Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: расчет турбокомпрессора для наддува ДВС

Выполнил: Проверил:

Студент гр.з53225/1 Сидоров А.А.

Корепин А.М.

2017



1. Обоснование и выбор исходных данных

Двигатель 4G94.

Мощность

Частота оборотов n = 6000 об/мин.

Рабочий объем

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент продувки ц = 1,08

Низшая теплотворная способность топлива

Количество воздуха, теоретически необходимого

для полного сгорания 1 кг. топлива

Индикаторный КПД

Коэффициент наполнения

Механический КПД

Рассчитаем эффективное давление

Показатель политропы

Температура наддува

Неизвестно давление наддува, но известно, что температура наддува , поэтому примем для начала К, тогда

Следовательно

Температура укладывается в интервал, но на пределе, поэтому принимаем и устанавливаем за компрессором охладитель воздуха.

В охладителе воздуха имеются потери давления, учтем их в компрессоре.

Давление на выходе из компрессора

Эффективный удельный расход топлива

Расход воздуха

2. Газодинамический расчет центробежного компрессора

Расчет производится на нормальные условия, т.е.:

Задаваемые величины:

1. Потери во входном тракте компрессора, в фильтре и глушителе шума всасывания

2. Потери во впускном трубопроводе двигателя

3. Скорость потока в сечении Н-Н

4. Коэффициент потерь во входном патрубке (при осевом патрубке)

5. Коэффициент сжатия в патрубке

6. Коэффициент закрутки потока на входе

7. Коэффициент теоретического напора для колеса с радиальными на входе лопатками с

8. Коэффициент расхода

9. Диффузорность потока в межлопаточных каналах колеса с учетом стеснения

10. Коэффициент потерь рабочего колеса

11. Втулочное отношение

12. Число лопаток рабочего колеса на входе

13. Коэффициент стеснения на входе

14. Относительная толщина лопаток на входе на среднем диаметре

15. Угол атаки на расчетном режиме на входе (для расчетов угол атаки можно принимать одинаковым на всех диаметрах)

16. Относительный осевой зазор между корпусом и торцами лопаток на входе

17. Относительная ширина безлопаточного диффузора на выходе

18. Замедление скорости в безлопаточном диффузоре

19. Политропный КПД безлопаточного диффузора

20. Замедление скорости в лопаточном диффузоре

21. Политропный КПД лопаточного диффузора

22. Угол атаки на расчетном режиме на входе в диффузор

23. Угол отставания потока на выходе в диффузор

24. Относительный диаметр выхода из диффузора

25. Относительная ширина диффузора на выходе

26. Коэффициент потерь улитки

27. Число выходов из улитки

28. Скорость в выходном сечении К-К диффузора улитки

29. Угол раскрытия выходного диффузора улитки

30. Адиабатный КПД ступени по статическим параметрам

Расчет компрессора:

1. Полное давление в сечении Н-Н

2. Полная температура в сечении Н-Н

3. Статическая температура в сечении Н-Н

4. Статическое давление в сечении Н-Н

5. Плотность в сечении Н-Н

6. Объемный расход

7. Отношение давлений компрессора по статическим параметрам

8. Адиабатический напор (теплоперепад) компрессора по статическим параметрам

9. Внутренний напор по статическим параметрам

10. Внутренний напор по полным параметрам

11. Статическая температура в сечении К-К

12. Полная температура в сечении К-К

13. Полное давление в сечении К-К

14. Отношение давлений компрессора по полным параметрам

15. Адиабатическая работа компрессора по полным параметрам

16. Адиабатический Кпд компрессора по полным параметрам

17. Коэффициент потерь дискового трения

18. Коэффициент адиабатического напора ступени по статическим параметрам

19. Окружная скорость рабочего колеса

20. Коэффициент адиабатического напора ступени по полным параметрам

21. Коэффициент внутреннего напора

22. Диаметр рабочего колеса

23. Диаметр втулки

24. Относительный диаметр входа, соответствующий на диаметре минимуму относительной скорости на входе в решетку

25. Диаметр входа, обеспечивающий минимум относительной скорости

26. Уточненное значение относительного диаметра в ходе

27. Отношение диаметра втулки к диаметру входа

28. Относительный средний диаметр входа

29. Площадь входного сечения колеса

30. Параметры потока на входе перед колесом в сечении 1-1.

