2120

Схема регулирования очень эффективна, но возможные утечки масла через уплотнения в зоне подшипника приводят к образованию коксовых отложений в соединениях и заклиниванию системы.

В табл. 4.1 приведены основные причины неисправностей турбокомпрессоров и указаны способы их устранения. Цифрами обозначе-

41

Окончание табл. 4.1

Содержание отчета:

1.Название работы.

2.Цель и задачи работы.

3.Основные причины неисправности турбокомпрессора, определяемые по цвету отработавших газов двигателя.

4.Схемы турбокомпрессора с системой перепуска газа мимо турбины и поворотом лопаток.

5.Таблица причин неисправностей и способов их устранения.

6.Выводы по работе.

Контрольные вопросы и задания

1.Поясните, какие неисправности двигателя и турбокомпрессора определяет белый, синий, черный дым отработавших газов.

2.Укажите основные причины повышенного шума при работе турбокомпрессора.

3.Почему нельзя резко глушить двигатель при работе его на полных нагрузках?

4.Может ли быть одной из причин черного дыма полное засорение воздушного фильтра?

42

Практическая работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА

ВКАНАЛАХ КОМПРЕССОРА

1.1.Цели и задачи практической работы

Цели практической работы: изучить конструкцию турбокомпрессора ТКР-5 и определить скорость движение воздуха в каналах центробежного компрессора.

Задачи работы: разобрать турбокомпрессор ТКР-5, определить его основные размеры, рассчитать площадь проходных сечений и скорость движения воздуха в них.

Оборудование: турбокомпрессор ТКР-5 с перепуском газа мимо турбины, набор инструмента.

1.2. Исходные данные

Двигатель Заволжского моторного завода дизельный, четырехцилиндровый ЗМЗ-5148.10, диаметр цилиндра 87 мм, ход поршня 94 мм, литраж двигателя 2,24 л, степень сжатия 19,5, частота вращения 3900 мин-1, среднее эффективное давление 1,3 МПа, мощность

95 кВт.

1.3. Вводная часть

На рис. 1.1 показан разрез турбокомпрессора с устройством перепуска газа мимо турбины. На общем виде турбокомпрессора показан разрез компрессора и турбины. Колеса компрессора и турбины жестко закреплены на одном валу. Смазка подшипника скольжения вала производится под давлением от системы смазки двигателя.

Назначение центробежного компрессора – обеспечение двигателя внутреннего сгорания на всех режимах работы необходимым количеством воздуха, чтобы происходило полное сгорание топлива при минимальном удельном расходе и низкой токсичности выхлопных газов. Двигатель форсируется за счет увеличения плотности воздуха, нагнетаемого в цилиндр, и повышения цикловой подачи топлива. Турбокомпрессор монтируется на воздушной системе между впускной трубой и коллектором для выпуска отработавших газов. Как

43

только отработавшие газы поступают из двигателя в выпускную систему, они приводят в действие турбину, которая вращает колесо компрессора, нагнетая воздух в цилиндры двигателя.

Рис. 1.1. Общий вид турбокомпрессора:

1 – корпус турбокомпрессора; 2 – колесо турбины; 3 – заслонка перепускного устройства; 4 – выпускной канал турбины; 5 – канал подвода масла к подшипнику; 6 – вал; 7 – уплотнение; 8 – колесо компрессора; 9 – спиральная камера компрессора; 10 – камера управления с мембраной и пружиной

При расчете компрессора определяют требуемое количество воздуха для двигателя (подачу воздуха компрессором). Расчет компрессора начинается с определения средней скорости воздуха в его каналах, затем отмечают изменение температуры, давления и плотности.

1.4. Основные размеры турбокомпрессора типа ТКР-5

Компрессор:

1. Внутренний диаметр патрубка на входе в корпус компрессора Do вх= 36 мм.

2.Диаметр колеса наружный D2К = 50 мм.

3.Диаметр втулки колеса компрессора Dо = 13 мм.

44

4.Диаметр наружный на входе в колесо D1 = 34 мм.

5.Число лопаток 8, толщина лопаток 1мм.

6.Ширина колеса В2 = 14 мм.

7.Внутренний диаметр безлопаточного диффузора Dв= 52 мм.

8.Внешний диаметр безлопаточного диффузора D3 = 96 мм.

9.Ширина диффузора постоянная b3 = b4= 5 мм.

10.Начальный диаметр улитки 3 мм.

11.Конечный диаметр улитки 54 мм.

1.5.Последовательность определения скорости воздуха

вразличных сечениях компрессора

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Массовое количество воздуха для двигателя внутреннего сгорания определяется из выражения [3]

где – коэффициент избытка воздуха (1,6 − 2,0) для дизеля; L0 – теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг топлива (14,5 кг); ge – удельный расход топлива, кг/(кВт ч) (0,18 − 0,22); Ne – мощность двигателя, кВт; – коэффициент продувки (1,1 − 1,2).

На рис. 1.2 приведена схема проточной части турбокомпрессора, на рис. 1.3 показано изменение скорости воздуха при его прохождении по различным сечениям компрессора. Для двигателей с рядным расположением и числом цилиндров до шести обычно применяют один турбокомпрессор (МК = МД). Для двигателей с числом цилиндров более шести применяют два турбокомпрессора.

Воздух поступает во входной патрубок компрессора (сечение 0) со скоростью Со, давлением Ро и температурой То. Величина скорости Со зависит от площади входного патрубка и массового количества воздуха для двигателя или компрессора.

