.

Классификация и общая характеристика способов наддува

Если представить случай, что мощность на привод механического нагнетателя NB частично покрывается за счет газовой турбины (в двигателях с комбинированной системой наддува), то механический КПД выразиться зависимостью:

ηмехмн+ГТ= 1 — (Nмех + (Nв + NгТ)) / Niн , (№3)

  • где Nгт — мощность газовой турбины.

При одинаковом уровне форсировки двигателей (одинаковой индикаторной мощности) механические потери при комбинированной системе наддува будут меньше, чем при чисто механическом наддувеХарактеристики систем механического наддува, на величину Nгт. Очевидно, что в комбинированной системе ηмех будет выше.

Представим крайний случай — газотурбонагнетатель полностью заменил механическую воздуходувку (т.е. обеспечен чистый газотурбинный наддув). Механический КПД еще более возрастет (так как Nв-Nгт = 0) И определится зависимостью:

ηмехГТ= 1 — Nмех/ N (№4)

Таким образом, при примерно одинаковых степенях наддува можно записать:

ηмехГТ  > ηмехмн+ГТ  >  ηмехмн

Такие соотношения КПД имеют место у реально выполненных конструкций как 4 — тактных, так и 2 — тактных двигателей. Максимальные значения ηмех при газотурбинном наддуве достигают ηмехгт   ≈ 0,95 (по сравнению с 0,70÷0,85 у двигателей без наддува).

 

Можно сказать, что использование энергии газов в газовой турбине представляет собой утилизацию тепла газов, отработавших в цилиндре дизеля. Для того чтобы использовать эту энергию непосредственно в цилиндре, потребовалось бы значительно увеличить ход поршня. Прирост индикаторной работы был бы сведен на нет дополнительными механическими потерями. Вот почему утилизация тепла с целью получения дополнительной работы задерживалась практически до тех пор, пока не появилась газовая турбина, способная с достаточной эффективностью использовать рабочее тело с большим удельным объемом при малых перепадах давления.

Утилизация тепла отработавших газов в газотурбонагнетателях была возможна в свое время только в 4 — тактных ДВС, у которых температура газа достигала 400÷450°С (по сравнению с 260÷290°С у 2 — тактных ДВС). При этом без какой-либо перестройки системы газообмена удавалось получить степень наддува λн = 1,2÷1,3 при Рк = 1,25÷1,30 ата. В настоящее время такие степени наддува — пройденный этап. В современных двигателях достигнуто λн — 2,5÷4,0 (2 — тактные дизели) и λн = 3,0÷5,0 (4 — тактные дизели). В опытных конструкциях достигнуты еще более высокие показатели.

Форсировка двигателей наддувом происходит уже не за счет утилизации тепла отработавших газов, а за счет перераспределения энергии между цилиндром и газовой турбиной путем более раннего открытия выпускных органов. Такой путь ведет к снижению экономичности индикаторного процесса собственно дизеля, у которого при более раннем открытии выпускных органов уменьшается индикаторная работа. Снижение термического и индикаторного КПД цикла учитывается соответствующим уменьшением степени последующего расширения газов в цилиндре δ = Vв / Vz при сдвиге точки b на индикаторной диаграмме влево.

В то же время, дальнейшая форсировка двигателей наддувом приводит к увеличению цикловых подачи топлива и вынесению сгорания на линию расширения. Это также уменьшает δ за счет роста степени предварительного расширения ρ; при этом индикаторный КПД снижается.

Судовой турбонагнетатель

Величина максимального давления в цилиндре Pz при условии ε — const растет менее интенсивно, чем давление наддувочного воздуха Рк и среднее индикаторное давлениеОпределение среднего индикаторного давления Pi. Тем не менее, у современных ДВС максимальное давление в цилиндре достигло величины Pz = 120÷140 кг/см2. Желание снизить или оставить на прежнем уровне Pz и повысить надежность подшипников коленчатого вала требует снижения степени сжатия ε. Такое решение широко используется в практике дизелестроения. Однако оно ведет к дальнейшему уменьшению термического и индикаторного КПД.

Несмотря на снижение индикаторного КПД собственно дизеля, эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива у высокофорсированных двигателей с газотурбинным наддувом сохраняются на прежнем уровне или даже изменяются в лучшую сторону за счет:

  1. Увеличения механического КПД;
  2. Уменьшения доли тепла, передаваемого в охлаждающую воду;
  3. Более рационального использования тепла в газотурбонагнетателе (повышением КПД турбины и компрессора), что позволяет уменьшить долю потерянного хода поршня для обеспечения баланса энергии газотурбонагнетателя.

Рекомендуем к прочтению:

Влияние эксплуатационных факторов на работу турбокомпрессора и двигателя

Параллельный комбинированный наддув

Последовательный комбинированный наддув

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Август, 09, 2016 1652 0
Читайте также