Повышение КПД тепловых двигателей снижением потерь газового тракта

УДК 621.113

ПОВЫШЕНИЕ КПД ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СНИЖЕНИЕМ ПОТЕРЬ ГАЗОВОГО ТРАКТА.

TO INCREASE THE EFFICIENCY OF THERMAL ENGINES IS THE REDUCTION OF LOSSES OF THE GAS PATH.

В.И. Станчёнков, М.Н. Беховец, Р.С. Алеманов

ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия

Аннотация. В статье приведены закономерности влияния параметров шероховатости поверхностей проточной части тепловых двигателей, на примере узлов турбонаддува дизелей, на коэффициент сопротивления газового потока и КПД таких объектов. Предложены условия обеспечения заданной шероховатости с применением абразивно-экструзионного  полирования.

Abstract . The article considers regularities of influence of parameters of surface roughness of the flow part of heat engine, for example the nodes of the turbo on the drag coefficient of the gas flow and the efficiency of such installations. The proposed terms provide the desired surface roughness with the use of abrasive extrusion polishing.

Ключевые слова : параметры неровностей, проточная часть, сопротивление потока, абразивно-экструзионное  полирование.

Keywords : parameters of the roughnesses, flowing part, resistance to gas flow, abrasive-extrusion polishing.

Содержание научно-технических задач

Одним из источников из источников потерь энергии рабочего тела тепловых двигателей является техническое состояние поверхностей газового тракта. Эти поверхности образованы деталями соответствующих узлов двигателей.

В соответствии с ГОСТ 25142-92 состояние поверхностей деталей оценивают неровностями поверхности: параметрами шероховатости, волнистости, наличием дефектов (рисунок, забоин, заусенцев  и т.п.).

 Установлено, что техническое состояние рассматриваемых поверхностей формируется на этапах изготовления, эксплуатации, обслуживания и ремонта рассматриваемых объемов.

Технологическими операциями обеспечения параметров неровностей в процессе изготовления деталей проточной части являются процессы абразивной обработки. На этих операциях обеспечивают заданный параметр неровностей – среднеарифметическое отклонение профиля   Ra 0,5-0,15. В процессе эксплуатации при воздействии газовой среды в течении 80-100 часов указанный параметр возрастает в 2 и более раза.

В соответствии с известными положениями теории обтекания шероховатой пластины [1], коэффициент потерь энергии газового потока по поверхности пластины (лопатка) зависит от числа Рейнольдса Re.

                                                                      [pic 1][pic 2]                                                                          (1)    

где l – размеры тела (ширина платины, хорда лопатки и т.д.); u – скорость среды относительно тела; ν – кинематическая вязкость среды.

Коэффициент потерь энергии потока во многом зависит от того, насколько выступы шероховатости пружины в ламинарной слой потока, тогда условно поверхность можно считать гладкой. Этот режим наступает при соблюдении неравенства неравенства [2]:    

                                                                   Re<100·в/kдоп.                                                                    (2)

где kдоп. – средняя высота неровностей; в – хорда профиля тела.

Представление о допускаемой высоте неровностей, при которой пластину (поверхность проточной части) можно считать как условно гладкую, можно получить по данным [1] на рис. 1.

[pic 3]

Рисунок 1 – Допускаемая относительная шероховатость kдоп в зависимости от числа Re при различной ширине b.

Обоснование принятых решений

С учетом положений разных геометрических тел [3] решены задачи, назначения условий обеспечения заданных параметров шероховатости деталей, лопаточных машин, включая узлы турбонаддува. При этом были учтены условия обеспечения необходимых параметров поверхности и материала поверхности слоя [4].

Применительно к условиям отделочной абразивной обработки изделий с геометрически сложным поверхностями задачи обеспечения заданных требований шероховатости решены путём применения метода экструзионного полирования указанных поверхностей.