Характеристика центробежного компрессора, который состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Расчёт центробежного компрессора и осевой турбины. Общие положения об агрегате усилия компрессора и турбины.
Аннотация к работе
В настоящее время широкое распространение получил турбонаддувочный агрегат, состоящий из газовой турбины и центробежного или осевого компрессора. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре изза снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Газовые турбины классифицируют по направлению газового потока, количеству ступеней, способу использования теплоперепада и способу подвода газа к рабочему колесу.Мощность двигателя = 1250 КВТ; Число цилиндров двигателя i = 8; Рабочий объем цилиндра Vs= 0.010640 ;Расход воздуха: , где : = 0,192 - удельный расход топлива; ?=1,7 - коэффициент избытка воздуха; Степень повышения давления в компрессоре: где: МПА - давление наддува; Изоэнтропийная работа сжатия воздуха в компрессоре: КДЖ/кг где : к = 1,4 - показатель изоэнтропы для воздуха;Температура: К, где - удельная теплоемкость для воздуха.Площадь проходного сечения на входе: 2. Диаметр на входе: мДавление: МПА, где n2 = 1,6 - показатель политропы сжатия; Абсолютная скорость на выходе из рабочего колеса: м/с, где м/сСкорость на выходе из щелевого диффузора: м/с, где - плотность потока на выходе и диффузора.Давление: МПА, где - показатель политропы сжатия.Число лопаток диффузора: Принимаем . Площадь по горловинам диффузора на входе: м2, где - коэффициент изменения скорости и плотности в косом срезе. Угол установки лопаток на входе: 7.Температура: К.Скорость: Принимается м/с. Расчетная степень повышения давления в компрессоре: .Коэффициент импульсности расхода: 3. Расчетный расход через турбину: кг/с. Внутренний КПД турбины (без поправки на импульсность): ПринимаетсяТемпература газа за турбиной: К, где К - температура газа перед турбиной (из расчета процесса в цилиндрах ПДВС).Относительный изоэнтропийный перепад температур в турбине: .Угол выхода из сопла: Принимаем . Степень реактивности: Принимаем . Скорость истечения из сопел: м/с, где - коэффициент скорости в соплах. Относительная скорость на входе в рабочие лопатки (из треугольников скоростей): см. Относительная скорость на выходе из рабочих лопаток: см.Средний диаметр турбины: м, где - частота вращения турбины.Потери в рабочих лопатках: КДЖ/кг. Абсолютная скорость за рабочими лопатками (из треугольника скоростей): С2= 118 м/с. Потеря в радиальном зазоре: КДЖ/кг, где - радиальный зазор, .Рис.1Турбокомпрессор выполнен с центробежным компрессором и осевой турбиной, так как мощность двигателя превышает 800 КВТ и при использовании осевой турбины были получены меньшие габариты, чем при использовании центростремительной турбины. Конструктивно турбокомпрессор состоит из корпуса состоящего из нескольких частей, в котором размещены неподвижные элементы компрессора и турбины, подшипники, связанные одним валом. Изначально я планировал использовать конструкцию с расположением подшипников перед компрессором и за турбиной. Однако по сравнению со схемой расположения: за компрессором и перед турбиной, наряду с выигрышем в простоте обслуживания подшипников я получил серьезный проигрыш в габаритных размерах и усложнение подвода воздуха в осевом направлении к компрессору, в итоге я решил использовать второй вариант как наиболее мне интересный. Для уменьшения протечки масла в зазорах между корпусом и валом используются масло сгонные резьбы возле турбины и возле компрессора.
План
Содержание
Введение
1. Выбор исходных данных для расчета газотурбинного наддува
2. Расчет центробежного компрессора
2.1 Параметры воздуха на входе в рабочее колесо
2.2 Размеры рабочего колеса
2.3 Параметры воздуха на выходе из рабочего колеса
2.4 Размеры щелевого диффузора
2.5 Параметры воздуха на выходе из щелевого диффузора
2.6 Размеры лопаточного диффузора
2.7 Параметры воздуха на выходе из лопаточного диффузора
2.8 Параметры потока на выходе из лопаточного диффузора
3. Расчет осевой турбины
3.1 Параметры газа за турбиной
3.2 Параметры газа перед турбиной
3.3 Выбор оптимальной окружной скорости
3.4 Расчет сопел и рабочих лопаток
3.5 Потери в турбине, КПД и мощность
3.6 Треугольники скоростей при различных значениях окружной скорости
4. Мои решения при проектировании турбокомпрессора
Список используемой литературы
Введение
Значительно снижение габаритных показателей двигателей внутреннего сгорания оказалось возможным при использовании форсирования за счет турбонаддува. В настоящее время широкое распространение получил турбонаддувочный агрегат, состоящий из газовой турбины и центробежного или осевого компрессора.
