Проектирование стенда для исследования турбокомпрессора агрегата наддува ДВС

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... 7
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТЕНДАМ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ...........................................
12
1.1 Развитие отечественных турбокомпрессоров....................................... 12
1.2 Развитие зарубежных турбокомпрессоров........................................... 19
1.3 Методика экспериментального исследования турбокомпрессоров на безмоторной установке..................................................................... 
26
1.3.1 Опытная установка...................................................................... 26
1.3.2 Краткое описание конструкции турбокомпрессора фирмы «Эбершпехер»............................................................................. 
28
1.3.3 Основные данные турбокомпрессора фирмы «Эбершпехер». 31
1.3.4 Определение экспериментальных величин............................... 32
1.3.5 Методика испытаний................................................................... 34
2 ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЕНДА.................................................................... 
40
3 СХЕМА ИЗМЕРЕНИЙ СТЕНДА И ЕЕ ОПИСАНИЕ................................. 46
3.1 Описание схемы стенда.......................................................................... 46
3.2 Измеряемые параметры.......................................................................... 50
3.2.1 Датчики измерения давления...................................................... 50
3.2.2 Датчики измерения температуры............................................... 52
3.2.3 Определение расхода воздуха.................................................... 54
3.2.4 Измерение расхода топлива........................................................ 55
3.2.5 Измерение частоты вращения..................................................... 56
3.2.6 Регистрация измеренных параметров........................................ 57
4 МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ....................... 59
4.1 Алгоритм проведения испытаний и обработки результатов измерений для компрессора................................................................... 
60
4.2 Алгоритм проведения испытаний и обработки результатов измерений для турбины.......................................................................... 
62
4.3 Алгоритм проведения испытаний и обработки результатов измерений для турбокомпрессора......................................................... 
66
5 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕИЙ............... 70
6 ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТУРБОКОМПРЕССОРА...... 80
6.1 ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА..................................................................................... 
80
6.1.1 Предварительный расчет центробежного компрессора........... 80

6.1.1.1 Выбор основных параметров. Термодинамический расчет центробежного компрессора............................. 

81
6.1.1.2 Определение основных геометрических параметров проточной части.............................................................. 
83
6.1.2 Расчет параметров потока на входе в рабочее колесо.............. 85
6.1.3 Расчет параметров потока в характерных сечениях проточной части компрессора за рабочим колесом................ 
88
6.1.3.1 Расчет параметров потока на выходе из рабочего колеса............................................................................... 
88
6.1.3.2 Расчет параметров потока на выходе из щелевого диффузора........................................................................ 
90
6.1.3.3 Определение параметров потока на выходе из спирального сборника (сборной улитки)..................... 
92
6.1.3.4 Определение параметров потока на выходе из компрессора..................................................................... 
94
6.1.4 Профилирование основных элементов проточной части ЦБК............................................................................................... 
95
6.1.4.1 Профилирование рабочего колеса................................ 95
6.1.4.2 Профилирование спирального сборника в окружной плоскости......................................................................... 
102
6.2 РАСЧЕТ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ ТКР................................................... 105
6.2.1 Параметры потока на выходе из соплового аппарата.............. 107
6.2.2 Параметры потока на входе в рабочее колесо.......................... 108
6.2.3 Параметры потока на выходе из колеса.................................... 109
6.2.4 Параметры турбины в целом...................................................... 112
6.2.5 Геометрические параметры турбины......................................... 112
7 КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЕЕ ОПИСАНИЕ................................................................... 
114
8 ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ....... 116
9 КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА СТЕНДА И ЕЕ ОПИСАНИЕ.................... 117
10 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ РАБОЧИХ КОЛЕС......................................... 122
10.1 Методика расчета.................................................................................. 122
10.2 Оценка прочности диска...................................................................... 125
10.3 Подготовка исходных данных............................................................. 128
10.4 Результаты расчета............................................................................... 130
11 ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИСПЫТАНИЙ ТУРБОКОПРЕССОРОВ................................................................................. 

132
11.1 Цель и задачи курса на современном этапе........................................ 132
11.2 Анализ устойчивости работы технических систем в разрабатываемом стенде...................................................................... 
133
11.3 Разработка мероприятий, обеспечивающих безопасность эксплуатации стенда............................................................................. 
135
11.3.1 Вентиляция помещения для испытания турбокомпрессоров 137
11.3.2 Защита окружающей среды...................................................... 139
11.3.3 Борьба с шумом при работе на стенде..................................... 140
11.3.4 Пожарная безопасность в лаборатории для испытания турбокомпрессоров................................................................... 
143
11.4 Санитарно-гигиеническая характеристика проектируемого помещения............................................................................................. 
145
11.5 Выводы по разделу БЖД...................................................................... 146
12 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПРОРАБОТКА ПРОЕКТА..................................... 147
12.1 Определение себестоимости стенда.................................................... 147
12.2 Определение стоимости одного часа эксплуатации стенда.............. 152
12.3 Выводы по разделу «экономическая проработка проекта».............. 156
13 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЕНДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДИКИ FMEA............................................................................................................. 
157
13.1 Проведение FMEA................................................................................ 157
13.2 FMEA конструкции............................................................................... 158
13.3 Проведение FMEA конструкции......................................................... 159
13.4 Методика проведения FMEA конструкции........................................ 161
13.5 Мероприятия по устранению дефектов.............................................. 165
13.6 Документирование FMEA анализа...................................................... 166
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... 167
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................................... 170
Приложение А Результаты прочностного расчета рабочего колеса компрессора............................................................................... 
172
Приложение Б Результаты прочностного расчета рабочего колеса турбины...................................................................................... 
174
Приложение В Расчет затрат на основные материалы.................................... 176
Приложение Г Расчет основной заработной платы......................................... 178
Приложение Д Спецификация к сборочному чертежу экспериментальной установки................................................................................... 
181
В ходе работы над данным проектом на первом этапе был произведен аналитический обзор технической литературы по турбокомпрессорам отечественного и импортного производства, а также был рассмотрен спроектированный ранее стенд для испытания чешского турбокомпрессора «эбершпехер». Итогом этого анализа явились диапазоны характеристики основных турбокомпрессоров, применяемых для наддува ДВС. Проведен критический анализ безмоторной установки для испытания турбокомпрессоров, после чего были выявлены недостатки и плюсы данного метода испытаний.
После проведенного анализа были выбраны диапазоны характеристик турбокомпрессоров, в которые входят показатели наиболее распространенных турбокомпрессоров. На этом этапе было сформировано техническое задание на проектирование стенда.
Следующей задачей было проектирование схемы измерений стенда. Решение этой задачи заключалось в проектировании схемы стенда и выборе методов измерений. Были выбраны первичные измерительные преобразователи для измерения всех параметров, а также регистратор, куда стекаются все сигналы с датчиков. Была дана характеристика каждого датчика, по которым можно определить погрешности прямых измерений. В целях автоматизации и повышения точности проведения испытаний, в схему стенда была включена ЭВМ, задачей которой является сбор, обработка и хранение информации, а также управление всеми органами стенда.
На следующем этапе была разработана методика обработки результатов измерений. В ходе работы над этим этапом, были определены алгоритмы проведения испытаний для компрессора, турбины и турбокомпрессора в целом. Итогами этой работы явились массивы значений параметров выполненных в виде таблиц. С помощью этих массивов данных строятся все характеристики компрессора, турбины и турбокомпрессора.

все чертежи