Расчет и проектирование системы наддува силовой установки легкового автомобиля

Угол входа потока на рабочее колесо;м) ;н) .Окружная составляющая абсолютной скорости газа с3u- на входе в рабочее колесо (по закону с2u = const);м) м/с;н) м/с.- на выходе с лопаток соплового аппарата;м) м/с; н) м/с.Число лопаток рабочего колеса находится в пределах . Принимаем . Лопатки радиальные.Коэффициент загромождения входного сечения рабочего колеса ,где толщина рабочих лопаток на входе δ3 =1…2 мм. Принимаем δ3=1,2 мм..Радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе с лопаток соплового аппарата.Предварительно принимаем ширину лопаток b2 = b3 и плотности газа 2 = 3. Тогдам) м/с;н) м/с.4.3.11. Абсолютная скорость газа на выходе с лопаток соплового аппарата;м) м/с; н) м/с.Угол выхода газового потока из соплового аппарата;м) ;н) .Рекомендуемые значения угла выхода газового потока из соплового аппарата лежат в пределах . Температура газа на выходе из соплового аппарата:- статическая Средняя массовая изобарная теплоёмкость выпускных газов при температурах близких кК равна Дж/(кгград.).м) ;н) .заторможенного потока ;м) ;н) Число Маха, характеризующее режим течения газа на выходе из соплового аппарата;м) ; н) .Оба значения М1 меньше единицы. Характер течения газа дозвуковой, в связи с чем применимы обычные приёмы выбора профилей лопаток.Потеря энергии в сопловом аппарате;м) Дж/кг;н) Дж/кг.Показатели политропы расширения в сопловом аппарате;м) ;н) .Давление газа на выходе из соплового аппарата;м) МПа;н) МПа.Плотность газа после соплового аппарата;м) кг/м3;н) кг/м3.Ширина проточной части соплового аппарата (длина лопаток);м) м;н) м.Принимаем b2 = 7,0 мм Относительная ширина .Рекомендуемые отношения ширины соплового аппарата к диаметру колеса турбины находятся в пределах:- для радиально-осевых турбин .4.4 Рабочее колесоУгол входа потока на рабочее колесо с радиальными лопатками;м) ;н) .Допускается 3 = 80...110. Температура газа на входе в рабочее колесо;м) К;н) К.Давление газа на входе;м) МПа;н) МПа.Плотность газа ;м) кг/м3; н) кг/м3.Относительная скорость потока газа на входе в рабочее колесо;м) м/с;н) м/с.Адиабатная работа расширения газа в рабочем колесе;м) Дж/кг;н) Дж/кг.Относительная средняя скорость газа на выходе из рабочего колеса Скоростной коэффициент :- для радиально-осевых турбин ;Принимаем =0,93;м) м/с;н) м/с.4.4.8. Температура газа на выходе;м) К;н) К.Давление газа;м) МПа;н) МПа.Плотность газа на выходе;м) кг/м3;н) кг/м3.Предварительное значение угла выхода потока газа из рабочего колеса в относительном движении;м) ;н) .Величина утечки газа:- в радиально-осевой турбине (по радиальному зазору).Величина радиального зазора мм. Принимаем мм.Высота лопаток на выходем) кг/с;н) кг/с.Уточненная величина угла выхода газа из рабочего колеса;м) ;н) .Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса;м) м/с;н) м/сУточненная осевая составляющая абсолютной скорости ;м) м/с;н) м/с.Отношения скоростейм) ; н) .Для исключения обратных потоков и уменьшения гидравлических потерь рекомендуется иметь. Абсолютная скорость газа на выходе;м) м/с;н) м/с.Угол выхода потока по отношению к плоскости рабочего колеса;м) ;н) .Потери энергии с выходной скоростью;м) Дж/кг;н) Дж/кг.Потери энергии вследствие утечек,м) Дж/кг;н) Дж/кг.Потери на лопатках рабочего колеса;где скоростной коэффициент для радиально-осевой турбины . Принимаем и ;м) Дж/кг;н) Дж/кг.Потери трения диска рабочего колеса и вентиляционные потери,где коэффициент, учитывающий форму диска . Принимаем .м) Дж/кг;н) Дж/кг.Адиабатныйк.п.д. турбины;м) ;н) .Эффективныйк.п.д. турбиныОбычно . Принимаем ;м) ;н) .Эффективная мощность турбины;м) кВт; Nк = 3,7 кВт;н) кВт;Nк = 6,4 кВт.При проектировании улиточного канала, подвода газа к турбине (сопловым лопаткам), характерного для турбины постоянного давления, обычно принимается закон прямолинейного убывания проходного сечения улитки по её длине. При этом максимальное начальное проходное сечение берётся равным выходному сечению выпускного трубопровода, а минимальное концевое сечение (во избежание большой шумности турбины при работе) порядка .