автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Особенности расчета осевой турбины турбокомпрессора дизеля с разделенным выпуском

ВВдаНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ЗАДАЧИ ИССЛВДОВАНИЯ.

Г.1. Роль турбокомпрессора в системе наддува дизеля.

1.2. Анализ потерь, возникающих при парциальном и разделенном подводе газа к турбине.

1.3. О правомерности допущений квазистатической гипотезы при расчете параметров турбины.

Г.4. Выводы. Задачи исследования.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ОСЕВОЙ ШЛЗУЛЬСНОЙ ТУРБИНЫ

С РАЗДЕЛЕННЫМ ПОДВОДОМ ГАЗА.

2.Г. Физическая модель механизма возникновения потерь от разделенного подвода газа.

2.2. Радиальное распределение степени реактивности.

2.3. Математическая модель осевой импульсной турбины агрегата наддува с разделенным выпуском.

2.4. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И МЕТОДИКА ПРОВВДЕНШ ИСПЫТАНИЙ.

3.1. Экспериментальный стенд и методика определения потерь в корпусах турбины агрегата надцува дизеля.

3.2. Экспериментальный стенд и методика определения периферийной и корневой степени реактивности турбины.

3.3. Исследование эффективности турбины при разделенном и парциальном подводе газа.

3.4. Исследование особенностей работы турбины в пульсирующем потоке. Стр.

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРШЕНТАЯЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Анализ результатов исследования газоотводящего корпуса турбины агрегата наддува дизеля.

4.1.1. Возможности повышения к.п.д. турбины за счет совершенствования газоотводящего корпуса.

4.1.2. О возможности применения диффузора за ступенью.?

4.1.3. Выводы.

4.2. Анализ результатов экспериментального определения радиального распределения степени реактивности.

4.3. Анализ результатов исследования работы турбины при разделенном подводе газа.

4.4. Анализ результатов исследования работы турбины в пульсирующем потоке.

5. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ НАДДУВА ДИЗЕЛЯ 6ДО-21А

5.1. Расчетно- экспериментальное исследование эффективности импульсной системы наддува дизеля

6ДМ-21А.

5.2. Основные направления повышения к.п.д. турбины турбокомпрессора TKI8B-I9- дизеля 6ДМ-21А.

5.3. Анализ погрешностей экспериментальных исследований.

ВЫВОДЫ

Г. Во всем диапазоне возможных отношений давлений на входе в турбину, включая чисто парциальный подвод газа, потери, обусловленные разделенным подводом, для осевых турбин турбокомпрессоров могут быть представлены как сумма трех составляющих: от расширения , на неактивной дуге подвода и от деформации треугольников скоростей рТр. .

2. Потери^р.п- уменьшаются с увеличением отношения , характеризующего степень реактивности турбины.

3. Коэффициенты расходов через зазоры, связывающие обе половины турбины, возрастают с ростом чисел и уменьшаются с ростом абсолютной величины зазоров.

4. Резкий рост потерь имеет место при Д^т/д —»0, что характерно для двухтактных 4-х цилиндровых дизелей с двумя вводами в ТК.

5. При дРт/лРт' = 0 отношение ^ должно выбираться из условия ^ О, т.к. при рк < 0, когда имеет место подсос газа через корневой зазор, потери Jbp.fi. особенно велики.

6. При соблюдении условия ^ О применение сложных конструкций уплотнений корневого зазора нецелесообразно, т.к. потери определяются, в основном, утечками через осевые зазоры между СА и РК. •

7. При —если соблюдено условие ^ > 0, решающее значение для минимума потерь приобретает деформация треугольников скоростей.

8. Для двигателя 6Ж-21А во всем диапазоне нагрузочной и внешней характеристик потери р>рл- не превышают 1,5 %.

9. Экспериментальное определение потерьрр.п. на воздушных стендах ведет к завышению их значений в 1,5 - 2 раза.

