.

Характеристики систем газотурбинного и комбинированного наддува

В судовых двигателях внутреннего сгорания в качестве агрегатов наддува используются осевые газовые турбины, сидящие на одном валу с центробежным компрессором. Характеристики компрессора газотурбонагнетателя имеют тот же вид, что и характеристики центробежного компрессора при механическом наддуве (Рис, №2. Совмещение характеристик центробежного компрессора). Однако воздухоснабжение двигателя принципиально отличается.

При чистом газотурбинном наддуве точки рабочих режимов компрессора лежат на гидравлической (расходной) характеристике двигателя. В процессе доводки двигателя на стенде при согласовании характеристик дизеля и компрессора стремятся обеспечить расположение расходной характеристики двигателя в зоне максимальных КПД компрессора.

Согласование характеристик — сложный процесс, включающий в себя выбор агрегатов наддува, соответствующих конкретному дизелю, установку определенных проходных сечений и углов наклона лопаток направляющего аппарата турбины и компрессора, выбор угла опережения впрыска топлива в цилиндр и т.д. Основное требование при согласование характеристик — обеспечить достаточную мощность газовой турбины и соответственно достаточную производительность компрессора, гарантирующую воздухоснабжение двигателя на всех возможных режимах эксплуатации.

Следует сделать оговорку, что в последние годы в высокофорсированных 2-тактных двигателях с чистым газотурбинным наддувом при P=const это требование не выполняется — режимы малого хода обеспечиваются не газотурбонагнетателем, а электрокомпрессором. Как указывалось в (Обеспечение баланса мощности турбины и компрессора в комбинированном двигателе), такое решение объясняется желанием повысить индикаторные и эффективные показатели рабочего процесса дизеля на режимах полного хода (за счет более позднего открытия газовыпускных органов, увеличения индикаторной работы в цилиндре и снижения располагаемой работы газов перед газовой турбиной).

Примерный вид характеристик двигателя и компрессора при чистом газотурбинном наддуве дан на рис. 1. Как видно, линии рабочих режимов компрессора, определяемые гидравлическими характеристиками двигателя 1,2,3, проходят в зоне максимальных КПД компрессора правее границы помпажа 4. Рабочая точка компрессора (точка А) должна находиться в достаточной удаленности от границы помпажа для обеспечения надежной работы при изменении условий работы двигателя.

Запас на возможное ухудшение условий работы оценивается коэффициентом устойчивости по помпажу, равном отношению параметров воздухоснабжения в точках А и В (рис. 1):

Ку[(Рк/Gs)В:(Рк/GS)А1] 100%.                    (1)

Запас по помпажу на всех режимах эксплуатации должен быть не менее 20÷30%.
На режимах винтовой и нагрузочной характеристик линии рабочих режимов компрессора идут достаточно круто, благодаря чему во всем эксплуатационном диапазоне нагрузок обеспечивается устойчивая работа компрессора. На малых нагрузках при уменьшении расхода воздуха несколько снижается КПД компрессора. При ходе судна в балласте гидравлическая характеристика и рабочие режимы компрессора смещаются вправо, в область больших расходов; при этом увеличивается запас по помпажу. Наоборот, при переходе на тяжелую винтовую характеристику рабочие точки компрессора приближаются к границе помпажа, запас по помпажу уменьшается.

Рис. 1 Линии режимов работы компрессора ГТН по внешней (1), нагрузочной (2) и винтовой (3) характеристикам; 4 граница помпажа

Наиболее неблагоприятные условия работы компрессора создаются при работе по внешней характеристике (кривая 1). Повышение сопротивления воздушно-газового тракта может явиться причиной неустойчивой работы компрессора, когда рабочая точка приближается к границе помпажа 4.

В случае работы нескольких газовых турбонагнетателей параллельно на общий ресивер и одинаковой производительности компрессоров характеристика работы одного ГТН определяется путем деления суммарного расхода воздуха (кривая 1 рис. 2) на число компрессоров. Суммарный расход воздуха на двигатель определяется гидравлической (расходной) характеристикой. При работе 2-х компрессоров производительность каждого из них равна 0,5 от суммарного расхода при заданном давлении. В действительности кривые режимов работы турбокомпрессоров несколько разнятся между собой из-за неидентичности продувочновыпускного тракта, самих ГТН, неравномерности нагрузки по цилиндрам.

Рис. 2 Характеристики систем наддува при параллельной работе 2 ГТН: 1 — кривая Ps/Pо, 2- кривая Рк/Ро, 3 — граница помпажа

Смотрите также:
б) Последовательный комбинированный наддув
в) Параллельный комбинированный наддув
г) Последовательно-параллельный комбинированный наддув

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Октябрь, 11, 2016 1149 0
Читайте также
Загрузка...