26. Системы наддува

26.1. Рассмотрите схемы, преимущества и недостатки системы с приводным нагнетателем, изобарной и импульсной систем газотурбинного наддува.

изобарная система с близким к постоянному давлением газа перед турбиной. В этой системе газы из всех цилиндров выходят в общий выпускной коллектор большого объема. Достоинством системы является то, что в стационарном потоке газа турбина работает с высоким КПД. Импульсная система с турбиной, работающей в пульсирующем потоке газа. Здесь газы подводятся к турбине от нескольких групп цилиндров, объединенных общим участком трубопровода. При этом обычно используют турбину с парциальным подводом газа, т. е. когда газы от каждой группы цилиндров подводятся к части окружности колеса. В одну группу объединяются цилиндры с достаточно большим интервалом работы (обычно 2-3 цилиндра), с тем чтобы их фазы впуска по возможности не перекрывались. При этом в выпускном коллекторе создаются пульсации давления, обеспечивающие при правильном выборе фаз газораспределения и конструкции выпускного коллектора низкий уровень противодавления в выпуск ном коллекторе в ходе такта выпуска из каждого цилиндра, что уменьшает работу выталкивания. При импульсном наддуве снижается КПД турбины. Изобарные системы более эффективны на больших частотах вращения и при больших давлениях в выпускном коллекторе (при высокой степени форсирования турбонаддувом), когда пульсации давления сглаживаются, а импульсные системы — при малых частотах вращения и сравнительно низких давлениях в выпускном коллекторе (обычно 0,16 МПа и ниже). В случае турбонаддува в связи с установкой турбины на пути движения газа повышается работа выталкивания, однако, поскольку для привода ТК используется энергия ОГ, это позволяет улучшить топливную экономичность по сравнению с ПН. Преимуществами ТК пёред ПН являются также большая компактность системы наддува, большее давление наддува на средних и высоких частотах вращения, что позволяет повысить степень форсирования двигателя наддувом, а также меньший уровень шума. В то же время ПН, имея жесткую связь с коленчатым валом, обеспечивает более высокое давление наддува на малых частотах вращения, что улучшает динамические качества транспортных средств и уменьшает выбросы сажи дизелями на малых частотах вращения и при разгоне. Только ПН на всех режимах работы двигателя обеспечивает давление на впуске в цилиндр большее, чем на выпуске, а это необходимо для осуществления продувки двухтактных двигателей.

26.2. Какие преимущества обеспечивает промежуточное охлаждение наддувочного воздуха? Какие типы охладителей воздуха Вы знаете? Рассмотрите их преимущества и недостатки.

Промежуточное охлаждение наддувочного воздуха способствует повышению массового наполнения цилиндров, что используется для повышения мощности, улучшения топливной экономичности, уменьшения тепловой напряженности деталей и снижения температуры газа перед турбиной. Теплообмен от горячего воздуха к охлаждающей жидкости происходит интенсивнее, чем к охлаждающему воздуху, поэтому водовоздушный ОНВ более компактен, а кроме того, он обеспечивает меньшую зависимость температуры наддувочного воздуха от температуры окружающего воздуха. Воздухо-воздушный ОНВ обеспечивает более глубокое охлаждение, так как температура атмосферного воздуха ниже температуры жидкости из системы охлаждения.

26.3. Приведите условия совместной работы компрессора, турбины и двигателя.

Дополнительное сопротивление выпускной системы вследствие наличия турбины ТК определяется 3 условиями совместной работы: 1) N_к=N_T; N_к=l_кадG_к/_кад, где l_кад – адиабатная работа сжатия 1 кг воздуха (смеси) в компрессоре, G_к – секундный расход воздуха (смеси), _кад – адиабатический КПД компрессора; N_T=l_тадG_т_те_мТК, где l_тад – располагаемая работа 1 кг газа при его адиабатном расширении в турбине, G_т – секундный расход газов; _те – внутренний КПД турбины, равный отношению действительной располагаемо работы к располагаемой работе адиабатного расширения, _мТК – механический КПД ТК; 2) n_к=n_т – колеса турбины и компрессора установлены на одном валу; 3) G_T=G_к+G_топ-G_ут, где G_топ – секундный расход топлива, G_ут – расход на утечки, при сжатии ТВС G_T=G_к-G_ут.

26.4. Рассмотрите размерные характеристики центробежного компрессора и радиальной центростремительной турбины. Покажите на характеристике компрессора режимы совместной работы с двигателем по нагрузочным и внешней скоростной характеристике.

(рис. 17.2. и 21.1.)

26.5. Для чего и какие применяются на практике способы регулирования наддува?

В силу различия характеристик поршневых и лопаточных машин при увеличения частоты вращения двигателя частота вращения ротора ТК возрастает в степени 1,3... 1,5, а это приводят к получению недостаточной величины давления наддува на малых частотах вращения и чрезмерно высокой на больших. В результате на малых частотах вращения из-за недостатка воздуха снижается мощность, а у дизелей при отсутствия антикорректора подачи топлива по давлению наддува ухудшается экономичность и возрастают выбросы сажи. На высоких частотах вращения при высоком давлении наддува из-за увеличения потерь на трение и газообмен также ухудшается экономичность и возрастают максимальные давления сгорания, что может привести к поломке двигателя. Кроме того, поскольку у транспортных двигателей ТК, как правило, настраивается на промежуточную частоту вращения, на крайних частотах вращения его КПД снижается, что дополнительно ухудшает экономичность на этих режимах.

Чтобы обеспечить более благоприятное изменение давления наддува и высокую экономичность двигателя в широком диапазоне рабочих режимов, применяют регулирование турбонаддува. Методы регулирования наддува делят на внешние (перепуск части воздуха из компрессора в атмосферу или дросселирование воздуха на входе в компрессор, перепуск части отработавших газов, минуя газовую турбину, в атмосферу и др.) и внутренние, связанные с изменением проходных сечений гидравлического тракта турбокомпрессора (управление положением направляющих и диффузорных лопаток компрессора, положением лопаток соплового аппарата газовой турбины и др.). Внешние методы регулирования конструктивно осуществить значительно проще, чем внутренние. Однако последние обеспечивают высококачественное регулирование (поддержание высокого К. п. д. и расхода воздуха турбокомпрессором) в более широком диапазоне изменения режимов работы двигателя. Обычно при низком наддуве применяют внешние методы регулирования, как достаточно эффективные и относительно простые конструктивно, а при среднем и высоком – внутренние.