Оценка применимости роторных агрегатов объёмного действия с турбонаддувом в комбинированных силовых установках Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.43 + 621.51

В.К. Васильев, *А.А. Гуров, *А.В. Грехнёв СПП РАН, г. Москва

*Омский государственный технический университет, г. Омск

ОЦЕНКА ПРИМЕНИМОСТИ РОТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ОБЪЁМНОГО ДЕЙСТВИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ В КОМБИНИРОВАННЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВКАХ

Применение роторных агрегатов объемного действия с турбонаддувом в силовых установках транспортного типа позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели последних. В свою очередь эффективность работы таких агрегатов зависит от совокупности режимных и конструктивных факторов, среди которых определяющими являются герметичность рабочей камеры роторного агрегата объемного действия и согласование работы ступени турбонаддува с расширительным агрегатом (газогенератором).

Проблемы герметизации рабочей камеры роторных объемных агрегатов характеризуются двумя аспектами. Один из них - это совокупность системы подвижных сопряжений между деталями, формирующими рабочую камеру и определяющих суммарные геометрические параметры зазоров в этих сопряжениях; другой - конструктивное исполнение этих сопряжений. Многочисленные исследования рабочих процессов компрессорных агрегатов объемного принципа действия показывают существенное, а в ряде случаев превалирующее влияние процессов массообмена через неплотности в рабочей камере компрессора на эффективность его рабочего цикла [1 - 4 и др.]. При этом интенсивность массообмена через зазоры, формирующиеся в сопряжениях между взаимно подвижными деталями, зависит от целого ряда факторов: свойств рабочего тела, его параметров состояния, величины давлений в различных полостях и ячейках, геометрических размеров и формы зазоров, типа уплотнительных элементов, протяженностью (периметром) зазоров. Например, для целого ряда объемных роторных агрегатов доля утечек может составлять 20 - 30 % от производительности ступени. В то время как при узлах герметизации контактного типа в поршневых машинах эти утечки составляют 1 - 3 %. Соотношение между суммарной длиной зазора и описанным объемом рабочей камеры было выбрано в качестве определяющего критерия при оценке герметичности рабочей камеры ротационного компрессора с нелинейной синхронизацией роторов (РКНС) [5, 6]. Предварительный анализ показал, что соотношение между высотой и длиной рабочей ячейки может существенно влиять на эффективность рабочего процесса. Причем оптимальная величина искомого соотношения может отличаться для различных вариантов исполнения уплотнительных узлов.

79

Агрегаты турбонаддува для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) из типоразмерного ряда ограничиваются степенью сжатия пк=3,5. Обеспечить степень сжатия больше 3,5 [7, 8 и др.] невозможно из-за условий прочности. Применение авиационных ступеней позволяет улучшить прочностные характеристики при повышенных окружных скоростях, увеличить значение коэффициентов расхода и напора, уменьшить массогабаритные показатели ступени компрессора. Следовательно, позволяет достигнуть больших степеней сжатия по сравнению с унифицированными агрегатами, что значительно увеличит мощность силовой установки.

Для получения заданных параметров по давлению и расходу наддувочного воздуха, получаемых компрессорной ступенью, необходим подбор параметров приводной турбины, обеспечивающих выработку требуемой мощности. В конструкциях агрегатов турбонаддува с приводом наддувочного компрессора от турбины, работающей на энергии расширения продуктов сгорания, ступени центробежного компрессора и центростремительной турбины расположены на одном валу. В этом случае, совместная работа компрессорной и турбинной ступеней определяется равенством мощностей Ые к= N Т и чисел оборотов поб к.=Поб Т.. При использовании имеющихся в авиационном машиностроении компрессорных и турбинных ступеней, в агрегатах турбонаддува ДВС наземного использования, важной задачей является поиск возможного диапазона их совместной работы; при этом важнейшее значение приобре-

тают функциональные возможности входного направляющего аппарата [9-11 и др.].

Выполненные расчётно-экспериментальные исследования показали следующее:

- практически для всех вариантов исполнения зазоров отношение высоты рабочей ячейки роторного агрегата к ее длине должно быть не меньше единицы; при увеличении высоты зазоров их структура и конфигурация влияет на рабочий процесс более значимо, что проявляется в более крутых характеристиках. При малой высоте зазоров более существенно влияет конфигурация окон газораспределения.

- достижение параметров компрессорной и расширительной ступеней, обеспечивающих выполнений условий совместной работы при оптимальном КПД, может быть реализовано применением в конструкции компрессорной ступени регулируемого входного направляющего аппарата.

Библиографический список

1. Пластинин, П. И. Теория и расчет поршневых компрессоров / П. И. Пластинин. - М.

: Агропромиздат, 1987. - 271 с.

2. Хисамеев, И. Г. Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры : теория, расчет и конструирование / И. Г. Хисамеев, В. А. Максимов. - Казань : Фэн, 2000. - 200 с.

3. Индицирование двухроторного компрессора с нелинейной синхронизацией роторов / В. Л. Юша [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - № 7. - 1994. - С. 7 - 9.

4. Юша, В. Л. Оценка применимости бесконтактных уплотнений в рабочих камерах объемных компрессоров / В. Л. Юша, А. А. Гуров, А. К. Беззатеев // Компрессорная техника и пневматика. - 2006. - № 2. - С. 48 - 51.

5. Юша, В. Л. Анализ влияния основных геометрических соотношений рабочей камеры компрессора объемного действия с нелинейной синхронизацией роторов на эффективность его рабочего процесса / В. Л. Юша, С. Ю. Пахотин // Тепломассоперенос в системах холодильной техники : межвуз. сб. науч. тр. - Л. : ЛТИХП, 1990. - С. 60 - 65.

6. Гуров, А. А. Теоретический анализ влияния конфигурации рабочей камеры роторнопоршневого компрессора с нелинейной синхронизацией роторов на эффективность его рабочего процесса / А. А. Гуров, В. Л. Юша // Компрессорная техника и пневматика. - 2011. - № 7. - С. 38 - 40.

80

7. Турбокомпрессоры для наддува дизелей : справочное пособие. - Л. : Машиностроение, 1975. - 200 с.

8. Бехли, Ю. Основные вехи развития отечественных авиационных поршневых двигателей / Ю. Бехли // Двигатель. - 2002. - № 5.

9. Ваняшов, А. Д. Разработка стационарных турбокомпрессоров на базе авиационной газотурбинной техники и технологий / А. Д. Ваняшов, А. И. Кухарская // Развитие обороннопромышленного комплекса на современном этапе : тез. докл. науч.-техн. конф. - Омск, 2003.

- С. 9 - 11.

10. Евдокимов, В. Е. Результаты экспериментальных исследований промежуточной ступени ЦКМ с осерадиальными колесами / В. Е. Евдокимов, А. И. Репринцев, М. Х. Мильнер // Разработка, исследование и доводка ГТУ, компрессоров, нагнетателей и их элементов : труды ЦКТИ. - М., 1990. - Вып. 261. - С. 127-134.