Расчёт радиально-осевой турбины.

При расчёте турбины определяются последующие величины: расход газа через турбину, внешний и средний поперечникы колеса турбины на выходе, распола­гаемый перепад энтальпии, давление газа перед турбиной, окружной, внутренний и действенный КПД турбины, мощность на валу турбины.

Начальными данными для расчета турбины являются данные термического расчета мотора и расчетные данные компрессора. Турбина должна Расчёт радиально-осевой турбины. обеспечить нужную частоту вращения компрессора и его мощность.

Из расчета компрессора имеем последующие начальные данные: nк (мин -1); Lад (Дж/кг); ηад; Мк (кг/с); D2К .

Для выпускных газов принимаем: k=1,34; R=286,4 Дж/(кг·К); ср=1128,7 Дж/(кг·К), плотность r = 0,4 кг/м3 при 600 оС либо Расчёт радиально-осевой турбины. 0,33 кг/м3 при 800 оС.

Температура газов перед турбиной То* = 850 – 950 К и давление газов на входе в турбину РТ = РК, за турбиной р2 = 0,11– 0,12 МПа.

При расчете турбокомпрессора принципиально знать число Маха (австрийский физик 1887 г.), которое охарактеризовывает отношение скорости потока к местной скорости звука (М = С / а). Скорость звука находится в зависимости от Расчёт радиально-осевой турбины. температуры и определяется из выражения а = к×R×T. При обычных атмосферных критериях скорость звука равна 340 м/с. При повышении температуры скорость звука возрастает. При М < 1 течение газа именуют дозвуковым и сжимаемость не учитывается. Плотность газа в определенном сечении принимается неизменной величиной. При М > 1 течение газа именуют сверхзвуковым, он способен сжиматься и его характеристики определяют с помощью газодинамических функций.

2.1 Расход газа через турбину приблизительно на 3% больше Расчёт радиально-осевой турбины. расхода воздуха через компрессор в итоге сгорания горючего в цилиндрах мотора.

МТ = 1,03 М к (2.1)

Внешний поперечник колеса турбиныпринимаем равный поперечнику колеса компрессора D1Т = D2К. Потому окружные скорости на входе в колесо турбины и выходе из колеса компрессора будут равны U1Т = U2К. Частота вращения колеса компрессора равна Расчёт радиально-осевой турбины. частоте вращения колеса турбины (nк = nт). Потому что колесо турбины и колесо компрессора закреплены на одном валу, то их мощности равны друг дружке NТ = N к.

По конструктивному выполнению турбины бывают активные, реактивные и комбинированные. Степень реактивности турбины охарактеризовывает рассредотачивание энтальпии меж сопловым аппаратом и рабочим колесом. У активных Расчёт радиально-осевой турбины. турбин вся подведенная энергия выхлопных газов преобразуется в кинетическую энергию (скорость) в сопловом аппарате. Примером активной турбины может послужить колесо мельницы, приводимое во вращение потоком воды.

У реактивных турбин скорость газа возрастает в каналах рабочего колеса (они производятся в виде сужающих каналов) и там же срабатывается.

Для упрощения Расчёт радиально-осевой турбины. расчетов принимаем турбину активную. В таковой турбине перепад энтальпии перебегает в энергию скорости в сопловом аппарате. Площади входа в колесо турбины и на выходе равны друг дружке.

2.2 Мощность на валу турбины определяется из выражения:

N T = Н T× М T×h T , (2.2)

где Н т – располагаемый перепад энтальпии Расчёт радиально-осевой турбины. в Дж /кг (энтальпия Н = Cp∙T) – это энергия, связанная с данным состоянием газа – температурой, давлением, скоростью); hт – действенный КПД турбины (0,7 – 0,8).

2.3 Исходя из равенства N т = N к , нужный перепад энтальпии в турбине определяется по формуле:

НT = Мк∙ Lад/( ∙ ∙МT ) (2.3)

Для более полного срабатывания энергии выхлопных газов турбина может производиться Расчёт радиально-осевой турбины. комбинированной (на одну вторую активной и реактивной). У реактивной турбины площадь выхода меньше площади входа в колесо. Это позволяет наращивать скорость газа в межлопаточных каналах и конвертировать ее в энергию давления.

