§ 6. Совместная работа двигателей с ту рб опере дачами

Двигатель с турбопередачей представляет собой приводной агрегат, имеющий характеристику, отличную от характеристики двигателя. Чтобы получить характеристику совместной работы двигателя с труботрансформатором, ну лаю совместить^ характе­ристику Л/_д — п двигателя с нагрузочной характеристикой насос­ного колеса турботрансформатора

где А,! — коэффициент момента насосного колеса, зависящий от пе-

редаточного отношения.

Для этого определим коэффициент момента насосного колеса турбопередачи, при котором соответствующий момент двигателя мог бы быть передан турбопередачей на вал потребителя энергии

М„ х._т

(XVII-20)

Отношение момента двигателя к квадрату скорости вращения его вала называется параметром характеристики двигателя

407

Эта величина неодинакова в различных точках характеристики

двигателя. Сравнивая коэффициенты момента А,_х с коэффициен­тами A,_lt присущими выбранной турбопередаче, найдем коорди­наты искомой характеристики.

Сущность способа расчета легко понять, рассмотрев график на рис. XVII-26 для ДВС с турботрансформатором, диаметр D которого и безразмерная характеристика известны.

Порядок графического расчета следующий.

1. На рис. XYII-26, а стронм кривые М_я и N_K внешней харак­теристики двигателя при различных скоростях п^ =

коэффициента момента нению (XVII-21).

= «-,_, а также данные которого определены по урав-

а д

Рис. XVII-26. Характеристика агрегата ДВС — турботрансформатор.

2. На этом же графике строим кривые Я-₁ и ц безразмерной характеристики турботрансформатора при различных передаточ­ ных отношениях i₂₁. Масштабы изображения величин i _{2 г} н п ₁ удобно выбирать так, чтобы их наибольшие значения были на графике близки один к другому.

3. Задаемся передаточным отношением i_2L = ОА. Вертикаль­ ные отрезки АА) и АЛ₂ соответствуют коэффициенту момента А,-, и к. п. д. Т| при данном j₂₁.

4. Строя горизонталь А_гА₃ и вертикаль А±А₃А_Ь, получим в виде отрезков ОА₄, A^A_S и А^А_& соответственно тг_д = п₁, Я,_х = К_г и М_д = m! для режима работы при выбранном г₂₁ = ОА.

5. Определяем скорость вращения турбинного колеса п₂ — = (_2Т п_г == ОАОА^ и откладываем ее в виде отрезка ЕЕ^ на рис. XVII-26, б, изображающем характеристику выхода. На ней для найденного ге₂ наносятся отрезки Е_гЕ₂ = М₁, Е^Е₃ = п_г,

•" 1"в —" J" 2 ^ "1^4 "*⁼ Ч-

6. Вычисляем коэффициент трансформации К=-г-~=-т^

= -г^ = ~j:-f- , При

. Для этого откладываем

помощи которого определяем M_s отрезок E-JZb на том же графике.

408

.

7. Проводя подобное построение для ряда значений z₂₁ и со­ единяя полученные точки плавными кривыми, получаем искомую характеристику.

8. Для передаточного отношения оптимального режима г_э = = ОВ (точки В ц B_z, J?₃, Вь и В₅) проверяем близость этого режима работы двигателя к режиму работы на максимальной мощности двигателя.

9. Режим разгона (отсутствие нагрузки на валу турбины) характеризуется точкой С_1? а режим запуска агрегата под нагруз­ кой — точкой О (О_г, О₃, О₄ и 0₅). Парабола 00_Ь представляет

300 600 900

и

Рис. XVII-27. Характеристика совместной работы электродвигателя переменного тока и турботрансформатора.

сопротивление турботрансформатора вращению первичного вала при остановленном турбинном вале (стоповая нагрузочная харак­теристика).

Подобным же образом строится характеристика совместной работы дизеля с турботрансформатором или с турбомуфтой при частичной подаче топлива.

Кривая к. п. д. на рис. XVII-26, б имеет более пологую форму, нежели на рис. XVII-26, а, т. е. диапазон передаточных отноше­ний в области высоких к. п. д. расширяется, что объясняется «прозрачностью» характеристики трансформатора. Это означает, что «прозрачность» турботрансформатора в определенных пределах целесообразна.

На рис. XVII-27 показаны характеристики совместной работы электродвигателя переменного тока и турботрансформатора. Как видно, характеристика асинхронного электродвигателя преобра­зуется в сериесную.

409

Т у р б о м е х а н и ч е с к и е п е р е д а ч и. В области срав­нительно высоких к, п. д. (0,75—0,82) диапазон передаточных отно­шений узок. Для расширения этого диапазона в дополнение к тур-бопередачам применяются механические (зубчатые, цепные и др.) передачи.

Общий к. п. д. турбомеханической передачи

т]_06щ = ^_1з,_ех, (XV1I-22)

где по-прежнему т| — к. п. д. турбопередачи, а Т]_иох — к. п. д. ме­ханической передачи.

Передаточное отношение

3 d

Рис. XVII-28. Характеристика трансмиссии с трехскоро-

стной коробкой передач ж с турботрансфорыатором при

постоянной скорости вращения вала двигателя.

