ЗАСТОСУВАННЯ КАРТ ХАРАКТЕРИСТИК ВІДЦЕНТРОВОГО КОМПРЕСОРА ПРИ МОДЕЛЮВАННІ РОБОЧОГО ЦИКЛУ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/0419-8719.2021.1.02Ключові слова:
відцентровий компресор, помпаж, моделювання двигуна внутрішнього згоряння, характеристики компресораАнотація
Моделювання робочого циклу двигуна внутрішнього згоряння з наддувом неможливо без коректної оцінки параметрів роботи агрегату наддуву. Стандартним є підхід, при якому використовуються спеціально підготовлені карти характеристик компресора і турбіни турбокомпресора, отримані на основі експериментальних даних або даних, представлених виробниками. Інтерполяція, екстраполяція та обробка карт характеристик відцентрового компресора є досить непростим завданням, так як необхідно забезпечити коректне врахування роботи компресора в таких специфічних зонах його роботи, як поблизу границі запирання, зриву потоку і в режимах помпажа. При цьому необхідно забезпечити швидке і стабільне виконання розрахунку робочого циклу. Blitz-PRO - програмний сервіс для розрахунку робочого циклу двигунів внутрішнього згоряння, доступний онлайн - пропонує можливість підготовки і використання карт характеристик агрегатів наддуву. При цьому доступні три різні режими врахування роботи відцентрового компресора в умовах помпажа: 1) повномасштабний помпаж на основі методики, запропонованої F. K. Moore і E. M. Greitzer; 2) локальний помпаж з можливістю гнучкого налаштування; 3) режим «стабілізації», при якому явище помпажа компресора виключається шляхом екстраполяції витратної характеристики компресора від точки виникнення зриву в бік зменшення витрати повітря з використанням гіперболічного рівняння. Як приклад розглядається режим роботи двигуна MAN 8G70ME-E (точка 12140 кВт при 82 хв-1 за гвинтовою характеристикою) з порівнянням результатів розрахунків для трьох методів врахування роботи компресора в умовах помпажа. Режим «стабілізації» забезпечує найбільш швидкий і стабільних розрахунок, в той час як режим врахування повномасштабного помпажа може в ряді випадків характеризуватися чисельної (нефізичною) нестійкістю розрахунків, що пояснюється високою чутливістю двотактних малообертних двигунів до параметрів процесів газообміну. Використання режиму локального помпажа поволяет домогтися високої швидкості і стабільності розрахунків при одночасному врахуванні явища помпажа, що є досить розумним компромісом. Дослідник повинен раціонально використовувати всі три режими врахування помпажа відцентрового компресора в залежності від поставленого завдання, віддаючи перевагу режиму «стабілізації» при початковому налаштуванні математичної моделі і режиму локального помпажа для перевірки вірогідності виникнення помпажа. У той же час необхідні додаткові дослідження в області коректного моделювання роботи компресора в умовах помпажа.
Посилання
Minchev D.S. Effect of thermal inertia on diesel engines transient performance / D.S. Minchev, O.A. Gogorenko // Всеукраинский научно-технический журнал «Двигатели внутреннего сгорания». – 2020. – №1. – C. 68-72. – doi: 10.20998/0419-8719.2020.1.09.
Gravdahl, J.T. Compressor Surge and Rotating Stall: Modelling and control. –Springer, 1999 – 225 p. – doi:10.1007/978-1-4471-0827-6.
Dehner, R. Simulation of Mild Surge in a Turbocharger Compression System / R. Dehner., A. Selamet., P. Keller, M Becker // SAE Int. J. Engines, 2010. – №3 (2). – С. 197-212. – doi: 10.4271/2010-01-2142.
Grapow, F. Study of the Greitzer Model for Centrifugal Compressors: Variable Lc Parameter and Two Types of Surge / F. Grapow, G. Liśkiewicz // Energies, 2020. – 13, 6072. – doi: 10.3390/en13226072.
Blitz-PRO by D. S. Minchev. User’s manual. – режим доступа: http://blitzpro.zeddmalam.com/extra/Tutorial/Help.pdf
Минчев, Д.С. Использование расчетной сетки переменного шага по времени при синтезе рабочего процесса ДВС / Д.С. Минчев, А.В. Нагорный // Вестник двигателестроения Запорожского национального технического университета. – 2017 – №1. – С. 32-39. – doi:10.15588/1727-0219-2017-1-6.
Минчев, Д.С. Экстраполяция экспериментальных характеристик центробежных компрессоров / Д. С. Минчев, Ю.Л. Мошенцев, А.В. Нагорный // Сборник научных трудов Национального университета кораблестроения. – 2011. – №4. – С. 89-98. 8. TCA Project Guide. Exhaust gas turbocharger – MAN Diesel&Turbo, 2013. – 134p., – available at https://turbocharger.mandieselturbo.com/docs/ default-source/shopwaredocuments/tca.%20pdf?sfvrsn=2.
Hiereth H. Charging the Internal Combustion Engine. Wien. : SpringerWienNewYork, 2008. – 268 p.
Moore, F.K. A Theory of Post-stall Transients in Axial Compression Systems. Part I: Development of Equations / F.K. Moore, E.M. Greitzer // ASME J. Engineering for Gas Turbines and Power. – 1986. – № 108. – С. 68-76, 10. Moore, F.K. A Theory of Post-stall Transients in Axial Compression Systems. Part II: Application // ASME J. Engineering for Gas Turbines and Power. – 1986. – №108(2). – С.231-239,
Meuleman, Corina H. J. Measurement and unsteady flow modelling of centrifugal compressor surge. – Eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, 2002. – 145 р. – doi:10.6100/IR557873.
Varbanets R. Acoustic Method for Estimation of Marine Low-Speed Engine Turbocharger Parameters / R. Varbanets, O. Fomin, V. Píštěk, V. Klymenko, D. Minchev, A. Khrulev, V. Zalozh, P. Kučera // Journal of Marine Science and Engineering. – 2021. – №9(3):321. – doi:10.3390/jmse9030321
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Двигуни внутрішнього згоряння
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
