Диплом_Марков (1231052)
Текст из файла
Содержание
Введение ………………………………………………………………………………4
1 Аналитический обзор технической литературы по стендам для
исследования малоразмерных турбокомпрессоров и их элементов ……………8
1.1 Развитие отечественных турбокомпрессоров …………………………...8
1.2 Развитие зарубежных турбокомпрессоров .……………………………13
1.3 Методика экспериментального исследования турбокомпрессоров
на безмоторной установке …………………………………………………..20
1.3.1 Опытная установка ……………………………………………………21
1.3.2 Краткое описание конструкции турбокомпрессора фирмы
«Эбершпехер» ……………………………………………………………….22
1.3.3 Основные данные турбокомпрессора фирмы «Эбершпехер» ………24
1.3.4 Определение экспериментальных величин .…………………………25
1.3.5 Методика испытаний …………………………………………………27
2 Формирование технического задания на проектирование стенда .…………32
3 Схема измерений стенда и её описание …………...…………………………38
3.1 Описание схемы стенда …………………………....……………………38
3.2 Измеряемые параметры …………………………....……………………41
3.2.1 Датчики измерения давления …………………………....……………41
3.2.2 Датчики измерения температуры .…………………………....………43
3.2.3 Определение расхода воздуха ..…………………………....…………44
3.2.4 Измерение расхода топлива ..…………………………....……………45
3.2.5 Измерение частоты вращения ..…………………………....…………46
3.2.6 Регистрация измеренных параметров ..…………………………....…47
4 Методика обработки результатов измерений ...…………...…………………49
4.1 Алгоритм проведения испытаний и обработки результатов
измерений для компрессора .………….…………………………....………50
4.2 Алгоритм проведения испытаний и обработки результатов
измерений для турбины ….…………………………....……………………52
4.3 Алгоритм проведения испытаний и обработки результатов
измерений для турбокомпрессора .…………………………....……………56
5 Методика определения погрешности измерений ....…………………………60
6 Термогазодинамический расчет турбокомпрессора …………………………71
6.1 Газодинамический расчет центробежного компрессора ………………71
6.1.1 Предварительный расчет центробежного компрессора .……………71
6.1.2 Расчет параметров потока на входе в рабочее колесо ………………75
6.1.3 Расчет параметров потока в характерных сечениях проточной
части компрессора за рабочим колесом ……………………………………77
6.1.4 Профилирование основных элементов проточной части ЦБК ...……84
6.2 Расчет газовой турбины ТКР ..………………………………...………..94
6.2.1 Параметры потока на выходе из соплового аппарата .……………...96
6.2.2 Параметры потока на входе в рабочее колесо ..……………………...97
6.2.3 Параметры потока на выходе из колеса ..……………………………98
6.2.4 Параметры турбины в целом …………………………………...……100
6.2.5 Геометрические параметры турбины .………………………………100
7 Конструктивная схема экспериментальной установки и её описание …….102
8 Технология сборки экспериментальной установки ………………………..104
9 Конструктивная схема стенда и её описание ……………………………….105
10 Вопросы безопасности жизнедеятельности и экологии при проведении
испытаний турбокомпрессоров ……………………………………………….109
10.1 Анализ устойчивости работы технических систем в
разрабатываемом стенде …………………………………………………...109
10.2 Разработка мероприятий, обеспечивающих безопасность
эксплуатации стенда ………………………………………………………111
10.2.1 Вентиляция помещения для испытания турбокомпрессоров …….112
10.2.2 Защита окружающей среды ………………………………………..114
10.2.3 Борьба с шумом при работе на стенде …………………………….115
10.2.4 Пожарная безопасность в лаборатории для испытания
турбокомпрессоров ………………………………………………………..117
10.3 Санитарно-гигиеническая характеристика проектируемого
помещения …………………………………………………………………119
10.4 Выводы по разделу БЖД …………………………………………….120
11 Экономический раздел ……………………………………………………..121
11.1 Определение себестоимости стенда …………………………………121
11.2 Определение стоимости одного часа эксплуатации стенда ………..128
11.3 Выводы по разделу ……………………………………………………131
Заключение …………………………………………………………………………133
Список литературы ………………………………………………………………...135
Введение
Повышение литровой мощности составляет одну из основных проблем современного автомобильного двигателестроения. При существующих и все возрастающих скоростях движения автомобилей и повышающихся требованиях к их динамическим качествам важно, чтобы двигатели при ограниченных размерах имели большой запас мощности и возможно меньший удельный вес. Поэтому существует постоянная необходимость в совершенствовании конструкции двигателей с целью лучшего использования рабочего объема цилиндров.
