Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 167
Скачиваний: 1
АГРЕГАТЫ
ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ
КОМБИНИРОВАННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
ВНУТРЕННЕГО
СГОРАНИЯ
Под редакцией М. Г. Круглова
Москва
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1973
А 25
УДК 621.43G.052.621.515.001
Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей. М., «Машиностроение», 1973, 296 с.
Книга содержит анализ систем воздухоснабже ния современных комбинированных двигателей внут реннего сгорания и агрегатов, входящих в эти систе мы. В ней описаны методы регулирования турбин, расширения диапазона работы компрессоров надду ва, а также согласования характеристик компрессо ров и турбин с характеристиками двигателей. Кро ме того, приведены методы экспериментального ис следования агрегатов воздухоснабжения.
Книга предназначена для инженерно-технических работников двигателестроения. Табл. 7, илл. 184, спи сок лит. 49 назв.
А в т о р ы : Д. А. Дехович, Г. И. Иванов, М. Г. Круглов
П. С. Моргулис, В. Г. Перфилов
Рецензент канд. техн. наук П. В. Иванов
Л ?
гос. п у б л и ч +IAJT
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ / ' / . ' U V БИБЛИОТЕКА ОСОТ 5
, |
038(01)-73 |
|
„ |
И |
- |
33Ш |
, е й ' |
|||
А |
' 334-151 ' |
Ы ' 73 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
© И з д а т е л ь с т в о |
« М а ш и н о с т р о е н и е » , 1973 |
г. |
|
|
|
|||||
|
|
АГРЕГАТЫ |
ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ |
|
||||||
|
КОМБИНИРОВАННЫХ |
ДВИГАТЕЛЕЙ |
|
|||||||
|
|
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ |
|
|
||||||
Редактор издательства Л. И. Степанова |
|
|
|
|||||||
Технический редактор Л. А. Макарова |
|
|
|
|||||||
Корректор Н. И. Шарунина |
|
|
|
|
||||||
Художник Е. |
В. |
Бекетов |
|
|
|
|
||||
Сдано |
в набор |
27/1V |
1973 г. Подписано к |
печати |
4/Х |
1973 г. |
||||
Т-15916 |
Формат 60 X 90/)6 |
Бумага № 1 |
|
|
||||||
Печ. л. |
18,5 |
|
|
Уч.-изд. л. 18,75 |
|
1 р. 23 к. |
||||
Тираж |
2300____________ Заказ 963____________ Цена |
|||||||||
|
|
Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ», |
|
|
||||||
|
|
107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3 |
|
|||||||
|
Экспериментальная типография |
ВНИИ полиграфии |
||||||||
|
|
|
|
Государственного комитета |
|
|
||||
|
|
по |
Совета Министров |
СССР |
|
|
||||
|
|
делам |
издательств, |
полиграфии |
|
|
||||
|
|
|
|
и |
книжной торговли |
|
|
|
||
|
|
Москва, |
К-51, Цветной |
бульвар, 30 |
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Если на первой стадии развития комбинированные двигатели внутреннего сгорания применялись в основном там, где требова лись большие агрегатные мощности, то в настоящее время они широко используются в автомобилестроении, тракторостроении и других отраслях, где агрегатная мощность силовых установок сравнительно невелика.
Непрерывно ускоряющееся развитие техники требует все бо лее быстрого роста агрегатной мощности двигателей, сокраще ния их удельных габаритов и улучшения экономичности без су щественного увеличения массы при постоянно возрастающей надежности. С целью упрощения силовой передачи к комбини рованному транспортному двигателю предъявляется требование обеспечения хорошей тяговой характеристики.
Увеличение мощности поршневого ДВС (двигателя внутрен него сгорания) без изменения его размеров связано с решением задачи сжигания в цилиндрах больших порций топлива за цикл Решение задачи сжйгдниц больших порций топлива за цикл по требовало решения дюирхэеа. подачи за цикл больших порций воздуха в цилиндрьГпбршнёвои части для обеспечения наиболее полного сгорания топлива, в ряде случаев для продувки цилинд ра и для поддержания в допустимых пределах температуры выпускных газов. Вопросы воздухоснабжения двигателя стали одними из определяющих прогресс двигателестроения.
