Материал: 2410
Система перепуска работает следующим образом [41]. Воздух под определенным избыточным давлением PИЗБ из компрессора 1 поступает в камеру управления 2, действуя на мембрану 3 площадью
SМ, создавая силу FМ со стороны мембраны, равную |
|
FМ = SМ · PИЗБ . |
(10.4) |
На рис. 11.3 показано изменение силы FМ в зависимости от SМ и |
|
PИЗБ. Диаметр мембраны 3 может иметь размер 40 мм (1), 50 мм ( 2), |
|
60 мм (3). Так, например, для мембраны диаметром, равным 40 мм |
|
(4·10 -2 м), и перепаде давления (избыточном давлении) |
воздуха |
0,1 МПа (1·105 Н/м2) сила со стороны мембраны будет равна 125 Н. При избыточном давлении более 0,1 МПа (для нашего примера) шток
10 (см. рис. 11.2) должен начать движение и при помощи рычагов 11 |
||||
и 12 открыть заслонку 13 перепускного устройства. |
||||
|
|
|
|
И |
|
|
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
Рис. 11.3. Изменение силы на мембране в зависимости от ее диаметра и избыточного давления в камере управления
Винтовая цилиндрическая пружина 4 (см. рис. 11.2) имеет постоянную жесткость С (Н/мм) и предварительно сжата на величину
Х. Сила со стороны пружины FПР определится выражением |
||
FПР = С · |
Х . |
(11.5) |
В камере управления возможно применение пружины кониче- |
||
ской формы, которая имеет переменную жесткость. |
||
На рис. 11. 4 приведены расчетные значения усилия на пружине |
||
FПР с жесткостью 20 Н/мм (1), 30 Н/мм (2), 40 Н/мм (3) для различной |
||
величины предварительного сжатия |
Х. |
Для пружины с жесткостью |
20 Н/мм при ее сжатии на 6 мм сила |
FПР |
составит 125 Н. Следует от- |
176
метить, что сжатие пружин не превышает 1 см, по этой причине изменение силы пружины принято линейным.
|
|
|
|
И |
|
|
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
Рис. 11.4. Изменение усилия на пружинах различной |
||||
|
жесткости при их сжатии |
|||
|
б |
|
|
|
На рис. 11.5 представлена зависимость силы на заслонке в за- |
||||
крытом её состоянии от величины избыточного давления РИЗБ. |
||||
и |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
Рис. 11.5. Зависимость усилия на заслонке от диаметра перепускного отверстия и избыточного давления
177
Диаметр перепускного отверстия выбираем равным 10 мм (1), 20 мм (2), 30 мм (3). При закрытой заслонке 13 (см. рис. 11.2) площа-
дью SЗ и давлении газов перед турбиной РИЗБ |
на нее действует сила |
FЗ, равная |
|
FЗ = SЗ · РИЗБ . |
(11.6) |
При диаметре перепускного отверстия 20 мм и избыточном давлении отработавших газов 0,1 МПа усилие на заслонке составит
31 Н.
При равенстве длины рычагов 11 и 12 (см. рис. 11.2) баланс сил
на штоке 10 определится выражением |
|
FПР = FМ + FЗ . |
(11.7) |
Например, для камеры управления с |
диаметром мембраны |
40 мм и избыточного давления наддува и давления отработавших га- |
|
|
И |
зов 0,1 МПа (см. рис. 11.3) величины FМ и |
FПР в момент начала от- |
крытия заслонки должны составить 125 Н |
(без учета усилия на за- |
слонке). Сила со стороны мембраны и сила на заслонке 31 Н (см. рис. 11.4) действуют в одном направлении, что в сумме составит 156 Н. Для обеспечения баланса сил предварительное сжатие пружины должно составить не 6 мм, а 8 мм с учетом дополнительного усилия
на заслонке. |
Д |
|
|
Определив силы, действующие на шток 10, для заданного опти- |
|
мального давления начала открытия клапана (например, избыточного |
|||
и |
|
|
|
давления 1·105 МПа) находятАвеличину FПР, при необходимости ее |
|||
корректируют муфтой 9, зменяя длину штока 10 (см. рис. 11.2). |
|||
С |
|
отверстия диаметром D опреде- |
|
Площадь мембраны перепускногоб |
|||
ляют по формуле π· D2/4. |
|
|
K вычис- |
Площадь щели при открытии заслонки на величину |
|||
ляют по формуле |
Sщ = π·DО· |
K , |
(11.8) |
|
|||
где DО – диаметр перепускного отверстия. |
|
||
На рис. 11.6 показано изменение площади сечения щели Sщ на |
|||
выходе из перепускного отверстия диаметром 10 мм (1), 20 мм (2), |
|||
30 мм (3) в зависимости от величины открытия заслонки |
K. |
||
Определив значение Sщ для различных положений штока и открытия заслонки, оценивают количество перепускаемого газа. Масса газа, перепускаемая мимо турбины МП , зависит от величины открытия заслонки, давления газа перед турбиной, скорости течения газа, его плотности, числа Маха, сопротивления перепускного канала с заслонкой.
