Повышение удельных параметров ДВС возможно за счет увеличения массы топливного заряда, т.е. увеличения количества воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр. Выполняется это без изменения объема двигателя за счет увеличения плотности воздуха путем его наддува с помощью компрессора. Привод компрессора может осуществляться от вала двигателя или от турбины, работающей на выхлопных газах. В последнем случае агрегат наддува называется турбокомпрессором.
При наддуве двигателя улучшается подготовка топливного заряда к сгоранию, так как повышается его плотность и массовая скорость горения; увеличиваются значения температур и давлений теплового цикла, что повышает удельную работу двигателя. Вместе с тем, наддув ДВС позволяет не только форсировать двигатель, увеличивать удельную мощность, но и обеспечивает комплексное повышение таких показателей технического уровня, как энергетическая эффективность, экологичность и надежность.
В настоящее время в качестве агрегата наддува наиболее часто используются турбокомпрессоры. Основным элементом турбокомпрессора является центробежный компрессор (ЦБК).
К нему предъявляются следующие требования, которые необходимо учитывать при проектировании:
- обеспечение заданных значений степени повышения давления, расхода воздуха и кпд в расчетных условиях;
- выполнение ограничений по массе и габаритным размерам.
Проектный термогазодинамический расчет ЦБК можно условно разделить на следующие этапы:
предварительный расчет, который включает определение основных энергетических и термодинамических параметров ЦБК, оценку
частоты вращения ротора, выбор характерных диаметров проточной части;
- расчет параметров потока на входе в рабочее колесо (РК), заключающийся в определении термодинамических и кинематических параметров по высоте лопатки на входе в РК при заданном законе закрутки;
- расчет параметров потока и основных размеров в характерных сечениях проточной части за РК, состоящий в уточнении меридиональной формы проточной части, выборе числа лопаток в лопаточных венцах, определении средних термодинамических и кинематических параметров потока в характерных сечениях;
- профилирование основных элементов проточной части ЦБК, включающее построение всех его лопаточных венцов и формирование контура спирального сборника и конического диффузора.
Перед началом расчетов необходимо иметь следующие исходные данные.
Тепловой расчет двигателя (2)
... 1. Задание на курсовой проект По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, по результатам расчета построить индикаторную диаграмму, определить основные параметры поршня и ... расчета необходимо правильно выбрать исходные данные и опытные коэффициенты, входящие в некоторые формулы. При этом нужно учитывать скоростной режим и другие показатели, характеризующие условия работы двигателя. ...
1. Степень повышение давления в компрессоре к * , расход воздуха G и потребный уровень кпд к ЦБК.
2. Давление р н и температуру Тн на входе в компрессор.
3. Ограничение по диаметру D 2 на выходе из РК.
Методы расчета, изложенные в учебном пособии, основаны на исследованиях и рекомендациях, приведенных в отечественной и зарубежной литературе. Предлагаемая методика проектного расчета ЦБК предусматривает разнообразие их схем, основных конструктивных и режимных параметров.
1. Предварительный расчет центробежного компрессора
На предварительном этапе расчета используется одномерная модель рабочего процесса. Схема ЦБК в этом случае представлена на рис.1.
Обозначение контрольных сечений на этом рисунке следующее:
Н — перед фильтром компрессора;
В — на входе в компрессор;
1 — на входе в рабочее колесо;
2 — на выходе из рабочего колеса;
3 — на выходе из безлопаточного диффузора;
4 — на выходе из лопаточного диффузора;
г — на входе в отводящий патрубок;
к — на выходе из компрессора.
Центробежный компрессор снабжен фильтром 1. В рассматриваемой схеме между сечениями В-В и 1-1 установлен неподвижный направляющий аппарат (ННА) 2. Однако в ЦБК агрегатов наддува ДВС этот элемент зачастую отсутствует и тогда сечение В-В исключается из рассматриваемой схемы. За РК 3 между сечениями 2-2 и 3-3 располагается щелевой (безлопаточный) диффузор, а далее между сечениями 3-3 и 4-4 размещается лопаточный диффузор 4.
Последний используется не во всех схемах ЦБК агрегатов наддува. Иногда ограничиваются щелевым диффузором.
