книги из ГПНТБ / Ченцов В.Н. Тепломеханическое оборудование автономных источников электроснабжения конспект лекций

пределах

1,6

- 3,0

к Г с / с м 2 , а

степень наддува

составляет

1,5 - 2,5

и

более.

Такой наддув

называется полным

или высоким.

тери мощности,вследствие

увеличения

давления газов

нагнетате ­

лем, лежат в пределах 7 -

10%. При

этом

увеличение

мощности

двигателя за счет наддува

достигает

100%

и выше. При г а з о т у р ­

чении нагрузки

повышается

расход

топлива и возрастает

количест­

во отработавших

г а з о в , что

вызывает увеличение

числа оборотов

газовой

турбины

и

повышение производительности

нагнетателя .

Степень

повышения

мощности

двигателя при газотурбинном

наддуве

лимитируется температурой газов перед турбиной. При высокой

температуре газов

лопатки

турбины

сильно перегреваются

и не

обеспечивается

надежность

работы

а г р е г а т а .

жуточное охлаждение. Включение и выключение наддувочных

а г р е г а ­

тов в работу осуществляется

с помощью гидравлических

муфт.

На­

гнетатель с механическим приводом обеспечивает работу

дизеля

при пуске и малых нагрузках,

а газотурбинный агрегат

-

при

мощ­

ности двигателя 50% и выше.

Избыточная мощность, развиваемая

дувочных окон (у двухтактных двигателей) .

Резонансный наддув основан на резонансе

волны

давления

в о з ­

духа во всасывающем коллекторе. Давление в

цилиндре в конце

всасывания становится выше атмосферного за

счет

гидравлического

подпора у впускного клапана. При инерционном и резонансном

над-

при

увеличении

мощности

двигателя:

1

. С нормальной

степенью

сжатия

(

£ = c o n s t ) и

постоянном

значении степени

повышения

давления

при сгорании

( Л = рг/рс

=

=const).

2

. С пониженной

степенью

сжатия

при постоянном

значении ко ­

эффициента избытка воздуха

оі

и ограниченном

давлении

цик­

ла

Ргн-

По первому варианту для процесса

с

наддувом

качество горючей

смеси в отношении

избытка

воздуха

при сгорании

( o l = c o n s t

)

и теплотворной

способности

остается

таким же, как и при нор­

мальном рабочем

цикле.

Наддув

увеличивает количественные

пока­

ступившего в цилиндр двигателя за

один рабочий

цикл, равно

числу

молей воздуха, заполнившего

полный

объем

цилиндра, т . е .

I =

і г , так как коэффициент остаточных

газов

при наддуве

практически равен нулю. Коэффициент наполнения

(см . § 3) вы-

192

числяется

как

^ =

L2f L, ,

где

L,

-

число

молей

воздуха

в

рабочем

объеме

цилиндра,

1 г

-

число

молей

воздуха,

заполнив­

шего полный объем цилиндра.

Согласно

уравнению

состояния

имеем

V

р

Lz=

•

(64)

Коэффициент

наполнения

при

наддуве вычисляется

по

формуле

П

=

Тк

Ѵ а

Ран

_

Гх g- Ран

'

(65)

Ta„Vs

Рк

*

и-»Тмрк

г д е

Т

= Т + ДТ-

температура

воздуха в

начале

сжатия;

Т

-

абсолютная

температура

наддувочного

в о з ­

духа;

AT

-

подогрев

воздуха

о

стенки

цилиндров

( & Т =

=

10 *

20°С);

р

=рк-Др

-

давление

воздуха

в

начале

сжатия

при над­

дуве;

рн

-

давление

наддувочного

воздуха;

ар

-

потери

напора от

гидравлических

сопротив­

лений

в

трубопроводе и

клапанах

(

&р

=

=

0,05

*

0,12 к Г с / с м 2 ) .

Из зависимости (65) видно, что с повышением наддува коэф­

фициент

наполнения

ц

почти

не

изменяется,

так

как

с

ростом

давления

наддувочного

воздуха

р

и абсолютной

температуры

воздуха

Тк

соответственно

увеличиваются давление

ран

и

тем­

пература

Тан

. Повышение

Тк

снижает

эффективность

наддува.

Поэтому

целесообразно воздух охлаждать после выхода из надду­

вочного

агрегата водой в специальном трубчатом

холодильнике.

Как показали опыты,

снижение температуры наддувочного воздуха

на каждые 10° позволяет увеличивать количество

топлива, сжига­

емого в

цилиндрах,

и повышать мощность двигателя примерно на

2,5%.

Индикаторные диаграммы вариантов рабочего

цикла двигателя

194

давлением р ,

увеличивающимся пропорционально степени над­

дува [ с м . формулу

( 6 6 ) ] .

симального давления рін

за

счет уменьшения

степени

сжатия

при постоянном

значении

коэффициента избытка

воздуха

оі

. Уве­

личение площади

индикаторной

диаграммы, а следовательно,

и

более полной диаграммы и увеличения ее

ширины ( с м . р и с . 6 5 ,

диа­

грамма 3 ) .

Степень повышения среднего

индикаторного давления

и удельной

мощности двигателя при втором варианте наддува

л и ­

митируется

низшим пределом степени сжатия, обеспечивающим

по ­

гателя в начале расчета оценивается

давление

наддувочного

в о з ­

духа

рк

, которое лежит в пределах:

для

тихоходных

двигате ­

лей

рн=

1,25

- 1,35

кГс/см2

и для

форсированных

двигателей

при

высоком наддуве

= 1,7

* 2

и

до

3 к Г с / с м 2 .