10. В области частот и амплитуд пульсаций, характерных для высокооборотного четырехтактного дизеля, погрешность расчета параметров турбины на основании квазистатической гипотезы находится в пределах погрешности экспериментального определения статических характеристик турбины в том случае, если:

- произведен учет пульсаций перепада давления на диафрагме;

- турбина работает в области исходной статической характеристики.

П. Потери в газоотводящем корпусе уменьшаются с ростом осевого и радиального габаритов корпуса.

12. Потери в ГОК уменьшаются с появлением забутки потока на входе в корпус.

13. Получена эмпирическая зависимость, связывающая коэффициент полных потерь в ГОК с осевым и радиальным габаритами корпуса и с углом выхода потока .

14. Уменьшение габаритов ГОК отрицательно сказывается на потерях в ступени, поскольку ведет к увеличению периферийной степени реактивности и к изменению степени реактивности у корня лопатки.

15. Имеется возможность существенно повысить к.п.д. турбины турбокомпрессора ТК18В-19 на :

- I % за счет уменьшения зазоров Лос.ср до 2 мм и А ос. к. до

I мм;

- 4 % за счет увеличения продольного размера ГОК на 40 мм и поперечного на 100 мм;

- 1,2 % за счет уменьшения угла |5<0 до 40

- 3,8 % за счет увеличения корневого диаметра турбины до 140 мм.

1. Циннер К. Надцув двигателей внутреннего сгорания.- Л.: Машиностроение, 1978. - 262 с.

2. Проведение исследований, направленных на улучшение технико-экономических показателей и виброакустических характеристик дизеля 6ДМ 2IA. Технический отчет, ВДИДИ, f гос.регистрации 81088287. - Л. : 1982. - 68 с.

3. Гончар Б.М. Численное моделирование рабочего процесса по методу ЩИДИ. Дизели. Справочник. / Под ред. Ваншейдта В.А. и др. / Л. : Машиностроение, 1977. - с. 87 - 96.

4. Иванченко H.H., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. Л. : Машиностроение, 1973. - 178 с.

5. Красовский О.Г. 'Численное моделирование нестационарных процессов в газовоздушном тракте двигателя. Труды 1ЩЩ, 1982.-с. 81-91.6'. Межерицкий А. Д. Вентиляционные потери в газовых турбинах заднего хода. Труды ВДШМф, 1961, $ 34. - 98 с.

6. Межерицкий А.Д. Определение вентиляционных потерь в турбинной ступени. Энергомашиностроение, 1962, II 6. - с.29 -32.

7. Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры судовых дизелей. Л. : Судостроение, 1971. - 190с.

8. Межерицкий А.Д. Математическая модель потерь в импульсной турбине турбокомпрессора для наддува ДВС. Двигателестрое-нивг, 1982, В 12. - с. 26 - 31.

9. Ю.Усачев И.П., Неуймин В.М., Тихомиров А.Н. Расчет и анализ установившихся режимов ц.н.д. паровых турбин. Энергомашиностроение, 1976, № 10. - с.П-14.

10. Усачев И.П., Неуммин В.М. Общий метод расчета вентиляционных потерь мощности в ступенях турбомашин. Энергомашиностроение, 1978, 13. - с. 9-П.

11. Неуймин В.М., Усачев И.П. Вентиляционный процесс в ступени осевой турбомашины. Энергомашиностроение, 1982, $ II,-с. 7-13.

12. Дейч М.Е., Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин. М. : Машиностроение, 1964. - с. 295 -314.

13. Чупирев Д.А. Проектирование и тепловые расчеты стационарных паровых турбин. М. : Машгиз, 1958. - 140 с.

14. Зальф Г.А., Звягинцев В.В. Тепловой расчет паровых турбин. М.: Машгиз, 1961. - 156 с.

15. Кириллов И.И. Аэродинамика проточной части паровых и газовых турбин. М. : Машгиз, 1958. - 254 с.

16. Траупель В. Тепловые турбомашины. М. : Госэнергоиз-дат, 1961. - 347 с.

17. Марков Н.М., Терентьев И.К. Расчет вентиляционных потерь в парциальной ступени при наличии перепада давлений на неактивной дуге подвода. Труды ЦКТИ, 1960, £ 62. - 85 с.