Компрессор, устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. К. впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в.
Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером , теория осевых компрессоров и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского , С. А. Чаплыгина и других ученых.
Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колесами. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре изза снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную.
Регулирование работы центробежного компрессора осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.
Осевой компрессор имеет ротор, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. На внутренней стенке корпуса располагаются ряды направляющих лопаток. Всасывание газа происходит через канал, а нагнетание через канал. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Решетка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых компрессоров между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счет уменьшения скорости газа
Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же, как и центробежных.
Техническое совершенство осевых, центробежных компрессоров оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.
Газовая турбина, тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого я нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Нагревание сжатого газа может осуществляться в камере сгорания. Первые газовые турбины появились в конце 19 в. как часть газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению были близки к паровой турбине . Газовые турбины представляет собой ряд последовательно расположенных неподвижных лопаточных венцов соплового аппарата и вращающихся венцов рабочего колеса, образующих ее проточную часть. Сопловой аппарат в сочетании с рабочим колесом составляет ступень турбины. Ступень состоит из статора, в который входят неподвижные детали (корпус, сопловые лопатки, бандажные кольца), и ротора, представляющего собой совокупность вращающихся частей (рабочие лопатки, диски, вал).
Газовые турбины классифицируют по направлению газового потока, количеству ступеней, способу использования теплоперепада и способу подвода газа к рабочему колесу. По направлению газового потока различают газовые турбины осевые (наиболее распространены) и радиальные, а также диагональные и тангенциальные. В осевых газовых турбинах поток в меридиональном сечении движется в основном вдоль оси турбины, в радиальных турбинах - перпендикулярно оси. Радиальные турбины могут быть центростремительными и центробежными. В диагональной турбине газ течет под некоторым углом к оси вращения турбины. Рабочее колесо тангенциальной турбины не имеет лопаток, такие турбины применяются при очень малом расходе газа, например в приборах газовые турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые. Число ступеней определяется назначением турбины, ее конструктивной схемой, мощностью, развиваемой одной ступенью, а также срабатываемым перепадом давления. По способу использования располагаемого теплоперепада различают турбины со ступенями скорости, в рабочем колесе которых происходит только поворот потока, без изменения давления (активные турбины), и турбины со ступенями давления, в которых давление уменьшается как в сопловых аппаратах, так и на рабочих лопатках (реактивные турбины). Газ может подводиться к рабочему колесу по части окружности соплового аппарата (парциальные газовые турбины) или по полной его окружности.
Процесс преобразования энергии в многоступенчатой турбине состоит из ряда последовательных процессов в отдельных ступенях. Сжатый и подогретый газ с начальной скоростью поступает в межлопаточные каналы соплового аппарата, где в процессе расширения происходит преобразование части располагаемого теплоперепада в кинетическую энергию вытекающей струи. Дальнейшее расширение газа и преобразование теплоперепада в полезную работу происходит в межлопаточных каналах рабочего колеса. Поток газа, действуя на рабочие лопатки, создает крутящий момент на валу турбины. При этом абсолютная скорость газа уменьшается. Чем меньше эта скорость, тем большая часть располагаемой энергии газа преобразуется в механическую работу на валу турбины. Рабочие лопатки воспринимают усилия, возникающие как вследствие изменения направления скорости газа, обтекающего их (активное действие потока), так и в результате ускорения потока газа при его относительном движении в межлопаточных каналах (реактивное действие потока).
Совершенство газовые турбины характеризуется эффективным кпд, представляющим собой отношение работы, снимаемой с вала, к располагаемой энергии газа перед турбиной. Эффективный кпд современных многоступенчатых турбин достигает 0,92- 0,94.
Дальнейшее развитие газовых турбин зависит от возможности повышения температуры газа перед турбиной, что связано с созданием жаропрочных материалов и надежных систем охлаждения лопаток, совершенствования проточной части и др.
Список литературы
1. Агрегаты турбонаддува двигателей внутреннего сгорания: Методические указания: Сост.: А.М.Захаров, И.В. Котляр. Горький , 1986.
2. Общие требования к оформлению чертежей и пояснительных записок курсовых и дипломных проектов. НГТУ: Сост. Ю.Н. Ручкин. Н.Новгород, 2001.