходимая подача воздуха одним компрессором МК составит 0,2 кг/с.
173
У дизеля КамАЗ-740. 71-320 мощностью Ne = 235 кВт рабочий объем цилиндра равен Vh =1,47 л, числе цилиндров i = 8, частота вращения коленчатого вала n =1900 мин-1. Для обеспечения заданной мощности определим среднее эффективное давление в цилиндре по формуле
P = |
Ne 120 |
|
(11.1) |
|
|||
e |
Vh i n |
||
|
|
||
Из формулы (11.1) следует, что для дизеля КамАЗ -740 мощностью 235 кВт и техническими данными, приведенными выше, вели-
чина среднего эффективного давления равна Ре = 1,26 МПа.
Для обеспечения расхода М К = 0,2 кг/с абсолютное давление воздуха на выходе из компрессора для четырехтактного двигателя оп-
ределяется выражением |
И |
|
Pk = (0,15 |
−0,18)Pe , |
(11.2) |
где Ре − среднее эффективное давление в цилиндре дизеля, МПа. Для дальнейших расчетов с учетом формулы (11.2) принимаем
величину Рк = 0,2 МПа. Следует помнить, что это полное или абс о- |
|
|
А |
лютное давление. Избыточное (манометрическое) давление меньше |
|
полного на величину |
атмосферного давления, в н ашем примере |
(РИЗБ = 0,1 МПа). |
Д |
Расход газа через тур ину примерно на 3% больше расхода воздуха через компрессор в результате сгорания топлива в цилиндрах
двигателя. |
С |
бM =1,03 M |
|
. |
(11.3) |
|
|
k |
|||||
|
|
T |
|
|
|
|
На рис. 11.1 показан агрегат наддува с компрессором, турбиной |
||||||
и устройством для перепускаичасти газа мимо турбины [37]. |
|
|||||
Пневматическая (воздушная) |
камера управления 2 герметично |
|||||
сообщена с выходом компрессора. Перепускной канал, закрываемый заслонкой 3, соединен каналом с входом в турбину. Давление наддува передается на мембрану, поджатую пружиной. При величине давления больше оптимального значения мембрана, преодолевая усилие пружины, перемещает шток, который через систему рычагов открывает заслонку 3. При этом уменьшается количество газа, направляемое на колесо турбины, и снижается частота вращения вала.
174
Рис. 11.1. Турбокомпрессор с перепускным устройством: |
||||
1 – рычаги управления заслонкой; 2 – пневматическая камера |
||||
|
управления; 3 |
|
И |
|
|
– заслонка |
|||
На рис. 11.2 приведена схема устройства для перепуска газа ми- |
||||
|
|
|
Д |
|
мо турбины с установкой индикатора 7, при помощи которого выпол- |
||||
няются процессы диагностирования и регулирования. |
||||
|
|
А |
|
|
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
Рис. 11.2. Установка для диагностирования и регулирования системы перепуска газа: 1 – компрессор; 2 – камера управления;
3 – мембрана; 4 – пружина; 5 – стойка крепления индикатора; 6 – планка привода индикатора 7; 8 – винты зажимные; 9 – муфта регулирования длины штока 10; 11 – рычаг штока; 12 – рычаг заслонки; 13 – заслонка; 14 – перепускное отверстие; 15 – турбина
175