|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
Рис. 8.16. Двойная система подачи воздуха с механическим |
||||
|
и |
|
|
|
|
|
С |
и газотур инным наддувом |
|||
|
Контрольные вопросы и задания |
||||
|
|
||||
1. |
С какой целью применяется наддув воздуха в цилиндры двигателя? |
||||
2. |
Как устроен компрессор объемного и центробежного типа? |
||||
3. |
Укажите преимущества и недостатки механического, газотурбинно- |
||||
го, комбинированного наддува? |
|
|
|
||
4. |
В чем заключается особенность системы наддува типа Гипербар? |
||||
5. |
Как конструктивно выполняют коллектор выпускных газов для созда- |
||||
ния системы импульсного наддува? |
|
|
|
||
6. |
Какие вы знаете системы автоматического регулирования давления |
||||
воздуха на выходе из компрессора? |
|
|
|
||
7. Как работает двойная система подачи воздуха с механическим и газо- |
|||||
турбинным наддувом? |
|
|
|
|
|
8. |
Укажите конструктивные особенности системы наддува двигателя с |
||||
двумя турбокомпрессорами, работающими последовательно и параллельно.
145
9. РОТОРНЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬ ТИПА РУТС
Объемный роторный нагнетатель воздуха типа Рутс (Roots) получил свое название по имени изобретателей братьев из Америки Френсиса и Филандера Рутс (1860 год). Первоначально этот механизм использовался для вентиляции промышленных помещений и шахт.
Готтлиб Даймлер из Германии в 1885 году усовершенствовал роторный нагнетатель братьев Рутс. В 1900 году с конвейера сошел первый серийный автомобиль марки Daimler-Benz с механическим нагнетателем типа Рутс.
На рис. 9.1 представлен общий вид современного нагнетателя типа Рутс с автоматическим регулированием давления нагнетаемого воздуха. Система наддува называется с приводным компрессором и механической связью. Компрессоры типа Рутс относятся к классу
объемных нагнетателей [33]. Конструкция их довольно проста и бо- |
||||
лее всего напоминает масляный шестеренный насос. |
||||
|
|
|
|
И |
|
|
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
Рис. 9.1. Общий вид нагнетателя типа Рутс и последовательность продвижения воздуха за 0,5 оборота ротора
На рис. 9.2 показан привод роторного нагнетателя. От вала двигателя крутящий момент передается при помощи клиноременной передачи на шкив ведущего вала роторного нагнетателя (компрессора). При помощи шестеренной передачи (ведущей и ведомой шестерни) приводится во вращение ведомый вал. Роторы жестко закреплены на валах и вращаются в разные стороны.
146
|
Рис. 9.2. Привод роторного компрессора: |
|
1 |
– ведущий шкив; 2 |
И |
– ведомый шкив; 3 – ведущая шестерня; |
||
4 – ведомая шестерня; 5 – роторы
шипниках и связаны между собой приДпомощи шестерен. Постановка шестерен на каждый вал обеспечивает при вращении одного из рото-
Роторно-лопастные нагнетатели состоят из двух фасонных ро-
торов, насаженных на параллельные валы, которые вращаются в корпусе нагнетателя в разные стороныА. Валы роторов вращаются в под-
ров передачу вращения другому ротору. Профиль роторов выбирает-
На рис. 9.3 пр иведены два вида трехлопастных роторов – с прямым зацеплением (а) и винтовым (б). Винтообразные роторы применяют для уменьшения шума в процессе работы.
ся с таким расчетом, чтобы между ними и корпусом нагнетателя был
малый зазор. Роторы нагнетателей выполняются с двумя или тремя |
|
С |
б |
лопастями (зубцами). |
|
Основным преимуществом роторного компрессора, обеспечивающего механический наддув воздуха, является жесткая связь его вала привода с валом двигателя. Компрессор всегда готов подавать сжатый воздух в цилиндры двигателя. Нет необходимости ждать пока роторы раскрутятся и выйдут на свои расчетные частоты вращения. Это обеспечивает необходимый наддув двигателя при разгоне автомобиля с места и работе на переходных режимах. Преимуществом двигателей с механическим наддувом является хороший пуск и удовлетворительная приемистость (способность быстро набирать скорость вращения коленчатого вала).
147
аб
Рис. 9.3. Виды роторов: а – прямой; б – винтовой
У данного типа нагнетателя недостатком является шум при ра-
1:5) давление воздуха в полости нагнетанияИрезко увеличивается. Через зазоры между роторами и корпусом компрессора сжатый воздух
боте, ухудшение экономичности в результате отбора части мощности
двигателя для вращения роторов компрессора. При высоких частотах
вращения вала двигателя и скорости вращения роторов (передаточное
отношение от вала двигателя к валу компрессора может достигать
из полости нагнетания частично перетекает в полость всасывания, |
|
|
Д |
что снижает КПД нагнетателя. По этой причине абсолютное давление |
|
наддува рекомендуют не выше 0,18 МПа (избыточное 0,08 МПа). |
|
При |
повороте по часовойАстрелке верхнего ротора (рис. 9.4), а |
нижнего |
против часовой стрелки воздух (газ), находящийся в объеме |
между впадиной верхнегобротора и окружностью корпуса нагнетате- |
|
|
и |
|
С |
ля, перемещается з области впускного отверстия (а) в полость нагне- |
|
тания (с), в которой объем уменьшается, а давление повышается. |
|
В процессе дальнейшего вращения нижний ротор захватывает |
|
(зачерпывает) воздух (b) и подобно верхнему ротору переносит его из полости всасывания (а) в полость нагнетания (с). При вращении роторов объем всасывающей полости увеличивается в размере и давление в ней становится меньше атмосферного. Под действием разности давлений воздух из атмосферы поступает во впускное отверстие и в камеру всасывания. За один оборот (3600) роторов происходит два нагнетания воздуха.
