《第五章增压器的计算资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章增压器的计算资料（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 增压器的计算第五章 增压器的计算 5.1 压气机的稳流特性压气机的稳流特性 5.2 压气机特性的数值表示压气机特性的数值表示 5.3 涡轮的稳流特性涡轮的稳流特性 5.5 涡轮特性的简化计算方法涡轮特性的简化计算方法 5.8 涡轮增压器的基本方程涡轮增压器的基本方程 6.3 一级涡轮增压设计点的匹配计算一级涡轮增压设计点的匹配计算 6.4一级涡轮增压变工况运行特性的计算一级涡轮增压变工况运行特性的计算 涡轮增压器的工作特性涡轮增压器的工作特性涡轮增压器的工作特性涡轮增压器的工作特性（turbochargingturbochargingturbochargingturbocharging
2、） 一般涡轮增压柴油机都是由柴油机和涡轮增压器两个部分组成， 两者彼此间无机械联系，只是通过气体将其联系起来，它们的结 构特点，工作原理和特性完全不同。为了在两者联合工作时获得 良好的综合性能，必须使两者的特性相互适应，即“匹配技术” 。 一般涡轮增压柴油机都是由柴油机和涡轮增压器两个部分组成， 两者彼此间无机械联系，只是通过气体将其联系起来，它们的结 构特点，工作原理和特性完全不同。为了在两者联合工作时获得 良好的综合性能，必须使两者的特性相互适应，即“匹配技术” 。 自由废气涡轮增压器由燃气涡轮和压气机组成自由废气涡轮增压器由燃气涡轮和压气机组成 涡轮增压器与柴油机配合运行的基本条件是：涡
3、轮增压器与柴油机配合运行的基本条件是： 1能量平衡：能量平衡： KT NN = 2质量平衡：质量平衡： BKT mmm?+=（无排气放气）（无排气放气） 3转速相等：转速相等： TKKT nnn= K T 222 ,hTp 1111 ,hTp K m ? mK K mT T T m ? 3333 ,hTp 444 ,hTp TK n 为了取得良好的配合性能，涡轮增压器与柴油机配合运行还应满足 以下主要要求： 为了取得良好的配合性能，涡轮增压器与柴油机配合运行还应满足 以下主要要求： 1 在设计工作点的增压压力、空气流量、柴油机功率、燃油消耗 率等都达到预期要求设计值。 在设计工作点的增压压力、
4、空气流量、柴油机功率、燃油消耗 率等都达到预期要求设计值。 2 涡轮增压器的综合效率达到最佳值涡轮增压器的综合效率达到最佳值 3 增压柴油机的运行线最大限度地穿过压气机的高效率区并与喘 振线保持一定距离 增压柴油机的运行线最大限度地穿过压气机的高效率区并与喘 振线保持一定距离 4 在柴油机整个工作范围内，柴油机与涡轮增压器各种性能参数 均不得超过它们的极限值。柴油机方面有：最高燃烧压力、排 气温度、烟度、零部件的热负荷等；涡轮增压器有：压力喘振 线、压气机与涡轮机的阻塞线、转速及涡轮机进口温度等。 在柴油机整个工作范围内，柴油机与涡轮增压器各种性能参数 均不得超过它们的极限值。柴油机方面有：最
5、高燃烧压力、排 气温度、烟度、零部件的热负荷等；涡轮增压器有：压力喘振 线、压气机与涡轮机的阻塞线、转速及涡轮机进口温度等。 5 柴油机具有足够的扭矩储备系数和转速储备系数。柴油机具有足够的扭矩储备系数和转速储备系数。 本章将介绍压气机、涡轮的稳流特性参数的计算，以及一级涡轮增 压器设计点的匹配计算 本章将介绍压气机、涡轮的稳流特性参数的计算，以及一级涡轮增 压器设计点的匹配计算 5.1 压气机的稳流特性压气机的稳流特性 压气机的特性是指压气机的性能参数（压气机的特性是指压气机的性能参数（ K ， K 等）与工作参数 （ 等）与工作参数 （ K m ? ， K n， 1 p， 1 T）之间的关
6、系）之间的关系 一、压气机的主要参数一、压气机的主要参数 压气机的工作情况由以下压气机的工作情况由以下四个工作参数决定：四个工作参数决定： （1）流过压气机的空气流量）流过压气机的空气流量 K m ? （2）压气机的转速）压气机的转速 K n （3）压气机的进口总压）压气机的进口总压 01 p （4）压气机的进口总温）压气机的进口总温 01 T 当这四参数独立变化时，压气机的性能也随之变化当这四参数独立变化时，压气机的性能也随之变化 两个特性参数： （两个特性参数： （1）增压比）增压比 K ； （； （2）等熵效率）等熵效率 K 1压比压比 K （出口压力与进口压力之比）（出口压力与进口压力
7、之比） 1 p， 2 p进、出口静压进、出口静压 01 p， 02 p进、出口总压，下表“进、出口总压，下表“0”表示滞止”表示滞止 本书中本书中 10 2 1 2 01 02 0 pp pp p p p p E K + = ”略去“ 式中：式中： E p为进气管总压；为进气管总压； 0 p为环境压力；为环境压力； 2 p为进气管路的总压 降； 为进气管路的总压 降； 1 p为吸气管或滤清器中的总压降为吸气管或滤清器中的总压降 若忽略压降若忽略压降 01 2 p p p p E K = 2流量流量 表征压气机通流能力表征压气机通流能力 由以下四种表示形式由以下四种表示形式 （1）质量流量）质量