В практике это достигается путем увеличения числа оборотов вала двигателя, повышения степени сжатия, совершенствования камер сгорания и улучшения весового наполнения цилиндров.
Число оборотов вала в бензиновых двигателях в настоящее время стабилизировалось примерно на уровне 5000 – 7000 оборотов в минуту, а в дизелях современных автомобилей достигает 4000 – 4500 об/мин. Дальнейшее увеличение числа оборотов вала указанных двигателей по соображениям долговечности их не целесообразно.
Степень сжатия служит эффективным способом повышения литровой мощности и экономичности двигателей, но в двигателях работающих по циклу Отто этот параметр достиг уже своих разумных пределов и в ряде существующих моделей равен 10 – 12. В дизелях степень сжатия выбирается равной 14 – 22 в зависимости от принятого способа смесеобразования. Поэтому форсирование двигателей за счет увеличения степени сжатия ограниченно практическими возможностями этого способа.
Камеры сгорания оказывают исключительно большое влияние на технико-экономические показатели двигателей и в связи с этим непрерывно совершенствуются.
Весовое наполнение цилиндров сохраняет еще значительный резерв для увеличения литровой мощности современных двигателей. Чтобы улучшить весовое наполнение, используют многокамерные системы питания, системы питания с впрыском топлива во впускной трубопровод, совершенствуют впускной и выпускной тракты двигателя, применяют наддув и другие способы.
Переход на многокамерные системы питания снижает сопротивление впускного тракта, что заметно улучшает наполнение цилиндров. Еще больший эффект получают путем замены обычного карбюраторного питания впрыском топлива во впускной тракт, непосредственно в зону клапанов. При одновременном изменении конструкции впускных и выпускных трубопроводов, снижение до минимума сопротивления впускного тракта и использовании для улучшения очистки цилиндров эжекционного эффекта на выпуске отработавших газов этот метод позволяет повышать мощность двигателя на величину, достигающую иногда порядка 30% от его номинальной мощности при работе с обычным карбюраторным питанием. Однако наибольшими возможностями обладает способ наддува двигателей.
Наддув двигателей – это процесс, обеспечивающий увеличение наполнения цилиндров сравнительно с возможным наполнением их при давлении окружающей среды. Поэтому все четырехтактные двигатели, в которых давление на входе в цилиндры превышает давление окружающей среды, относятся к двигателям с наддувом. В двухтактных двигателях весовое наполнение цилиндров зависит также от общей организации процессов газообмена и величина избыточного давления на входе в цилиндры еще не определяет их наддув.
Увеличение весового наполнения цилиндров повышает мощность двигателя и снижает вес, приходящийся на единицу мощности; позволяет создавать семейство двигателей одного типоразмера с широким диапазоном мощностей без изменения основных деталей и узлов базового двигателя. Наддув имеет и другие преимущества. При работе, например, в высокогорных условиях наддув предотвращает резкое снижение мощности двигателей по мере уменьшения плотности воздуха с увеличением высоты.
Увеличение плотности свежего заряда, поступающего в цилиндры при наддуве, повышает температуру и давление в конце сжатия и позволяет в том же их объеме сжигать большее количество топлива. Соответственно с этим в двигателях с наддувом увеличивается количество тепла, выделяющееся в процессе сгорания, повышаются также максимальное и среднее давление цикла. В результате механическая и тепловая напряженность деталей его кривошипно-шатунного механизма возрастают, что накладывает определенные ограничения на выбор величины давления наддува.