В этом случае сечение 3-3 исключается из рассматриваемой схемы.
За сечением 4-4 установлен спиральный сборник 5 с отводящим патрубком 5, который выполняется в виде конического диффузора.
Известны конструкции ЦБК агрегатов наддува с двумя отводящими патрубками.
1.1 Задание на проектирование
Рассмотрим пример проектного задания на расчет ЦБК агрегата наддува дизельного двигателя. Компрессор этого агрегата на расчетном режиме должен иметь:
степень повышения давления 2;
расход воздуха G = 0,55 кг/с;
диаметр на выходе из РК D 2 = 83 мм.
Значения температуры и давления окружающего воздуха в соответствии со стандартными атмосферными условиями принимаются равными Т н =288К и рн = 101,33 кПа.
При проведении расчета следует найти такие газодинамические и геометрические параметры ЦБК, которые бы обеспечили заданные значения к * и G при кпд компрессора на расчетном режиме 0,75.
Автоматизация компрессора
... для фильтрования всасываемого воздуха; впускной дроссельный клапан, установленный на входе в компрессор позволяет регулировать поток воздуха на всасывании; продувочный клапан, установленный на выходе из компрессора позволяет сбрасывать воздух при необходимости (помпаж, ... отметить, что к противопомпажной защите относится продувочный клапан [3]. 1.3 Объём автоматизации к
Приведенных исходных данных недостаточно для проведения расчета ЦБК. Поэтому в процессе проектирования предстоит осуществить выбор недостающих параметров.
Последовательность работ по выбору и определению недостающих исходных величин, а также термодинамический расчет ЦБК приведены в следующих подразделах.
1.2 Выбор основных параметров. Термодинамический расчет центробежного компрессора
При проведении термодинамического расчета определяются полные давления, и температуры в проточной части, удельные работы (напор) компрессора и потребляемая им мощность.
агрегат наддув центробежный компрессор
Коэффициент восстановления полного давления воздушного фильтра выбирается из диапазона ф = 0,970…0,985. Для рассматриваемого случая примем ф = 0,98.
Полное давление на входе в компрессор
р в * = ф рн = 0,98 101,33 = 99,3034 кПа
Полная температура на входе в компрессор равна температуре окружающей среды
Изоэнтропический напор
кДж/кг
На предварительном этапе расчета кпд компрессора выбирается из диапазона к = 0,68…0,82 . Принимаем к = 0,75.
Затраченный напор
кДж/кг
Мощность, потребляемая ЦБК
N к = G Hz = 0,55 84,573= 46.515 кВт
Полное давление на выходе из ЦБК
р к * = рв * к * = 99,3 2,0 = 198.6 кПа
Полная температура на выходе из ЦБК
Выбор коэффициента изоэнтропического напора осуществляется из диапазона
Принимаем (0,56)
Окружная скорость на выходе из РК
м/с
Величина скорости U 2 по соображениям прочности РК не должна превышать 450…550 м/с. В противном случае следует скорректировать значение коэффициента изоэнтропического напора.
Частота вращения ротора РК, при D 2 = 83 мм
мин — 1
После вычисления частоты вращения ротора РК переходят к определению основных геометрических параметров проточной части ЦБК.
1.3 Определение основных геометрических параметров проточной части
В процессе расчета определяются следующие параметры.
Критическая скорость потока на входе в компрессор
м/с
Величина приведенной скорости воздуха на входе в ЦБК располагается в диапазоне в = 0, 20…0,50. Принимаем в = 0,5.
Скорость потока на входе в компрессор
м/с
С помощью таблиц ГДФ для воздуха (k = 1,4) определяется значение
газодинамической функции q ( в ).
В нашем случае q (в ) = 0,7091.
Площадь поперечного сечения на входе в ЦБК
м 2
Здесь коэффициент m для воздуха принят равным m = 40, 37 кгК 0,5 / (скН).
Отношение втулочного диаметра D В вт (рис.1) к периферийному диаметру DВ пер находится в диапазоне (Dвт / Dпер ) В = 0,25…0,60.
