Назначение турбокомпрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Испаритель -- теплообменный аппарат, в котором осуществляется процесс фазового перехода жидкого теплоносителя в парообразное и газообразное состояние за счёт подвода от более горячего теплоносителя. Когда процесс фазового перехода происходит на поверхности жидкости, то это называется испарением. Если процесс происходит на всей глубине жидкости с образованием паровых пузырьков, то это называется кипением. Фазовый переход может происходить как с однородной жидкостью, так и со смесью жидких компонентов. Испарители различаются по характеру происходящих в них процессов, а также по их назначению, и они при этом обычно имеют свои названия.

Кожухозмеевиковые испарители обычно состоят из одного или более спиральных гладкотрубных змеевиков, размещенных в стальном корпусе. Такие испарители обычно используются как зме-евиковые устройства с хладагентом в трубах и жидкостью в корпусе. Объем жидкости в корпусе больше, чем объем труб змеевика. Следовательно, у данного устройства более высокая теплоемкость, чем у тех, в которых охлаждаемая жидкость течет по трубам. Благодаря дополнительной производительности змеевиковыи испаритель идеально подходит для небольших установок с высокими, но нечастыми пиковыми нагрузками. Следовательно, данное устройство часто используется в питьевых фонтанчиках и других устройствах, где санитарные условия системы очень важны.

В некоторых случаях кожухозмеевиковый испаритель затопленный. В таком устройстве хладагент содержится в кожухе, а охлаждаемая жидкость проходит по трубам. Если данные испарители затопленные, с хладагентом в кожухе, дополнительной производительности нет. Данный тип испарителя называют мгновенным, так как жидкость охлаждается быстро, когда проходит через змеевик. Существует опасность повреждения такого охладителя, если жидкость в змеевике замерзнет. По данной причине такие испарители не рекомендуются для температуры жидкости ниже 3,3 °С. Кожухозмеевиковые испарители используются для охлаждения напитков. В таких случаях напиток обычно предварительно охлаждают в более дешевом процессе, прежде чем поместить в такой испаритель.

Турбокомпрессор, или газотурбинный нагнетатель -- центробежный или осевой компрессор, работающий в паре с турбиной. Является основным конструктивным элементом газотурбинных двигателей.

Основной агрегат, состоящий из центробежного или осевого компрессора и газовой турбины для его привода, установленных на одном валу, называется турбокомпрессором. Основным назначением турбокомпрессора является повышение давления рабочего тела газотурбинного двигателя за счет его нагнетания компрессором, который получает мощность от турбины. Турбокомпрессор в совокупности с камерой сгорания, расположенной между турбиной и компрессором, называется газогенератором. Турбокомпрессор низкого давления турбореактивного двигателя (ТРДД), состоящий из компрессора низкого давления (вентилятора) и турбины, иногда называют турбовентилятором.

Назначение турбокомпрессора

Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.

Но увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.

Турбокомпрессор или турбонагнетатель -- устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора -- турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью -- около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.

Устройство турбокомпрессора

испаритель теплообмен турбокомпрессор

Схема двигателя с турбовентилятором.

1 -- Вентилятор.

2 -- Компрессор низкого давления.

3 -- Компрессор высокого давления.

4 -- Камера сгорания.

5 -- Турбина высокого давления.

6 -- Турбина низкого давления.

7 -- Сопло.

8 -- Вал ротора высокого давления.

9 -- Вал ротора низкого давления.

Турбокомпрессор состоит из следующих элементов:

корпус компрессора

вал ротора

корпус турбины

турбинное колесо

уплотнительные кольца

подшипники скольжения

корпус подшипников

компрессорное колесо

Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).

Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.

Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.

Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.

Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер -- радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.

В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.

Принцип работы

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.

Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.

При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.

Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).

После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).

Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:

использование турбины с изменяемой геометрией;

применение двух параллельных или последовательных компрессоров;

комбинированный наддув.

Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.

Турбина с изменяемой геометрией - схема:

направляющие лопатки

кольцо

рычаг

тяга вакуумного привода

турбинное колесо

Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров). Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.

Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя. При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.

Задача

Определить нагрузку на электронагревателе, если температура наружного воздуха в холодный период минус 31 оС, внутренняя температура забираемого воздуха из рабочей зоны помещения 22 оС, количество воздуха на рециркуляцию 1200 м3/ч, количество наружного воздуха смешиваемого с рециркуляционным 700 м3/ч, теплоемкость воздуха 0,28 ккал/кг оС

Решение:

Тепловая нагрузка на электронагревателе определяется по формуле

Q = Cp· Lсм· P · (tnp--tсм) = 0,28 · 1900 · 1,2 · (22--2,5) = 12449 Bт

где:

Р - плотность воздуха, равная 1,2 кг/м3;

tпр - температура подаваемого кондиционером воздуха, равная 22°С;

Lсм - количество смешанного воздуха, равное 1900 м3/ч;

Ср - теплоемкость воздуха, равная 0,28 ккал/кг·°С.

tсм = [C*(m1t1+m2t2)]/[C(m2+m1)] = (m1t1+m2t2)/(m2+m1) =

(1200*22+700*(-31))/(1200+700) = 2,5 [градусов по Цельсию]

Ответ: тепловая нагрузка на электронагревателе составит 12. 45 кВт.

Размещено на Allbest.ru