Агрегаты наддува двигателя внутреннего сгорания

Курсовая работа

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.

7 стр., 3136 слов

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.

30 стр., 14953 слов

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.

6 стр., 2775 слов

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 = СВ2 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.

8 стр., 3927 слов

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