Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

При прочих равных условиях расход воздуха через компрес­ сор пропорционален синусу угла аз входа потока на лопатки диффузора, что используется при регулировании компрессора поворотом диффузора.

Несколько конструкций регулируемых диффузоров для рабо­ ты в системе наддува транспортных двигателей было разрабо­ тано и испытано на Коломенском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева. В конструкциях, приведенных на рис. 129,

поворачивалась только передняя часть лопатки — «носик». По­ ворот «носика» осуществляется осью 2 (рис. 129, а) и эксцентри­ ковой втулкой 8 (рис. Г29, б). Поворотная часть лопатки имела две опоры. Вследствие этого уменьшалась вибрация лопаток от набегающего потока воздуха и износ цапф. В первых образцах диффузора, схематически изображенного на рис. 130, наблюдал­ ся повышенный износ лопаток в месте соединения с поворотны­ ми рычагами и износ цапф лопаток вследствие их вибрации. Для устранения износа уже в серийном производстве была введена термообработка сухарей и цапф, уменьшены зазоры в сопряже­ ниях, повышена несущая способность опор, в которых вращают­ ся оси лопаток (поставлены втулки из бронзы). Для устранения зазора поворотнціх лопаток, который обычно несколько растет с увеличением срока службы, целесообразно механизм поворота лопаток нагружать (например, цилиндрическими пружинами).

201

Рис. 130. Диффузор с промежуточными и составными поворот­ ными лопатками:

/ — неподвижная часть лопатки; 2 — поворотная часть лопатки; 3 —

Рис. 131. Диффузор с целыми поворотными лопатками:

1, 2 — торцовые стенки; 3 — поворотные лопатки; 4 — промежуточ­ ные лопатки в межлопаточных каналах

Рис. 132. Диффузор с поворотными лопатками фирм Вортинг­ тон:

/ — поворотный диск; 2 — лопатки двухъярусной диффузорной решетки

Был разработан и испытан диффузор (рис. 131), у которого поворачивалась вся лопатка 3. В выходной части межлопаточ­ ных каналов этого диффузора установлены укороченные проме­ жуточные лопатки 4, которые уменьшают диффузорность кана­ лов, а также придают жесткость всей конструкции. Такой диф­ фузор, как показали исследования, имеет удовлетворительные характеристики по диапазону работы и напору (см. ниже). Из­ вестны конструкции диффузоров с поворотными лопатками в ста­ ционарных компрессорах. Фирма Вортингтон (США) разрабо­ тала конструкцию регулируемого диффузора, в котором лопатки двух типов (рис. 132) расположены на поворотных дисках.

Регулирование компрессора поворотом лопаток диффузора следует применять в двигателях с высокими значениями средне­ го эффективного давления и коэффициента приспособляемости. Нижней границей применения регулирования компрессоров по­

На рис. 130 показана схема установки целых поворотных ло­ паток в регулируемом диффузоре для турбокомпрессора ТК.-40. Размеры этого компрессора были выбраны исходя из требований ■обеспечения коэффициента приспособляемости двигателя К — = 2,0 при среднем эффективном давлении в цилиндрах на номи­ нальном режиме Реном = 1,18 МН/м2. При проектировании за расчетный был принят режим, соответствующий расходу воздуха GpaC4 = 0,7G„OM, степени повышения давления лк = 3,0 и окруж­ ной скорости М2 пр = 404 м/с. На режиме максимального расхода число Маха в относительном движении на выходе из колеса ком­ прессора М2 = 0,965. Конструктивные углы лопаток вращающе­ гося направляющего аппарата были выбраны из условия, чтобы при минимальном расходе углы атаки не превышали 10—12°, д при максимальном — чтобы проходные сечения на входе были достаточными и не допускали «запирания колеса».

Изменение л к = [(G) при различных и2 и Даз для указанного компрессора приведено на рис. 133. Анализ диаграмм показыва­ ет, что с увеличением окружной скорости рабочий диапазон ком­ прессора сужается. Это характерно для центробежных компрес­ соров и объясняется тем, что с повышением окружной скорости возрастают числа Маха перед лопатками диффузора. При оди­

== 0) приводит к незначительному изменению диапазона ком­ прессора. Поворот лопаток на раскрытие ( + Даз) приводит к не­ которому увеличению диапазона, что связано, по-видимому, ча­ стично с уменьшением потерь в безлопаточном диффузоре (сокращается его длина), а частично с лучшим согласованием

марный рабочий диапазон компрессора был увеличен до 65,6%,

203

т. е. приблизительно в 7,5 раза по сравнению с диапазоном при исходном положении лопаток (Д«3 = 0). При «2 іФ = 362 м/с ре­ гулированием положения лопаток суммарный диапазон компрес­ сора был увеличен до 84,2%.

