asyan.org
добавить свой файл
1 2 3 4


ЗМІСТ
Вступ 2

Завдання та структура курсового проекту. 3

1.Визначення основних параметрів двигуна та компресора 4-6

2.Попередне визначення колової швидкості U2. 7

3.Розрахунок та конструювання вхідної ділянки. 8-9

4.Розрахунок та конструювання робочого колеса компресора. 10-12

5. Розрахунок та конструювання без лопатного дифузора( D2-DH) 13

6. Розрахунок та конструювання лопатного дифузора компресора. 14-15

7. Розрахунок та конструювання повіт розбірної завитки. 16-18

ВСТУП

Відцентровий компресор сьогодні є домінуючим типом компресорної машини, що застосовується для наддуву поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ). Відповідно вивчення цієї машини має велике значення для майбутніх фахівців у галузі двигунобудування. Сьогоднішні турбопоршневі двигуни є дуже досконалими машинами, які мають неперевершені показники економічності серед двигунів усіх існуючих типів. Такі якості забезпечуються високим рівнем проектування та виробництва усіх елементів цих двигунів, зокрема агрегатів наддуву, у тому числі відцентрових компресорів як основних елементів цих агрегатів. Відцентрові компресори у системах наддуву сучасних двигунів звичайно мають привод від газових турбін, які поєднуються з ними у єдиному агрегаті – турбокомпресорі. Можливі й інші конструктивні рішення, але вони відносно мало розповсюджені. Проектування та виробництво агрегатів наддуву у всьому світі виділене у спеціалізовану галузь – турбокомпресоробудування. Розвиток цієї галузі сприяв створенню чисельних розрахункових методик, відповідних конструкторських наробок і виробничих технологій. При виконанні курсового проекту пропонується розглядати компресор у складі турбокомпресора, відповідно застосовуючи існуючі рекомендації щодо проектування саме таких машин. Таке рішення не виключає можливості створення компресора для іншої схеми, зокрема для схеми з механічним наддувом. але у цьому випадку можливі відхилення від пропонованої схеми проектування не будуть істотними. До того ж прив'язка схеми проектування до системи турбокомпресорів не тільки не виключає, але й обов'язково передбачає використання найбільш сучасних методів проек­тування, які застосовуються для лопатних машин, до яких належить відцентровий компресор. Складність проектування відцентрових компресорних машин пов'язана з тим, що через проточну частину компресора тече середовище, яке може стискуватися. До того ж на більшості довжини переріз проточної частини компресора розширюється вздовж руху потоку повітря. Відповідно такий канал є дифузорним, а течія у ньому звичайно має відривний характер або межує з цим режимом. До того ж математичний опис процесів у проточній частині компресора може бути дуже складним. Чим вище вимоги до точності розрахунків, тим більш складним стає математичний апарат для їх реалізації.

Курсовий проект з дисципліни "Газова динаміка та агрегати наддуву" виконується для визначення попередньою конструктивного рішення основних розмірів конструкції відцентрового компресора. У межах того лекційного курсу, що чіпається для майбутніх фахівців з двигунів внутрішнього згоряння, неможливо розглянути найбільш досконалі серед діючих розрахункових методик, де розрахунки виконують на підставі застосування рівнянь у диференціальній формі, а течії робочих тіл описують тривимірними моделями. Такі методики дають досип, точний результат щодо об'єкта проектування, але потребують дуже складного математичного апарату та застосування потужної обчислювальної техніки. Проте використання двовимірної моделі течії та звичайної системи рівнянь в інтегральних формах дозволяють зрозуміти основні фізичні особливості робочих процесів у компресорах та визначати їх основні розміри з такими відхиленнями, які несуттєві для проведення компоновочних побудов агрегату та уявлення більшості особливостей йото конструкції та роботи. Саме ці задачі є метою виконання курсового проекту з даної дисципліни.

Крім вказаного слід урахувати, що засвоєння теоретичного та практичного матеріалу, побудованої о на застосуванні відносно простих моделей на навчальному рівні, забезпечує можливість швидкого та якісного опанування більш складних розрахункових методик, які можуть опрацьовуватись вже на професійному рівні.

^ ЗАВДАННЯ ТА СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Завдання на виконання проекту маг вигляд: "Спроектувати наддувочний відцентровий компресор і Пк = 3 для двигуна 6ДКРН 60/229

Відповідно розрахунково-пояснюнальна записка повинна мати розділи:

Визначення основних парамеїрів двигуна та компресора.

Попереднє визначення колової швидкості U2.

Розрахунок та конструювання вхідної ділянки.

Розрахунок та конструювання робочого колеса компресора.

Розрахунок га конструювання ділянки безлопаточного дифузора.

Розрахунок та конструювання лопаточного дифузора.

Розрахунок та конструювання повітрозбірної завитки.

Розробка загальної компоновки компресора та його основних елементів.

Опис спроектованого компресора.

РПЗ повинна маги загальний вступ та висновок.

