Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 215
Скачиваний: 1
_______ СОГЛАСОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ТУРБИН, КОМПРЕССОРОВ И ПОРШНЕВОЙ ЧАСТИ
ОБЛАСТЬ РАБОЧИХ РЕЖИМОВ АГРЕГАТОВ СИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К К. П. Д„ ТУРБОКОМПРЕССОРА
В условиях эксплуатации комбинированные двигатели час то работают в широком диапазоне режимов. Область эксплуатационных нагрузок задается при проектировании дви гателя в виде характеристики. В качестве примера на рис. 102 приведена характеристика комбинированного двигателя судо
вой силовой установки, состоящей из трех параллельно работающих дизе лей. При частичных нагрузках для по вышения экономичности один или два двигателя отключаются, вследствие че го изменяется винтовая характеристи ка, по которой нагружается работаю щий двигатель. Чем выше мощность,
Рис. 102. Характеристики комбинированного двигателя в системе трехвальной судо вой установки:
1 — |
внешняя |
ограничительная |
|
||
характеристика; |
2 |
— характе |
|
||
ристика при работе одного дви |
|
||||
гателя; 3 — то |
же, |
при |
работе |
Рис. 103. Гидравлические характеристики |
|
двух |
двигателей; |
4 -- |
то же, |
двигателя 16ЧН 26/26 |
|
при |
работе трех двигателей |
||||
которую может развить двигатель на пониженной частоте вра щения, тем экономичнее работает установка на частичных ре жимах.
Для согласования характеристик агрегатов системы воздухоснабжения с заданной характеристикой комбинированного двигателя необходимо построить гидравлическую характери стику дизеля, представляющую собой зависимость давления наддува ри от расхода воздуха (рис. 103).
Расход воздуха через двигатель
«Z.Q Nc
(139)
Qp
166
Коэффициент избытка воздуха и оценивается по допустимой температуре выпускных газов из уравнения теплового балан са [30]
Qp ( |
Ри |
\ |
|
1- - Фа-- ’!;+ Ч£---- |
) |
|
|
а = |
‘ Pi |
/ |
(140) |
|
|
||
где фѵ — относительная |
доля потерь тепла в воду и масло; |
||
рң — среднее давление насосных потерь.
От величины а зависит и индикаторный к. п. д. гр двигателя. Поэтому снижение а на частичных режимах работы двигателя
ограничивается также |
приемлемым уровнем |
экономичности. |
|
Зависимость гр = f(a) |
оценивают |
обычно по |
эксперименталь |
ным данным для аналогичных двигателей [30]. |
|
||
Давление воздуха |
на впуске, |
обеспечивающее наполнение |
|
и продувку цилиндров, находится из выражения |
|
||
|
™RTK GB |
(141) |
|
|
'Ѵ'Ядв'ѴФТ ’ |
||
|
|
||
где К |
и і — рабочий объем и число цилиндров; |
т]ѵ — коэффи |
||||
циент наполнения; |
ср — коэффициент продувки; т — тактность. |
|||||
Для |
примера в табл. 4 приведены экспериментальные пара |
|||||
метры двигателя 16ЧН 26/26. |
|
|
|
|||
4. Основные индикаторные показатели двигателя |
16ЧН 26/26 при работе |
|||||
|
|
по ограничительной характеристике с t T = 650 °С = const |
||||
Индикаторные |
Частота |
враи.ения п в об МИ 1 |
|
|||
|
|
ьэо |
|
|||
пока затели |
1000 |
850 |
700 |
50D |
||
а |
|
|||||
|
2,35 |
2,2 |
1,9 |
1,7 |
1,5 |
|
Чі |
|
0,47 |
0,47 |
0,45 |
0,43 |
0,41 |
Фѵ |
|
0,08 |
0, 10 |
0,14 |
0,17 |
0,20 |
На диапазон работы двигателя по расходу воздуха влияет продувка цилиндров. Расход продувочного воздуха
Ф2
Ф 2
FKM |
— время-сечение периода продувки, определя- |
ф, емое по меньшей площади сечения впускных или выпускных органов.
167
Средний за период продувки коэффициент расхода цкл мало зависит от режима работы двигателя [30]. Поэтому при по стоянных рк и Тк на расход продувочного воздуха основное
влияние оказывает |
отношение рк/рт. Это подтверждается при |
||
веденными |
на рис. |
104 опытными зависимостями |
ф/с=ф'ІѴ = |
= f ( p j p r) |
для |
двигателя 16ЧН 26/26. Для |
обеспечения |
достаточной продувки цилиндров необходимо, чтобы -j^-^1,10.
