Особенности баланса мощности ГТН у 2-тактных дизельных двигателей

В 2-тактных дизелях для обеспечения процесса газообмена на всех эксплуатационных режимах должно выполняться условие: Рк > Рт — давление наддувочного воздуха должно быть всегда больше давления газов в выпускном коллекторе (иначе воздух не пойдет в цилиндр). Кроме того, нагнетатель воздуха в 2-тактном двигателе должен иметь запас производительности, чтобы обеспечить дополнительный расход воздуха на продувку цилиндра и удаление отработавших газов.

Расчеты наддува и практика дизелестроения показывают, что при среднем уровне форсировки двигателей (до Рк = 1,7-1,8 ата) применение турбины постоянного давления при суммарном кпд газотурбонагнетателя менее 60% не обеспечивает баланса мощности турбины и компрессора даже на номинальном режиме работы, не говоря уже о малых ходах и пусках. При таком уровне форсировки для восполнения небаланса мощности использовались дополнительные источники энергии:

  1. Энергия импульса E1 в импульсных газотурбонагнетателях; при этом получают чистый газотурбинный наддув при давлениях Рк до 1,8 — 2,1 ата (в двигателях с прямоточными системами газообмена);
  2. Механические нагнетатели воздуха в комбинированных системах наддува.

В роли механической ступени наддува, как правило, применялись поршневые компрессоры с различными вариантами привода. В качестве поршневого компрессора использовались специальные насосы с приводом от коленчатого вала двигателя, поршни рабочих цилиндров (подпоршневые полости), крейцкопфы двигателя, выполненные в виде поршней. Последний вариант применен в двигателях Смит Болнес, Голландия.

Комбинированные системы наддува использовались традиционно фирмами Гетаверкен (прямоточно-клапанная продувка), Фиат, Зульцер, МАН (контурные системы газообмена). При этом применялись как турбины постоянного давления, так и импульсные. Последние — в схемах с контурными продувками.

На первый взгляд, применение импульсных газовых турбин при комбинированном
наддуве в двигателях с контурными продувками противоречит рассуждениям о балансе мощности компрессора и импульсной турбины. Смысл этого решения можно объяснить рядом причин:

  1. Применение механической воздуходувки позволяло уменьшить мощность газовой турбины за счет более позднего открытия выпускных органов, что уменьшало теплонапряженность втулки в районе выпускных окон и днища поршня; для баланса мощности и обеспечения чистого ГТН было бы необходимо увеличить предварение выпуска с 68-70° пкв до 84-90°пкв;
  2. Механическая воздуходувка очень удачно вписывалась в двигатель, так как использовались подпоршневые полости рабочих цилиндров;
  3. Отпадало всякое сомнение в небалансе мощности турбины и компрессора при пуске, на малых ходах, а также при неполадках в турбокомпрессоре;
  4. Использование импульса давления повышало эффективность срабатывания располагаемой энергии газов.

В 70-80-е годы ряду фирм (МАН, Бурмейстер и Вайн, Доксфорд, др.) удалось обеспечить чистый газотурбинный наддув при P = const, что опровергло установившееся мнение о невозможности баланса мощности турбины и компрессора с наддувом при постоянном давлении. Однако на частичных нагрузках баланс мощности обеспечить не удается, что требует применения автономных нагнетателей воздуха при снижении нагрузки двигателя. Для повышения эффективности использования энергии газов в системах наддува при P = const используются преобразователи импульсов (рис. 4), устанавливаемые на каждом цилиндре. Впервые такие решения были применены фирмами МАН и Гётаверкен. Такие же преобразователи импульсов используются на всех современных длинноходовых моделях двигателей.

Рис. 4 Схема газообмена двигателя MAN-B&W типа S-MC

 

Смотрите также:

а) Условие баланса мощности газотурбонагнегателя
б) Особенности баланса мощности ГТН у 4-гактных двигателей

Август, 15, 2016 285 0
Читайте также