Увеличение подачи воздуха в цилиндры поршневого ДВС за цикл может быть наиболее эффективно обеспечено повышением плотности воздуха вследствие его предварительного сжатия пе ред поступлением в цилиндры при газообмене. Этот способ, из вестный под названием наддува, успешно применяется как в че тырехтактных, так и в двухтактных двигателях.
Опыт показывает, что плотность воздуха, подаваемого в ци линдры двигателя с наддувом, можно увеличить в 3 раза и более по сравнению с плотностью атмосферного воздуха. Ограничени ем является тепловая и механическая напряженность двигателя и трудности охлаждения больших масс воздуха.
Невысокое предварительное сжатие воздуха применялось давно. Для этих целей использовались компрессоры, механиче-
1 В настоящее время в качестве поршневой части комбинированного ДВС используют в основном дизели и редко — карбюраторные двигатели. Поэтому
вдальнейшем, если не будет специальной оговорки, в комбинированных ДВС
вкачестве поршневой части предполагаются дизели.
3
ски связанные с коленчатым валом двигателя. Однако при та ком способе подачи воздуха возможности форсирования мощно сти двигателя весьма ограничены. Поэтому в дальнейшем для привода компрессоров получили широкое распространение тур бины, использующие энергию выпускных газов поршневых ДВС. Применяются комбинированные двигатели, у которых мощность турбины передается на коленчатый вал, а от последнего приво дится компрессор '.
Комбинация поршневого ДВС с турбиной и компрессором от крывает большие возможности для получения необходимого протекания характеристики силовой установки. В связи с этим существенно усложняются как сами агрегаты системы воздухоснабжения, так и схемы их соединения с поршневым двигателем. Кроме того, повышаются требования к эффективности, долго вечности и надежности их работы.
Однако объединение турбины и компрессора с поршневым ДВС не только усложнило силовую установку, но также ухуд шило в ряде случаев протекание его характеристик и работу на некоторых режимах (пуск, переходные режимы, холостой ход, малые нагрузки и т. д.). Усложнились вопросы доводки двига теля с целью получения необходимых показателей, так как на их величину в комбинированном двигателе большое влияние ока зывают не только работа дизеля, но и характеристики компрес сора, газовой турбины и конструктивные параметры газовоздуш ного тракта. Усовершенствование компрессоров, газовых турбин и охладителей, являющихся основными агрегатами системы воздухоснабжения,— один из важнейших путей улучшения пока зателей работы комбинированного двигателя. Этому вопросу
внастоящее время уделяется большое внимание.
Влитературе опубликовано значительное число работ, в ко торых рассматриваются отдельные вопросы воздухоснабжения комбинированных двигателей. Однако до настоящего времени отсутствуют обобщающие работы по этому вопросу. Особенно это относится к доводке отдельных агрегатов и системы возду хоснабжения в целом. Учитывая, что за последние годы опубли ковано достаточно много трудов, посвященных собственно тео рии компрессоров, газовых турбин и охладителей воздуха, в на стоящей работе больше внимания уделяется опыту проектирова ния, доводки и экспериментального исследования воздухоснаб жения, особенностям теории и расчета, обусловленными объеди нением их с поршневым двигателем внутреннего сгорания, а так же характеристикам этих агрегатов, согласованию характеристик отдельных агрегатов между собою и с характеристикой поршне вой части.
1 В настоящее время в составе комбинированных двигателей с отбором мощности потребителю от коленчатого вала в основном применяются центро бежные компрессоры (редко приводные объемные).
