Совершенствование дизелей в направлении увеличения агрегатной мощности и улучшения технико-экономических показателей методом газотурбинного наддува. Газодинамический расчет компрессора. Параметры воздушного потока. Профилирование колеса компрессора.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

• Введение
• 1. Газодинамический расчет компрессора
• 1.1 Исходные данные для расчета
• 1.2 Основные показатели компрессора
• 2. Параметры воздушного потока на входе в РК
• 2.1 Геометрические параметры РК
• 2.2 Кинематика потока на входе в колесо
• 2.3 Параметры воздушного потока на выходе из колеса
• 2.4 Определение параметров воздушного потока и геометрических параметров безлопаточного (щелевого) диффузора
• 2.5 Определение параметров воздушного потока и геометрических параметров лопаточного диффузора
• 2.6 Определение параметров воздушного потокав улиточном воздухосборнике и на выходе из компрессора
• 3. Профилирование колеса компрессора
• 3.1 Профилирование лопатки ВНА
• 3.1.1 Метод параболы
• 3.1.2 Профиль канала ВНА
• 3.2 Профилирование меридионального сечения рабочего колеса
• 4. Профилирование лопаточного диффузора
• 4.1 Построение лопаток диффузора, очерченных дугой окружности
• 5. Профилирование воздухосборника
• Литература

Введение

Повышение производительности тракторов и автомобилей определяется их энерговооруженностью. Поэтому одна из основных тенденций развития ДВС является повышение агрегатной мощности, при этом повышение мощности не должно сопровождаться существенным увеличением габаритов и массы двигателя. Решение данной задачи достигается применением наддува двигателя внутреннего сгорания, т.е. увеличение массового заряда воздуха путем повышения давления, создаваемого специальным компрессором, при одновременном увеличение подачи топлива. Этот путь повышения мощности наиболее целесообразно осуществлять при условии привода компрессора от газовой турбины, работающей на энергии отработанных газов.

Совершенствование дизелей в направлении увеличения агрегатной мощности и улучшения его технико-экономических показателей методом газотурбинного наддува является наиболее характерной тенденцией дизелестроения последнего времени.

В настоящее время применение газотурбинного наддува позволяет повысить мощность автомобильных и тракторных двигателей на 50-150%.

Сочетание ПДВС и турбокомпрессора открывает возможности получения необходимых характеристик силовой установки. Чтобы применение газотурбинного наддува позволило решить поставленные задачи, турбокомпрессор должен иметь благоприятные для двигателя характеристики и высокие КПД.

компрессор газотурбинный наддув центробежный

1. Газодинамический расчет компрессора

1.1 Исходные данные для расчета

Ро=125000 - давление окружающей среды, Па;

То=320 - температура окружающей среды, К;

Пк=1.9 - степень повышения давления в компрессоре;

Gv=0.43 - расход воздуха, кг/с;

1.2 Основные показатели компрессора

Адиабатическая работа сжатия в компрессоре

Lад=RЧTa (1)

где К=1.4 - показатель адиабаты

R=287.3, Дж/кг*град. - газовая постоянная для воздуха

Та=То - = 294.35 - температура воздуха на входе во входное устройство компрессора.

Lад=RЧTa=47896,17 [Дж/кг]

Са=70, м/с - скорость воздуха на входном устройстве колеса.

На основание опытных данных выбираем коэффициент адиабатического напора ш=0.58…0.73, при этом следует

руководствоваться рекомендациями (1. табл.2.1)

Окончательный выбор ш=0.68

Необходимая окружная скорость на выходе из РК.

U2==264,6779, м/с U2<500…520 м/с

2. Параметры воздушного потока на входе в РК.

Значение абсолютной скорости выбираем в пределе С1=40…150м/с

принимаем С1=144,6325 м/с.

Производим проверку на устойчивость движения потока в колесе компрессора С1/U2 С1/U2=0,5464

Температуру воздушного потока на входе в РК компрессора определяем по уравнению энергии Qнар=0.

Т1=Та - =282,5928, К

где Ср=1005-теплоемкость воздуха при постоянном давлении, Дж/кгЧгр.

Оценим потери на трение во входном устройстве

Lтр=ж= 627,5568, Дж/кг

где ж = 0.06 - коэффициент потерь энергии во входном устройстве для осевого входа.