178
Рис. 11.6. Зависимость площадиИсечения на выходе из перепускного отверстия от величины открытия заслонки
При расчете турбины важно знать число Маха (австрийский фи-
зик), которое характеризует отношение скорости потока к местной |
|
скорости звука |
(М = ϑ /а). При нормальныхДатмосферных условиях |
скорость звука |
равна 340 м/с. С повышением температуры скорость |
звука увеличивается. При М < 1 течение газа называют дозвуковым и |
||||
|
А |
|
||
сжимаемость газа не уч тывается. Плотность газа в конкретном сече- |
||||
С |
|
|
|
|
нии принимается постояннойбвеличиной. При М > 1 течение |
называ- |
|||
ют сверхзвуковым, газ способен сжиматься и его параметры опреде- |
||||
ляют с использованиемигазодинамических функций. |
|
|||
При адиабатном процессе скорость звука зависит от температу- |
||||
ры и определяется выражением [42] |
|
|||
|
а = |
|
. |
(11.9) |
|
κ R T |
|||
Для выпускных газов двигателя при k =1,34 (показатель адиабаты), R = 286,4 Дж/(кг·К) (газовая постоянная) и температуре газов перед турбиной T = 1000 К местная скорость звука а = 620 м/с.
Плотность отработавших газов определяется из выражения
ρ = Р / (R·T), |
(11.10) |
где Р – абсолютное (полное) давление перед турбиной, Н/м2; T – тем- |
|
пература, 850 − 1000 К. Для Р = 0,2·106 Н/м2, |
R = 286,4 Дж/(кг·К), |
T = 1000 К пло тность газа будет равна 0,7 кг/м3. При данных пара-
179
метрах скорость потока (истечения) газа ϑ = 534 м/с и М < 1 (течение газа дозвуковое).
Для дозвуковых течений секундное объемное количество газа (м3/с), перепускаемое через открытую заслонку, определим из выражения
Q = µ Sщ ϑ = µ Sщ |
|
, |
(11.11) |
2∆Р/ ρ |
где ϑ – скорость истечения газа, м/с; Р – перепад давления газа перед заслонкой, Н/м2; ρ – плотность газа, кг/м3; µ – коэффициент расхода, равный 0,6 − 0,8.
Массовый секундный расход газа (кг/с), перепускаемый мимо
турбины, находим по формуле |
|
M П = Q · ρ. |
(11.12) |
На рис. 11.7 приведена зависимость расхода перепускаемого га- |
|
за МП в кг/с и в пр оцентах от величины открытия (хода) заслонки |
||
K. Характеристика построена для перепускного канала |
с диаметром |
|
Д |
Р = 1·105 |
Па. При от- |
20 мм и перепада давления перед заслонкой |
||
крытии заслонки на 0,5 см площадь перепускного отверстия равна |
||
|
|
А |
площади щели. Дальнейшее открытие заслонкиИне влияет на количе- |
||
ство перепускаемого газа. |
|
|
|
б |
|
и |
|
|
С |
|
|
Рис. 11.7. Зависимость количества перепускаемого газа от величины открытия заслонки
При открытии заслонки на 0,5 см величина Sщ = 3,14·10-4 м2. Для полного давления Р = 0,2·106 Н/м2, плотности газа ρ = 0,7 кг/м3, ко-
180