Конструктивно корпус нагнетателя можно представить состоящим из двух полуокружностей, где вращаются два ротора, и двух боковых крышек, в которых выполнены отверстия для всасывания и нагнетания воздуха.
148
|
Рис. 9.4. Поперечный разрез роторного компрессора и схема |
||||
|
|
|
|
И |
|
|
продвижения воздуха в его каналах |
|
|||
Требуемое массовое количество воздуха за одну секунду для |
|||||
двигателя (дизеля) определим из выражения [34] |
|
||||
|
МВ = |
α L0 ge Ne ϕ |
кг/с, |
(9.1) |
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
3600 |
|
L0 – тео- |
где α – коэффициент избытка воздуха (1,6 − 2,0) для дизеля; |
|||||
ретическое количество воздуха, необходимоеДдля сгорания 1кг топли- |
|||||
ва (14,5 кг); ge – удельный расход топлива для дизеля, 0,18 − 0,22 |
|||||
|
и |
|
|
|
|
кг/(кВт ч); Ne – мощность двигателя, кВт; ϕ – коэффициент продувки |
|||||
(1,1 − 1,2). |
С |
|
|
|
|
Для бензиновых дв бгателей коэффициент α принимают равным
единице, а удельный эффект вный расход топлива может быть равен
0,25 − 0,3 кг/(кВт ч).
Для определения давления воздуха на выходе из нагнетателя и входе в цилиндры двигателя необходимо знать среднее эффективное давление Ре. Найдем величину Ре с использованием формулы (9.2). Для четырехтактного двигателя эффективная мощность определяется выражением
Ne = Pe Vh i n , |
(9.2) |
|
120 |
|
|
где Vh – рабочий объем цилиндра, л; |
i – число цилиндров; |
n – частота |
вращения коленчатого вала, мин-1. |
|
|
После преобразования выражения (9.2) получим |
|
|
Pe = Ne 120 |
МПа. |
(9.3) |
Vh i n |
|
|
149 |
|
|
Величину давления воздуха на выходе из нагнетателя
тырехтактных двигателей определяем из соотношения
Pk = (0,15 −0,18)Pe ,
для двухтактных двигателей
Pk = (0,2 −0,28)Pe .
Степень повышения давления в компрессоре
πk = Pk ,
P0
для че-
(9.4)
(9.5)
где Ро – давление на входе в нагнетатель (атмосферное давление). |
|||||
Величина πк для нагнетателей роторного типа не должна пре- |
|||||
вышать 1,8. |
|
|
|
|
|
Если допустить, что утечки воздуха через зазоры отсутствуют, |
|||||
|
|
|
|
И |
|
то теоретическая объемная подача воздуха за один оборот роторов |
|||||
определится из выражения |
|
|
|
|
|
|
Vт = 2 S·l , |
|
(9.6) |
||
где S – разность между площадью круга, описанного внешним диа- |
|||||
метром ротора, и площадью ротора в поперечном сечении; |
l – длина |
||||
ротора. |
А |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Величину S можно определить по формуле |
|
||||
S = π D2 /4 – FрД, |
(9.7) |
||||
где D – наружный диаметр ротора; |
Fр |
– |
площадь поперечного сече- |
||
ния ротора. |
|
|
|
|
|
Подставив значен я S в уравнение (9.6), получим |
|
||||
С |
Fбр) ·l = π D2 /2 |
|
|
|
|
Vт = 2 S·l = 2 (π D2 /4 – |
(1 – 4 Fр / π D2) ·l . |
(9.8) |
|||
Обозначим выражен е 1 – (4 Fр |
|
2 |
|
||
/ π D ) через χ , которое ха- |
|||||
рактеризует полнотуииспользования площади круга, описываемого |
|||||
ротором, получим |
|
|
|
|
|
Vт = (π D2 /2) · χ ·l . |
|
(9.9) |
|||
Конструкцию ротора выполняют с двумя или тремя лопастями. |
|||||
Значение коэффициента |
χ может лежать в пределах 0,5 – 0,7. Более |
||||
точная величина коэффициента χ |
определяется расчетным или гра- |
||||
фическим путем с использованием миллиметровой бумаги. |
|
||||
Теоретическая массовая подача воздуха |
|
||||
Мт = Vт · n · ρв / 60 |
кг/с, |
(9.10) |
|||
где n – частота вращения вала ротора в минуту, мин-1; ρв – плотность |
|||||
воздуха, кг/м3 (для атмосферных условий ρв = 1,15 кг/м3). |
|
||||
Например, при D = 0,1 м; l |
= 0,3 м; χ = 0,5; n = 3000 мин-1; |
||||
ρв = 1,15 кг/м3 значение |
Мт = 0,27 кг/с. |
|
|
||
150