5. Робочі процеси в агрегатах турбокомпресора

Початковий стан газу перед турбіною відповідає точці Т, а кінцевий стан після розширення його в сопловому апараті і на робочих лопатках турбіни – точці 2. Для точки Т тиск р_т = 0,106 МПа, температура Т_т = 854 К – визначені раніше.

Для точки 2 тиск

р₂ = р_о + Δр_т = 0,101 + 0,002 = 0,103 МПа.

Температуру Т₂ визначаємо із співвідношення:

Питомі об’єми газу в цих точках знаходимо з рівняння стану:

де p,T- тиск і температури газу у відповідних точках;

R- газова постійна газу, значення якої визначено раніше

Для точки 2:

Для точки Т:

Процес розширення газу в турбіні є політропним, оскільки супроводжується тепловими втратами. Середній показник політропи розширення газу знаходимо за формулою:

Тиск p у проміжній точці визначають з рівняння політропи, задавши питомий об’єм v для цієї точки

Тиск p у проміжній точці 4, задавши

Тиск p у проміжній точці 5, задавши

Початковий стан повітря на вході в компресор відповідає точці 0, а кінцевий стан після його стиснення – точці 1.

Тиск для точки 0:

р_н = р_о – Δр_ф = 0,101 – 0,003 = 0,098 МПа.

Температура Т = Т_о

Для точки 1 тиск:

р₁ = π_к (р_о – Δр_ф) = 2,959 (0,101 – 0,003) = 0,290 МПа.

Питомі об’єми повітря в цих точках знаходимо з рівняння стану:

Для точки 0:

Середній показник політропи стиснення повітря в компресорі знаходимо з рівняння:

Тиск p у проміжній точці 6, задавши питомий об’єм v в цій точці:

Тиск у проміжній точці 7, задавши питомий об’єм v в цій точці:

Тиск у проміжній точці 8, задавши питомий об’єм v в цій точці:

За значеннями p і v будуємо політропи розширення для турбіни і для компресора.

Рис. 5.1. Діаграма робочих процесів агрегатів турбокомпресора.

6. Визначення кінематичних харакреристик руху поршня

Шлях S, м, швидкість v, м/с, прискорення поршня j, м/с², визначимо з виразів:

S ≈ R ^. f_s(φ,λ);

V ≈ R ^. ω ^. f(φ,λ);

j ≈ R ^. ω^{2 .} f(φ,λ);

f_s(φ,λ) = 1 – cos φ + λ/4 (1 – cos 2φ);

f_v(φ,λ) = sin φ + λ/2 sin 2φ;

f_j(φ,λ) = cos φ + λ cos 2φ,

де R = S/2 = 260/2 = 130 мм = 0,13 м – радіус кривошипа (для дизеля з поршнями, що рухаються зустрічно приймається хід одного поршня);

λ =1/4,8 – відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна;

ω = 2π ^. n = 2 ^. 3,14 ^. 16,67 = 104,69 рад/с – кутова швидкість обертання колінчатого вала.

Залежність S, V, j від кута повороту колінчатого вала φ визначимо за один оборот вала ( 0…360°) через кожні 15°.

Середня швидкість поршня:

v_m = 2S ^. n = 2 ^. 0,260 ^. 16,67 = 8,7 м/с.

Таблиця 6.1. — Залежність S, V, j від кута повороту колінчатого вала φ.

φ	φ°	fs(φ,λ)	S, м	fv(φ,λ)	V м/с	fj(φ,λ)	j м/с^2
0	0	0,000	0,000	0,000	0,000	1,200	2066,690
15	15	0,041	0,005	0,309	4,621	1,139	1961,858
30	30	0,160	0,021	0,587	8,777	0,966	1663,729
45	45	0,345	0,045	0,807	12,077	0,707	1217,809
60	60	0,578	0,075	0,953	14,254	0,400	688,897
75	75	0,838	0,109	1,016	15,201	0,086	147,448
90	90	1,104	0,144	1,000	14,963	-0,200	-344,448
105	105	1,356	0,176	0,916	13,705	-0,432	-744,050
120	120	1,578	0,205	0,779	11,663	-0,600	-1033,345
135	135	1,759	0,229	0,607	9,084	-0,707	-1217,809
150	150	1,892	0,246	0,413	6,186	-0,766	-1319,281
165	165	1,973	0,256	0,209	3,125	-0,793	-1365,256
180	180	2,000	0,260	0,000	0,000	-0,800	-1377,793
195	195	1,973	0,256	-0,209	-3,125	-0,793	-1365,256
210	210	1,892	0,246	-0,413	-6,186	-0,766	-1319,281
225	225	1,759	0,229	-0,607	-9,084	-0,707	-1217,809
240	240	1,578	0,205	-0,779	-11,663	-0,600	-1033,345
255	255	1,356	0,176	-0,916	-13,705	-0,432	-744,050
270	270	1,104	0,144	-1,000	-14,963	-0,200	-344,448
285	285	0,838	0,109	-1,016	-15,201	0,086	147,448
300	300	0,578	0,075	-0,953	-14,254	0,400	688,897
315	315	0,345	0,045	-0,807	-12,077	0,707	1217,809
330	330	0,160	0,021	-0,587	-8,777	0,966	1663,729
345	345	0,041	0,005	-0,309	-4,621	1,139	1961,858
360	360	0,000	0,000	0,000	0,000	1,200	2066,690

Рис.6.1. Графік залежності шляху S, м, від кута повороту колінчатого вала φ.

Рис.6.2. Графік залежності швидкості v, м/с, від кута повороту колінчатого вала φ.

Рис.6.3. Графік залежності прискорення поршня j, м/с², від кута повороту колінчатого вала φ.

Бібліографічний список

1. Симсон А. Э. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов / А. Э. Симсон, А. З. Хомич, А. А. Куриц и др. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: – Транспорт, 1987. – 536 с.

2. Володин А. И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания. – М.: Транспорт, 1990.

3. Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова: В 4 т. — М.: Машиностроение, 1981-1984.

4. Двигуни внутрішнього згорання: Завдання на контрольну роботу з методичними вказівками / Дніпропетр. нац. ун-т. залізн. трансп. ім. В. Лаза-ряна; Укл. Б. Є. Боднар, Д. В. Бобирь, Є. Б. Боднар, М. І. Мартишевський. –

Д., 2006. – 16 с.