Характеристики компрессора и расходная характеристика дизеля. Принципы их согласования

Все параметры компрессора, в том числе треугольники скоростей, определяются на расчетном режиме при оптимальном их соотношении, обеспечивающем безударное и безотрывное обтекание лопаток воздухом. В условиях эксплуатации, как уже отмечалось, изменяется режим работы двигателя и газовой турбины, а следовательно, и режим работы компрессора. На нерасчетных режимах у компрессора, как и у турбины, возрастают потери, обтекание становится ударным, снижается к.п.д.

Характеристиками компрессора называю т зависимость его основных показателей от параметров, характеризующих режим работы.

Характеристики компрессора аналитически представляются функциональными зависимостями типа

(8.29)

Взаимозависимость параметров функций (8.29) в явном виде выразить трудно, поэтому характеристики, как правило, получают опытным путем, на экспериментальных стендах, и представляют их в виде графиков. Как и у турбин, различают нормальные и универсальные характеристики компрессоров.

Нормальные характеристики представляют собой зависимости и к.п.д. от расхода воздуха и числа оборотов при неизменных условиях на входе в компрессор. Такие характеристики часто назы­вают расходными, или напорными.

Универсальные характеристики представляют собой зависимость π_к и к.п.д. от параметров, определяющих подобные режимы работы компрессора. Все сказанное относительно подобных режимов работы турбин справедливо и для компрессоров. Подобие потоков в проточной части компрессора обеспечивается подобием треугольников скоростей и равенством чисел Маха на входе в колесо. При работе компрессора на подобных режимах отношения давлений, температур и скоростей воздуха на входе и выходе сохраняются одинаковыми, независимо от изменения числа оборотов, расхода воздуха и условий на входе в компрессор. На подобных режимах сохраняется также равенство параметров подобия и неизменность величин π_к и к.п.д. компрессора, которые зависят от отношений температур и давлений.

На рис. 8.7, а представлена расходная характеристика центробежного компрессора ТКР-14. По оси ординат отложена степень повышения давления π_к по оси абсцисс - весовой секундный расход воздуха G_B. Каждая ветвь характеристики соответствует определенному постоянному числу оборотов компрессора. Штриховкой отмечена граница помпажа. На характеристику нанесены также кривые постоянных к.п.д. компрессора.

Корабельные газотурбинные установки работают в слож­ных условиях активного воздействия морской среды. Это су­щественно отличает условия использования ГТЭУ от рас­четных, что повышает вероятность появления отказов. Под условиями эксплуатации понимают:

- характер нагружения установки;

- чистоту горюче-смазочных материалов (отсутствие во­
ды и механических примесей);

- атмосферное давление и температуру наружного возду­
ха;

- чистоту воздуха, поступающего в проточную часть ГТД
(наличие береговой пыли и капель морской воды).

Расчетные характеристики установки должны обеспечиваться конструктивными и организационными мерами. К ним от­носятся: разработка систем топливо- и маслоподготовки,установка входных сепарационных устройств, отводящих изциклового воздуха капли морской воды и пыли. Обслуживаю­щий персонал должен предотвращать возможность изменениянагрузки, контролировать параметры ГТЭУ. Комплексное воз­действие всех внешних факторов вызывает появление отказовагрегатов и уэлов, приводит к сокращению ресурса установ­ки.

При возникновении неисправности обслуживающий персо­нал фиксирует в вахтенном журнале ГТЭУ:

- время и признаки отказа;

- причины появления отказа;

- выполненные работы по восстановлению технического
состояния установки.

Опыт испольвования ГТЭУ поеволяет ваделить наиболее характерные отказы (табл.7).

Зафиксировав отказ установки по фактическому ее сос­тоянию и показателям контрольно-измерительных приборов, необходимо найти его причину. Установить причину появле­ния отказа ГТЭУ довольно трудно, так как одна и та же не­исправность (по внешним признакам) имеет разные проявления.

К методу поиска причин отказов предъявляется требова­ние по минимальным затратам времени и сил. Наи­более простым и эффективным на практике методом является поиск причин неисправностей путем последовательного иск­лючения. Весь процесс поиска разбивают на ряд этапов, причем объекты очередного и предыдущего этапов исключают­ся из дальнейшего рассмотрения. Таким образом, круг поис­ка причин отказа постепенно сужается. В ходе выполнения работ вся информация анализируется руководителем, а затем выдается команда на выполнение последующих мероприятий.

Основные этапы поиска причин отказа:

1.Уточнение на месте и по опросу персонала внешних
признаков отказа и обстоятельств его появления.

2.Анализ полученных данных с использованием эксплуа­
тационной документации.

3.Проверка правильности показаний и исправности при­
боров и сигнальных устройств.

4.Проверка правильности подачи электрического пита­
ния и рабочих сред к неисправному агрегату.

5.Проверка исправности наиболее простых агрегатов и
систем рассматриваемой группы.

6.Проверка исправности агрегатов и элементов систем,
которые по предыдущему опыту эксплуатации недостаточно
надежны.

Рис. 8.7

Из рассмотрения характеристики можно сделать следующие выводы: 1) при сохранении постоянства числа оборотов и уменьшении расхода воздуха величина π_к сначала увеличивается, а затем, достигнув максимальной величины, начинает снижаться; 2) чем больше число оборотов компрессора, тем больше степень повышения давления.

На рис. 8.7, б показан вид универсальной характеристики

при разных значениях параметра оборотов . По универсальным характеристикам можно определить эксплуатационные качества компрессора при любых условиях на входе. Уменьшение параметра расхода при неизменной величине параметра оборотов вызывает сначала увеличение, а затем, как и у расходной характеристики, уменьшение π_к. Если при постоянном числе оборотов уменьшать расход, то при некотором малом его значении работа компрессора станет неустойчивой.

