2. Требование, предъявляемые к турбокомпрессору,

ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ДВИГАТЕЛЕМ.

Существующие двигатели можно условно разбить на три основные группы:

1) работающие по винтовой характеристике;

2) работающие по нагрузочной характеристике;

3) работающие во всей области нагрузок и частот вращения;

В зависимости от назначения двигателя, требования, которым должен удовлетворять турбокомпрессор, оказываются различными.

Получение высокого КПД турбокомпрессора всегда является желательным, однако это иногда ведёт к удорожанию двигателя или к увеличению габаритных размеров агрегата наддува. В таком случае необходимо знать нижний предел КПД турбокомпрессора, при котором возможна удовлетворительная работа двигателя с наддувом. Поскольку влияние КПД турбокомпрессора на расход топлива (особенно при умеренных давлениях наддува) незначительно, минимальное значение КПД следует принять, исходя из обеспечения удовлетворительного наполнения цилиндра.

Для четырёхтактных дизелей это будет такое значение КПД турбокомпрессора (тк), при котором возможна продувка камеры сгорания. Для двухтактных дизелей значение тк определяется допустимостью работы без дополнительных продувочных средств. Значение КПД, отвечающее поставленным требованиям, зависит от организации продувочно-выпускного тракта, температуры газов, сопротивления на выходе из турбины, разряжения на входе в компрессор и давление наддува. Наиболее нетребовательным к КПД турбокомпрессора является четырёхтактный дизель с разделённым выпускным трубопроводом.

Требования, предъявляемые к компрессору, определяются назначением двигателя. На рис.3 представлены характеристики режимов работы судового, стационарного, транспортного и идеального транспортного двигателей в широком диапазоне частот вращения.

Для судового и стационарного дизелей осуществление наддува не вызывает особых затруднений, так как повышение крутящего момента, а, следовательно, и повышение среднего эффективного давления требуется в очень небольшой зоне частот вращения и мощностей. Значительно сложнее обстоит дело с транспортным двигателем, которому необходимо иметь высокий крутящий момент в широком диапазоне частот вращения.

Из существующих типов компрессоров наиболее полно требованиям дизеля удовлетворяют компрессоры объемного типа. Они могут подавать практически любое количество воздуха с любым давлением. Винтовой компрессор является одним из лучших объемных компрессоров. Он имеет КПД 80% на номинальном режиме. Некоторое падение КПД при снижении давления наддува для судового дизеля не имеет существенного значения. Винтовой компрессор в состоянии удовлетворить требованиям двигателя любого назначения. Однако винтовые компрессоры сложны в производстве и, что самое главное, эти компрессоры не удобны для спаривания с газовой турбиной, так как их частоты вращения существенно ниже частот вращения газовых турбин.

Наиболее дешевыми и удобными для работы с газовой турбиной является центробежный компрессор с безлопаточным диффузором. Этот компрессор обеспечивает работу двигателя по винтовой, внешней и нагрузочной характеристикам, причем во всех случаях удается обеспечить удовлетворительный КПД компрессора. При работе по характеристике идеального транспортного двигателя в зоне низких частот вращения, КПД компрессора несколько падает, но до n = 0,5 использование центробежного компрессора возможно, особенно если сместить его характеристики в сторону меньших расходов воздуха, несколько снизив КПД на номинальном режиме работы двигателя.

Некоторое усложнение компрессора имеет место при введении в его конструкцию лопаточного диффузора. Этот компрессор при степени повышения давления не более 2 удовлетворяет требованиям почти всех рассматриваемых дизелей.

Осевой компрессор для малых расходов воздуха обычно не применяется. Он удовлетворяет требованиям работы только по винтовой и нагрузочной характеристикам.

Основными показателями турбины являются КПД и пропускная способность. Правильно изготовленная и спроектированная турбина обычно имеет КПД не ниже 0,78, если по условиям компоновки не слишком загружены площади поперечного сечения подводящих и отводящих газ каналов. При этом высокий КПД имеет как осевая, так и радиально - осевая турбины.

Для турбокомпрессоров судовых дизелей и дизелей-генераторов турбина должна обеспечивать высокий КПД только в расчетной точке при номинальной частоте вращения двигателя.

К дизель-генераторам предъявляется требования быстрого приема нагрузки после холостого хода, что обеспечивается быстрым разгоном ротора турбокомпрессора до номинальной частоты вращения. В связи с этим ротор турбокомпрессора должен иметь небольшой момент инерции. Это же требование предъявляется к турбокомпрессорам транспортных двигателей.

Для транспортных двигателей желательно также обеспечить удовлетворительное протекание кривой крутящего момента, причем максимум крутящего момента должен соответствовать = 0,4 0,6 номинальной частоты вращения. Такую кривую крутящего момента можно получить регулированием пропускной способности турбины. Введение регулирования более просто осуществляется в радиально-осевой турбине.