18. Кириллов И.И. Теория турбомашин. М.-Л. : Машиностроение, 1964.- 510 с.

19. Марков Н.М., Терентьев И.К., Марченко Ю.А. Коэффициенты расхода через зазор у корня лопаток в турбинных ступенях. -Энергомашиностроение, 1968, №5, с. 1-4.

20. Бабенко Х.Л. Осевое усилие в паровых турбинах. -Электрические станции, 1958, № 12, с.32-35.

21. Марков Н.М., Терентьев И.К. Расчет вентиляционных потерь при парциальном подводе пара в ступенях-давления паровых турбин. Труды ЦКТИ, 1966, .№70, с. 91-102.

22. Карцев JI.В. О расчете парциальной ступени турбины с подсосом рабочего тела. Известия вузов СССР, 1959, № 9,с. 69-73.

23. Карцев Л.В.^Оценка потерь энергии в турбинной ступени от подсоса рабочего тела. Известия вузов СССР, Энергетика, 1959, 1 6, с. 74-83.

24. Иванов П.В. Расчет радиальной импульсной турбины с учетом перетекания и упрощенный расчет. Труды 1ЩЩ, i960, Л 39. - с. 66-72.

25. Иванов П.В. Особенности работы двигателя совместно с турбокомпрессором с импульсной турбиной. Дне. .канд.тех. наук. - Л., i960. - 146 с.

26. Байков Б.П. Особенности расчета турбины, работающейна газах переменного давления. Труды ЦЕИДИ, 1955, № 28. - 87 с.

27. Байков Б.П. Особенности наддува двигателей и расчета турбин при использовании энергии потока переменного давления. -Дне. .канд.тех.наук. Л., 1956. - 155 с.

28. Иванов П.В. Расчет переменных режимов работы четырехтактного двигателя с наддувом. Энергомашиностроение, 1959,9. с. 4-6.

29. Иванов П.В. Особенности расчета радиальной центростремительной импульсной турбины. Труды ЦЕЩИ, В 39. - с. 66-73.

30. Иванов П.В. Энергетические возможности импульсной системы наддува 4-х тактных двигателей. Труды ЩИДИ, 1961, Jê 41. -с.16-25.

31. Ханин Н.С. Особенности рабочего процесса радиально -осевой турбины на пульсирующем потоке. Известия вузов. Машиностроение, 1973, J6 I, с .105-110.

32. Островский Э.С. Разработка и исследование метода измерения среднего расхода пульсирующего потока воздуха в трактевсасывания быстроходных дизелей. Дис. .канд.тех.наук. -I., 1982. - 214 с.

33. Седач B.C. Газовая динамика выпускных систем поршневых машин. Харьков, 1974. - с. 129-133.

34. Казакевич В.В. Автоколебания / помпаж / в вентиляторах и компрессорах. М.; Машиностроение, 1959. - 187 с.

35. Салищев Л.Н. Влияние колебания давления газа на работу агрегатов надцува. Харьков : Двигатели внутреннего сгорания, 1970, В 10. - с.129-134.

36. Салищев Л.Н. и др. Экспериментальные динамические характеристики центробежного компрессора. Харьков, 1977. - 9 с. Рукопись представлена ХПИ им, В.И.Ленина. Деп. во ВИНИТИ № 3.

37. Салищев Л.Н. Математическая модель и расчетные динамические характеристики центробежного компрессора. Харьков, 1977. - 16 с. Рукопись представлена ХПИ им. В.И.Ленина. Деп. во ВИНИТИ К? 3.

38. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. М.: Энергия, 1970. - 384 с.

39. Глаголев И.Г., Драконов A.M., Сиваев В.М. Влияние, закрутки потока на характеристики выходного патрубка турбины. -НИИинформтяжмаш 4-74-24, М., 1974. с. 10-15.

40. Стечкин Б.С. Теория реактивных двигателей. / Под ред. Стечкина Б.С. и др. / М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1956. - 547 с.