Предварительно

-осевая составляющая абсолютной скорости

-абсолютная скорость на входе на среднем диаметре

-потери во входном патрубке

-полное давление

-полная температура

-статическая температура

-статическое давление

-плотность

турбина компрессор профилирование сечение

- новое отношение плотностей

- массовый расход

31. Уточненное значение коэффициента расхода

32. Углы относительного потока на входе в колесо

33. Входные углы лопаток

34. Толщина лопаток на входе

35. Коэффициент стеснения на входе

36. Относительная скорость на среднем диаметре на входе с учетом стеснения

37. Относительная скорость на наружном диаметре на входе с учетом стеснения

38. Максимальное число М на входе

39. Коэффициент расхода на входе

40. Относительная скорость на входе на колеса с учетом стеснения

41. Радиальная составляющая скорости на выходе с учетом стеснения

42. Абсолютная скорость потока на выходе с учетом стеснения

43. Полная температура за колесом

44. Статическая температура на выходе из колеса

45. Толщина лопаток колеса на выходе

46. Коэффициент стеснения потока на выходе

47. Статическая температура за колесом

48. Потери напора в рабочем колесе

49. Работа дискового трения

50. Показатель процесса сжатия в колесе

51. Статическое давление за колесом

52. Полное давление за колесом

53. Статическое давление на выходе колеса

54. Плотность газа на выходе колеса

55. Высота лопаток на выходе колеса

56. Относительная высота лопаток колеса на выходе

57. Высота сечения за рабочим колесом

58. Плотность газа в сечении за рабочим колесом

59. Расходная составляющая скорость за рабочим колесом

60. Абсолютная скорость за рабочим колесом

61. Число М за рабочим колесом

62. Коэффициент расхода в сечении за рабочим колесом

63. Направление абсолютного потока за рабочим колесом

64. Отношение давлений колеса по статическим параметрам

65. Адиабатический напор колеса по статическим параметрам

66. Динамический напор колеса

67. Адиабатический КПД колеса по статическим параметрам

68. Отношение давлений колеса по полным параметрам

69. Адиабатический напор колеса по полным параметрам

70. Адиабатический КПД колеса по полным параметрам

71. Показатель процесса сжатия в безлопаточном диффузоре

72. Ширина безлопаточного диффузора на выходе

73. Скорость на выходе безлопаточного диффузора

74. Полная температура на выходе безлопаточного диффузора

75. Статическая температура на выходе безлопаточного диффузора

76. Статическое давление на выходе безлопаточного диффузора

77. Полное давление за безлопаточным диффузором

78. Плотность газа на выходе безлопаточного диффузора

79. Угол потока на выходе безлопаточного диффузора

80. Диаметр выхода безлопаточного диффузора

81. Относительный диаметр выхода безлопаточного диффузора

82. Число М на выходе безлопаточного диффузора

83. Скорость после лопаточного диффузора

84. Показатель процесса сжатия в лопаточном диффузоре

85. Полная температура на выходе лопаточного диффузора

86. Статическая температура за лопаточным диффузором

87. Статическое давление за лопаточным диффузором

88. Полное давление за лопаточным диффузором

89. Плотность на выходе диффузора

90. Диаметр выходного диффузора

91. Ширина диффузора на выходе

92. Расходная составляющая скорости на выходе из лопаточного диффузора

93. Направление потока на выходе лопаточного диффузора

94. Отклонение потока в лопаточном диффузоре

95. Входной угол лопаток диффузора

96. Выходной угол лопаток диффузора

97. Число лопаток диффузора из условия оптимального относительного шага

Принимаем

98. Радиус выходного сечения улитки

99. Радиусы промежуточных поперечных сечений улитки

= 0,000835 м

100. Плотность газа в выходном сечении диффузора улитки

101. Радиус выходного сечения диффузора улитки

102. Длина выходного диффузора улитки

103. Потери напора в улитке и выходном диффузоре

104. Давление в выходном сечении компрессора

Расхождение с давлением , рассчитанным в разделе 1 составляет 0,5% - это приемлемо.

3. Профилирование проточного тракта ступени турбины

Профилирование меридианного обвода рабочего колеса турбины

Форма меридианного обвода должна обеспечивать заданные в расчете величину и направление скорости на выходе и высокую экономичность, что связано с необходимостью обеспечения безотрывного течения (на расчетном режиме) и с требованиями определенного распределения скоростей по сечению. При этом должны соблюдаться требования технологичности.

Единых правил выбора формы меридианного обвода нет, и для того чтобы обеспечить указанные выше требования, используем экспериментально полученные формы меридианного обвода в центростремительных турбинах (с углом лопатки на выходе 90°), обеспечивающие наибольшие значения к.п.д. (см. рис. 1).



