Вопрос 48. Определение давления газов перед турбиной.

Исходя из условия N_т = N_к можно определить давление газов перед турбиной, обеспечивающее баланс мощностей турбины и компрессора.

P_т = . (102)

Соотношение между давлениями P_т и P_s зависит от совершенства турбокомпрессора, соответствия его характеристик характеристикам двигателя и совершенства процессов газообмена в двигателе. У современных мало- и среднеоборотных дизелей на номинальном режиме Р_т = (0,8÷0,9) Р_s .

Давление газов за турбиной Р_зт зависит от газодинамического сопротивления системы газовыпуска. В судовых дизельных установках при наличии утилизационного катка и глушителя давление газов за турбиной обычно Р_зт = 102÷107 кПа.

Эффективный к.п.д. турбины равен произведению адиабатного к.п.д. турбины на механический к.п.д. турбокомпрессора:

η_т = η _тад ∙ η _мтк.

Адиабатный к.п.д. турбины учитывает потери в сопловом аппарате, на лопатках рабочего колеса, потери с выходной скоростью газа, утечки газа через зазоры. Механический к.п.д. турбокомпрессора учитывает потери в подшипниках. У турбокомпрессоров судовых дизелей к.п.д. турбины η_т = 0,7÷0,84. В литературе по турбокомпрессорам наддува обычно приводится эффективный к.п.д. турбины и адиабатный к.п.д. компрессора.

Эффективный к.п.д. турбокомпрессора учитывает все потери в турбине, компрессоре и в подшипниках: η_тк = η_кад ∙ η_т. У современных судовых дизелей η_тк = 0,6÷0,7.

Вопрос 49. Качество распыливания топлива. Распыливание топлива

На процессы смесеобразования и сгорания в ДВС отводится промежуток времени (0,005-0,05)с. Качество распыливания топлива характеризуется дисперсностью (мелкостью), однородностью распыливания, дальнобойностью и углом конуса факела. Средний диаметр капель у МОД 15-25 мкм, у ВОД 5-10 мкм. С уменьшением диаметра цилиндра и ростом оборотов двигателя требования к дисперсности и однородности распыливания растут. Зависимость дисперсности и однородности от диаметра сопла показана на рис. 34, а. Суммарное проходное сечение сопел одинаково.

Скорость истечения из сопел можно определить по формуле

. В современных ДВС = 250-400 м/с.

Зависимость скорости истечения и среднего диаметра d капель от давления впрыскивания представлена на рис. 34, б.

а)		1-4 сопла d=0,4 мм. 2-2 сопла d=0,57мм. 3-1 сопло d=0,8 мм.	б)
Рис. 34 Характеристики распыливания топлива

Зависимости длины факела L, ширины факела В и скорости истечения от угла поворота коленчатого вала показаны на (рис. 35).

Рис. 35. Зависимости скорости истечения топлива, длины и ширины факела от угла поворота коленчатого вала

С уменьшением диаметра сопла уменьшается диаметр капель, но уменьшается и дальнобойность струи. Существует оптимальное значение диаметра сопла. У современных ДВС d_с = 0,151,1 мм, число сопел i_c = 412.

Вопрос 50. Наддув 4-х тактных двс. Наддув четырёхтактных дизелей

Впервые газотурбинный наддув был применен в 1911 году Швейцарским инженером А.Бюхи. На судах морского флота - с 1928 года.

У 4 - тактного дизеля два насосных хода, в течение которых осуществляется очистка цилиндров и наполнение их воздухом даже при неработающем турбокомпрессоре, поэтому применение ГТН оказалось более доступным, чем в двухтактных. В 4 - тактных ДВС с ГТН имеется увеличенный угол перекрытия клапанов по сравнению с дизелем без наддува. За счет увеличения периода одновременного открытия выпускного и впускного клапанов у В.М.Т. осуществляется лучшая очистка цилиндра и лучшее охлаждение стенок. Снижается теплонапряженность стенок, увеличивается заряд и мощность двигателя. Угол перекрытия клапанов достигает .

При работе двигателя в выпускном трубопроводе образуются волны давления из-за пульсирующего характера процессов выпуска газов из цилиндров. Для повышения эффективности продувки и энергии импульсов давления цилиндры подключают к раздельным выпускным трубопроводам. А период перекрытия клапанов совпадает с периодом минимальных давлений в коллекторе, т.е. периодом, когда достигается максимальный перепад давлений рис. 27.

Рис. 27. Зависимости давления в впускном и в выпускном трубопроводах четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом: А - период открытия выпускного клапана; В - то же, впускного; 2,3,6- номера цилиндров

Цилиндры группируют по отдельным выпускным трубопроводам так, чтобы выпуск очередного по порядку работы цилиндра не препятствовал процессу продувки предыдущего. Процесс выпуска в общий коллектор из каждого цилиндра должен происходить при закрытых выпускных клапанах прочих цилиндров. , где i_z - максимальное число цилиндров, подсоединенных к одному коллектору. j_вып – общая продолжительность процесса выпуска. В зависимости от числа и порядка работы цилиндров применяют разные схемы группировки цилиндров по отдельным выпускным трубопроводам. Например, в 6 - цилиндровом двигателе с порядком работы цилиндров 1-3-5-6-4-2 с двумя выпускными трубопроводами к одному из них присоединяют 1,4 и 5 цилиндры, а к другому 2,3,6 цилиндры (рис. 28). Тогда при угле заклинки кривошипов 120 °ПКВ сдвиг фаз волн давления в выпускном трубопроводе будет 240 °ПКВ. Разделение выпускной системы более чем на 4 группы считается нецелесообразным из-за усложнения конструкции и громоздкости.

При изменении режима работы двигателей изменяются условия продувки, так как меняются давления в ресиверах. Обычно при полной нагрузке Р_s > Р_т (рис. 28). При нагрузке (0,3¸0,5) N_еN, что соответствует среднему ходу судна, Р_s = Р_т.

Рис. 28. Схемы подсоединения выпускных трубопроводов

При дальнейшем уменьшении N_е , Р_s < Р_т и вместо продувки в период перекрытия клапанов будет заброс газов в ресивер наддувочного воздуха (рис. 30), h_н резко уменьшается. Происходит нагарообразование во впускных патрубках и ресивере.

Рис. 29. Зависимость давлений и температуры от нагрузки четырехтактного дизеля	Рис. 30. Изменение давления в трубопроводах и цилиндре в период перекрытия клапанов: а) - jпер=160°, б) - jпер=115°

Заброс на малых нагрузках может быть устранен путем уменьшения угла перекрытия клапанов. Понижение теплонапряженности ЦПГ достигают путем интенсивного охлаждения верхней части втулки цилиндра, охлаждения форсунки, поршня, корпуса выпускного клапана вращением выпускного клапана при работе двигателя.