При входе газа в улитку 1* турбины (площадь входа в турбину принимается равной площади на входе в компрессор) он обладает Расчёт радиально-осевой турбины. энергией скорости, температурой и давлением (рис. 6). Температура и давление газа перебегает в энергию скорости в итоге уменьшения сечения в выходной части соплового аппарата. Сопловый аппарат 2*, образованный лопатками, закрепленный на недвижном диске служит для рационального направления потока газа на лопатки колеса турбины и преобразования энергии газа в кинетическую энергию Расчёт радиально-осевой турбины.. Для автоматического регулирования сопловый аппарат время от времени производится с поворотными лопатками. Это позволяет изменять угол входа потока газа на лопатки колеса турбины и ее мощность.

1*

2*

3*

Сад

Рис. 6 План скоростей на входе в колесо турбины (точка 1) и выходе (точка 2).

С – абсолютная скорость, W – относительная скорость, U- окружная скорость Расчёт радиально-осевой турбины..

Турина работает за счет кинетической энергии (скорости) выхлопных газов мотора. Поступая на криволинейные лопатки колеса турбины 3*, поток газа обтекает их, меняет направление движения, создавая силу. Сила действует на плечо, образуя вращающий момент. В итоге этого колесо турбины и компрессора приводятся во вращательное движение.

На рис. 6 показан план скоростей на Расчёт радиально-осевой турбины. входе в колесо (точка 1) и выходе из него (точка 2). Газ выходит из колеса по среднему поперечнику (расчетный вектор скорости).

Сопловый аппарат турбины недвижный, потому в нем не совершается работа. Термообмен с наружной средой, за маленький просвет времени, очень мал и им пренебрегаем (процесс адиабатный).

2.4 Уравнение энергии для входного и выходного Расчёт радиально-осевой турбины. каналов соплового аппарата турбины воспримет вид:

СрТ1 + W21 / 2 = Cр Т2 + W22 /2, (2.4)

где Т и W – температура и скорость газа в каналах соплового аппарата.

Представим, что энергия скорости на выходе из соплового аппарата (W2 ) на сто процентов срабатывается (тормозится) и перебегает в энергию давления. Тогда уравнение 2.4 можно записать в виде:

Ср Расчёт радиально-осевой турбины. (Т1 – Т2)= W2 /2.

2.5 Обозначив Ср (Т1 – Т2) через перепад энтальпии Н т , а скорость W через адиабатную скорость истечения САД, получим:

САД = √ 2 НТ (2.5)

Средний поперечник на выходе из турбины разделяет площадь на две равные части. Dср = 0,7×D2Т, (Rср = Dср/2), D2Т = (0,7- 0,8) D1Т, где D2Т – внешний поперечник Расчёт радиально-осевой турбины. колеса турбины на выходе. Угол выхода газа из соплового аппарата 1 лежит в границах 15–25º.

2.6 Круговая и окружная составляющие абсолютной адиабатной скорости на входе в колесо

САД.R = CАД ∙ SIN 1,

САД.U = CАД ∙ COS 1. (2.6)

На выходе из рабочего колеса температуру газов принимают Т2 = (0,8-0,9)То (То – температура газа на входе Расчёт радиально-осевой турбины. в турбину).

Ширина лопаток на входе в колесо турбины находится из выражения

b1= MT / (p× D1Т× r1 × CАД.R)

2.7 Нужная работа 1кг газа на лопатках колеса (Дж/кг):

Lu = U1T ∙ CАД.U – Uср ∙Сср., (2.7)

где U1 – окружная скорость на входе в колесо турбины, при равенстве внешних поперечников колес турбины Расчёт радиально-осевой турбины. и компрессора U1T= U2K; Uср– окружная скорость на среднем поперечнике выхода газа из турбины Uср = ωRср ; Сср. – скорость выхода газа на среднем поперечнике (выходная скорость газа из турбины 50 – 100 м/с).

