Диплом_Марков (1231052), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

На основании опытных величин расчетным путем по общеизвестным соотношениям определяются параметры, необходимые для определения эффективных показателей и построения характеристик компрессора и турбины.

Для компрессора результаты опытов представляются в виде характеристик:

,

,

, где – адиабатная работа компрессора.

Каждая характеристика снимается при постоянной приведенной частоте вращения , но при различных параметрах газа на входе в турбину.

Для газовой турбины результаты опытов приводятся в виде поля отвлеченных характеристик, представляющих зависимости:

,

.

Проанализировав данную методику экспериментального исследования турбокомпрессоров, можно перечислить следующие ее недостатки:

1) замер физических величин производится устаревшими приборами;

2) нет автоматизации сбора и обработки информации;

3) отсутствует автоматизации проведения эксперимента.

2 Формирование технического задания на проектирование стенда

В рамках дипломного проектирования необходимо спроектировать стенд для исследования турбокомпрессора агрегата наддува. На данный момент промышленностью выпускается большое количество турбокомпрессоров с различными массогабаритными и техническими характеристиками. Желательно иметь стенд для исследований всех их моделей, однако в связи с большим разбросом параметров, это не представляется возможным. В данном разделе определяются рамки диапазонов основных параметров турбокомпрессоров, для которых будет проектироваться стенд.

Анализируя техническую литературу по турбокомпрессорам отечественного и импортного производства, был сделан вывод о параметрах турбокомпрессоров, применяемых для наддува автомобильных ДВС в современном двигателестроении.

Полное абсолютное давление на выходе из компрессора

Диапазон полного абсолютного давления на выходе из компрессора ( ) в современных турбокомпрессорах находится в пределах 150…350 кПа. Но наиболее востребован в автомобильном двигателестроении малый и средний наддув. В связи с этим ограничимся степенью повышения давления в компрессоре . Таким образом, проектируемый стенд должен быть рассчитан на исследование турбокомпрессоров с полным давлением на выходе из компрессора .

Температура на входе в компрессор

Автомобильные двигатели с наддувом эксплуатируются в различных климатических условиях, начиная от северных широт, где температура окружающей среды доходит до , до экваториальных, где достигает . Таким образом, диапазон температур на входе в компрессор находится в пределах .

Давление на входе в компрессор

Давление у поверхности земли меняется в зависимости от высоты над уровнем моря. Двигатели с наддувом могут эксплуатироваться как на море, так и в горных условиях, где давление окружающей среды значительно меньше, чем над поверхностью мирового океана. Так, на высоте около над уровнем моря . Тогда диапазон давления на входе в компрессор будет ограничен значениями .

Расход сжатого воздуха через компрессор

Анализируя параметры турбокомпрессоров, производимых современной промышленностью, диапазон расхода воздуха через компрессор составляет . Однако для наддува двигателей сравнительно небольшой мощности (до ) используются турбокомпрессоры с подачей компрессора до . Таким образом, ограничимся исследованием турбокомпрессоров с расходом воздуха через компрессор в диапазоне .

Частота вращения вала турбокомпрессора

Первые турбокомпрессоры для наддува ДВС имели расчетную частоту вращения ротора 40000-60000. Однако в процессе развития она возрастала. Это объясняется тем, что производительность компрессора напрямую связана с окружной скоростью рабочего колеса. В ранних конструкциях ТКР использовались рабочие колеса сравнительно больших размеров, соответственно и частота вращения была небольшой. Вследствие научно-технического прогресса стало возможным использование новых материалов и конструкций подшипников. Это дало возможность существенно увеличить скорость вращения ротора (до ), а, следовательно, и значительно уменьшить габариты всего агрегата в целом. Для проектирования испытательного стенда ограничимся расчетной частотой вращения ротора в пределах , а диапазон исследуемой частоты вращения примем равным .

Мощность на валу компрессора

В технической литературе по турбокомпрессорам мощность на валу компрессора не дается. Это связано с тем, что мощность, развиваемая турбиной, полностью передается компрессору, который затрачивает ее на изоэнтропическую работу сжатия (также, ее незначительная часть теряется в узлах подшипников). В связи с этим, нет такого понятия как «мощность турбокомпрессора». Однако, мощность, необходимая компрессору для выполнения поставленных перед ним задач, может быть рассчитана по формуле:

, (2.1)

где – изоэнтропическая работа сжатия воздуха в компрессоре,

– расход воздуха через компрессор,

– КПД компрессора; для современных компрессоров .

Изоэнтропическая работа сжатия рассчитывается по формуле:

, (2.2)

где – коэффициент изоэнтропы (для воздуха );

– газовая постоянная ( ).

Для определения диапазона мощностей, рассчитаем их максимальные и минимальные расчетные значения, используя принятые выше интервалы параметров.

,

;

,

.

Таким образом получается диапазон мощности на расчетных режимах, поглощаемой компрессором .