2. Определив необходимую массовую подачу воздуха компрес-

сором, находим скорость воздуха на входе в патрубок (корпус) компрессора из выражения

Мk Fвх Со о ,

где Fвх.– площадь поперечного сечения на входе в патрубок компрессора, м2; Со – скорость воздуха на входе в патрубок (70 − 100 м/с);

45

ρо – плотность воздуха (при 20 оС), равна 1,2 кг/м3,

R = 287 Дж /(кг· К).

Рис. 1.2. Схема проточной части центробежного компрессора:

1 – рабочее колесо; 2 – диффузор; 3 – улитка

Площадь сечения патрубка (м2) зависит от внутреннего диаметра (Dо вх= 36 мм или 0,034 м) и определяется по формуле

Fвх = π D2о вх /4.

При входе в колесо (сечение 1) скорость С1 увеличивается по причине уменьшения площади (из-за наличия лопаток, площади вала

иступицы). Давление и температура незначительно снижаются. Между сечениями 1 и 2 происходит работа над газом (воздухом)

иего уплотнение. Скорость С2, температура Т2 и давление Р2 резко

46

возрастают. В результате расширения каналов диффузора (сечение 2 и 3) и улитки скорость воздуха снижается.

Рис. 1.3. Изменение скорости С в различных сечениях турбокомпрессора

Расчет ступени компрессора начинают с определения массового секундного расхода воздуха, проходящего через его каналы. Проточной частью компрессора или турбины называют систему устройств, по которым движется газ. Скорость газа в проточной части установок изменяется путем геометрического воздействия – изменением площади поперечного сечения потока по его длине. В компрессоре энергия к воздуху подводится в рабочем колесе (подвод технической или располагаемой работы путем вращения колеса), в других каналах она только преобразуется.

Зная подачу воздуха компрессором и поперечное сечение каналов компрессора, находим среднюю скорость воздуха (при необходимости потери энергии). В результате торможения потока газа в расширяющихся каналах молекулы воздуха сближаются и температура повышается. По изменению температуры определяют давление и плотность газа.

3. Зная массовую подачу воздуха компрессором, находим его параметры на входе в колесо [3]:

Мk Fвх.к С1 1,

здесь Fвх.к – площадь поперечного сечения на входе в колесо компрессора, м2; ρ1– плотность воздуха (при 20 оС); С1 – скорость воздуха на входе в колесо компрессора;

47

4. Значение площади на входе в колесо (м2) находим из выраже-

ния

Fвх.к = F1 – F0 ,

где F1 = π D21 / 4; F0 = π D20 / 4 (D1 = 34 мм или 0,034 м; D0 =13 мм или 0,013 м).

5. Определяем окружную скорость на выходе из колеса компрессора (касательная к окружности колеса или перпендикулярная к радиусу вращения):

где Lад – адиабатная работа сжатия; ηнап – напорный адиабатный КПД (0,6 − 0,75), характеризует способность колеса создавать напор.

Для подачи воздуха в цилиндры двигателя необходимо осуществить его впуск в компрессор, сжатие и нагнетание. Принимаем, что процесс сжатия происходит без подвода и отвода теплоты (процесс адиабатный).

6. Общую удельную работу (Дж/кг) при адиабатическом сжатии определяем из выражения

где ср = 1005 Дж/(кг·К) – удельная массовая изобарная теплоемкость воздуха; Та= 293 К – температура на входе в компрессор; k 1,4 – показатель адиабаты для воздуха; πк – степень повышения давления.

Если для четырехтактного двигателя известна эффективная мощность

Ne Pe Vh i n, 120

где Vh – рабочий объем цилиндра, л ; i – число цилиндров; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1; Ре – среднее эффективное давле-

48

ние, МПа, то среднее эффективное давление в цилиндре двигателя находят из выражения

Величина давления воздуха на выходе из компрессора и сте-

пень повышения давления для четырехтактных двигателей определяется из соотношений

где Ро – атмосферное давление.

7. Зная окружную скорость и диаметр колеса, находим частоту вращения вала колеса компрессора (nk) из формулы

8. Относительную скорость воздуха на выходе из колеса компрессора W2 определяем из выражений

0,8 − 0,9, учитывающий наличие лопаток на колесе, что уменьшает площадь на выходе; b2 0,05 0,1 D2К − ширина лопаток на выходе из колеса. Малоразмерный компрессор имеет максимальное значение КПД при числе лопаток 10 − 12.

49

10. По значениям U2 и W2 определяем абсолютную скорость на выходе из колеса (рис. 1.4):

C2 U22 W22 .

Рис. 1.4. Окружная U2, относительная W2 и абсолютная С2 скорости на выходе из колеса компрессора

При вращении колеса за счет центробежных сил молекулы воздуха перемещаются от центра к периферии. На выходе из колеса скорость молекул достигает значения C2 (см. рис. 1.4). В межлопаточных каналах за счет их расширения кинетическая энергия переходит в энергию давления. Дополнительно скорость воздуха уменьшается в диффузоре и улитке (спиральной камере). В результате этого температура Т, давление Р и плотность повышаются.

11. Турбокомпрессоры имеют лопаточные или щелевые диф-

фузоры. В диффузоре энергия к потоку газа не подводится. За счет торможения потока в расширяющих каналах происходит преобразование кинетической энергии в энергию давления. Наружный диаметр диффузора D3 выбирается из соотношения (1,3 − 1,5)D2К. Величина наружного диаметра диффузора в нашей работе известна: D3 = 96 мм.

50