Рисунок 1. Рабочее колесо турбины

Профилирование лопаток рабочего колеса турбины

Профилирование начнем со средней линии лопаток. Для нахождения угла наклона лопатки используем формулу:

Принимаем

Находим диаметр вписанной окружности в межлопаточном тракте на выходе из рабочего колеса турбины:

где , - коэффициент, учитывающий форму (размеры) выходной кромки лопатки

- количество лопаток турбины

По полученному числу лопаток определяем:

После этого произведем расчет диаметра вписанной окружности в межлопаточном тракте :

Спрофилируем лопатки рабочего колеса турбины:

Рисунок 2. Профилирование рабочих лопаток

4. Профилирование соплового аппарата ступени турбины

У центростремительных турбин небольшого размера сопловые лопатки часто выполняют прямолинейными, что существенно упрощает технологию и практически не ухудшает экономичности турбины.

В случае профилирования сопловых лопаток по дугам круга или по каким-либо другим кривым поток газа будет отклоняться от направления выходных кромок лопаток. Учет угла отклонения (отставания) можно производить обычным способом, известным из теории решеток, или пользуясь опытными зависимостями, аналогичными приведенным на рис.

Выходные концы сопловых лопаток можно выполнять в форме логарифмических спиралей с углом подъема б_1с.

Построение спирали можно вести, пользуясь формулой:

.

Задаваясь рядом значений углов поворота ц, определяем на соответствующих радиусах R точки средних линий лопаток соплового аппарата.

Проектирование соплового аппарата начинаем с выбора величины радиального зазора между рабочим колесом и сопловым аппаратом:

Находим величину выходного диаметра соплового аппарата:

.

Выбираем число сопловых лопаток:

Z=21.

Определяем шаг на выходном диаметре сопловой решетки:

Угол отставания потока на выходе из сопловой решетки ничтожно мал и его можно не учитывать. Следовательно,

б_1с= б₁=24°.

Определяем ширину горла соплового канала:

Задаемся густотой сопловой решетки на выходном диаметре ее:

.

Находим величину хорды сопловой лопатки:

b = 1*t=13,9 (мм).

Размеры для входного диаметра соплового аппарата и газоподводящих устройств (входного ресивера или улитки) можно выбирать из чисто конструктивных (компоновочных) соображений.

Если число сопловых лопаток и густота решетки выбраны, то входной радиус определяется по формуле:

Толщину лопатки примем из прочностных соображений равной д = 2,5 мм.

Спрофилированный по описанному методу сопловой аппарат турбины представлен на рис. 8 и на чертеже КП.АН.401.435.000.04.ВО

Рисунок 3. Проектирование соплового аппарата ступени турбины

5. Проектирование улитки ступени турбины

В центростремительных турбинах, как правило, рабочее тело от входного патрубка поступает в сборочный коллектор (улитку). К улитке могут подходить один или несколько входных патрубков, количество которых определяется радиальной компоновкой целого узла (двигатель или агрегат), включающего турбину. Направляющий аппарат обеспечивает при минимальных потерях равномерную по величине и по направлению скорость на входе в рабочее колесо.

Если не учитывать трения рабочего тела о стенки, то для скорости С_u в улитке справедлив закон площадей, вытекающий из закона сохранения момента количества движения:

C_ur = C_uдr_д,

где С_u и С_uд - окружные скорости потока газа в улитке и на входе в сопловой аппарат (лопаточный диффузор).

Следствием, вытекающим из этого закона, является выражение, позволяющее спроектировать профиль улитки:

ц =180/П/tgб/k_л·2,3·lg (Rц/Ro),

где R₀ и R_ц - начальный и текущий радиусы улитки,

R₀=R_д·1,03=53,5·1,03=55,105 (мм);

k_л =0,7 - коэффициент, учитывающий потерю количества движения в улитке и отставание потока (К_л =0,7.. 0,85 [1]);

б_вх = 14° - угол входа потока в сопловой аппарат.

Задаваясь рядом значений R_ц, строим график

ц = f(R_ц)

(см. рис. 9). Исходя из компоновочных соображений, руководствуясь выражением

F=F₀* ц/2П,

принимаем высоту улитки равной:

h =(R_ц - R₀)/2.

Таким образом, используя графическую зависимость

R = f (ц),

определяем радиус улитки R_ц и ее высоту

h = R_ц - R₀.

55,1	2,601429	1	56,10143
55,1	2,601429	2	58,70286
55,1	2,601429	3	61,30429
55,1	2,601429	4	63,90571
55,1	2,601429	5	66,50714
55,1	2,601429	6	69,10857
55,1	2,601429	7	71,71
55,1	2,601429	8	74,31143
55,1	2,601429	9	76,91286
55,1	2,601429	10	79,51429
55,1	2,601429	11	82,11571
55,1	2,601429	12	84,71714
55,1	2,601429	13	87,31857
55,1	2,601429	14	89,92

Таким образом, спрофилирована улитка турбинной ступени, геометрические размеры которой приведены на рис. 11 на чертеже КП.АН.401.435.000.04.ВО.

Размещено на Allbest.ru