Выводы по разделуВ данном разделе рассмотрены расчеты турбины для последующего моделировании на выбранном двигателе.5Анализ результатов5.1 Моделирование внешней скоростной характеристикиДля проверки расчетов турбины с возможность установки на легковой автомобиль, возьмём бензиновой двигатель,с заранее известными параметрами:- номинальная мощность Neн= 91,2 кВт при = 5400 мин-1;- крутящий момент =161,3 Н∙м;- при 3000 мин-1 двигатель развивает максимальный крутящий момент = 183,9 Н∙м. Разделив промежуток между nххmin до Neн на 18 интервалов (через 250 мин-1), определим численные значения ξn по формуле (табл.5.1). Таблица 5.1 - Показатели ВСХ проектируемого бензинового двигателяnxMex, Н∙мGт, кг/чξn1000-0,831250-0,731500-0,631750-0,522000-0,422250-0,312500-0,212750-0,10300012110,190,0032500,1035000,2137500,3140000,4242500,5245000,6347500,7350000,83540010616,411,00В соответствии с теорией примем, что для проектируемого бензинового двигателя в безразмерных координатах зависимости и соответствуют этим же зависимостям.Это дает возможность найти значения и GTx для частот вращения от 1000 до 5400 мин-1. Эффективную мощность находим по формуле.Удельный эффективный расход топлива находим по формуле .Результаты расчетов приведены в табл. 6.2.Таблица 6.2 - Внешняя скоростная характеристика проектируемого двигателяn, мин-1Me,Н·мGT,кг/чNe,кВтge, г/(кВт·ч)1000158,207,0716,56427,021250163,717,9321,43369,921500168,588,7826,48331,601750172,789,6331,66304,262000176,3410,4936,93283,972250179,2311,3442,23268,542500181,4812,1947,51256,662750183,0713,0552,72247,493000184,0013,9057,80240,483250184,2814,7562,71235,253500183,9015,6167,40231,563750182,8716,4671,81229,224000181,1917,3175,89228,144250178,8418,1779,59228,254500175,8519,0282,86229,544750172,2019,8785,65232,035000167,8920,7387,90235,795400159,6422,0990,27244,73Определяем наименьшую частоту вращения коленчатого вала при максимальной нагрузкеПринимаем nmin=2000 мин-1.При данной частоте вращения коленчатого вала находим (по ВСХ) часовой расход топливаОпределяем часовой расход воздуха на данном режимеТогда расход воздуха через компрессор определится какПринимаем, на данном режиме πк=1,620.5.2Регулирование давления наддуваНеобходимость в регулировке давления воздуха в системе турбонаддува, обусловлена тем, что по мере увеличения оборотов двигателя, увеличивается давление воздуха.При смене режима работы ДВС, турбина по инерции продолжает вырабатывать избыточное давление уже не нужное для двигателя, которое может привести к не номинальных режимам работы двигателя. Не контролируемая работа газотурбонагнетателяможет привести к разрушению самого турбины.Самый распространённый способ регулировки оборотов и давления воздуха, применение специального клапана, дверки или вестгейт, установленного на горячей части турбины. При создании давления наддува, используют систему управления,количеством поступающим ОГ через турбину. Маслоперепускной (обводной) клапан ставится в выхлопной коллектор меж выпускными каналами головки цилиндров мотора и входом в турбину, либо же устанавливается конкретно в корпусе турбокомпрессора. Использованиеуправляемого клапанадля перепускания часть ОГ в обход турбины и отвод в выхлопную систему. Для более точной настройки турбины, на специальном клапане требуется установить правильное натяжение. Для этого на самом штоке имеется специальная регулировочная резьба с контргайкой. Внутри клапана имеется возвратная пружина, регулировкой длины штока, изменяется сила сжатия, это в свою очередь регулирует давление которое необходимо для открытия или закрытия клапана. Завод изготовитель по умолчанию устанавливает давления открытия равное 0,6 Бар. Специальный клапан он же Аккуратный механизм, представляет собой перепускной механизм. Конец стержня клапана закреплен к мембране, какая поджимается калиброванной пружиной. Диафрагма по периметру соединена с колпачком корпуса. Изначально активатор закрыт все выхлопные газы попадают на лопатки турбины, при увеличении давления отработанных газов активатор начинает открываться и часть выхлопных газов минует турбину и происходит уменьшения оборотов, после снижения давления, актуаторзакрывается и выхлопные газы направляются на крыльчатку турбины, что опять повышает давления нагнетания.