Для

ди­

зель-генераторов число оборотов можно

считать

практически

в е ­

личиной

постоянной. Следовательно,

при механическом

наддуве

обороты нагнетателя будут постоянны. Поэтому,

задавшись с т е ­

пенью наддува

0^

, выбираются тип

и

параметры

нагнетателя.

нимая Т

„ = 0, р0 = рк

и 7 >

Тк .

При

газотурбинном

наддуве

исходным параметром для расчета

экспериментальной зависимости р г = (0,85

*

0,92) рк

, а также

баланс мощности турбины и нагнетателя NT

=

N„ .

Количество

отработавших

г а з о в ,

выталкиваемых из

цилиндров,

на

величину

весового

расхода

топлива.

Расход воздуха

дизелем

определяется

по

выражении:

cs

,

u . i s ^ j . . t . M .

в г / с в К і

( 6 7 )

где оі , = oLf

~ коэффициент

избытка

продувочного

воздуха

(OL, = 1,0

* 1,4);

cl./ - коэффициент продувки.

Мощность нагнетателя определяется исходя из его весовой

производительности, работы адиабатного сжатия одного

килограм­

ма воздуха от давления р0

до

давления

р

и

общего

к . п . д .

ком­

прессора

NK

=

С

щ а 3 н

л - с

*

(68)

Определив весовой расход газов через турбину и работу

адиабатного

расширения одного

килограмма

газов

от

давления

пе ­

ред турбиной

рт

до

давления

за

турбиной

рв

, с

учетом

эффек­

тивного

к . п . д . , можно вычислить

мощность

газовой турбины.Если

мощность газовой турбины равна или близка к мощности

нагнета­

теля, то

газотурбинный наддув

возможен и целесообразен.

Если

мощность

турбины

существенно

превосходит

мощность

нагнетателя,

нагрузках нагнетатель будет

использовать часть

мощности

д и з е ­

ля,

а на нагрузках, близких

к номинальной, турбина будет

отда­

вать

избыточную мощность дизелю. При недостатке

мощности

тур ­

тия

и самовоспламенения.

Способ пуска выбирается для

различных

типов двигателей в

зависимости от их размера, конструкции

и

назначения.

Некоторые

типы

двигателей имеют

два пусковых механизма

на случай отказа

в работе одного из них. Для облегчения пуска

используются

вспомогательные приспособления.

Особенности

пускового

режима

и

способы облегчения

пуска холодного дизеля

будут рассмотрены

в

§

20.

В зависимости от

источника

энергии,

используемой

при пус­

к е ,

различают следующие способы

пуска:

Раскрутка коленчатого вала двигателя способами 1 - 7

обес­

печивается посредством приложения внешнего крутящего

момента.

Способами 8 и 9 осуществляется раскрутка коленчатого

вала

внешними усилиями, приложенными к поршням двигателя.

В

войско­

таны

на

кратковременную работу и в связи с необходимостью по ­

лучения

больших

крутящих моментов при низком напряжении пита­

ния

(12;

24 в)

снабжаются обмотками весьма малого сопротивле­

ния. Источниками питания стартеров являются

аккумуляторные ба ­

тареи. Емкость аккумуляторов для

системы пуска дизелей опреде­

ляется той максимальной

мощностью

стартеров,

которую приходит­

ся затрачивать в самых

гяяелых пусковых условиях. Аналогично,

сокого давления

(150

- 200 а т и ) . В первом случае

при поступле­

нии воздуха из баллона в систему не требуется редуцирования

давления, во втором

случае на выходе из

баллона

всегда

ставят ­

ся редукционные

клапаны, обеспечивающие

подвод воздуха

к д в и - "

гателю с пусковым давлением, равным 10 -

16 ати .

клапана

обеспечивается

с помощью воздухораспределителя I ,

открывающего

доступ

управляющего

воздуха

к

пусковым кла ­

панам 3.

Перемещение

клапана воздухораспределителя

осуще­

ствляется

кулачком 2,

в

то время как в системе

пуска с

а в т о ­

матическими

клапанами

(см.рис.66)

основной

пусковой

воздух

199

двигателя либо специальная масса, раскручиваемая

отдельно и

сцепляемая

с маховиком в момент накопления живой

силы,

доста ­

точной для

преодоления сопротивлений в двигателе.

С

целью

случае

генератор обращается на

период пуска в сериѳсный

элек ­

тродвигатель благодаря наличию

сериѳсной обмотки. После

з а ­

пуска

дополнительная сериѳсная

обмотка шунтируется с помощью

ния. Включающее

приспособление

облегчает

ввод ведущей

шестерни

в зацепление

с

венцом маховика,

а также

обеспечивает

автомати­

ческий

вывод

шестерни из зацепления после пуска.

При

пуске

дизеля на бензине необходимо снижать степень сжа­

тия (до

4,0 -

4,8) путем

присоединения дополнительной

камеры,

расположенной

в

головке

блока. После пуска на бензине

и про­

дизель. При этом дополнительная камера

отсоединяется специаль­

ным клапаном. Эта система пуска требует

дополнительного обору­

дования: магнето, свечей и специального

впускного трубопровода

с карбюратором.

гателя в начале такта расширения в соответствии с порядком

р а ­

боты цилиндров.

Воздухораспределители могут быть золотникового (плунжер­

ного) и дискового типа. Плунжерный воздухораспределитель 4

при-