Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект модуль 16 В1 .docx
Скачиваний:
22
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
35.36 Mб
Скачать

Устройство и работа систем наддува / турбонаддува. Системная терминология.Системы управления.

Приводной центробежный нагнетатель (ПЦН)

Приводной центробежный нагнетатель (рис. 60) состоит из входной улитки или входного патрубка 1, крыльчатки 2, лопа­точного или безлопаточного диффузора 3, сборника или выход­ной улитки 4 и привода 5 крыльчатки.

Входная улитка или входной патрубок 1 служит для подвода воздуха в нагнетатель и закрутки его. Закрутка воздушного по­тока во входной улитке в сторону вращения крыльчатки нагнета­теля делается для того, чтобы воздух входил в крыльчатку без удара о лопатки, т. е. чтобы его скорость относительно лопаток крыльчатки была направлена по касательной к ним. Закрутка воздушного потока перед крыльчаткой в сторону ее вращения уменьшает мощность, затрачиваемую на вращение крыльчатки, и напор, создаваемый крыльчаткой.

В авиационных центробежных нагнетателях улитка не при­меняется. Воздух в таких нагнетателях поступает в крыльчатку в направлении ее оси (осевой вход). Кроме того, в некоторых нагнетателях перед крыльчаткой устанавливается направляю­щий аппарат, представляющий собой ряд лопаток, рас­положенных радиально перед входом в крыльчатку. Лопатки могут вращаться вокруг своих осей. Это так называемые пово­ротные лопатки Стечкина-Поликовского. Они дают возможность изменять закрутку воздуха на входе в крыльчатку нагнетателя во время его работы и тем самым регулировать мощность, затрачи­ваемую на его вращение, и создаваемое им давление. Во вход­ном патрубке 1 устанавливается дроссельная заслонка 6, которой можно регулировать давление наддува и количество воздуха, поступающего в нагнетатель (при наличии поворотных лопаток специальной дроссельной заслонки не требуется).

Рисунок 7.2. Схема приводного центробежного нагнетателя:

а - механизм передачи; б - входная улитка; в - выходная улитка; 1 - входная улитка (входной патрубок); 2- крыльчатка; 3-диффузор;4-выходная улитка (сборник); 5 - привод; 6 - заслонка; 7 -направляющий аппарат

Крыльчатка 2 предназначена для увеличения скорости и давления проходящего через нее воздуха. Для того чтобы обеспе­чить безударное поступление воздуха в крыльчатку как при осе­вом входе, так и при применении поворотных лопаток, входные кромки лопаток загибаются в сторону вращения, образуя по­движной направляющий аппарат 7. Подвижной направляющий аппарат может быть выполнен за одно целое с крыльчаткой или отдельно. В последнем случае он насаживается на ось или втулку крыльчатки.

Крыльчатка вместе с направляющим аппаратом приводится во вращение от коленчатого вала двигателя через шестеренчатую передачу. Число оборотов крыльчатки в современных двигателях может достигать 25000 ÷ 30000 в минуту. Отношение числа оборотов крыльчатки nкр к числу оборотов коленчатого вала n называется передаточным числом:

Диффузор 3 служит для преобразования кинетической энергии проходящего через него воздуха в потенциальную энергию давления. По своему типу диффузоры делятся на безлопаточные (щелевые) и лопаточные. На рис. 16.7.2 показан лопаточный диффузор.

Сборник или выходная улитка 4 направляет выходящий из диффузора воздух во впускные трубопроводы цилиндров двигателя. Входной патрубок 1, крыльчатка 2, диффузор 3 и выходная улитка 4 составляют гидравлическую часть ПЦН.

Привод 5 представляет собой систему шестерен, при помощи которых вращение от коленчатого вала передается к крыльчатке.

Если привод обеспечивает вращение крыльчатки нагнетателя с одним передаточным числом i, то нагнетатель называется односкоростным, при наличии двух передаточных чисел i1 и i2 нагнетатель называется двухскоростным.

Число передач к крыльчатке нагнетателя может быть и больше двух. Такие передачи обычно называются многоскоростными. Кроме того, существуют так называемые бесступенчатые передачи, дающие возможность непрерывно изменять передаточное число в некоторых пределах. К таким передачам относятся передачи, включающие в себя, кроме обычных шестерен, гидромуфты.

