Улучшение эксплуатационных показателей компрессоров турбонаддува транспортных дизелей оптимизацией газодинамических, геометрических и режимных параметров

• Автор: Боровиков, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 376 с. : ил.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. РАСЧЕТНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ КОМПРЕССОРОВ ТУРБОНАДДУВА ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

2.1. Физическая модель течения и потерь

В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ КОМПРЕССОРА

2.2. Методика параметрической оптимизации ступени

2.3. Расчетная модель течения

в осерадиальном полуоткрытом колесе

2.4. Расчетная модель течения в диффузоре

2.5. Методика расчета потерь в элементах

проточной части компрессора

2.6. Методика расчета коэффициента теоретического
напора осерадиального полуоткрытого колеса
2.7. Методика расчета характеристики лопаточного диффузора по задаваемому экспериментальному
входному профилю скорости
3. МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПРЕССОРОВ ТУРБОНАДДУВА ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
3.1. Методика модельного эксперимента
3.1.1. Описание экспериментальной установки
3.1.2. Измерительная аппаратура
3.1.3. Контрольные сечения, схемы замеров
и измеряемые параметры
3.1.4. Результаты наладочных испытаний
3.1.5. Осреднение параметров
3.1.6. Обработка экспериментальных данных
3.1.7. Оценка погрешностей результатов
экспериментальных исследований
3.2. Методика визуализации течений
в лопаточных элементах компрессора
3.3. Методика экспериментального исследования нестационарных процессов в лопаточном диффузоре
3.4. Методика стендовых испытаний промышленных образцов

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЙ
В ОСЕРАДИАЛЬНОМ ПОЛУОТКРЫТОМ РАБОЧЕМ КОЛЕСЕ
4 Л. Влияние формы лопаточной решетки рабочего колеса
на ее аэродинамическое совершенство
4.2. Влияние газодинамических, геометрических
и режимных параметров на эффективность рабочего колеса
4.3. Влияние на характеристики рабочего колеса осевого
зазора с корпусом
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТУПЕНИ КОМПРЕССОРА ТУРБОНАДДУВА ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ
С БЕЗЛОПАТОЧНЫМ ДИФФУЗОРОМ
5.1. Характеристики безлопаточных диффузоров
5.2. Характеристики ступеней с безлопаточными диффузорами
5.3. Атлас характеристик двухзвенных модельных компрессорных ступеней турбонаддува транспортных дизелей
с безлопаточными диффузорами
6. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТУПЕНИ КОМПРЕССОРА ТУРБОНАДДУВА ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ
С ЛОПАТОЧНЫМ ДИФФУЗОРОМ
б. 1. Влияние газодинамических, геометрических и режимных
параметров на эффективность лопаточного диффузора
6.2. Влияние параметров на эффективность лопаточного диффузора в условиях работы транспортного дизеля
на неноминальном режиме
6.3. Результаты исследования нестационарных процессов
в лопаточном диффузоре
7. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБРАЗЦОВ КОМПРЕССОРОВ ТУРБОНАДДУВА
ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
7.1. Методика проектирования проточной части компрессора
7.2. Технология изготовления пространственного осерадиального полуоткрытого рабочего колеса
на многокоординатном фрезерном станке типа КМЦ-600
7.3. Достигнутое улучшение эксплуатационных показателей компрессоров турбонаддува транспортных дизелей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1. Геометрические параметры: В, и - диаметры характерных сечений проточной части; л-, у, г - обозначение осей в декартовой системе координат; г, и, ер - обозначение осей в цилиндрической системе координат; х, у, (р - обозначение осей в криволинейной ортогональной системе координат; Ь, м - ширина канала в меридиональной плоскости; t, м - шаг решетки профилей; г, шт. - число лопаток; 5, м - толщина лопатки, зазор между лопатками рабочего колеса и корпусом; /?,,, град. - угол между средней линией профиля лопаток рабочего колеса и обратным направлением оси и у, град. - угол наклона меридиональной линии тока к оси г; Я, и- радиус кривизны.
2. Кинематические, аэродинамические, термодинамические и механические параметры: а, м/с - скорость звука; с, м/с - абсолютная скорость; ГГ, м/с - относительная скорость; и, м/с - переносная скорость; С,., С„, С , м/с - проекции скоростей на оси координат; а, град - угол между вектором абсолютной скорости и осью и; р, град - угол между вектором относительной скорости и направлением, обратным оси и; /, град - угол атаки потока; п, об/мин. - скорость вращения ротора; со, рад/с - угловая скорость вращения ротора; //„, /г,., кг, Дж/кг - политропный, внутренний, теоретический напоры ступени; Р, Па - статическое давление; Р', Па - полное давление; Г, °К - термодинамическая температура; Т °К - полная температура; /17, кг/с - массовый расход воздуха; V , м'/с - объемный расход воздуха; р, кт/м2 - плотность воздуха; к, м2/с - кинематическая вязкость воздуха; и. кг/м.с - динамическая вязкость воздуха; К , Дж/кг.град — газовая постоянная; к ~ показатель адиабаты; п - показатель политропы; С , Дж/кг.град -- удельная теплоемкость.
3. Безразмерные параметры: МГ - число Маха по абсолютной скорости; АД, - число Маха по относительной скорости; М„ - число Маха по с кочить среднее статическое давление и предотвратить все указанные выше негативные эффекты, связанные с большой кривизной проточного канала колеса. Кроме того, закрутка, которую поток приобретает во входном осевом участке, приводит к градиенту статического давления по высоте канала с возрастанием давления у корпуса, что будет компенсировать снижение статического давления вследствие кривизны корпуса в меридиональной плоскости [55].
Для уменьшения неравномерности потока на выходе из рабочего колеса многие фирмы пытаются вносить конструктивные изменения в положение выходной кромки колеса [8, 14]. Так, МГТУ им Н.Э. Баумана и ЦИАМ предлагают методику, обеспечивающую равномерность угла отставания по ширине канала колеса на выходе (рис. 1.24) [8]. Однако отсутствие экспериментальных данных затрудняет ее пользование
При составлении простых геометрических комбинаций нередко возникают трудности относительно целесообразности выбора того или иного их вида. Известно, что осевой зазор часто оказывает значительное влияние на характеристики компрессора и в то же время не очевидно, какая безразмерная комбинация осевого зазора является наиболее подходящей для выражения этого влияния. При конструировании компрессора часто бывает удобным масштабировать осевой зазор по отношению к высоте лопатки, однако для газодинамического анализа при длинных лопатках такая безразмерная величина осевого зазора является не очень подходящей, поскольку она будет отражать значимость условий течения только вблизи концов лопаток. Более подходящими линейными размерами для масштабирования осевого зазора следует снижать длину хорды лопатки, шаг лопатки, установочный шаг (расстояние между соседними лопатками, измеряемое по нормали к направлению потока на входе в решетку), и максимальную толщину периферийного профиля. Каждая из соответствующих величин осевого зазора имеет свои достоинства, а выбор какой-либо одной из них определяется исследуемым процессом или исследуемой моделью течения.