С повышением |
цж при уменьшении «дв гидравлические харак |
|||||||||
|
|
|
теристики двигателя сближаются, что |
|||||||
|
|
|
сужает |
диапазон |
работы |
|
по расходу |
|||
|
|
|
воздуха с высоким ри. |
|
|
|
||||
|
|
|
У двухтактных |
двигателей обычно |
||||||
|
|
|
протекание гидравлических характери |
|||||||
|
|
|
стик меньше, чем у четырехтактных за |
|||||||
|
|
|
висит от частоты вращения. Это вызва |
|||||||
|
|
|
но тем, что для |
обеспечения |
хорошей |
|||||
|
|
|
очистки |
и |
наполнения |
|
двухтактные |
|||
|
|
|
двигатели имеют |
|
увеличенное |
время- |
||||
|
|
|
сечение периода |
продувки и работают |
||||||
|
|
|
с повышенным p,Jpr на всех режимах, |
|||||||
|
|
|
что достигается |
использованием части |
||||||
Рис. 104. Изменение коэффи |
мощности двухтактного двигателя для |
|||||||||
дополнительного сжатия |
наддувочного |
|||||||||
воздуха. |
|
|
импульсной |
системы |
||||||
Применение |
||||||||||
|
Рк |
|
выпуска |
с |
правильно |
подобранным |
||||
циента избытка продувочно |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
го воздуха |
в зависимости |
объединением выпусков в один трубо |
||||||||
|
Рт |
при раз- |
провод позволяет повысить отношение |
|||||||
от отношения ~у |
ркірт в период продувки. |
|
Вследствие |
|||||||
личных скоростях |
вращения |
этого нагрузочные |
гидравлические ха |
|||||||
двигателя |
16ЧН 26/26 |
рактеристики |
сближаются |
и уменьша |
||||||
|
|
|
ется потребный |
диапазон |
изменения |
|||||
расходов воздуха. На рис. 105 приведены такие характеристики, полученные при сравнительных испытаниях двигателя 8ЧН 26/26 с двумя системами выпуска.
Увеличение продувки цилиндров при работе с импульсной системой позволило сузить необходимый диапазон расходов воздуха при рк = 0,18 МН/м2 от 41 до 23%.
Результаты расчетов и анализ экспериментальных данных показывают, что чем выше требуемый коэффициент приспособ ляемости двигателя, тем шире диапазон по расходу воздуха с высоким давлением наддува и тем сложнее задача обеспечения заданных характеристик системы воздухоснабжения. Пара метрами, ограничивающими мощность на малых нагрузках, обычно являются температура выпускных газов перед турбиной t"T , косвенно характеризующая тепловую напряженность порш
168
невой части двигателя, а также уровень дымности |
выпускных |
газов. В современных четырехтактных двигателях |
допускается |
t*T = 650 -к 750° С, в двухтактных t*. — 500 ч- 600° С. |
|
Согласование параметров турбин и компрессоров произво |
|
дится в два этапа. На первом этапе обеспечивают |
достижение |
оптимальных показателей на расчетном режиме. |
На втором |
этапе производят (при необходимости) корректировку проточ
ных частей компрессора |
и турбины |
PKW/M* |
|
|||
с целью обеспечения требуемых дав |
|
|||||
лений наддува при работе по задан |
|
|
|
|||
ной характеристике двигателя. |
Как |
|
|
|
||
показывает опыт, для успешного ре |
|
|
|
|||
шения всей задачи |
в комплексе не |
|
|
|
||
обходимо правильно |
выбрать |
рас |
|
|
|
|
четные режимы работы |
турбины и |
|
|
|
||
компрессора. |
работающих по |
|
|
|
||
Для двигателей, |
|
|
|
|||
«винтовой» характеристике или с по |
|
|
|
|||
стоянной скоростью вращения, в ка |
Рис. |
105. Сравнение |
гидравли |
|||
честве расчетного принимается |
но |
|||||
минальный режим. |
Для двигателей |
|||||
с повышенным коэффициентом |
при |
|||||
способляемости компрессор проекти |
||||||
руется так, чтобы на режиме макси |
сплошные линии — выпуск из двух |
|||||
ческих характеристик двигателя |
||||||
|
|
|
|
|
в один |
трубопровод: |
мального крутящего |
момента обес |
цилиндров84Н 26/26: |
|
|||
штриховые линии — выпуск из че |
||||||
печить необходимое давление надду |
тырех цилиндров в один трубопро |
|||||
|
вод |
|
||||
ва и запас 5—10% |
по расходу от |
|
турбины выбираются |
|||
границы помпажа. |
Проходные |
сечения |
||||
из условия получения необходимой мощности для требуемого рі; на этом режиме.