Найдем показатель политропы процесса, происходящего во входном устройстве:

=-> n=1,36858

Давление воздуха на входе в РК:

Р1=Ро=89452,84, Па

Плотность воздуха на входе в колесо:

с1=Р1/ (RT1) = 1,101787, кг/м3

Площадь на входе:

F1=Gв/ (с1ЧC1) = 2,510132Е-03, м²

2. Параметры воздушного потока на входе в РК

2.1 Геометрические параметры РК

Диаметр колеса на входе:

D1==64 мм, выберем D1=64 мм

где D0/D1=0.25.0.5, выбираем D0/D1=0,46875

Диаметр втулки рабочего колеса:

D0= (D0/D1) ЧD1=30 мм, выбираем D0=30 мм.

Диаметр рабочего колеса:

D2=D1/ (D1/D2) =110 мм, выбираем D2=110 мм.

где D1/D2=0.55.0.75 на основание статических данных, выбираем D1/D2=0,581818

Средний диаметр на входе в колесо:

D1ср=0.5 (D1-D0) +D0=47мм

Шаг лопаток на среднем диаметре колеса на входе:

t1ср=рD1ср/zл=9,2284 мм

где zл=16 - число лопаток на среднем диаметре колеса на входе, выбирается

по аналогии с существующими конструкциями zл=12…25

Коэффициент загромождения входа на среднем диаметре:

ф1ср=1-д1ср/t1ср=0,92 мм

где д1cр - толщина лопатки на среднем диаметре. Величина д1ср/t1ср=0.08…0.1 на основание статических данных по существующим конструкциям. Окружная скорость на среднем диаметре входа:

U1ср=U2ЧD1ср/D2=113,0896 м/с

Угол входа потока на среднем диаметре:

в1=arctg (С1/U1ср) = 51,97778 град.

при осевом входе С1а=С1. Угол установки лопаток ВНА на среднем диаметре:

в1ср=в1+ i=53,97778 град.

где i=4 град. - угол атаки, выбирается в пределах i=2…4 град.

2.2 Кинематика потока на входе в колесо

Меридиональная скорость на входе в колесо:

C1m=C1a/фср=157, 2092 м/с

Относительная скорость на входе в колесо на среднем диаметре:

W1ср==193,6595 м/с

Определим обороты рабочего колеса:

nk==45954,31 об/мин.

Скорость звука на входе в РК:

а1=20.1=338,3435 м/с

Окружная скорость колеса на диаметре D1:

U1=U2 (D1/D2) =153,9944 м/с

Относительная скорость на диаметре D1:

W1==220,0659 м/с

Число маха:

Mw1=W1/a1=0,6504216

чтобы избежать значительных потерь от скачков уплотнения необходимо иметь Mw1? (0.85.0.95).

2.3 Параметры воздушного потока на выходе из колеса

Коэффициент мощности РК:

м==0,8619694

Радиальная составляющая абсолютной скорости:

C2r= (1.05.1.1) ЧC1=151,8641 м/с

Окружная составляющая абсолютной скорости:

C2u=мЧU2= 228,1442 м/с

Угол направления потока воздуха на выходе из колеса:

б2=arctg (C2r/C2u) = 33,64971 град.

Потери энергии в РК:

а) потери во вращающемся направляющем аппарате

Lтр1=ж1Ч=4312,961 Дж/кг

где ж1=0.23 - коэффициент потерь энергии на трение в ВНА, ж1=0.1…0.3

б) потери энергии на поворот потока и трение в межлопаточных каналах

Lтр2=ж2Ч=2306,271 Дж/кг

где ж2=0.2 - коэффициент потерь энергии на поворот потока

и трение в межлопаточных каналах, ж2=0.1…0.2

в) потери энергии на трение диска о воздух

Lд=бдЧ=4203,262 Дж/кг

где бд=0.06 - коэффициент потери энергии на трение диска о воздух,

бд=0.04…0.06. Суммарные потери в колесе:

Lтр=Lтр1+Lтр2+Lд=10822,49 Дж/кг

Температура воздуха за РК с учетом теплообмена:

Т2=Т1+ (м+бдЧ0.5-) Ч/=319,4959 K

Показатель политропы процесса, происходящего в колесе:

=> n=1.618629

<...