На этом же компрессоре были проведены также исследова­ ния влияния наличия промежуточных лопаток (рис. 134). Про­ межуточные лопатки были спрофилированы так, чтобы углы уширения образовавшихся межлопаточных каналов были при-

Рис. 133. Характеристики компрессора с поворотными лопатками диффузора

мерно равны между собой. Суммарная площадь горла этих ка­ налов больше, чем площадь горла на входе в диффузор. Длина промежуточной лопатки была равна 45% длины межлопаточно­ го канала по средней линии. Испытания носили сравнительный характер и проводились при одном значении окружной скорости Ы2 пр = 350 м/с. На рис. 134 показаны зависимости характери­ стики компрессора при двух крайних положениях поворотных лопаток (Лаз = — 5° 30' и Лаз =-8°30'). При отрицательных зна­ чениях Доз (поворот лопаток на закрытие) диапазон работы ком­ прессора с промежуточными лопатками составляет 47% (диа­

воздуха. Рабочий диапазон в этом случае практически не изме­ няется (35,3—36,2), а изменяются предельные значения расхо­ дов на границах устойчивой работы: у компрессора с промежу­

204

точными лопатками граница помпажа находится левее, чем у компрессора без этих лопаток. Однако предельная величина расхода у компрессора без промежуточных лопаток больше при­ близительно на 8%. При обоих положениях поворотных лопаток к. п. д. ниже у компрессора с промежуточными лопатками. При­ чиной этого, по-видимому, являются повышенные потери на тре­ ние и удар вследствие несовпадения углов набегания потока и установки профиля лопаток. Таким образом, эффект от установ­ ки промежуточных лопаток в выходной части межлопаточных

Рис. 134. Влияние промежуточных лопаток на ха­ рактеристики компрессора ТК-40:

/ — с промежуточными лопатками; 2 — без промежу­ точных лопаток

каналов диффузора с поворотными лопатками зависит от на­ правления отклонения поворотных лопаток от их исходного по­ ложения (т. е. от угла и з) . Промежуточные лопатки могут ока­ заться целесообразными, если требуется сдвинуть в ограничен­ ных пределах границу помпажа в сторону меньших расходов.

Характеристики компрессора турбокомпрессора типа ТК-40 с целой поворотной лопаткой диффузора приведены на рис. 135. Зазор между торцами поворотных лопаток и стенками канала

= 230%, т. е. увеличился приблизительно в 10,4 раза по сравне­ нию с диапазоном при номинальном положении лопаток.

205

Этот же диффузор был использован для исследования влия­ ния зазора 6з между торцами поворотных диффузорных лопаток и стенками межлопаточного канала. Зазор, необходимый для свободного поворота лопаток, является вредным, так как он слу­ жит каналом для перетечек воздуха. Кроме того, при нежестком закреплении и торцовом зазоре поворотные диффузорные лопат­ ки могут вибрировать, что также сказывается отрицательно на характеристиках компрессора. Поворотные лопатки диффузора были зафиксированы жестко в положении ссз = 22° 3(У. Зазоры:

•*

лены жестко)

между торцами поворотных лопаток и стенками межлопаточных;, каналов были устранены при помощи эпоксидной смолы. Устра­ нение зазора и жесткая фиксация лопаток положительно сказа­ лись на характеристиках компрессора (рис. 136). Коэффициент напора Н а*д в зоне максимальных значений вырос на 1—3%. Со­

ответственно выросла и степень повышения давления. Рабочий диапазон компрессора расширился с 22 до 36,5% (приблизи­ тельно в 1,65 раза), т. е. показатели работы компрессора замет­ но улучшились.

При малых углах «3 установки диффузорных лопаток диапа­ зон компрессора может быть ограничен срывом потока в межло­ паточных каналах вращающегося направляющего аппарата из-за недопустимых углов атаки. В этом случае некоторое закручива­ ние потока по вращению (т. е. оц < 90°) может уменьшить углы атаки во вращающемся направляющем аппарате и сдвинуть,

206