Агрегаты наддува двигателей

Московский государственный технический университет  
имени Н. Э. Баумана 
 
 
 
 
Ю.А. Гришин 
 
 
 
Агрегаты наддува двигателей 
 
 
Методические указания к выполнению курсового проекта  
по дисциплине «Агрегаты наддува двигателей» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 

Г85 
УДК 521.43 
ББК 39.35 
 Г85 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/198/book1362.html 
 
Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Поршневые двигатели» 
 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
Рецензент д-р техн. наук, профессор А. Г. Кузнецов 
 
 
Гришин, Ю. А. 
Агрегаты наддува двигателей : методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Агрегаты наддува 
двигателей» / Ю. А. Гришин. — Москва : Издательство МГТУ  
им. Н. Э. Баумана, 2015. — 78, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4323-9 
Приведено описание методики выполнения курсового проекта по 
дисциплине «Агрегаты наддува двигателей», предусмотренного учебным 
планом МГТУ им. Н. Э. Баумана. Раскрыто содержание расчетнопояснительной записки, графической части проекта, даны справочные  
материалы. Приведены примеры расчета агрегатов наддува поршневых 
двигателей — центробежного компрессора, радиально-осевой и осевой 
турбин, а также расчета критической частоты вращения ротора турбокомпрессора.  
Для студентов-магистрантов МГТУ имени Н. Э. Баумана, обучающихся по направлению «Энергетическое машиностроение» специальности 
«Двигатели внутреннего сгорания». 
УДК 521.43 
ББК 39.35 
 
 
 
 
 
 
 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4323-9  
 
   МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
2 

 
 
Предисловие 
Выполнение курсового проекта осуществляется после изучения курса «Агрегаты наддува двигателей», читаемого студентаммагистрантам, обучающимся по направлению «Энергетическое 
машиностроение». Проект служит для закрепления, углубления и 
применения на практике полученных знаний и предусматривает 
ознакомление студентов с современными конструкциями турбокомпрессоров отечественных и зарубежных фирм-изготовителей, а 
также с новейшими достижениями в области компрессоростроения 
и турбостроения применительно к агрегатам наддува и силовым 
турбинам комбинированных двигателей внутреннего сгорания 
(КДВС).  
При работе над курсовым проектом студенты должны уметь 
использовать знания, полученные при изучении газовой динамики, 
термодинамики, гидравлики, сопротивления материалов, теоретической механики, технологии машиностроения, основ взаимозаменяемости, охраны труда, экономики и организации производства 
и т. д. Разработанная конструкция должна полностью соответствовать современным требованиям. В первую очередь это касается 
технико-экономических показателей, материалоемкости, надежности, достижений технологии, использования стандартных и унифицированных деталей, применения автоматизированных процессов сборки и обработки деталей и др. 
Таким образом, тематика курсового проекта предусматривает 
комплексную работу, включающую решение расчетно-теорети- 
ческих, конструкторских, технологических, технико-экономи- 
ческих и тому подобных задач. Приступая к выполнению проекта, 
в качестве аналога студенты могут использовать известные конструкции серийных и опытных турбокомпрессоров, выпускаемых 
как у нас в стране, так и за рубежом. Необходимо провести анализ 
выбранной конструкции, указать ее достоинства и недостатки и на 
основании этого анализа внести изменения в конструкцию (преду3 

смотреть охлаждение, установить тепловые экраны и лабиринтные 
уплотнения, изменить подшипниковый узел, заменить материалы 
и т. д.). 
Опыт работы со студентами показал, что основные трудности 
при выполнении курсового проекта связаны с газодинамическими 
расчетами проточной части турбины и компрессора, так как в 
учебной и научной литературе приведены методики и примеры 
расчетов турбин и компрессоров в основном для авиационных 
двигателей. В настоящем издании даны примеры расчета турбокомпрессоров с учетом специфики их использования в качестве 
агрегатов наддува двигателей внутреннего сгорания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

 
1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ  
И ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ 
1.1. Задание на курсовой проект 
В соответствии с учебным планом курсовой проект выполняют 
студенты, обучающиеся по программе магистратуры, в течение  
13 недель 2-го семестра.  
Задание на проект выдается на первой неделе 2-го семестра. 
Задание может быть сформулировано следующим образом: 
Разработка турбокомпрессора для наддува двигателя  
мощностью Ne = … кВт при частоте вращения n = … мин−1. 
В развернутой формулировке задания указывают также: тип 
двигателя — четырехтактный или двухтактный с внешним или 
внутренним смесеобразованием (дизель), назначение двигателя — 
для грузового или легкового автомобиля, трактора, тепловоза, 
морского или речного судна, самолета или вертолета малой авиации и т. д.  
Компрессор в разрабатываемом агрегате, как правило, центробежный, турбина может быть как радиально-осевого, так и осевого 
типа. В качестве примера исполненной конструкции на рис. 1.1 
представлен разрез современного отечественного автомобильного 
турбокомпрессора. 
Кроме эффективной мощности Ne, кВт, и частоты вращения 
коленчатого вала на расчетном режиме n, мин−1, должны быть заданы следующие основные рабочие параметры двигателя: 
• удельный эффективный расход топлива gе, кг/(кВт ⋅ ч); 
• коэффициент избытка воздуха α; 
• коэффициент наполнения ηv; 
• коэффициент избытка продувочного воздуха ϕк; 
• число i и расположение цилиндров (V-образное или Р — рядное); 
• диаметр D и ход поршня S, м; 
• тактность двигателя τ (2-тактный, 4-тактный). 
5 