В современных двигателям системы TSIи FTSIиспользуется электронная система регулировки работы турбины. Применение электронной системы управления позволило более плавно осуществлять регулировку наддува воздуха.ЗаключениеПри изучении дипломной работы, была поставлена задача: рассмотреть и изучить способы регулирования количества поступаемого воздуха в цилиндры ДВС, через турбину. После изучения теоритического материала, технической литературы и чертежей различных турбин, были намечены два способа регулировки количества воздуха.Проанализировав весь собранный материал, была разработана последовательность расчета турбины, что позволило наглядно использовать весь полученный материал для расчета будущих турбокомпрессоров для ДВС. Анализ потвердел правильность расчетов и в дальнейшем внедрять новые методики расчета, это позволит с экономить значительные средства при разработки комбинированных ДВС и генераторных станций.Список используемых источниковВысокий наддув дизелей / Н.Н.Иванченко, О.Г.Красовский, С.С. Соколов. -Л.Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983.-198с,ил.Гатауллин Н.А. Разработка, исследовательские испытания и доводка малоразмерных турбокомпрессоров // Дисс.канд.техн.наук.-Казань, КГТУ им.А.Н.Туполева.1998.Губарев А.В., Филипов Г.А., Лазарев Л.Я., Пандья А.Д. Методика проектирования и результаты исследования безлопаточного направляющего аппарата для радиально-осевых турбин.//Изв.ВУЗов. Авиационная техника.-1962.- №2.-С.113-123.Губарев А.В., Филиппов Г.А., Пандья А.Д. Безлопаточный направляющий аппарат для центростремительных турбин.// Энергомашиностроение. -1963.-№2.-С. 38-39.Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей /Под ред. А.С.Орлина, М.Г. Круглова - М.: Машиностроение, 1983.372с.Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. ГОСТ 14846-81.Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. ГОСТ 18461-81.Дехович Д.А. Расчет потока в безлопаточной части соплового аппарата радиальной турбины. // Энергомашиностроение.-1966.- №8.- С. 24-26.Дорменев СИ., Банник А.П., Коваль И.А., Моргулис Ю.Б. Тракторные моторно-трансмиссионные установки с двигателями постоянной мощно-сти.-М. Машиностроение, 1987.-184с.10.Драгунов Г.Д., Васильев Е.Ж. Учет потерь в радиально-осевой турбине при расчете ее характеристик. //Сб.Научных трудов Челябинского политехнического института. -1979.-№233.-С.55-5911 П.Зайченко Е.Н., Аболтин Э.В. Мощность, необходимая для привода нагнетателя турбокомпрессора автомобильного двигателяУ/Автомобильная промышленность.-1965.-№9.- С.6-9.12.3арянин А.Е. К расчету потерь в безотрывных диффузо-рах.//Изв.ВУЗов. Авиационная техника.-1962.-№3.-С. 157-165.ІЗ.ИдельчикИ.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М. Машиностроение, 1975. -559с.14.Каминский В.Н. Научные основы создания малоразмерных турбокомпрессоров для быстроходных транспортных двигателей. //Дисс.докторатехн.наук.-КамАЗ, Набережные Челны, 1986.-417с.15.Каминский В.Н., Люгарин М.М., Магзумьянов Р.Ф. Турбокомпрес-сор./А.с. №1650917 СССР МКИ F01fll7/04, F04B27/00. Опубл.23.05.1991.Бюл. №19.8с.Іб.КострьшинВ.Ф. Течение газа в кольцевом канале безлопаточного направляющего аппарата радиальной турбины. //Труды ЦНИИМФ.- 1965.- Вып. 62.- С. 28-33.17. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп.- Л.:Машиностроение,1989.-701 с.18.Кругов В.И., Рыбальченко А.Г. Регулирование турбонаддува ДВС. -М.:Высшая школа, 1978.-213с.19.Левкович С.Л., Тихоненко А.Т., Тихоненко Н.С. Методика определения мгновенного расхода газа через импульсную турбину. //Сб. "Двигатели внутреннего сгорания"ХГУ.-1983.-Вып.38-С.55-64.20.Локай В.И., Максутова М.К., Стрункий В.А. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. -М.Машиностроение, 1979.-447с.21 Магзумьянов Р.Ф. Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания./Патент на изобретение №2131981 РФ МКИ 6F02B37/22. Опубл. 20.06.1999. Бюл.№17,8с.22.Магзумьянов Р.Ф. Устройство для наддува двигателя внутреннегосгорания. /Ах. №1401152 СССР МКИ. Р02Д23/00, F02B37/00. Опубл. 