По величине создаваемого на впуске в цилиндры избыточного давления, т.е. по степени повышения давления, наддув разделяют на низкий, с давлением на впуске до 0,15 МПа, средний – до 0,2 МПа и высокий – при давлении выше 0,2 МПа.
По методу, используемому для повышения степени наддува, различают наддув с помощью нагнетателей и газодинамический наддув. В зависимости от привода нагнетателя различают системы наддува: с механическим приводом нагнетателя, газотурбинный наддув и комбинированный наддув. В рамках данной работы остановимся на рассмотрении газотурбинного наддува.
Турбонаддув поршневых двигателей основан на использовании энергии отработавших газов, вытекающих на рабочие лопатки колеса турбины, которую располагают на одном валу с лопаточным нагнетателем, как показано на рисунке 1. При работе двигателя с турбонаддувом выхлопные газы подаются в турбину, где отдают часть своей энергии, раскручивая ротор турбокомпрессора, и затем поступают через приемную трубу в глушитель. На одном валу с лопаточным колесом турбины находится колесо компрессора, который засасывает воздух из воздушного фильтра, повышает его давление на 30-80% (в зависимости от степени наддува) и подает в двигатель. В один и тот же литраж (объем) двигателя поступает большее по весу количество рабочей смеси и, следовательно, обеспечивается достижение на 20-50% большей мощности, а за счет использования энергии выхлопных газов повышается КПД двигателя и снижается удельный расход топлива на 5-20%.
Рисунок 1 – Принципиальная схема турбонаддува
У двигателей с наддувом при сжатии воздуха в компрессоре температура его повышается. Так, например, при степени повышения давления 
и КПД компрессора 
температура воздуха в компрессоре повышается приблизительно на 
[2]. С увеличением температуры воздуха уменьшается его плотность. Кроме того, рост начальной температуры воздуха повышает среднюю температуру рабочего цикла и теплонапряженность деталей двигателя. Для повышения плотности наддувочного воздуха и снижения теплонапряженности деталей применяют охлаждение воздуха перед поступлением его в рабочие цилиндры (промежуточное охлаждение).
Среди ведущих мировых производителей и разработчиков дизельных двигателей в 90-е годы сформировалась концепция о том, что система турбонаддува является неотъемлемым компонентом современного экологически чистого двигателя. При этом турбонаддув, в отличие от 70-80-х годов, перестал рассматриваться как средство форсирования двигателей, и подавляющее большинство современных базовых моделей дизелей проектируются и разрабатываются с наддувом.
Турбонаддув бензиновых двигателей приобретает в настоящее время все более широкое распространение, несмотря на некоторые возникающие при этом проблемы. Первая - это детонация, появляющаяся вследствие повышенного давления конца такта сжатия и накладывающая ограничения по максимальной величине объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышенные требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Во-вторых, предельно высокая максимальная температура рабочего цикла бензинового двигателя с турбонаддувом требует повышенного внимания к выбору материалов выпускной системы и лопаток турбины, конструкции корпусных деталей турбокомпрессора (ТКР), необходимости дополнительного охлаждения подшипникового узла ТКР, а также к эксплуатационным качествам моторного масла.
При постановке турбокомпрессора на двигатель необходимо иметь характеристики, определяющие эффективность ТК на режимах совместной работы турбины и компрессора. Эти характеристики можно получить путем раздельного испытания турбины и компрессора. Однако данный способ имеет некоторые недостатки: во-первых, необходимо иметь высокооборотное тормозное устройство и, во-вторых, что более важно, невозможно разделить турбокомпрессор на его составные части без существенных конструктивных изменений, так как в подобных агрегатах колеса турбины и компрессора обычно имеют один общий вал с общими подшипниками. Таким образом, возникает необходимость в использовании стенда для испытаний турбокомпрессора, который в свою очередь рассматривается в качестве единого агрегата наддува ДВС.
1 Аналитический обзор технической литературы по стендам для
исследования малоразмерных турбокомпрессоров и их элементов
1.1 Развитие отечественных турбокомпрессоров
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