4 |
I |
lU U уѵші КОМБИНИРОВАННЫР ДВИГАТЕЛИ
И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ АГРЕГАТАМ ВОЗДУХОСНАБЖЕН ИЯ
СХЕМЫ КОМБИНИРОВАННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Несмотря на многообразие схем комбинированных двигате лей, все они могут быть классифицированы по признаку связи
между входящими |
в их состав поршневой и лопаточными ма |
|||||||
шинами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Самый простой и наиболее распространенный комбинирован |
||||||||
ный двигатель |
(рис. |
1) |
состоит из поршневой части — дизеля /, |
|||||
компрессора |
3 |
для |
предваритель |
|
|
|||
ного сжатия |
воздуха, |
подаваемого |
|
|
||||
в цилиндры, турбины 4 для продол |
|
|
||||||
женного |
расширения газов, отрабо |
|
|
|||||
тавших |
в |
цилиндрах |
поршневой |
|
|
|||
части, и охладителя 2 воздуха. Ме |
|
|
||||||
жду поршневой и лопаточными ма |
|
|
||||||
шинами |
существует |
только газовая |
|
|
||||
связь. По такой схеме строятся |
|
|
||||||
мощные |
судовые |
и |
тепловозные |
|
|
|||
двигатели и автотракторные двига |
|
|
||||||
тели относительно небольшой |
мощ |
Рис. 1. Схема |
комбинированно |
|||||
ности. Компрессор |
и газовая |
тур |
||||||
бина компонуются |
в виде одноро |
го двигателя |
с газовой связью |
|||||
между лопаточными и поршне |
||||||||
торного |
агрегата — турбокомпрес |
вой машинами |
||||||
сора (ТК). Выпускают двигатели |
|
|
||||||
также без охлаждения |
воздуха. Отбор мощности для потреби |
|||||||
теля осуществляется |
только |
от коленчатого вала поршневой |
||||||
части. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Воздух может охлаждаться не только в поверхностных охла дителях (см. ниже).
Дальнейшим развитием рассмотренной схемы комбинирован ного двигателя являются схемы с двухступенчатой системой по дачи воздуха и охлаждением воздуха после каждой ступени (рис. 2) или перед поступлением в двигатель, или только после первой ступени.
Более сложным является комбинированный двигатель, со стоящий из поршневой части, воздушных компрессоров и газо вых турбин, но имеющий не только газовые, но и механические связи между поршневой и лопаточными машинами (рис. 3). Кроме конструктивных отличий, такой двигатель обладает и
5
свойствами, отличными от свойств двигателя с турбокомпрессо рами, имеющими только газовую связь с поршневой частью.
В этом классе комбинированные двигатели выполняются по нескольким схемам. Прежде всего следует отметить двигатели,
в которых компрессор, турбина и коленчатый |
вал |
поршневой |
||||||
Gß |
Сг |
части |
|
объединены |
одним |
|||
|
|
редуктором |
(или |
мульти |
||||
|
|
пликатором |
в зависимости |
|||||
|
|
от направления потока энер |
||||||
|
|
гии); |
при этом на коленча |
|||||
|
|
тый вал |
(или от него) пере |
|||||
|
|
дается |
|
только |
разность |
|||
|
|
мощностей |
турбины |
и ком |
||||
|
|
прессора. |
Характерными |
|||||
|
|
представителями |
двигате |
|||||
Рис. 2. |
Схема комбинированного двига- |
лей такого |
типа |
являются |
||||
теля с двухступенчатым сжатием |
четырехтактный |
двигатель |
||||||
|
воздуха: |
12ЧН18/20 (ФТК |
[30], двух |
|||||
1 и 6 — охладители воздуха; 2 — компрес |
тактные |
двигатели |
|
Но |
||||
сор первой ступени; 3 — турбина второй сту |
|
|||||||
пени расширения газов — привод компрессо |
мад-2, |
|
Дельтик |
Т9-29 |
(Ан |
|||
ра первой ступени; 4 — поршневая часть; 5 — |
|
|||||||
коллектор отработавших в цилиндрах газов; |
глия), |
GMC-567,Q,-2 и GMC- |
||||||
7 — компрессор второй ступени; 8 — турбина |
567Д-3 и др. |
|
|
|
||||
первой ступени расширения газов — привод |
|
|
|
|||||
|
компрессора второй ступени |
Широко |
распростране- |
|||||
ны комбинированные двигатели с механической |
связью |
между |
||||||
коленчатым валом поршневой час и и компрессором |
одной |
из |
Г/ //
е>
Рис. 3. Схема комбинированного двигателя с механичес кой связью между поршневой и лопаточными машинами:
а — компрессор и турбина имеют одинаковую частоту враще ния; б — компрессор и турбина имеют разную частоту враще ния; 1 — поршневая часть; 2 — компрессор; 3 — газовая тур
бина; 4 — механическая передача
ступеней предварительного сжатия воздуха (рис. 4). Другая ступень (или ступени) приводится во вращение газовой тур биной (или турбинами). Они имеют газовую связь с поршневой
6