Судовой дизель - это тепловой двигатель, поэтому повышение его мощности может быть достигнуто только за счет увеличения массы сжигаемого топлива.

Процесс горения будет эффективным и полным только тогда, когда одновременно будет увеличена подача окислителя – кислорода воздуха.

Таким образом, повышение мощности существующего дизеля может быть обеспечено только одновременным изменением его топливной аппаратуры и системы воздухоснабжения.

Для достижения последней цели служит наддув – метод увеличения плотности, а следовательно и массы воздуха, поступающего в цилиндры двигателя на такте всасывания.

Повышение мощности двигателя оценивается степенью наддува, представляющей собой отношение среднего эффективного давления дизеля с наддувом к среднему эффективному давлению у того же дизеля без наддува.

Наибольшее значение у четырехтактного дизеля не превышает 4, у двухтактного –2,5.

Турбокомпрессоры различают по степени повышения давления:

Н - низкого давления, π_{к =} 1,3 …1,9,

С - среднего давления π_{к =} 1,9 …2,5,

В - высокого давления π_{к =} 2,5 …3,5.

С повышением давления наддува растет влияние КПД турбокомпрессора на удельный расход топлива.

Наддув может осуществляться механическим, газотурбинным и комбинированным способами.

Наибольшее распространение получил газотурбинный наддув, в котором нагнетание воздуха в цилиндры производится компрессором, приводимым в движение газовой турбиной, использующей энергию выпускаемых газов дизеля.

Агрегат, состоящий из компрессора и турбины, называется турбокомпрессором.

Осевые компрессоры для наддува не применяются, так как для получения высокого давления необходимо применять несколько ступеней, что затрудняет их размещение на остове судового дизеля. Поэтому нашли применение компрессоры центробежного типа, отличающиеся простотой, компактностью конструкции и небольшой массой.

Для их привода при небольших расходах газа в турбокомпрессорах используют одноступенчатые центростремительные турбины.

С повышением мощности дизеля возрастает количество выпускных газов, что позволяет применять одноступенчатые осевые турбины.

Детали, составляющие корпус турбокомпрессора, изготавливают путем отливки из алюминиевых сплавов или чугуна.

Для наддува судовых ДВС выпускаются турбокомпрессоры стандартного ряда (ГОСТ 9658-81):

типа ТКР – состоящие из одноступенчатого центробежного компрессора и радиально-осевой центростремительной турбины (ТКР-5.5, ТКР-7, ТКР-8.5, ТКР-11, ТКР-14, ТКР-18, ТКР-23);

типа ТК –состоящие из одноступенчатого центробежного компрессора и одноступенчатой осевой турбины (ТК-16, ТК-18, ТК-21, ТК-23, ТК-26, ТК-30, ТК-35, ТК-41, ТК-48, ТК-56, ТК-65, ТК-75).

Цифра, следующая за буквенным обозначением турбокомпрессора, равна наружному диаметру рабочего колеса компрессора, выраженному в сантиметрах.

Дизели отечественного производства имеют в своем составе следующие агрегаты наддува: 6ЧН 12/14 – ТКР–11, 6ЧСПН 12/14 – ТКР–14, 6ЧНСП 15 /18 – ТКР-23, 12ЧН 18 /20 - ТК-18, 6ЧНСП 18 /22 - ТКР-14, 6ЧН 21/21 – ТК-18, 6ЧН 25 /34 – ТК-23, ЧН 26/ 26 –ТК-30, 6ЧН 36 /45 –ТК –30.

Причем V – образные двигатели имеют, как правило, два агрегата наддува, установленных на каждом блоке.

Рабочие колеса турбины и компрессора в сборе с валом представляют собой ротор турбокомпрессора. При этом диск рабочего колеса турбины обычно выточен вместе с валом из одной поковки, а рабочее колесо компрессора насажено на вал.

Для изготовления дисков и лопатокк турбин используют жаропрочнные легированные стали. Рабочиие колеса компрессоров изготавливают из алюминиевых сплавов.

Рабочие лопатки осевой турбины крепятся в диске с помощью хвостовика типа “елочка” или сваркой.

Частота вращения ротора турбокомпрессора может лежать в перделах от 5 (ТК-75) до 150 тысяч об/мин (ТКР-4). Это обуславливает весьма высокие требования к статической и динамической уравновешенности ротора и конструкции подшипников.

Турбокомпрессоры выполняют по трем схемам,

- с подшипниками по краям ротора;

- с подшипниками между консольно расположенными рабочими колесами;

- с подшипниками, расположенными по обеим сторонам турбины, и консольно расположенным рабочим колесом компрессора;

- с подшипниками, расположенными по обеим сторонам турбины, и консольно расположенным рабочим колесом компрессора.

У малоразмерных турбокомпрессоров предусмотрено внутреннее расположение подшипников (консольные рабочие колеса).

Турбокомпрессоры с осевой турбиной имеют, как правило, внешнее расположение подшипников.

Подшипник со стороны компрессора выполняется опорно-упорным.

В отечественных турбокомпрессорах применены, как правило, подшипники скольжения, в импортных - подшипники качения.

Масло в турбокомпрессор, поступающее, как правило, из системы смазки дизеля, должно обеспечить смазку подшипников при любых эксплуатационных условиях и режимах работы дизеля.

Срок службы подшипников с диаметров рабочего колеса компрессора 140 мм и менее должен быть 3000 ч., для более крупных агрегатов ресурс подшипников должен быть равен 8000 ч.

В газоприемном корпусе, корпусах турбины и подшипников предусмотрены полости для циркуляции воды из системы охлаждения дизеля.

Ресурс турбокомпрессора должен быть равен сроку службы дизеля до капитального ремонта.

Дата добавления: 2014-01-05