СД ЛР. СД Лр2.. Лр оценка работоспособности систем топливопитания
 Скачать 263.8 Kb.
|
|
ЛР 2. Оценка работоспособности систем топливопитания Цель занятия; рассмотреть конструкцию плунжерного насоса; провести расчет характеристик насоса. 1.Общая характеристика плунжерного насоса В системах топливоподачи основных и форсажных камер сгорания газотурбинных двигателей применяют плунжерные насосы с производительностью до 5000-10 000 кг/ч. Плунжерные насосы способны создавать большое давление за насосом [до  ] при высоких значениях коэффициента объемной подачи  благодаря прецизионным парам («цилиндр-плунжер») качающего узла; они позволяют изменять производительность при постоянной скорости вращения качающего узла без перепуска и дросселирования топлива, что уменьшает нагрев топлива в насосе.К недостаткам плунжерных насосов относятся сложность конструкции насоса, чувствительность прецизионных пар качающего узла к содержанию в топливе механических примесей, кокса, смол, воды, к малой вязкости топлива и высокой его температуре. Эти факторы способствуют возникновению сухого трения, износа и коррозии в прецизионных парах. Плунжерные топливные насосы надежно работают при температуре 100-1200 С. Основные конструктивные элементы и работа плунжерного топливного насоса. В корпусе насоса вращается ротор 8 (рис.1), состоящий из конусообразного барабана и валика. В барабане ротора равномерно по окружности выполнены цилиндрические камеры, оси которых расположены под небольшим углом  к оси ротора. В камерах барабана размещаются пустотелые плунжеры 5, прижимаемые пружинами к наклонной шайбе 2, укрепленной в корпусе. С противоположной стороны барабан своим торцом прилегает к неподвижной шайбе 7, расположенной в корпусе насоса. Золотниковая шайба имеет два дугообразных окна, одно из которых (окно всасывания) сообщается с подводящей магистралью, а другое (окно нагнетания)- с напорной. Если наклонная шайба установлена под некоторым углом  , плунжеры при вращении ротора совершают возвратно-поступательное движение относительно барабана. Положение максимального погружения плунжера в барабан называют нижней мертвой точкой (н.м.т.), а положение максимального выхода плунжера из барабана- верхней мертвой точкой (в.м.т.) .Пусть один из плунжеров занимает положение н.м.т., соответствующее углу поворота ротора  . При повороте ротора в диапазоне угла от 0 до 1800 плунжер проходит над окном всасывания. При этом он перемещается к в.м.т., отчего освобождаемый плунжером объем увеличивается и заполняется топливом. При дальнейшем повороте ротора в диапазоне угла  плунжер проходит над окном нагнетания, двигаясь в направлении от в.м.т. к н.м.т. Объем под плунжером уменьшается, в результате чего топливо выталкивается через окно нагнетания в напорную магистраль.Величина хода плунжеров зависит от угла  установки наклонной шайбы. При  ход плунжеров и подача топлива равны нулю. При увеличении угла ход плунжеров и подача топлива увеличиваются. Для изменения производительности насоса шайбу крепят в корпусе подвижно, так что ее можно поворачивать относительно оси, перпендикулярной оси ротора. Перестановочное усилие создается с помощью сервопоршня 6, связанного с шайбой, штоком и серьгой.При установке наклонной шайбы соосно с ротором частота вращения опорного кольца шайбы и ротора насоса совпадают. В результате длительного воздействия плунжеров на опорном кольце шайбы образуются лунки под каждым плунжером, возникает интенсивный износ полусфер плунжеров, и насос выходит из строя. Для получения разницы в угловых скоростях вращающегося кольца шайбы и ротора наклонную шайбу устанавливают со смещением, называемым дезаксажем, равным 0,8-1,0мм. При смещении оси шайбы в сторону окна нагнетания кольцо шайбы обгоняет ротор, а при смещении в сторону окна всасывания отстает от него. Величину дезаксажа, кривизну рабочей поверхности наклонной шайбы, а также радиус сферы плунжеров выбирают так, чтобы скольжением плунжеров относительно шайбы и обусловленный им износ этих деталей был минимальным.  Рисунок 1. Схема плунжерного топливного насоса и нагрузки, действующие на его элементы. 1-рессора;2-шайба сферическая; 3-сферический наконечник; 4-сепаратор; 5-плунжер; 6-сервопоршень; 7-золотник ротора; 8-ротор 2.Кинематика плунжера. Кинематика плунжера характеризуется его перемещением S, скоростью v и ускорением j в зависимости от угла  поворота ротора (рис.2). Ход плунжера Sмакс достигается при повороте ротора на угол 1800. Скорость перемещения плунжера vотн в относительном движении вдоль оси определяется дифференцированием по времени зависимости S=S( ), а ускорение плунжера jотн –дифференцированием по времени v=f( ). Максимальные значения этих величин в современных насосах достигают: Sмакс= , vотн макс= , jотн макс= Ускорение плунжера в переносном движении:  где r- переменное расстояние между осью вращения ротора и центром масс плунжера. Кориолисово ускорение плунжера:   Рисунок 2. Графики перемещения, скорости и ускорения плунжера по углу поворота ротора всегда нормально плоскости, содержащей ось ротора и ось плунжера. При  оно направлено в сторону вращения ротора, а при - против направления вращения ротора.3.Расчет характеристик насоса На рисунке 3 и рисунке 4 заданы геометрические характеристики плунжера и его кинематическая схема. По исходным данным, определим нагрузки, действующие на плунжер: сила инерции плунжера в относительном движении; центробежная сила инерции плунжера; кориолисова сила инерции плунжера; сила трения плунжера о стенки камеры; сила давления топлива на плунжер; сила пружины.  