ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Газотурбинный наддув дизелей из "Двигатели внутреннего сгорания " Основным путем повышения мощности тепловозных дизелей является наддув. Наддувом называется увеличение массового заряда воздуха путем повышения давления, создаваемого специальным компрессором, при одновременном увеличении подачи топлива. Этот путь повышения мощности наиболее целесообразно осуществлять при условии привода компрессора от газовой турбины, работающей на отработавших газах. Такой наддув двигателя называется газотурбинным, он наиболее распространен на тепловозных двигателях (рис. 8). [c.21] Установка газовой турбины Т требует повышения давления отработавших газов, ибо, хотя отработавшие газы имеют относительно высокую температуру, это является главным условием преобразования тепловой энергии в проточной части газовой турбины в механическую — для привода компрессора К. Повышение давления отработавших газов наиболее легко преодолимо в че-тырехтактных двигателях, где лишь в такте выталкивания при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. повышается среднее давление в цилиндре. Однако одновременно возрастает среднее давление в такте впуска — при движении поршня от в. м. т. до и. м. т., т. е. происходит частичная рекуперация энергии, создаваемой при сжатии воздуха в компрессоре. [c.21] Полученная зависимость (25) позволяет приближенно определить и р т, т. е. потери на осуществление газообмена и наддува по формуле (20) при условии постоянства давления в период выталкивания и впуска. Насосные потери, характеризующие эффективность газотурбинного наддува четырехтактных двигателей, могут быть как положительными, так и отрицательными. [c.22] Очевидно, для повышения механического и соответственно эффективного к. п. д. следует стремиться, чтобы насосные потери были положительными. Это возможно при наиболее эффективной системе газотурбинного наддува, определяемой конструкцией выпускного и впускного трактов и к. п. д. турбины и компрессора. [c.22] Системы газотурбинного наддува можно подразделить на импульсные (с переменным давлением газов в выпускном коллекторе) и изобарные (с постоянным давлением газов в выпускном коллекторе). [c.22] Газы из этих трубопроводов подводятся к отдельным каналам в корпусе турбины таким образом осуществляется парциальный (частичный) подвод рабочего тела к направляющему аппарату турбины. [c.23] При минимальных объемах сокращается продолжительность переходных процессов из-за более интенсивного набора оборотов вала турбокомпрессора при резком увеличении нагрузки и частоты вращения вала дизеля. [c.23] При импульсном наддуве более полно используется энергия отработавших газов, что дает возможность получить при одинаковом расходе газов мощность импульсной турбины большую, чем у турбины постоянного давления. Это преимущество особенно важно для надлежащего воздухо-снабжения тепловозных дизелей при работе на пониженной частоте вращения коленчатого вала. [c.23] Изобарный наддув осуществляется выпуском газов из всех цилиндров дизеля в общий трубопровод, откуда газы подводятся ко всему направляющему аппарату турбины по одному каналу. Потери энергии больше при изобарной системе газотурбинного наддува, но она наиболее проста в конструктивном отношении. Выпускные патрубки всех цилиндров объединены общим выпускным коллектором, объем которого должен быть не менее чем в 15 раз больше рабочего объема одного цилиндра. Особенно это важно при малом числе цилиндров, так как при относительно небольшом объеме коллектора наблюдается пульсация давлений, еще более снижающая эффективность изобарной системы наддува. При большом относительном объеме выпускного коллектора У Ун 15) происходит демпфирование колебаний давлений перед направляющим аппаратом турбины. Даже при равномерно чередующихся процессах выпуска у шестицилиндрового двигателя с меньшим объемом коллектора давление газов перед турбиной оказывается пульсирующим с относительной амплитудой А 0,10. [c.23] Системой импульсного газотурбинного наддува оборудованы дизели типов Д50, М750. При импульсной системе располагаемая мощность турбины значительно больше, чем при постоянном давлении, поэтому при одинаковых средних по времени давлениях в выпускном коллекторе можно получить более высокое давление наддува. Мощность турбины возрастает вследствие использования