8、流量 K m ? （kg/s）或容积流量）或容积流量 1 V ? （m3/s） 压气机稳定运行时，质量流量恒定不变，进口状态下压气机稳定运行时，质量流量恒定不变，进口状态下 1 1 1 1 p RTmm V KK ? ? = （2）流量相似参数）流量相似参数 1 1 p TmK? ， 1 1 T V ? 为了使压气机特性不受进口条件限制为了使压气机特性不受进口条件限制 （3）换算流量（）换算流量（ cor m?， cor V 1 ? ） 压气机工作或试验可能在不同大气条件下进行，为了便于比 较需将试验结果换算到标准大气条件下（ 压气机工作或试验可能在不同大气条件下进行，为了便于比 较需将试验结
9、果换算到标准大气条件下（ 0 p， 0 T） 依据相似条件依据相似条件 1 0 , 1 1 1 0 , 1 1 0 0 1 1 1 0 0 T T VV T V T V p p T T mm p Tm p Tm cor cor Kcor Kcor ? ? ? ? = = 2流量（续）流量（续） （4）流量系数）流量系数 无因次参数无因次参数 2 2 2 1 22 1 4 uD V uA V = ? 式中：式中： 2 D为压气机工作轮外径；为压气机工作轮外径； 2 u为压气机工作轮外径处的圆周速度为压气机工作轮外径处的圆周速度 3转速转速 （1）每分钟转速）每分钟转速 K n （2）转速相似参数
10、）转速相似参数 1 T nK （3）换算转速）换算转速 1 0 T T nn Kcor =或或 1 288 15.288 T nn K = Enthalpy-entropy diagram 4等熵效率压气机结构及流动完善程度等熵效率压气机结构及流动完善程度 气体由状态气体由状态 1（ 1 p， 1 T）压缩到状态）压缩到状态 2（ 2 p， 2 T） ，等熵压缩功 （不计气体流动损失、绝热）与实际压气机消耗总功之比，即 ） ，等熵压缩功 （不计气体流动损失、绝热）与实际压气机消耗总功之比，即 12 1 1 2 1 12 12 1 TT p p T hh hh s K = = 此外，也可用无因次
11、参数此外，也可用无因次参数（压力系数）作为压气机结构及流 动完善程度的指标 （压力系数）作为压气机结构及流 动完善程度的指标 () 2 2 12 2 u hh s =，式中，式中 60 2 2 K nD u = 二、压气机消耗功率二、压气机消耗功率 K N () = = 1 1 1 1 1 1 2 1 1112 p pRTmhhm N mKK K mKK sK K ? 式中：式中： mK 压气机的机械效率压气机的机械效率 三、压气机出口的空气温度三、压气机出口的空气温度 2 T K p p TTT += 1 1 1 1 1 1 2 112 式中：式中：考虑向外散热的冷却系数（考虑向外散热的冷却
12、系数（1.041.1） 四、压气机的稳流特性四、压气机的稳流特性 压气机的特性是指压气机的性能参数（压气机的特性是指压气机的性能参数（ K ， K 等）与工作参数 （ 等）与工作参数 （ K m ? ， K n， 1 p， 1 T）之间的关系）之间的关系 () () = = 11 11 , , Tpnm Tpnm KKKK KKKK ? ? 若进口条件不变，则若进口条件不变，则 () () = = KKKK KKKK nm nm , , ? ? 为了使压气机特性不受进口条件的限制，通常采用相似参数绘制 压气机通用特性 为了使压气机特性不受进口条件的限制，通常采用相似参数绘制 压气机通用特性 =
13、 = 1 1 1 KK 1 1 1 KK , , 5.1.16 T n p Tm T n p Tm K K K K ? ? ）式（ 书中书中 177 页，图页，图 5.1.1 给出了典 型的压气机通用特性 给出了典 型的压气机通用特性 书中书中 178 页，图页，图 5.1.2 给出了无 因次参数 给出了无 因次参数为横坐标，为横坐标， K 为 纵坐标的压气机特性 为 纵坐标的压气机特性 ?当n当nk k，流量：，流量：k和和k先 ，到达某值后；呈抛物线状， 在设计工况点达到最大 先 ，到达某值后；呈抛物线状， 在设计工况点达到最大 ?当n当nk k ,低流量：出现喘振低流量：出现喘振 ?当n
14、当nk k , 高流量：高流量：k k急剧,堵 塞 急剧,堵 塞 离心式压气 机工作特性： 离心式压气 机工作特性： 某一转速， 低流量发生 喘振，高流 量发生堵塞 某一转速， 低流量发生 喘振，高流 量发生堵塞 Operating Point on a Compressor Map 0255075100125150175200 Flow Parameter kg/s * sqrt(K)/MPa 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 Pressure Ratio Estimate of Operation BHP
15、 = x BSFC = y Air/Fuel = z Fuel = x * y Air = Fuel * z FP = Air * sqrt(Tin)/Pin PRc = FP & line Rated Speed 于是，在压气机特性图上可找出发动机所有运行点，以便判断是否匹配于是，在压气机特性图上可找出发动机所有运行点，以便判断是否匹配 柴油机与涡轮增压器联合运行特性的调整柴油机与涡轮增压器联合运行特性的调整 11n nmin min 2 2 n nmax max 3外特性 4螺旋桨特性线 5喘振边界 6最高转速线 7最高排温线 8最低效率线 3外特性 4螺旋桨特性线 5喘振边界 6最高转速线 7最高排温线 8最低效率线 要求：要求： 1、运行在高效区、运行在高效区 2、