Рисунок 3-Геометрические характеристики  Рисунок 4-Нагрузки, действующие на плунжер Исходные данные:     ;    L=0,04 м. Расчет силы инерции плунжера в относительном движении Сила инерции плунжера в относительном движении направлена по оси:  плунжера противоположно ускорению и переменна по углу поворота ротора. В н.м.т. в начале такта всасывания (на участке от  ) она стремится оторвать плунжер от шайбы, действуя против силы пружины. На участке от  до  – поддерживает контакт плунжера с шайбой, действуя по направлению силы пружины. Величина  Рассчитаем:  = Н,где,  - плотность цементируемой стали марки 12ХНЗА при t=200C. (см. таблицу 1)Таблица 1- Физические свойства материала 12ХНЗА  Ускорение плунжера по углу поворота ротора, тогда:  Расчет центробежной силы инерции плунжера Центробежная сила инерции плунжера переменна по углу поворота ротора.  Она дает составляющие Р2 и Р1, направленные по оси плунжера и нормально к ней. Составляющая Р1 вызывает силу трения Ртр плунжера о стенки камеры. Составляющая Р2 является полезной силой, прижимающей плунжер к наклонной шайбе, так как позволяет уменьшить потребную силу пружины. Величину силы Р2 устанавливают больше величины силы трения Ртр путем подбора необходимого значения угла конуса  при вершине. Угол выбирают с таким расчетом, чтобы он бол больше угла трения. В выполненных конструкциях угол  При больших значениях угла возрастают силы, действующие на шайбу. Величина  Значение частоты вращения: Значение угловой скорости :  Тогда:  Рассчитаем составляющие Р1 и Р2:   где угол между осью цилиндрической камеры и осью ротора.Расчет Кориолисовой силы инерции плунжера Кориолисова сила инерции плунжера нормальна к плоскости, содержащей ось ротора и ось плунжера.  При движении плунжера от н.м.т. к в.м.т. ( ) она направлена против вращения ротора, а при движении от в.м.т. к н.м.т. ( )- по направлению вращения. Работа кориолисовой силы за один оборот ротора равна нулю. Величина  Рассчитаем:  где  – скорость плунжера по углу поворота ротора.Тогда:  Расчет силы трения плунжера о стенки камеры Сила трения  плунжера о стенки камеры определяется как произведение результирующей нормальных к оси плунжера сил  и  при данном угле на коэффициент трения  . Она противоположна относительной скорости плунжера. Коэффициент трения стального плунжера о бронзовый барабан при наличии смазки керосином равен   где   -коэффициент трения.Расчет силы давления топлива на плунжер Сила давления топлива на плунжер  где  - площадь поперечного сечения плунжера,  - давление топлива в магистрали,  - давление топлива в полости наклонной шайбы. При всасывании  , при нагнетании  Давление  , где  - повышение давления за счет центробежного эффекта в косых сверлениях ротора,  - радиус, на котором находится выходное отверстие сверления ротор. Величина  , следовательно,  . Благодаря давлению на роторе возникает осевое усилие, прижимающее ротор к золотниковой шайбе, что способствует уменьшению перетеканий топлива по торцу. Сила  в такте всасывания равна 10-30Н. Она стремится оторвать плунжер от шайбы. В такте нагнетания сила  Она прижимает плунжер к шайбе.Рассчитаем площадь поперечного сечения плунжера:  Примем давление топлива в магистрали  .Рассчитаем давление топлива в полости наклонной шайбы:  где  где,  - плотность топлива ТС-1 при  . (см таблицу 2).  - радиус, на котором находится выходное отверстие сверления ротор.  - давление при всасывании.Тогда:  Таблица-2 Технические характеристики для керосина ТС-1  Расчет силы пружины Сила пружины  переменна по углу поворота ротора. Она максимальна в н.м.т. и минимальна в в.м.т. Сила вместе с осевой составляющей  центробежной силы инерции плунжера должна быть больше суммы сил  в начале такта всасывания, чтобы плунжер не отрывался от шайбы. Величина  .Зная, что  , получаем, что: Вывод сила инерции плунжера переменна по знаку. В н.м.т.она действует против силы пружины, на участке от до - по ее направлению;центробежная сила плунжера, также переменна по углу поворота ротора; кориолисова сила инерции плунжера нормальна к плоскости, содержащей ось ротора и ось плунжера. Работа кориолисовой силы за один оборот ротора равна нулю; сила трения плунжера о стенки камеры противоположна относительной скорости плунжера; сила давления топлива на плунжер определяется совокупностью магистрального и давления топлива в полости наклонной шайбы; сила пружины также переменна по углу поворота ротора. Она максимальна в н.м.т. и минимальна в в.м.т. Результаты расчета сведем в таблицу:
Вывод: Центробежная сила плунжера является наибольшей по величине. Центробежная сила инерции плунжера переменна по углу поворота ротора. Она дает составляющие Р2 и Р1, направленные по оси плунжера и нормально к ней. Составляющая Р1 вызывает силу трения Ртр плунжера о стенки камеры. Составляющая Р2 является полезной силой, прижимающей плунжер к наклонной шайбе, так как позволяет уменьшить потребную силу пружины. Величину силы Р2 устанавливают больше величины силы трения Ртр путем подбора необходимого значения угла конуса при вершине. Угол выбирают с таким расчетом, чтобы он бол больше угла трения. В выполненных конструкциях угол При больших значениях угла возрастают силы, действующие на шайбу. |