книги из ГПНТБ / Махалдиани, В. В. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия

том приспособляемости двигателя, то и степень сжатия дол­ жна меняться также в узких пределах.

По нагрузочной характеристике, двигатель, (Снабжен­ ный поршнями автоматически регулирующими степень ежа-

Рис. 104. Параметры турбопоршневого двигателя в зависимости от

е для р е = 15 к Г \ с м г

тия, должен заметно улучшить рабочие показатели на ма­ лых нагрузках. Последнее происходит из-за увеличения сте­ пени сжатия при снижении нагрузки. Расчет нагрузочной характеристики двигателя с переменной степенью сжатия

200

проводился по ной же методике как для номинального ре­ жима при различных нагрузках, соответственно 75—50— 25% от номинальной. Однако выдача исходных данных для машинного счета отличалась от той, которая была принята при расчете номиналиного режима.

Намечалось изменение степени сжатия по нагрузке. В ра­ боте [29] эта зависимость изображается прял ой, в интервале на­

Для жаждой нагрузки по этим данным проводился чет для номинального режима, однако степень повышения

давления в турібокюмпрессоре nk , подбиралась в каждом отдельном случае по ‘определенной схеме расчета.

Для сравнения основных показателей турбапоршневото двигателя по нагрузочной характеристике с переменной и постоянной степенью сжатия был проведен расчет перемен­ ного режима. Степень ‘сжатия двигателя на номинальном режиме в обоих случаях была одна и та же. Результаты расчета параметров турбопоршневого двигателя при пере­ менном режиме с постоянной степенью сжатия и постоян­ ных оборотах двигателя представлены графиком (рис. 105), на котором даются результаты расчета параметров турбо- ■поршневого двигателя по нагрузочной характеристике при іраіботе с постоянной и переменной степенью сжатия. И здесь видно преимущество двигателя, снабженного устрой­ ством для изменения степени сжатия. При нагрузке 75% от номинальной, экономия расхода топлива составляет 3,6%, при 50% нагрузке — 3,7 и при 25% нагрузке — 3,8%.

Аналогичные расчеты были проведены для ре = 15 кГ/см2. Предварительно была намечена зависимость между степенью

201.

сжатия и нагрузкой. Исходные данные для машинного счета имели следующие значения:

Рис. 105. Нагрузочная характеристика турбопоршневого двигателя для ре—12 к Г / с м 2: (g)— s=const, ф —е= м л

202

Результаты 'расчета переменного режима с постоянной и переменной степенью сжатия даются на рис. 106.

Рис. 106. Нагрузочная характеристика турбопоршневого двигателя

для р е= 15 к Г / с м 2 : ( ^ ) — е= const, ф — t = v a r .

Поскольку транспортному двигателю в эксплуатацион­ ных условиях значительное время приходится работать при резікю изменяющихся нагрузках, то отсюда очевидным ста- 'нювятся еще одно безусловное преимущество двигателя,

203

снабженного устройства для изменения степени сжатия. Выше было показано, что при форсировании двигателя путам наддува уменьшение степени сжатия дизеля явля­ ется 'наиболее радикальным средством, снижающим полу­ чающиеся высокие максимальные давления сгорания, не­ избежно связанные с повышением давления наддува. Од­ нако увеличение мощности двигателя путем наддува огра­ ничивается не только чрезмерно высокими максимальными давлениями сгорания, но .и повышенной тепловой напряжен­ ностью деталей дизеля. Последнее обусловлено большим, количеством топлива, сжигаемым в цилиндре в единицу времени, что приводит к увеличению температуры стенок цилиндра двигателя и деталей, соприкасающихся с горячи­ ми газами, главным образом, поршней, в большинстве слу­ чаев лимитирующих форсирование двигателя наддувом. Все это приводит к необходимости ониженіия получающихся высоких температур деталей двигателя различными воз­ можными путями.

Таким образом, при форсировании дизеля путем надду­ ва необходимым является проведение предварительного анализа распределения тепла по отдельным агрегатам в об­ щей схеме силовой установки. Такой анализ дает возмож­ ность провести предварительную оценку потерь тепла в (различных агрегатах и наметить радикальные пути для снижения общего теплового состояния двигателя при фор­ сировании его наддувом. Теоретически оценить с достаточ­ ной для практики точностью численные значения всех сос­ тавляющих баланса тепла силовой установки задача доста­ точно сложная, и по-видимому, в настоящее время нераз­ решимая. Поэтому обычно (базируются на опытных данных, полученных от двигателей (близких к прототипу. Кроме то­ го, на основе богатого опытного материала предложены определенные критерии тѳплонаіпряженінюсти, которые оце­

204

возможность ,в первом приближении произвести сравни­ тельную оценку по тепловому состоянию двигателя при работе с переменной іи постоянной степенью сжатия.

Отавными элѳментаіміи всякого турбапаршнѳвопо дви­ гателя яівляютоя собственно дизель, газовая турбина, ком­ прессор іи холодильники. Сообразно этому и раіснределение тепла, вносимого топливом и воздухом, должно расклады­

личине фіі.