Загальний обсяг РПЗ 20...25 аркушів формату А4. Креслення (розріз турбокомпресора вздовж осі ротора) виконується на одному аркуші формату А1.

^ 1.РОЗДІЛ. ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ДВИГУНА ТА

КОМПРЕСОРА

Запропонований підхід до встановлення параметрів компресора, який буде проектуватися, дозволяє розглядати об'єкт проектування як частину системи наддуву ДВЗ з відповідним встановленням зв'язків між основними параметрами компресора та двигуна. Постановка задачі, при якій параметр Пк задається, для компресора не є типовою. У проекті така постановка обрана як найбільш зручна для навчального варіанта. Для реальних умов проектування Пк знаходять, звичайно як функцію заданої потужності двигуна та інших відомих його параметрів. Про те запропонований варіант задачі має право на існування не тільки в умовах навчальної схеми. Наприклад, його можна використати при проектуванні турбокомпресорів для типорозмірних рядів, коли компресори проектуються не для конкретною двигуна, а для покриття певного діапазону потужностей двигунів. Взагалі постановка задачі проектування компресора може мати багато варіантів. При опануванні mm чи іншою з них важливо не тільки вивчити єдине можливе розв'язання даної задачі, а усвідомиш наявність певних зв'язків між основними параметрами двигуна та компресора та вміти їх застосовувані. Наведений нижче матеріал дозволяє розраховувати параметри двигуна приблизно, але з достатньою точністю. Якщо змінити форму завдання, йдучи від відомих параметрів двигуна, то наведені нижче залежності можна використати або для зрозуміння існуючих зв'язків між параметрами компресора та двигуна, або для розрахунків тих параметрів, які лишилися невизначеними на підставі поданої інформації. При необхідності ці залежності з деякими змінами та доповненнями можна пристосувати для розв'язання основної задачі першого розділу у будь-якій можливій постановці.

Основними параметрами двигуна у розглядуваному випадку слід вважати його потужність, частоту обертів колінчастого вала, питому ефективність або середній ефективний тиск та питому витрату палива. Для розрахунків системи повітропостачання та її агрегатів необхідно також знати такий параметр двигуна, як розхід повітря через нього. Цей параметр, разом зі степенем підвищення тиску повітря (вже заданим) Пк, є основним розрахунковим параметром турбокомпресора, через який визначають його основний конструктивний параметр зовнішній діаметр коліс D2, а також можливу належність до ТК або ТКР.

Безпосередньо з довідникових даних або на підставі узагальненого підходу до двигуна як до представника певної групи та класу машин слід визначити та обґрунтувати для нього кількість обертів колінчастого вала за хвилину, можливу питому витрату палива, коефіцієнт надлишку повітря при згорянні, коефіцієнт остаточних газів та їх температуру, степінь стиску, температуру повітря у ресивері, втрату тиску повітря на вході його у циліндр або значення відношення (у частках одиниці), втрату тиску повітря на шляху від компресора до ресивера або значення відношення , коефіцієнт продувки. На підставі цих даних можна розрахувати розхід повітря через двигун та компресор відповідно і визначити потужність двигуна та середній ефективний тиск його робочою циклу. Для розв'язання задачі використовується система з двох рівнянь. Перше є рівнянням розходу повітря через двигун як через конструкцію з певними розмірами відомих змінних об'ємів та відомими умовами проходження повітря через них. Друге є рівнянням розходу повітря з урахуванням відомих умов згоряння палива у певних кількостях:

(1)

(2)

де Vs змінний об'єм циліндра м3 Vs = (D2/4)S; D діаметр циліндра; м, S – хід поршня, м: Рs тиск повітря у ресивері двигуна. Па; – коефіцієнт наповнення циліндра; R - питома газова стала повітря, 287 Дж/(кг-К); Ts – температура повітря у ресивері, К; i – кількість циліндрів; n - частота обертів колінчастого вала, об/хв; – коефіцієнт тактності; дорівнює 2 для чотиритактних та 1 для двотактних; φa – коефіцієнт продувки; Ne – потужність двигуна, кВт; L0 - теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива, кг/кг; для палива середньою складу L0 - 14,3 кг/кг,

– питома витрата палива, кг/(кВт год.);α – коефіцієнт надлишку повітря при згорянні палива у циліндрі.

Коефіцієнт наповнення циліндра розраховується за формулою

(3)

де – оцінює втрату тиску повітря на вході у циліндр; Та – температура повітря у циліндрі на початку стискання, К; γr – коефіцієнт залишкових газів, ε – степінь стиску.

Значення Та визначаться за формулою

(4)

де ΔT підігрів повітря внаслідок теплообміну та переходу у теплоту газодинамічних витрат енергії під чає проходження через впускні клапани, К; Tr ( температура залишкових газів у циліндрі, К.

