Подставляя в это выражение момент движущий , получим

Р

Таким образом, независимо от разбросов оборотов неизменностью действия нагрузки на насос обеспечивается работа ТТГГ в режиме постоянного давления, что приводит к экономии массы заряда, как показано в лекции 3, на 25…30% по сравнении с работой ТТГГ на сопло.

Давление на входе в газовый двигатель и его значение оценивается с помощью равенство момента движущего и момента нагрузки:

Энергетические показатели совместно работающиx ТТГГ и газового двигателя оценивается механической характеристикой моноблока М=f(w).

Для получения выражения механической характеристики через параметры ТТГГ и ГМ используем уравнение газового баланса:

С учётом М_Н=Const (давление нагнетания Р_н поддерживается постоянным гидродинамически разгруженным клапаном) рабочий режим системы ТТГГ-ГМ находится в точке «О» пересечения механической характеристики с нагрузочной

О

М

w

Точка «О» является точкой устойчивого равновесия и свидетельствует о параметрах режима совместной работы ТТГГ и АПМНА.

Удельные объёмные расходы за оборот ГМ и ГН находятся из суммарных объёмных характеристик, которые являются конструктивными параметрами газового мотора и насоса с учётом особенностей конструктивного исполнения газового и гидравлического распределителей. Если для гидравлического насоса q_н – паспортная величина, то для газового мотора необходимо при согласовании характеристик с ТТГГ проведение подробного расчёта q_м.

Как было изложено ранее, работа ТТГГ на ГМ характеризуется переменной площадью эффективного критического сечения, образованного при входе отверстий вращающегося блока цилиндров в прорезь, выполненную в газораспределителе, на участке впуска газа в поршневую полость в цикле расширения объёма. Отверстие образуется в результате пересечения цилиндрического отверстия блока цилиндров с серпообразным каналом распределителя газа.

Газоприход от ТТГГ расходуется на:

-заполнение переменного поршневого объёма блока цилиндров, находящегося в просвете серпообразного канала ();

-заполнение через переменное проходное сечение «начального объёма при подключении очередного цилиндра к серпообразному каналу в зоне неизменного объёма под поршнем – нижняя «мертвая точка» ();

-непроизводительные утечки через зазоры между поршнями и гильзами блока цилиндров, находящихся в просвете серпообразного канала, и через зазор между рабочим торцем блока цилиндров и зеркалом распределителя газа ().

Таким образом, уравнение баланса массового секундного расхода газа для ТТГГ и ГМ записывается в следующем виде:

На рис. построены кривые изменения объёмов от угла поворота блока цилиндров «а» по каждому плунжеру (всего их 7) и суммарная объёмная характеристика «б» газового мотора с учётом угла отсечки a= 52° газового распределителя.

V_i V_S

10

x

g

5

Графики строились по выражению справедливого для одного цилиндра:

где:

-
относительный текущий объём;

V_o - начальный объём;

- максимальное значение относительного объёма.

Как следует из графика суммарной объёмной характеристики, средний объёмный расход газа по углу dV_ср/da=tgb. Минимальный массовый расход по углу m_Vmin, характеризуемый изломом кривой суммарной характеристики и получаемый в результате выхода отверстия блока цилиндров из просвета серпообразного канала (рис.), составляет dV_ср/da=tgg.

Энергетические показатели газового мотора его рабочий цикл определяются индикаторной диаграммой каждого поршня, который производит работу за счёт расширения подпоршневого объёма. Индикаторная диаграмма строится в плоскости «давление – объём». Степень совершенства рабочего цикла оценивается полнотой индикаторной диаграммы, другими словами, интегралом под кривой давления, а также, минимизацией потерь механической энергии в процессе впуска газа в полость силового цилиндра.

В работе [Труханова] показано, что оптимальным для режима работы газового двигателя в диапазоне частот вращения 6000…10000 об/мин является круглое отверстие впуска с диаметром ~4,5 мм.

При составлении расчётной методики использованы метода расчёта динамики глухих камер при турбулентных и ламинарных дросселей. Все выводы проводятся при двух общих допущениях.