При |
необходимости |
небольшой |
корректировки компрессора |
||
в процессе доводки эффективным |
средством сдвига |
его |
рас |
||
ходных |
характеристик |
является изменение ширины |
или |
угла |
|
установки лопаток диффузора.
Влияние системы воздухоснабжения и к. п. д. турбокомпрес соров на характеристики комбинированного двигателя возра стает с увеличением давления наддува. Одновременно повы шаются требования к к. п. д. турбин и компрессоров. Покажем это на примере системы воздухоснабжения с постоянным дав лением перед турбиной, включающей турбокомпрессор с газо
вой связью. Из баланса |
мощностей |
турбины |
и компрессора и |
|||
расходов газа и воздуха через них получаем |
|
|
||||
|
|
|
|
|
к—\ |
(142) |
R J A 1 |
лг/< = |
k—\ |
RTo |
Л К — 1 |
||
А| -1 |
|
|
|
|
||
где принято Gr — G„.
169
Анализ этого уравнения показывает, что с увеличением як растет величина к. п. д. турбокомпрессора, при которой обе спечивается я к > Яг. При низких г}тк ухудшается экономич ность, снижается а и повышается теплонапряженность дви гателя.
Температура газов на выпуске повышается с ростом давле ния перед турбиной. При заданной цикловой подаче топлива температура газов Т т зависит также от коэффициента избыт
ка воздуха и, следовательно, от рп. Согласно эксперименталь
ным данным |
(рис. 106), |
с ростом рк (при рт = const) |
темпера^ |
||||||||||||||
|
|
t*°C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
650 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
550 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
|
1,1 |
|
1,2 |
|
1,5 |
1,6 |
1,5Рг/Рк |
|
|
|
||||
|
|
ІО |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рт |
на температуру выпускных |
|
|
|
||||||
|
Рис. 106. Влияние ---- |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Рк |
|
|
12ЧН 30/38: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
газов двигателя |
|
|
|
|
||||||||||
|
/ |
— />,.= 0,303 |
МН/м2; 2 — р к = 0,274 |
МН/м2; 3 — р к = |
|
|
|
||||||||||
|
= 0.24 МН/м2; |
сплошные |
|
линии |
— |
р£— 1,085 |
МН/м2; |
|
|
|
|||||||
|
штриховые |
линии |
— |
р е = |
|
1,04 |
МН/м2; |
штрихпунктирные |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
линии |
— р |
|
= |
1,31 МН/м2 |
|
|
|
|
|
|||
тура газов падает |
практически |
по линейному |
закону. |
Относи- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ьрт= |
Р т |
|
тельное |
приращение |
давления |
|
перед |
турбиной |
ДРт |
|||||||||||
|
|
|
----- |
||||||||||||||
дает приблизительно |
|
такой же прирост |
температуры |
67Ѵ = |
|||||||||||||
дтг |
, как и одинаковое относительное снижение |
|
давления |
||||||||||||||
= —г- |
|
||||||||||||||||
Т т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наддува |
Ьрк = — —. Таким |
образом, |
|
увеличение |
рк вслед- |
||||||||||||
ствие роста |
Рк |
|
|
|
к снижению |
|
температуры |
газов и |
|||||||||
рт приводит |
|
||||||||||||||||
уменьшению |
насосных |
потерь, |
если прирост |
öpK> Ьрт. |
При |
||||||||||||
Р2 = idem это неравенство |
можно |
записать в |
виде |
бян > |
бяг- |
||||||||||||
Прологарифмируем, |
а |
затем |
|
продифференцируем |
|
уравне |
|||||||||||
ние (142) и, перейдя к малым отклонениям, получим |
|
|
|
||||||||||||||
|
бяг = |
бяк ------- ЬТт----- -- |
|
+ - L бГ, |
|
|
|
||||||||||
|
|
К2 |
|
У |
К2 |
|
|
|
К2 |
|
,к |
К2 |
|
|
|
||
170