Тепло, которое содержится в выхлопных газах, посту­

может оказаться, что эта температура превысит предельно допустимую величину для турбины по условиям ее надеж­ ной работы.

И, наконец, воздух, поступающий в двигатель охлаж­ дается в специальных водовозаушных радиаторах. Условия, при которых охлаждение этого воздуха улучшает экономи­

ів двигатель, дает заметный эффект как по экономичности, так и по эффективности двигателя. Поскольку во зеех настоящих расчетах принято наличие водовоздушного ра­ диатора, то теплоотдача от воздуха может быть определена по формуле

205

В'Се эти величины могут быть получены на основе рас­ чета параметров турбопоршіневого двигателя на номиналь­ ном режиме.

Рис. 107. Относительное распределение тепла по силовому агрегату в зависимости от ре.

На рис. 107 показан график, где даются в зависимости от р, суммарные относительные потери тепла , температура газа на входе в турбину Тт и удельная теплоотдача от воздуха в радиатор QBp.

206

Можно заключить, что три форсировании дизеля над­ дувам, параметры которого подобраны по наименьшей ве­ личине удельного расхода топлива, перераспределение ба­ ланса тепла всей силовой установки происходит в сторону 'увеличения теплоотдачи в воду и масло собственнаго дизе­ ля. Поэтому дли заданных форсировок' по ре неизбежным является увеличение емкости и активной поверхности водя­ ных и масляных радиаторов, іа также радиаторов для ох­ лаждения воздуха, поступающего в двигатель.

Это обязательное условие, которое необходимо для на­ дежной работы дизеля при заданных нагрузках. Однако следует отметить, что для дизеля, снабженного устройст­ вом, изменяющим степень сжатия, систему водяного и мас­ ляного охлаждения можно сократить по сравнению с дизе­ лем, работающим с постоянной степенью сжатия. Темпера­ тура паза перед турбиной также возрастает при форсиро­ вании дизеля наддувом, однако в рассматриваемом случае это возрастание значительно меньше, чем теплоотдача в холодильники. Для дизеля с автоматически изменяющейся степнью сжатия в заданных 'условиях работы температура газа перед турбиной уменьшается незначительно, примерно до 13%. Между тем для дизеля с изменяющейся степенью сжатия удельная теплоотдача в воздушный радиатор уве­ личивается в среднем до 20%.

Последнее объясняется потребностью работы дизеля с переменной степенью сжатия с более высокими давлениями наддува, чем при фиксированной степени сжатия. Это тре­ бует наличия более мощных холодильных устройств для отвода тепла от воздуха, поступающего в двигатель.

При форсировании дизеля путем наддува появляются случаи нарушения работы отдельных узлов и деталей и даже их разрушение из-за высокой теплюінапряжѳннасти. Последнее обусловливается рядом причин, главными из которых являются: изменение зазоров в трущихся дета­ лях; ухудшение механических 'свойств материалов при вы­ соких температурах; высокие градиенты температурного толя в теле детали, определяющие величину температурно­ го напряжения; высокая температура трущихся по-

207

івѳрхностей, что определяет состояние масляного слоя меж­

структивных оообенностай деталей двигателя и характера ірабочѳго процесса, определяющих величину теплового по­ тока через стенки детали. Поэтому за критерий теплона­ пряженности принимается удельный тепловой поток через стенки детали

охл

где Qox„ — количество тепла в кал., переданного через стенку; Рохя — площадь охлаждаемой поверхности в м2.

Кроме этого, критерием теплонапряженности рабочего цилиндра может служить также средняя температура внут­ ренней поверхности стенок. Оба эти критерия лишь услов­ но характеризуют тепловую напряженность двигателя.

пряженность двигателя при форсировании его наддувом. По ірезультатам расчета параметров турбопоршнѳвого

двигателя с постоянной и переменной степенью сжатия бы­ ли определены значения этого условного критерия теплонапряженности в зависимости от ре■ Полученная зависи­ мость представлена в виде графика на рис. 108. Последний показывает, что при /работе дизеля е переменной степенью

08

«жатая этот 'Критерий имеет імѳныиее значение, чем гари (работе дизеля с постоянной степенью сжатая. Это свиде­ тельствует о том, что дизель с переменной степенью сжатия находится в более благоприятных условиях в отношении теплового состояния двигателя при его форсировании.

Рис. 108. Значение параметра q n в зависимости от р е для

различных Е.

Сравнивая различные двигатели по этому критерию, можно заранее предусмотреть те или иные мероприятия для улучшения температурного состояния деталей дизеля. Та­ кое сравнение с данными для различных классов двигате­ лей, приведенное в работе [7], показывает, что в заданных условиях работы дизеля даже с переменной степенью сжа­ тия необходимо проведение определенных мероприятий, снижающих тепловую напряженность деталей двигателя,