07.06.1988. Бюл.№21.2с.23.Магзумьянов Р.Ф. Разработка турбокомпрессора с регулируемым безлопаточным направляющим аппаратом турбины // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Механика машиностроения" г.Наб. Челны. КамПИ, 1995.С. 68-69.24.Магзумьянов Р.Ф. Использование турбокомпрессора с изменяемой геометрией безлопаточного направляющего аппарата турбины в автотракторных дизелях. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Механика машиностроения" г.Наб. Челны. КамПИ, 1995. С. 68-69.25.Магзумьянов Р.Ф. Испытания турбокомпрессора с регулируемым БНА турбины в полевых условиях. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Молодая наука - новому тысячелетию". г.Наб. Челны. КамПИ, 1996. С. 178.26.Магзумьянов Р.Ф. Разработка и исследование турбокомпрессора с регулируемым безлопаточным направляющим аппаратом //Тезисы докладов Все-росийской молодежной научно-технической конференции "Проблемы энергомашиностроения" г.Уфа. УГАТУ, 1996. С.9.27.Магзумьянов Р.Ф. Зависимость удельной адиабатной работы турбины от угла поворота заслонки регулируемого турбокомпрессора // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Механика машиностроения". г.Наб.Челны. КамПИ, 1997.С.78-79.28.Петунии А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока.-М.Машиностроение, 1972.-332 с.29.Преображенский В.Н. Теплотехнические измерения и приборы.:Учебник для ВУЗов.-3-е изд.,перераб.-М.: Энергия,1978.- 704 с.30.Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. ГОСТ 8.207-76.31.Рудой Б.П. Прикладная нестационарная гидрогазодинамика.:Учебное пособие.- Уфа, УАИ, 1988.-184 с.32.Рудой Б.П. Теория газообмена ДВС: Учебное пособие. -Уфа, УАИ, 1978.- 109 с.33.Савельев Г.Н., Стефановский Б.С. Проектирование турбокомпрессоров: Учебное пособие.- Ярославль :ЯПИ, 1977.-90с.34.Савельев Г.Н., Лямцев Б.Ф., Аболтин Э.В. Опыт доводки и производства турбокомпрессоров автомобильных дизелей :Учебное пособие. -М., 1986.-94с.35.Савельев Г.Н., Зайченко Е.Н., Озимов П.Л., Лямчев Б.Ф. Влияние угла входа потока в колесо на характеристику малоразмерной центростремительной турбины. // Энергомашиностроение.-1975.№3.-С.35-37.36.Селезнев К.П., Подобуев Ю.С., Анисимов С.А. Теория и расчет тур-бокомпрессоровУ/Машиностроение.- Л.,1968.- 408 с.37.Системы регулирования давления наддува тракторных и комбайновых дизелей: Обзорная информация ЦНИИТЭИ тракторсельхозмаш.-Сер."Тракторы и двигатели". - М., 1982,-Вып.З.-40с.38.Системы и агрегаты газотурбинного наддува двигателей промышленных тракторов: Обзорная информация ЦНИИТЭИ тракторсельхозмаш.-Сер."Тракторы и двигатели".-М., 1982. -Вып. 16. -56 с.39.Скув Э. Наддув двигателей внутреннего сгорания и расчет их мощ-ности.-М.,1978.-ВЦП № А-438228.-52 с.40.Современные устройства для регулирования наддува двигателей внутреннего сгорания тракторов и сельскохозяйственных машин: Обзорная информация ЦНИИТЭИ тракторсельхозмаш.-Сер."Тракторы, самоходные шасси и двигатели, агрегаты и узлы".-М.,1979.-Вып.17-37с.41.Степанов Г.Ю. Основы теории лопаточных машин, комбинированных и газотурбинных двигателей. -М.: Машгиз, 1958.- 350 с.42.Турбонаддув современных бензиновых двигателей:Обзорная информация НИИавтопрома.-Сер. "Автомобильные двигатели и топливная аппаратура".-М.Д982.-44с.43.Турбомашины и МГД-генераторы газотурбинных и комбинированных установок. В.С.Бекнев, В.Е.Михальцев, А.Б.Шаберов, Р.А.Янсон. М.:Машиностроение,1983,-392с.,ил.44.Ханин Н.С., Шерстюк А.Н., Зайченко Е.Н., Динеев Ю.Н. Наддув и нагнетатели автомобильных двигателей. -М.:Машиностроение,1965.-219с.45.Хачиян А.С., Морозов К.А. И др. Двигатели внутреннего сгорания.-М.:Высшая школа, 1985.- 311с.46.Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин.-М.: Машиностроение, 1986. -432с.47.Хуциев А.И., Широких Э.В. Способ работы дизелей с высоким наддувом и автоматически изменяемой степенью сжатия.//Двигателестроение.-М., 1986.-№10.-с.7-9.48.Циннер К. Наддув двигателей внутреннего сгорания. -Л.: Машиностроение, 1978.-264 с.49.Шерстюк А.Н., Зарянкин А.Е. Радиально-осевые турбины малой мощности.-М.:Машиностроение,1976.- 208 с.