Выражение 2.7 получено на базе импульса силы (количества движения)

F× t= m∙(C1 – C2). (2.8)

Разделив левую и правую Расчёт радиально-осевой турбины. части уравнения 2.8 на время t, получим

F = M×(C1 – C2), (2.9)

где F – сила, действующая на лопатки колеса в Н; М – массовый расход газа в кг/с; С1 и С2 – абсолютные скорости на входе в колесо турбины и выходе из него в м/с.

Окружная сила Fu, крутящая колесо турбины, находится из выражения

Fu Расчёт радиально-осевой турбины. =M×(C1.u – C2.u), (2.10)

где C1.u и C2.u – окружные составляющие абсолютной скорости на входе и выходе из колеса.

Мощность N= Fu× u, (2.11)

где u – окружная скорость в м/с (u = × R).

Работа 1-го кг газа на участке от входа до выхода из колеса Расчёт радиально-осевой турбины. турбины (работа, затраченная на вращение колеса, окружная работа)

Lu =N / M, Lu = U1Т×C1.u – U2Т× C2.u = U1Т C1 cos a1 – U2Т×C2 cos a2 , (2.12)

где 2 – угол выхода газа из колеса турбины либо угол меж векторами окружной и абсолютной скоростью на выходе (85 – 95 градусов).

2.8 Окружной Расчёт радиально-осевой турбины. КПД турбины оценивает эффективность работы газа на колесе без учета утрат энергии, равен 0,8 – 0,9

О = Lu / HT. (2.13)

Внутренний КПД турбины есть отношение затраченной работы к подведенной (с учетом всех утрат). Он добивается 0,7 – 0,8. К энергопотерям следует отнести утраты, связанные с перетеканием газа через зазоры меж колесом турбины и корпусом, также утраты на Расчёт радиально-осевой турбины. вихреобразование и трение в каналах колеса. Энергопотери в колесе составляют приблизительно 10% от работы газа на колесе турбины (Lu).

2.9 Внутренний КПД турбины

В = 0,9×Lu / HT (2.14)

2.10 Действенный КПД турбины (полный) добивается 0,7– 0,8 и определяется из выражения:

hТ = hВ× hМ (2.15)

где – механический КПД, учитывает энергопотери на трение в подшипниках скольжения, равный 0,96 – 0,98.

2.11 Мощность на Расчёт радиально-осевой турбины. валу турбины в кВт:

NТ = HТ × MТ ×hТ /1000. (2.16)

Мощность турбины должна быть равна мощности компрессора (допускается расхождение менее 5%).

2.12 Общий КПД турбокомпрессора добивается значения 0,5 – 0,6 и находится по формуле:

об = ад∙ т. (2.17)

Более тщательно методика расчета колеса компрессора и турбины приведена в работе [3, 4].

Определив главные размеры колеса компрессора и турбины, соплового аппарата компрессора (диффузора Расчёт радиально-осевой турбины.) и турбины (конфузора), КПД, выбрав схемы подвод газа к турбине и автоматического регулирования, завод-изготовитель, выбирают марку турбокомпрессора, проводят испытание (доводку) на движке и вводят в создание.

В таблице приведены технические свойства российских турбокомпрессоров (компрессора и турбины).

.

Турбокомпрессоры ТКР- 5,5 выпускаются с регулирующим клапаном, что позволяет изменять мощность Расчёт радиально-осевой турбины. на валу турбины методом перепуска газов мимо рабочего колеса [5].

Характеристики турбокомпрессоров предприятия

«Воронежский механический завод».