1 и Г — крутящий момент и к. п. д. на первой скорости; 2 п 2' — тоже, на второй; 3 и 3' — тоже, на третьей.

.

Так как ц-^К1₂₁, а т)_мех = ^_мехг_мех, то общий коэффициент транс­формации момента¹

К_о6щ = КК»_ех = -^ -р^ . (X VII-23)

Характеристика турбомеханической .передачи строится сле­дующим образом. Пусть, например, коробка передач имеет пере­даточные отношения i'zi-, £31, ^21' ^с постоянными к, п. д. ц_г, т)_а, т|₃.

По формуле (XVII-23) видим, что зависимость К_ойщ от общего передаточного отношения г_общ = i₂iW ^ПР^И включении любой из скоростей коробки передач получается из характеристики турбопередачи после изменения масштаба величин, откладыва­емых по осям координат. Общая характеристика турбомеханической передачи (рис. XVII-28) имеет широкий диапазон передаточных отношений в области высоких к. п. д.

Выбор размера турбопередачи. Большое раз­нообразие исполненных типов турбонередач позволяет применять

означает (%)_мех. Для простоты индексы «21» опускаются.

410

при их проектировании метод подооия, принятый для расчета большинства гидравлических машин.

В основу этого метода положено условие, что безразмерная характеристика у проектируемой турбопередачи точно такая же, как и у исходной, принятой в качестве модели. Задача заключается в том, чтобы определить один из размеров проточной полости проектируемой турбопередачи, например наибольший («активный») диаметр, а все остальные размеры полости выполнить в тех же соотношениях,_< что и в «модели».

Пусть К,, — коэффициент трансформации па оптимальном режиме модельной турбопередачи i_s (при г) — Г|_шм), а К₀-,_щ -общий коэффициент трансформации.

Необходимый .ЙТ_мея определяется из условия

^ "- общ

л_мех = —g^.

J1.-,

. Затем подбирается передаточное отношение

Активный диаметр турбопередачи выбирается обычно таким, чтобы при передаточном отношении i₃₁ первичный вал турбопере­дачи снимал с двигателя его максимальную мощность N_max_.

Из уравнения (XVJI-20) следует, что

1 •=. г

i/%_H, (XVII-24)

У Р'ч, а ^Г '"^н У Р'Ч, э

где X_{lt э} — коэффициент момента на первичном валу при I_2i — i_s;

М_п, я„, х_н — соответственно номинальные крутящий момент, ско­рость вращения вала и параметр внешней характе­ристики двигателя (на режиме максимальной мощ­ности) .

После выбора размера турбопередачи строится характеристика агрегата (по методике, описанной выше) и проверяется соответ­ствие характеристики турбопередачи внешней характеристике дви­гателя.

При оценке характеристики выбранного типа турботрансфор-матора, кроме критерия прозрачности, нужно обратить внимание на величину К₀ — коэффициент трансформации при i_2i = 0. Для буровых установок эта величина ограничивается пределами

О "Т" О ,О •

Излишне высокий коэффициент трансформации не нужен, так как большинство буровых лебедок имеет достаточное число ско­ростей.

При изменении абсолютных размеров проектируемого турбо-трапсформатора от размеров «модели» к. п. д. пересчитывается по формуле

(XVII-25)

Г|₃

411

Совместная работа дизеля с электро ма­шинной передачей. Для улучшения характеристик дизельного привода и расширения диапазона регулирования применяют в буровых установках также электромашинные пере­дачи, состоящие из электродвигателей постоянного или перемен-пого тока, связанных с исполнительными механизмами, и отдель­ных генераторов, пытающих эти электродвигатели. Генераторы приводятся во вращение дизелем.

Дизельный привод с электромашинной передачей имеет ряд преимуществ по сравнению с групповым дизельным приводом и механической трансмиссией, как то: достигаются большая маневрен­ность в управлении и независимость управления скоростью каж­дого механизма в отдельности; двигатели работают при более постоянной скорости вращения; дизель-электрические установки удобны для размещения на раздельных блоках, баржах и морских основаниях, за счет чего обеспечивается большая мобильность установки.

Плавный пуск, хорошая приемистость с возможностью регули­рования скоростей и крутящих моментов в широких пределах, надежность и долговечность работы делают этот тип привода конкурентпоорособным с другими типами приводов несмотря на то, что между дизелем и исполнительным механизмом включены генератор и электродвигатель. При совместной работе двигателя внутреннего сгорания с генератором постоянного тока, питающим электродвигатель, при изменении нагрузки электродвигателя естественно также изменяется нагрузка и генератора и двигателя внутреннего сгорапия, однако эти колебания нагрузки не проис­ходят так резко вследствие того, что электродвигатель постоянного тока при увеличении момента сопротивления автоматически сни­жает скорость вращения и мощность остается постоянной, т.е.

Mm^idem, (XVII-26)

где М — момент на валу двигателя; п—скорость вращения; т]—к. п. д. передачи.

Топливный регулятор дизеля обеспечивает ночти постоянную скорость его вращения, поэтому характеристика работы электро­машинной передачи определяется характеристикой электродви­гателя постоянного тока при постоянной скорости вращения вала питающего его генератора.