Крутящий момент на валу компрессора

Крутящий момент на валу компрессора зависит от мощности и частоты вращения и определяется из следующего соотношения:

. (2.3)

Диапазон изменения крутящего момента найдем следующим образом. Найдем наибольший крутящий момент на валу турбокомпрессора при наименьшей частоте вращения:

,

.

Итак, проектируемая испытательная установка должна быть рассчитана на испытания турбокомпрессоров с крутящим моментом на валу компрессора и турбины в пределах .

Расход отработавших газов через исследуемую турбину

Расход отработавших газов через турбину равен расходу воздуха через компрессор, при условии отсутствия утечек рабочего тела в ДВС. Поэтому .

Полное абсолютное давление на входе в турбину

Для современных автомобильных ДВС, полное абсолютное давление отработавших газов в выпускном коллекторе колеблется в пределах .

Полная температура на входе в турбину

Полная температура отработавших газов в выпускном трубопроводе современных ДВС, в соответствии с приведенным выше обзором технической литературы, находится в диапазоне .

Частота вращения, мощность и крутящий момент на валу турбины

Частота вращения, мощность и крутящий момент на валу турбины из условия работы турбокомпрессора в составе ДВС должны быть равны частоте вращения, мощности и крутящему моменту на валу компрессора. Однако, при определении мощности, необходимо учесть потери на трение в подшипниках, т.е механический КПД турбокомпрессора, который в свою очередь полностью зависит от конструкции турбокомпрессора и в современных ТКР находится в пределах .

Помимо проектирования испытательной установки, в рамках данного дипломного проекта, необходимо разработать методику испытания турбокомпрессора на этом стенде. Результатом испытаний должны явиться следующие характеристики:

Исследуемая турбина:

Мощностная характеристика:

, (2.4)

где – параметр нагруженности турбины;

– степень понижения давления в турбине;

Моментная характеристика:

, (2.5)

где – приведенный крутящий момент на валу турбины;

– кпд-характеристика турбины;

– расходная характеристика.

Исследуемый компрессор:

– напорная характеристика (напор – удельная работа на окружности рабочего колеса);

– приведенный расход воздуха;

– приведенная частота вращения.

– кпд-характеристика компрессора.

Характеристики турбокомпрессора в целом:

Зависимыми параметрами являются:

– кпд турбокомпрессора,

– приведенный расход воздуха через компрессор;

– коэффициент изоэнтропического напора компрессора;

– степень повышения давления в компрессоре.

Универсальными независимыми параметрами являются параметр нагруженности турбины (определяемый температурой газа на входе в турбину) и степень понижения давления в турбине .

3 Схема измерений стенда и её описание

3.1 Описание схемы стенда

Схема измерений стенда, представленная на рис. 3.1, состоит из следующих основных элементов: испытуемого турбокомпрессора; топливной системы; специального баллона со сжатым воздухом (вместо него может быть использована сеть питания сжатым воздухом), подающего воздух в камеру сгорания (тип камеры сгорания реактивного двигателя) на режимах запуска турбокомпрессоров; многоканального регистратора сигналов, поступающих с первичных измерительных преобразователей; панели управления; ЭВМ, применяющейся для обработки информации; специальной установки, имитирующей работу газораспределительного механизма ДВС. Возможна также схема (см. рис. 3.2) без последнего устройства, что значительно сокращает затраты на проведение испытаний.

Принцип действия установки следующий. В начале эксперимента вентиль 10 находится в закрытом состоянии. Открывая вентиль 8, воздух из специального баллона 9 (или из сети питания сжатым воздухом) поступает в камеру сгорания 3. В этот момент, топливо из бака 14, с помощью насоса 12, поступает к форсунке 4, через вентиль 5, который регулирует расход топлива. Затем, газ из камеры сгорания поступает в специальное устройство 2, имитирующее работу газораспределительного механизма в ДВС. Этот элемент необходим для создания условий работы турбокомпрессора, более приближенных к реальным, а именно, для создания пульсаций газа, которые имеют место в выпускном коллекторе реального ДВС. Для снижения затрат на испытания, а также в тех случаях, когда испытуемый турбокомпрессор применяется не для наддува поршневого двигателя, испытания можно проводить и без элемента 2. Для этого предусмотрена специальная труба 22 (см. рис. 3.2), которая крепится к трубопроводу на участке от камеры сгорания до турбокомпрессора через фланцы. Затем газ поступает в турбину турбокомпрессора 1, где после совершения работы, отводится в атмосферу. В этот момент в компрессоре производится работа по сжатию воздуха, который поступает в него из атмосферы через фильтр 20. Так как кран 10 на режиме запуска испытуемой установки находится в закрытом положении, то сжатый воздух на выходе из компрессора, через открытый вентиль 16 и дроссельную заслонку 17 выходит в атмосферу.

Характеристики

Список файлов ВКР