Техно черта ТКР-5,5 Н-5 ТКР-5,5 С-1 ТКР 5,5 С-3 ТКР-7 Н-1 ТКР -9 С-2 и С-3
КОМПРЕССОР
1. Номинальный поперечник колеса, мм 52±1 52±1 54±1 75±1 90±1
2. Наибольший КПД, более в %
ТУРБИНА
1. Номинальный поперечник колеса, мм 50±1 50±1 53±1 75±1 90±1
2. Наибольший КПД, более в %
3. Наибольшая подача Расчёт радиально-осевой турбины. воздуха компрессором, кг/с 0,1 0,11 0,15 0,15 0,25
4. Наибольшая степень увеличения давления pк 1,9 2,1 2,1 1,9 2,1
5. Частота вращения ротора, мин -1
6. Масса ТКР в кг 5,0 5,0 5,0 9,5 15,5
7. Область внедрения, мощность мотора, кВт ВАЗ- 3431(60) ГАЗ- 560 (70) ГАЗ -562 (90) Д-440 (100) Д-461, В-400 (175-300)

Вместе с русскими турбокомпрессорами, в движках используют и забугорные. Из забугорных представляет энтузиазм турбокомпрессоры конторы ККК (Kuhnle , Kopp Kausch – Германия, Франция, США Расчёт радиально-осевой турбины.). Компания выпускает ряд турбокомпрессоров (КО, К1, К2, К3, К4, К5) с подачей воздуха от 0,02 до 2 кг/с и степенью увеличения давления от 1,5 до 4 для движков мощностью от 20 до 1000 кВт. Турбокомпрессоры имеют высочайший КПД и автоматическую систему регулирования. Обширное применение получили системы с перепуском газа мимо турбины.

В заключение работы можно сделать Расчёт радиально-осевой турбины. последующие выводы:

1. В представленной работе дана методика подготовительного расчета центробежного компрессора и центростремительной турбины, позволяющая создавать выбор турбокомпрессора для наддува бензинового двигателя, форсированного по мощности. Эффективность турбокомпрессора оценивается наибольшим значением КПД компрессора и турбины.

2. В приведенной методике расчета давление в каналах компрессора определяется по изменению скорости и температуры газа Расчёт радиально-осевой турбины.. В базу расчета центростремительной турбины положены газодинамические функции характеристик торможения газа.

3. Рассмотрен выбор макета турбокомпрессора по требуемой подаче воздуха и степени увеличения давления, что позволяет найти внешний поперечник колеса компрессора, турбины и технические данные турбокомпрессора.

4. Приведены свойства российских и забугорных турбокомпрессоров, используемых в современных движках.

Библиографический Расчёт радиально-осевой турбины. перечень

1. Хак Г. Турбодвигатели и компрессоры: Справочное пособие.– М.: ООО Издательство «Астрель – АСТ», 2003. – 351 с.

2. А.с. 1539353 СССР, F-2 В 29/04. Бензиновый двигатель / В.Э. Лено, Ю.П. Макушев, Г.С. Шаталов. Заявлено 01.04.1988; Размещено 01. 10. 1989. № 4401877. Бюл. № 4 – 3 с.

3. Макушев Ю.П., Корнеев С.В., Рындин В.В. Агрегаты наддува движков: Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. – 58 с Расчёт радиально-осевой турбины..

4. Лашко В.А., Бердник А.Н.: Методика оценки эффективности систем газотурбинного наддува комбинированных движков внутреннего сгорания. Учебное пособие – Хабаровск: Из-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006. – 118 с.

5. Конкс Г.А., Лашко В.А. Поршневые ДВС. Современные принципы конструирования: Учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006.– 560 с Расчёт радиально-осевой турбины..

Лашко Василий Александрович, докт. техн. наук, доктор, корреспондент РИА, зав. каф. "Движки внутреннего сгорания" Тихоокеанского гос. ун-та (Хабаровск).

Макушев Юрий Петрович к.т.н., доцент кафедры «Теплотехника и термические двигатели» Сибирской гос автомобильно-дорожной академии (СибАДИ), Омск, телефон 60 80 28.

Михайлова Лариса Юрьевна – инженер, Омск.


raschyot-uglovih-skorostej-zvenev.html
raschyot-usilitelya-postoyannogo-toka-i-istochnika-pitaniya-referat.html
raschyot-velichini-svarochnogo-toka.html