Неустановившиеся процессы течения газа через переменный дроссель рассматриваются как квазистатические, т. е. принимается, что в переходном процессе в каждый момент времени мгновенное значение расхода газа через дроссель такое же, каким оно было бы при данной разнице давлений в условиях установившегося течения; действие сил инерции, неучтённое при введении этого допущения, приводит к запаздываниям, характеризуемым постоянными времени, обычно несоизмеримо малыми по сравнению с постоянными времени, обусловленными ёмкостью камер.

Предполагается, что изменение состояния газа в полости блока цилиндров подчинено адиабатическому закону; в действительности при переходных процессах чаще всего состояние некоторой массы газа в полости не следует закону адиабаты, и обычно для камер рассматриваемых типов процессы изменения состояния являются промежуточными между адиабатическими и изотермическими процессами. Однако разница между временами заполнения и опорожнения полостей при изотермическом и адиабатическом изменениях состояния газа в полости невелика.

При получении выражений для построения индикаторной диаграммы ГМ следует различать полости с дросселями турбулентными (истечение газа через переменное отверстие блока цилиндров) и ламинарными (истечение газа через кольцевой зазор между плунжером и блоком цилиндров).

Алгоритм расчёта предусматривает выполнение трёх этапов:

1. Цикл заполнения полости при переменном расширении объёма.

2. Цикл расширения и опорожнения через торцовый и кольцевой зазоры.

3. Цикл опорожнения через переменное выхлопное отверстие.

Для получения характеристик заполнения и опорожнения будем пользоваться расчётной схемой, представленной на рис.

f(wt)

Р _к, V(wt)

Р₁

V

V_o

a_отс a_вых wt

+

+

+ a= wt

Считая, что заполнение полости цилиндра происходит при Р₁=const, и учитывая, что температура газа Т=const, получим из характеристического уравнения выражение для изменения параметров в полости:

Выражение для изменения массы газа в полости имеет вид:

из которого следует зависимость для массового расхода газа:

С другой стороны, в соответствии с формулой для массового расхода имеем:

где для докритического и сверхкритического истечений значения x(r) записываются в следующем виде:

где:

r=P_К/Р₁ – относительное давление в полости цилиндра; k – показатель адиабаты; R – газовая постоянная; V(t) – текущий объём полости блока цилиндров; f(t) – текущая площадь проходного сечения; e - коэффициент расхода газа; Т – абсолютная температура.

Приравняв правые части выражений для массового секундного расхода и разделив переменные r и t, получаем:

Считаем с погрешностью < 5…7%, что f(t)=k_fwt,

где:

n – обороты в минуты газового мотора,

f_max – максимальная площадь отверстия в блоке цилиндров,

Da - угловой размер отверстия в блоке цилиндров для впуска газа в полость,

V_o – “начальный” объём полости ГМ,

V_max – максимальный объём, образуемый при движении поршня,

d_ц – диаметр поршня,

D_б – диаметр делительной окружности блока цилиндров,

g - угол наклона оси выходного вала ГМ к оси вращения блока цилиндров.

Для wt <60° Coswt =1-(wt)²/2. Подставив f(t)=k_fwt и V(t) в последнее равенство, получим:

где:

Подставим функцию x_с(r) для сверхкритического истечения в полость ГМ и выполним интегрирование левой и правой частей дифференциального уравнения в пределах 0…t и r_o…r_кр:

где:

-
относительное начальное давление в полости цилиндра, равное относительному давлению выхлопа газа,

r_кр – относительное критическое давление в полости цилиндра.

Интегрируя правую и левую части, получим:

Преобразование полученного соотношения приводит к получению зависимости давления в полости блока цилиндров от времени для сверхкритического истечения газа в полость:

Для определения времени заполнения полости при сверхкритическом истечении следует в t_зc подставить относительный критический перепад давления

Для нахождения зависимости давления от времени при докритическом перепаде между входным давлением и относительном критическом перепаде давления необходимо комплекс x_Д(r) подставить в исходное выражении. В результате имеем:

После интегрирования получаем:

откуда:

При подстановке r=1 получаем время заполнения полости при докритическом перепаде давления.

Полное, суммарное время заполнение полости ГМ находят сложением соответствующих времён при сверхкритическом и докритическом перепаде:

Дата добавления: 2014-11-20