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正文內(nèi)容

柴油機(jī)與廢氣渦輪增壓器的匹配設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-16 15:58 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 量,但是對于轉(zhuǎn)速范圍變化很大的發(fā)動機(jī)來說這種工作方式是十分適合的。廢氣渦輪增壓器的工作原理如圖所示,渦輪增壓器和發(fā)動機(jī)沒有機(jī)械聯(lián)系,是發(fā)動機(jī)經(jīng)過氣體帶動渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)排出的廢氣經(jīng)過排氣管道排氣管連接廢氣渦輪,如果是恒壓系統(tǒng)那么直接連接,如果是脈沖增壓系統(tǒng),那么經(jīng)過短而細(xì)的排氣管相連接,是為了更好的利用脈沖能量,廢氣帶動渦輪轉(zhuǎn)動,渦輪和壓氣機(jī)連接在同一根軸上,這個軸不能承載較大的負(fù)荷,但是可以高速旋轉(zhuǎn),壓氣機(jī)快速轉(zhuǎn)動讓過多的空氣進(jìn)入中冷器,中冷器再進(jìn)入氣缸就這樣周而復(fù)始的運動。渦輪增壓器的直接工作原理就是發(fā)動機(jī)排出的廢氣的熱能和動能轉(zhuǎn)化為渦輪增壓器的動能。 渦輪增壓發(fā)動機(jī)原理示意圖 4柴油機(jī)與廢氣渦輪增壓器匹配 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速范圍從低轉(zhuǎn)速到高轉(zhuǎn)速,它的負(fù)荷是從零到高的,或者到冒黑煙,要使得柴油機(jī)運行良好,必須使渦輪與壓氣機(jī)配合良好。這就是柴油機(jī)和渦輪增壓器的配合。 渦輪增壓時候它僅僅是和柴油機(jī)是氣動關(guān)系,這樣就對匹配造成了困難因此柴油機(jī)與廢氣渦輪增壓器應(yīng)分三個方面進(jìn)行匹配:柴油機(jī)與壓氣機(jī)之間的要求、柴油機(jī)與渦輪之間的要求和壓氣機(jī)與渦輪之間的要求,要求需要做到: ,內(nèi)燃機(jī)良好運行,省油。在部分負(fù)荷下有好的性能要求。 ,各種參數(shù)達(dá)到要求。 ,沒有堵塞、喘振現(xiàn)象。 ,各種零件的熱負(fù)荷在合理的范圍內(nèi)。沒有增壓器的超速現(xiàn)象。 。 柴油機(jī)對渦輪增壓器的選配原則為: (1)讓運行的工況大部分在效率高的地方,運行的時候最低的效率. (2)喘振裕度式中為低速時候的流量, 為壓氣機(jī)的喘振流量。 (3)在高原地區(qū)運行的時候要求柴油機(jī)的超速余量 (4)壓氣機(jī)沒有堵塞現(xiàn)象。(5)柴油機(jī)的壓縮比與膨脹比在正常的范圍內(nèi),渦輪的排氣溫度在正常范圍之內(nèi)(6)使功率性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)達(dá)到要求。渦輪增壓器與柴油機(jī)的匹配不能達(dá)到上面所說的原則,就說明匹配不合適。如果壓氣機(jī)的流量小一點在較高工況運行的時候容易使得壓氣機(jī)超速。如果壓氣機(jī)的流量過大,柴油機(jī)在中速和低速情況運行時候容易出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象。、步驟、計算公式 柴油機(jī)與渦輪增壓系統(tǒng)的選配有許多的方法可以進(jìn)行下面就是一些常用的匹配方法::利用數(shù)學(xué)思想,能夠抽象簡化的建立近似的可以解決實際問題的模型,然后計算或者估算出結(jié)果。:在大量統(tǒng)計國內(nèi)外同類型柴油機(jī)的匹配參數(shù)基礎(chǔ)上,選取合適的所需參數(shù)和結(jié)構(gòu)基本尺寸,再進(jìn)行必要的匹配計算后確定。:從現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)有關(guān)柴油系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的成熟機(jī)型進(jìn)行選用。:按擬定的結(jié)構(gòu)匹配方案,從理論或?qū)嶒灁?shù)據(jù)基礎(chǔ)上分析計算確定配套機(jī)型的參數(shù)值。:也叫類比法。即以同類配套基本機(jī)型作為參照機(jī)型,其各種參數(shù)與主參數(shù)有一定關(guān)系,且結(jié)構(gòu)、工作條件相近,應(yīng)用相思理論進(jìn)行參數(shù)的換算,從而確定所配套設(shè)計機(jī)型基本參數(shù)。本次匹配設(shè)計主要是基于發(fā)動機(jī)平均參數(shù)模型的思想,利用計算,建立發(fā)動機(jī)、渦輪增壓器、空濾器消音器還有中冷器的模型,最后以實際的例子來進(jìn)行匹配計算,參數(shù)模型法的好處是可以直觀的將柴油機(jī)與渦輪增壓器的各個部分直觀的分離開來然后進(jìn)行計算與匹配。 :產(chǎn)品的用途、種類等,并得到渦輪增壓器的基本參數(shù)和安裝的要求。 ,來對渦輪增壓器選型。 。 ,進(jìn)行渦輪增壓器的總體方案設(shè)計。如有重大性能開發(fā)或者結(jié)構(gòu)的重大改變,則需通過性能開發(fā)試驗或可靠性試驗。 ,技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)和其他部門的審查后的原型試制。 6性能測試,可靠性測試,原型為出廠試驗,結(jié)果應(yīng)達(dá)到的技術(shù)協(xié)議的要求,并符合廢氣渦輪增壓器的標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 ,并與標(biāo)準(zhǔn)柴油機(jī)相關(guān)的測試和典型用戶測試依據(jù)。 ,供應(yīng)商根據(jù)反饋問題,改進(jìn)問題,提出解決方案。 ,投入批量生產(chǎn)并供貨。 柴油機(jī)的相互關(guān)系圖其中包括(柴油機(jī)、進(jìn)氣管、排氣管、壓氣機(jī)、渦輪、消音器、空濾器、中冷器)。 整個計算采用的平均參數(shù)模型思想。將柴油機(jī)和廢氣渦輪增壓器分成發(fā)動機(jī)壓比和流量計算、發(fā)動機(jī)排溫計算、渦輪增壓器各參數(shù)計算、排氣消音器和空濾器模型計算、中冷器模型計算。其中詳細(xì)計算了單機(jī)渦輪增壓器,廢氣放氣增壓器和脈沖式渦輪增壓器各參數(shù)的計算根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的容積效率的計算公式可以推導(dǎo)得出發(fā)動機(jī)的等轉(zhuǎn)速耗氣特性線的計算表達(dá)式: ()式中 ——增壓壓比n___柴油機(jī)轉(zhuǎn)速Vs__柴油機(jī)排量,r/min。Rg__氣體的常數(shù);Ts__進(jìn)氣溫度,K。__沖程系數(shù);容積效率;—掃氣系數(shù)。如圖所示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變的時候增壓比和流量近似的成正比。 增壓發(fā)動機(jī)的等轉(zhuǎn)速耗氣特性及運行線, kg/s。 () 式子中, 是發(fā)動機(jī)的空氣流量, kg/s, —有效燃油效率 Ne__有效功率,KW。 __過量空氣系數(shù); —燃油化學(xué)計量空燃比。 壓氣機(jī)的空氣流量計算 式子中 z—柴油機(jī)用到的渦輪增壓器的個數(shù)發(fā)動機(jī)外特性上的燃油消耗率,過量空氣系數(shù),容積效率等隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速有一定的關(guān)系,如果沒有給出而計算中需要這些可以根據(jù)經(jīng)驗公式通過下圖描點算出來如圖所示: 發(fā)動機(jī)性能參數(shù)經(jīng)驗值 發(fā)動機(jī)排氣溫度計算模型是用來求出渦輪前的偏器溫度,用來進(jìn)行下面的渦輪與壓氣機(jī)的匹配計算: 理論示功圖 排氣溫度是排氣內(nèi)能大小的標(biāo)志。由于受渦輪葉片強(qiáng)度的限制,故排氣溫度一般。 渦輪前排氣溫度可以根據(jù)理論施工圖或者柴油機(jī)的熱平衡方法計算得到。這里按照理論施工圖方法來確定的值,這是根據(jù)圖論結(jié)構(gòu)決定的,它是假定在排氣管中流動的氣體的動能轉(zhuǎn)換成熱不考慮向外輻射,在排氣過程中的b__d恒容熱,在定壓過程d__e中又全部加給了排氣,則可以得到: 令 因為和是在不同溫度和不同壓力下的比定壓熱容和比定容熱容,所以兩者之比不是等熵指數(shù)則 對于b__d定容過程, 對于d__e等壓過程, 則將上式帶入表達(dá)式中,可得 式中,____e點溫度,是純?nèi)細(xì)鉁囟取2裼蜋C(jī)掃氣過程中,有溫度為的掃氣空氣與之摻混,使排氣溫度降低為 ()值與排氣管的冷卻情況,以及后燃現(xiàn)象等有關(guān),一般的值=~。 渦輪增壓器模型通過渦輪與壓氣機(jī)之間的平衡關(guān)系,采用熱力學(xué)和動力學(xué)分別算出渦輪和壓氣機(jī)的各個參數(shù)。以車用柴油機(jī)為例,車用柴油機(jī)一般采用的渦輪增壓器是離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪。計算的要點就是兩個平衡一個相等,渦輪與壓氣機(jī)的流量和能量平衡,轉(zhuǎn)速相等。 廢氣渦輪增壓器的計算簡圖(1) 渦輪和壓氣機(jī)的能量平衡 ()式中:—渦輪轉(zhuǎn)子傳給軸的功率; —壓氣機(jī)消耗的功率; —渦輪增壓器的機(jī)械效率。在串聯(lián)式的渦輪增壓柴油機(jī)系統(tǒng)中,渦輪和壓氣機(jī)的流量是平衡的,只是在燃?xì)饬髁恐性黾恿巳加拖牧?。在一臺柴油機(jī)匹配一個渦輪增壓器時候, (2)
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