 
 
Рис. 1.1. Турбокомпрессор ЯМЗ  ТКР-9 Sport 
 
 
 
6 

Отметим, что при задании параметров двигателя (в частности, 
gе и α для дизельных и бензиновых двигателей с рабочим объемом 
Vh < 2,0 л) могут быть использованы справочные зависимости, 
представленные на рис. 1.2.  
 
 
Рис. 1.2. Изменение коэффициента избытка воздуха 
α и удельного расхода топлива ge  по внешней скоростной характеристике: 
--------  бензиновые двигатели (1); ——— дизели (2–4): 
2 — Vh <  0,6 л,  n  ≤  4 000 мин–1; 3 — 0,6 < Vh <  1,0 л,   
n  ≤ 2 800 мин–1; 4 — 1,0 < Vh <  2,0 л,  n  ≤ 2 300 мин–1 
7 

Зависимости приводятся для широкого диапазона изменения 
режимов, включая номинальный. Использование таких зависимостей необходимо, если заданием курсового проекта предусмотрено 
выполнение исследовательского расчета агрегата наддува для нескольких режимов работы двигателя. 
Курсовой проект включает расчетно-пояснительную записку  
и графическую часть. 
1.2. Расчетно-пояснительная записка 
Содержание расчетно-пояснительной записки должно быть 
кратким и не должно включать общепринятые элементарные положения, выводы из учебников, ГОСТов, лишний справочный материал и т. д.  
Выбор используемых в расчетах значений физических величин 
следует кратко обосновать. Расчеты и описание должны сопровождаться необходимыми эскизами.  
Записку оформляют на листах формата А4 (210×297 мм). Ее 
полный объем должен составлять не менее 60 с.  
Первой страницей является бланк задания, выписанный руководителем курсового проекта. Далее следует оглавление записки. 
Его основные пункты перечислены ниже. 
Введение 
Определение исходных данных для расчета  
Газодинамический расчет компрессора 
Газодинамический расчет турбины 
Профилирование основных элементов компрессора 
Расчет критической частоты вращения ротора турбокомпрессора  
Расчет на прочность колеса компрессора 
Список литературы 
Рассмотрим краткое содержание разделов расчетно-поясни- 
тельной записки. 
 
Введение  
Здесь необходимо на основании краткого анализа обосновать выбор типа компрессора и турбины и дать описание спроектированного 
турбокомпрессора с указанием особенностей его конструкции. 
8 

Определение исходных данных для расчета 
Наиболее достоверные исходные данные для расчета компрессора и турбины могут быть получены из теплового расчета двигателя с наддувом. Однако, учитывая значительную трудоемкость 
теплового расчета, в курсовом проекте требуемые для расчета 
поршневой части заданного двигателя параметры сжатого в компрессоре воздуха можно определять приближенно по аналитическим зависимостям (см. разд. 2) или по экспериментальным данным аналогичных по типу двигателей.  
При проектировании турбокомпрессоров для наддува наземных и двигателей водного транспорта атмосферные параметры 
воздуха на входе выбирают стандартными:  
• давление pa = 0,1013 МПа; 
• температура Ta = 293 K; 
• показатель адиабаты k = 1,4; 
• газовая постоянная R = 287,2 Дж/(кг ⋅ K); 
• изобарная теплоемкость ср = 1005 Дж/(кг ⋅ K). 
Если заданием предусматривается проектирование турбокомпрессора для наддува двигателя летательного аппарата, соответствующие параметры должны задаваться с учетом скоростного 
напора и расчетной высоты полета, определяющей конкретные 
значения атмосферной плотности и температуры.  
Газодинамический расчет компрессора;  
Газодинамический расчет турбины 
Эти разделы являются основными в составе расчетнопояснительной записки и должны составлять 60…70 % ее объема. 
Полученные в результате расчетов характеристики компрессора и турбины не должны более чем на 5 % отличаться от заданных 
или принятых в начале расчета параметров (давление наддува рк, 
коэффициент напора 
к,
H
 изоэнтропный КПД компрессора 
*
к ,
s
η
 
эффективный КПД турбины 
те
η
 и ее мощность Nт). Если эти расхождения превышают 5 %, то расчет необходимо повторить при 
других значениях конструктивных параметров и эмпирических 
коэффициентов, используемых в методике расчетов. 
Методика этих расчетов изложена в разд. 3 на конкретных 
примерах.  
9