Виды компрессоров
... 3. Принципиальная схема и идеальный цикл компрессора простого действия При рассмотрении идеального цикла поршневого компрессора принимают следующие допущения: 1. Отсутствуют сопротивления движению потока газа (в том числе и ... действительно всасываемого в цилиндр за один ход поршня, т.е. всасываемый объем при параметрах р1* и t1*, изображается на индикаторной диаграмме отрезком Vд. Рабочий объем ...
Принимаем
(D вт / Dпер ) В = 0,45.
Периферийный диаметр на входе в компрессор
м
Втулочный диаметр на входе в компрессор
D В вт = DВ пер (Dвт / Dпер ) В = 0,072421 0,45 = 0,032589 м.
Средний диаметр на входе в компрессор
м
Высота лопатки на входе в компрессор
м
Отношение меридиональных составляющих скоростей потока на выходе из РК и входе в компрессор располагается в интервале С 2 r / CВ =1,0…1,2.
Принимаем С 2 r / CВ =1,0.
Радиальная составляющая скорости потока на выходе из РК
С 2 r = СВ (С2 r /CВ ) = 155,2675 1,0 = 155,2675 м/с
Значение кпд РК обычно находится в диапазоне РК = 0,76…0,86. Выбираем РК = 0,86.
Степень повышения полного давления в РК
Полное давление на выходе из РК
р 2 * = рв * * РК = 99,3 2, 192 = 217.70463 кПа
Критическая скорость потока на выходе из РК
м/с
Радиальная составляющая приведенной скорости потока на выходе из РК
2 r = C2r / а кр = 155,2675/353,02 = 0,439826
С помощью таблиц ГДФ определяется значение газодинамической
функции q ( 2 r ).
В нашем случае q (2 r ) = 0,6394
Площадь на выходе из РК
м 2
Высота лопатки на выходе из РК
м
Относительная высота лопатки на выходе из РК
b 2 = b2 /D2 = 7,245 10-3 /0,083 = 0,08729
Величина относительной протяженности щелевого диффузора в радиальном направлении = /D 2 (рис.1) в случае схемы с лопаточным диффузором находится в интервале = 0,02…0,10. В выполненных конструкциях = 3…15 мм. Принимаем = 0,1.
Диаметр на входе в лопаточный диффузор
D 3 = D2 + 2 D2 = 0,083 + 2 0,1 0,083 = 0,0996 м
Высота лопаток на входе в лопаточный диффузор
b 3 = b2 = 7,245 10-3 м
Отношение диаметров на выходе и входе в лопаточный диффузор D 4/ D3 располагается обычно в диапазоне от 1,20 до 1,60.
Принимаем D 4/ D3 = 1,3.
Диаметр на выходе из лопаточного диффузора
D 4 = D3 (D4/ D3 ) = 0,0996 1,3 = 0,12948 м
Высота лопаток на выходе из лопаточного диффузора b 4 .
Высоту лопаток b 4 принимают равной b3 , т.е. b4 =b3 =7,245*10-3 м.
Реферат техника прыжки в высоту
... высокого уровня скоростно-силовой подготовленности готовятся к выполнению в прыжках нормативов спортивной классификации. 4. Техника прыжков в высоту Прыжки в высоту - естественный и широко распространенный вид физических упражнений. ... предопределяет успешный вход в толчок. Именно здесь таз как бы подводится под плечи, туловище принимает вертикальное положение, а нога мягко сгибается в колене. ОЦТ ...
28. Значение приведенной скорости воздуха на выходе из компрессора находится в диапазоне к = 0, 20…0,45. Принимаем к = 0,30. Тогда газодинамическая функция q (к ) = 0,4557.
29. Площадь поперечного сечения на выходе из ЦБК
м 2
30. Количество выходных патрубков Z вых . п . у ЦБК агрегата наддува обычно один или два. Принимаем Zвых . п . = 2.
31. Диаметр выходного патрубка
м
На основании полученных в предварительном расчете данных можно переходить к газодинамическому расчету ЦБК.
2. Расчет параметров потока на входе в рабочее колесо
При проведении газодинамического расчета определяются величины и направление скорости потока в характерных сечениях ЦБК, соответствующие заданным величинам к * , Нz и к .
В процессе расчета уточняются площади и размеры проходных сечений проточной части, а также проверяется попадание величин основных кинематических параметров потока ( W 1 , С2