41. Дейч М.Е., Самойлович Г.С. Основы аэродинамики осевых турбомашин. М.: Машиностроение, 1959. - 427.

42. Мигай В.К., 1Удков З.И. Проектирование и расчет выходных диффузоров турбомашин. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1981. - 272 с.

43. Шнеэ А.И., Хайновский Я.С. Газовые турбины. Киев,1. Вища школа, 1977. 279 с.

44. Жирицкий Г.С. и др. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. М.: Оборонгиз, 1968. - 604 с.

45. Мухтаров М.Х., Кричакин В.И. Методика оценки потерь в проточной части осевых турбин при расчете их характеристик. -Теплотехника, 1969, I 7. с. 76-78.

46. Терентьев И.К. Исследование влияния периферийных радиальных зазоров на экономичность ступеней ВДЦ. Энергомашиностроение, 1981, 16 10. - с. 7-II.

47. Банков Б.П., Бордуков В.Т., Иванов П.В., Дейч Р.О. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Л.: Машиностроение, 1975. - 197 с.

48. Круглов М.Г. Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1973. -295 с.

49. Красовский О.Г. Численное решение уравнений нестационарного течения для выпускных систем двигателей. Труды ЦБИДИ, 1968, вып. 57. - с. 3-20.

50. Исследования, связанные с созданием унифицированных турбокомпрессоров со степенью сжатия 3 4-4. Технический отчет 1ЩЩ. Л.: 1965. - 342 с.

51. Исследование и разработка управляющих воздействий по повышению надежности дизелей и дизель-генераторов, выпускаемых предприятиями Союздизельмаша. Технический отчет, ЦНИДИ, № гос. регистрации 0Г830036730. Л.: 1983. - 80 с.

52. Васильев-Южин P.M. Экспериментально-расчетное исследование турбины, работающей в пульсирующем потоке выхлопных газов двигателя. Труды в/ч 62750, вып.10, 1959.- 33 с.

53. Волчок Л. Я. Методы измерений в двигателях внутреннегосгорания. М.-Л.: Машгиз, 1955. - 272 с.

54. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания.-М.: Высшая школа, 1975. 1975. - 320 с.

55. Хошл^ь И.} УоуплуОупХХЛхь /1Л, Олл^съ 1J

56. Т- Р&фуиущльс*/ (ф (¡^аА^оЛ ^всшг ТилЛи^ьео Ь0ил)(м> ОчлЛллх&ли^ ^бо-иг СопЖо

57. Аллы Л. У^илммЛ (ф Оп^ичлеши^ руь 1976, «1.- р* 24-34.stapfe at фыйлъ cuyul млм,

58. З-^суыг альЖ (Lofáxtt&íUiL Лр-е^ф Ç <РЬил- -Qu&dsuxMsЬ . ^^ил^оуС ofb^h^iyîMÀyn^ fao QbowvUiWrttd^-p* гв-зч.6Ô. WcMacv Т'.У., CUtytty У.¿f., JîzcubG.P.

59. Реяфуьлллшля. tfí- ïhvuroAds (ЯоиЯлмЛ Tïcur

60. UauJms 7Lvru Jytazsdy ^W Co^cCù-tùasLd. - Mse<cAcuUs~tbbsfyiibet/uo, 19ÏD, PoA¿ -/, fifJO,-p. 43'5i.

61. Mbculy Tfrw (Ms (b (IQSOLÙQI> GCU, ЯълЫШ

62. JÄ^ßubyuxxxyt êxu^itvz,-Ш,, 196G, Уоб. 1*0, Pcwb 3J Pctf>vu 23.

63. MvOA^cítcly Obt^-ic^L frMs JÏTMÂMsix^ f£o<ur.- Pvoc. Jin&fc. i960, 9334024.0. d^oA&b G.ft. CL ¿úfouíy ef- fpu&sojXtu^

64. ASME, л/ К </966, p. 96-103.

65. H. ^M&jL/t, Él. Leo ñuyOAwuy оСел. oie4ùt/moyens ot> a^^o/bei^i,1.y -houU&s ¿¿сиъсАь 24, 1965, 455 Чбд.