большей доли энергии, которую имели газы в цилиндре двигателя. Поэтому давление, создаваемое компрессором у дизелей с импульсной системой газотурбинного наддува, понижается значительно более полого (рис. 10), чем с изобарной при снижении частоты вращения. [c.23] Правильно спроектированная система импульсного наддува позволяет обеспечить продувку цилиндров из-за понижения давления в выпускном коллекторе в период перекрытия фаз газораспределения выпускных и впускных органов. [c.23] У дизеля с импульсной системой наддува сокращается продолжительность переходных процессов. Мгновенный набор частоты вращения коленчатого вала и нагрузки при изобарной системе сопровождается резким ухудшением показателей рабочего процесса из-за медленного нарастания частоты вращения ротора турбокомпрессора и давления наддува и низкого коэффициента избытка воздуха в цилиндре. При импульсной системе наддува этот процесс сопровождается более быстрым нарастанием давления наддува. Это объясняется тем, что пульсация давления в выпускном коллекторе при полной подаче топлива оказывается весьма интенсивной. Поэтому возрастает энергия газов перед турбиной и частота вращения ротора турбокомпрессора. [c.24] После интегрирования имеем Ф = = 1,65. [c.25] Увеличение работы газа при импульсной системе по сравнению с изобарной видно из рис. 11. [c.25] Рост мощности турбины при импульсном наддуве, обусловленный пульсацией давления, следует сопоставлять с ростом насосных потерь для четырехтактных дизелей или с ухудшением процесса продувки для двухтактных. Эти отрицательные факторы зависят от расположения максимума давления относительно начала выпуска (см. рис. 9). Эффективность этой системы заметно снижается при смещении максимума давления от момента начала выпуска, так как это увеличивает насосные потери и затрудняет продувку цилиндра. [c.25] Принцип действия преобразователей импульсов следующий. Отдельные трубопроводы импульсной системы наддува заканчиваются соплами, объединяемыми общей камерой смешения. В образуемых таким образом смежных соплах эжектора происходит преобразование импульса давления в кинетическую энергию. Энергия, преобразовываемая в соплах, которыми заканчиваются выпускные коллекторы, затрачивается на взаимное эжектирование газовых потоков из отдельных коллекторов и поступает в турбину примерно с постоянным давлением. Эта разновидность импульсной системы наддува становится особенно перспективной в связи с тенденцией форсирования двигателя по наддуву. [c.26] В большинстве случаев импульсная система, как и все ее разновидности, обеспечивает минимальные потери располагаемой энергии отработавших газов, поэтому она получила значительное распространение на дизелях. Весьма важным является применение эффективных систем газотурбинного наддува для двухтактных дизелей, где повышение давления отработавших газов ограничено лишь в пределах, обеспечивающих достаточный для продувки и смесеобразования перепад между давлениями продувочного воздуха и отработавших газов. [c.26] При определенном значении давления продувочного воздуха указанное ограничение перепада давлений не дает возможности повысить давление отработавших газов до значения, необходимого для обеспечения баланса мощности турбины и компрессора. При этом следует учесть, что давление отработавших газов, необходимое для соблюдения условия равенства мощности турбины и компрессора при равных с четырехтактным дизелем давлением наддува, треб ется большее, так как температура отработавших газов в двухтактном дизеле существенно ниже, чем в четырехтактном, за счет разбавления отработавших газов воздухом, проходящим в период продувки транзитом через цилиндр двигателя. Наддув двухтактных дизелей осуществляется путем установки системы так называемого комбинированного газотурбинного наддува, при которой воздух в компрессоре частично сжимается за счет энергии отработавших газов, частично за счет привода от коленчатого вала. [c.26] По формуле (28) может быть получена зависимость (рис. 13). [c.27] Поскольку коэффициент наполнения [см. формулу (21)] обратно пропорционален коэффициенту остаточных газов, для его увеличения необходимо стремиться достигнуть возможно меньшего значения коэффициента остаточных газов у г. Это достигается увеличением количества воздуха, подаваемого в цилиндр двухтактного дизеля. [c.27] Вернуться к основной статье