При обчисленні розходу повітря за рівнянням (1) значення Тs слід визначати з урахуванням того, що повітря за компресором охолоджується звичайною рекуперативною системою охолодження, де холодоагентом є навколишнє повітря або забортна вода. Температура Т01 таких холодоагентів може досягати 300...310 К і вище для найбільш спекотних періодів року та для низьких широт. Значення Тs обчислюється за формулою

(5)

де ηо коефіцієнт корисної дії системи охолодження за охолодженням наддувачного повітря; звичайно він не перевищує значень 0,7...0,8; Tк – температура повітря після компресора. Температура Tk визначається за формулою

(6)

де Пк – степінь підвищення тиску повітря у компресорі,

Пк = Рk0; Рk – тиск повітря за компресором; Р0тиск навколишнього повітря; ηад – адіабатний ККД компресора.

Значення Ps розраховується за виразом



де слід обирати як довідникове числове значення, яке згідно з попереднім характеризує втрату тиску на шляху від компресора до ресивера та становить у середньому 0,98...0,99.

Більшість довідникових параметрів у рівняннях (1) та (2) можна знайти в [3, 5, 10]. Певні ускладнення можуть бути з визначенням такого параметра, як α. Відомо, що збільшення α веде до зменшення питомої витрати палива. Практично здійснити збільшення α не важко як для двигунів і наддувом, так і безнаддувних просто за рахунок зменшення циклової дози палива, але відповідно зменшиться потужність двигуна. Такий підхід відповідає роботі звичайного двигуна на режимах зменшених потужностей. Це зменшення для номінального режиму регламентується питомим значенням потужності, яке припадатиме на одиницю маси або об'єму двигуна. Відповідно для безнаддувних двигунів доводиться підтримувати необхідне значення питомої потужності за рахунок відносно малих значень α, що дорівнюють 1,4…1,6. Із застосуванням наддуву питома потужність, як відомо, може зростати при інших рівних умовах. Отже, можна забезпечити підвищення α, що позитивно вплине на економічність двигуна, а відповідне можливе зниження питомої потужності можна компенсувати підвищенням тиску наддувочного повітря Рк водночас і підвищенням циклової дози палива. Таким чином, зі збільшенням Рк можна переходити на збільшені α, причому тим більші, чим більше значення Рк Слід розуміти, що зв'язок між α та Рк не прямий, до того ж він буде залежати від призначення двигуна та можливих вимог щодо відповідної комбінації його якостей (головним чином до компактності та економічності). Для двигунів підвищеної компактності значення а будуть зменшеними при інших рівних умовах. Орієнтовно можна обирати для Пк = 1,5... 1,8 α = 1.6…1,9; для Пк = 1,8...2,5 α= 1.9...3; для Пк = 2,5...4.5 α = 3...4,5.

Для обчислення розходу повітря слід застосовувати рівняння (1), де усі складові неважко встановити з урахуванням наведених рекомендацій. Для визначення потужності двигунів слід розв'язати систему рівнянь (1) і (2) відносно Ne. Відповідно будемо мати

(7)

або

(8)

де ηн обчислюється з використанням формул (3) і (4), a Ts – з використанням (5) і (6).

Для визначення середнього ефективного тиску слід урахувати зв'язок цього параметра з потужністю двигуна, який можна записати так

(9)

На підставі (7) – (9) маємо:

(10)

^ 2. РОЗДІЛ. ПОПЕРЕДНЄ ВИЗНАЧЕННЯ КОЛОВОЇ ШВИДКОСТІ U2

Розрахунки компресорного ступеня виконуються, як і розрахунки інших, досить складних технічних об'єктів, на підставі так званого спадного способу проектування. Цей спосіб полягає у тому, що об'єкт, який проектується, з самого початку проектування вважають визначеним у більшості основних параметрів, а далі виконується розрахункова перевірка відповідності цих параметрів вимогам до забезпечення необхідних якостей спроектованого об'єкта. Можна також сказати, що при розрахунках ступеня розв'язується так звана обернена задача, коли відомі усі конструктивні параметри об'єкта та параметри енергопостачання і робочого тіла на вході, а обчислюються параметри робочого тіла на виході усіх елементів проточної частин та на виході самого об'єкта. У разі невідповідності отриманих параметрів виконують наступне розрахункове наближення, коригуючи конструктивні параметри та параметри енергопостачання об'єкта проектування. Отже, такий спосіб проектування потребує виконання ряду наближень, ітерацій. І ці, можливо багаторазові повернення до початку розрахунків, не слід вважати помилками проектувальника, а необхідністю дотримування певної методології, якій немає альтернативи при проектуванні складних технічних об'єктів.

Отже, приблизне значення U знайдемо з виразу



k – показник адіабати для повітря; k = 1,4



Коефіцієнт можна вибрані за табл. 1, де значення цього параметра пов'язане з зовнішнім діаметром колеса D2, а також з наявністю або відсутністю лопатною дифузора.

Після визначення U2, частота обертів ротора за хвилину розраховується за виразом





Параметр

Позначення та одиниці вимірювання

^ Джерела інформації, формули

Значення

1

Адіабатна робота стиску в компресорі

Lад, Дж/кг



124242

2

Колова швидкість на діаметри D2

U2



429



следующая страница >>