Увеличение числа передач к крыльчатке нагнетателя имеет своей основной целью регулирование числа его оборотов и поглощаемой им мощности в зависимости от высоты полета.

Рассмотрим работу приводного центробежного нагнетателя.

На рис. 16.7.3 представлено изменение давления р, температуры Т и скорости с воздуха при движении его через нагнетатель. При вращении крыльчатки на входе в нее создается разрежение, вследствие чего воздух из окружающей среды, имеющей давление РН и температуру ТН, начинает поступать в нагнетатель. Размеры входного патрубка выбираются с таким расчетом, чтобы на расчетном режиме скорость воздуха во входном сечении была с0 = 60 ÷ 80 м/сек. При движении по входному патрубку скорость воздуха несколько возрастает и составляет на входе в крыльчатку (сечение 1) с1= 80 ÷ 100 м/сек. За счет увеличения скорости температура Т и давление р1 на входе в крыльчатку несколько понижаются.

В крыльчатке воздуху сообщается энергия, подводимая от двигателя к валу нагнетателя. Эта энергия затрачивается на сжатие воздуха и увеличение его кинетической энергии. Сжатие воздуха происходит за счет центробежных сил, развивающихся вследствие большой скорости вращения крыльчатки. В результате к выходу из крыльчатки (сечение 2) скорость воздуха повышается до с2 =300÷400 м/сек, а давление — до величины р2. Так как при сжатии воздуха повышается и его температура, то температура воздуха на выходе его из крыльчатки Т2 будет также выше температуры Т2 на входе в нее. Далее воздух попадает в диффузор, где кинетическая энергия воздуха, приобретенная в крыльчатке, преобразуется в давление. Каналы диффузора, образованные лопатками, постепенно расширяются, что приводит к уменьшению скорости движения воздуха до величины с3. Давление р3 и температура Т3 воздуха при этом возрастают. Из диффузора воздух поступает в выходную улитку 4, где происходит дальнейшее понижение скорости до величины с4 и повышение давления и температуры воздуха до значений р4 и Т4. Скорость воздуха c4 на выходе из улитки путем подбора проходных сечений делают приблизительно равной скорости с0 на входе, т. е. с4с0.

Мощность Nc, затрачиваемая на вращение приводного центробежного нагнетателя, зависит от количества воздуха, протекающего через него в единицу времени, величины создаваемого им давления наддува и расчетной высоты и составляет от 10 до 20% от индикаторной мощности двигателя:

И з этой мощности только часть затрачивается на повышение давления от рн до р4, а остальная часть расходуется на механические потери в приводе к нагнетателю (1÷2%), гидравлические потери, вызываемые трением боковых поверхностей крыльчатки в зазоре между ней и корпусом нагнетателя (3÷8%), и потери, связанные с протеканием воздуха через нагнетатель (25÷35%). Гидравлические потери переходят в тепло и вызывают дополнительное повышение температуры сжимаемого воздуха.

Из сборника или выходной улитки воздух по трубопроводам поступает в цилиндры двигателя.

Абсолютное давление р4 воздуха (смеси), замеренное непосредственно на выходе из нагнетателя, есть давление наддува, обозначенное нами ранее рк.

Абсолютное давление поступающего в цилиндры воздуха (смеси), замеренное во впускном трубопроводе двигателя перед впускными клапанами, может в случае установки карбюратора после нагнетателя значительно отличаться от рк. Это давление обозначается через ра.

Давление наддува pk зависит от давления воздуха на входе в крыльчатку и степени повышения давления в нагнетателе, определяемой диаметром крыльчатки и числом ее оборотов. Так как давление воздуха на входе в крыльчатку зависит от давления окружающей среды, то отсюда следует, что давление наддува зависит от степени открытия дроссельной заслонки нагнетателя или положения поворотных лопаток и высоты полета (давления окружающей среды).

В приводных центробежных нагнетателях современных двигателей температура в среднем повышается на 70 ÷ 150° С при работе двигателя на номинальном режиме.

Повышение температуры воздуха в нагнетателе (подогрев воздуха) приводит к повышению температурного режима работы двигателя и к уменьшению весового количества поступающего в цилиндр воздуха. Последнее вызывает понижение эффективной мощности двигателя. При сильном подогреве воздуха в нагнетателе необходима установка специального радиатора для охлаждения выходящего из него воздуха.