Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

высоких р1{ использование этой энергии может дать значитель­ ный эффект. Увеличение давления перед турбиной и передача ее избыточной мощности на коленчатый вал двигателя обусловли­ вает повышение работы насосных ходов (для четырехтактного двигателя, где допустимо рт> рк)-

Оптимальное давление перед турбиной, очевидно, соответ­ ствует максимуму разности удельных работ:

АL = L j —■

где удельная работа турбины

fr.-1-

Рт

Pa)RTK

L,

Подставив эти выражения в уравнение для АL, получим

где аг — коэффициент восстановления полного давления в трак­ те от цилиндра до турбины.

— рт = 0,42 МН/м2. Оптимальное соотношение давлений соот­

\ РК / ОН

Выигрыш в мощности и экономичности, получаемый с 1 кг газа, можно определить, пользуясь выражением (148). Как по-

р г

называют расчеты, при ——= 1,2-:-1,5 повышение к. п. д. дви-

Р к

гателя может достигнуть 5—6%. Испытания на отсеках двига­ телей ЧН 24/27 и ЧН 26/26 также показали, что при pj/pK=

181

= 1,2 -г- 1,5 экономичность двигателя с силовой турбиной оказы­ вается на 4—6% выше, чем с турбокомпрессором, имеющим газовую связь с поршневой частью.

Использование избыточной мощности турбины при механиче­ ской связи турбокомпрессора с двигателем сопровождается ухудшением к. п. д. турбины вследствие отклонения параметра ѵ от оптимальных значений при работе с пониженными частотой вращения и нагрузками двигателя. Частота вращения компрес­ сора и давление наддува в этом случае определяются частотой вращения дизеля. Поэтому при работе по нагрузочной характе­ ристике падает механический к. п. д. двигателя, а при работе с пониженной частотой вращения давление наддува существен­ но меньше, чем на номинальном режиме. Кроме того, вследствие высокого передаточного отношения усложняется механическая связь между поршневой частью и турбиной.

С целью уменьшения механических потерь на частичных на­ грузках и передаточного отношения применяют две турбины, од­ на из которых вращает компрессор, а другая является силовой. Для правильного выбора параметров обеих турбин и последова­ тельности их расположения необходим расчетный анализ харак­ теристик работы в широком диапазоне расходов газа.

Исходные данные для проектирования обоих турбин выбира­ ют по результатам экспериментального исследования отсеков или аналогичных двигателей. Используя их, определяют ри, р*т<

Т*т, G, соответствующие максимальной экономичности. Уточне­

ние выбранных параметров производят в результате последую­ щего расчета характеристик совместной работы турбин, и ком­ прессора.

Для получения необходимых экспериментальных данных ис­ пытания двигателя, например, лучше производить при установ­ ке на нем регулируемого турбокомпрессора. Таким образом, поступали при испытании двигателя 12ЧН 30/38. Противодавле­ ние за турбиной изменялось поворотной заслонкой. На каждом режиме работы регулированием положения лопаток соплового аппарата и поворотных лопаток диффузора компрессора уста­ навливались необходимые величины давлений рк и р*т. Частота

вращения турбокомпрессора при этом регулировалась изменени­ ем противодавления за турбиной. Мощность силовой турбины и удельный расход топлива установки определялись расчетным пу­ тем по данным испытаний при каждом сочетании рк, р ”т и Т'г .

с силовой турбиной улучшение экономичности составляет 6—7% по сравнению с двигателем без силовой турбины

182

С ростом давления газов перед турбиной расход воздуха не­ сколько уменьшается. Поэтому при установке силовой турбины,

часть компрессора необходимо откорректировать из расчета уменьшения расхода воздуха примерно на 10%. Компенсировать уменьшение расхода при росте р'тможно некоторым повышением

давления наддува. Мощность комбинированного двигателя с си­ ловой турбиной при одинаковом ре в цилиндрах повышается на

15—20% по сравнению с двигателем с турбокомпрессором, име­ ющим газовую связь с поршневой частью.

Для анализа параметров работы на частичных режимах рас­ смотрим характеристики совместной работы турбин и компрес­ соров при двух схемах последовательного расположения силовой и турбокомпрессорной турбины:

1. Силовая турбина (ТС) располагается по ходу газа следом за турбокомпрессорной (ТК) — ТК + ТС (рис. 116).

2. Силовая турбина располагается по ходу газа перед турбо­ компрессорной — ТС + ТК (рис. 117).

Последовательность расчета для схемы ТК -Т ТС представ­ лена графически на рис. 116. Характеристики турбокомпрессор­ ной турбины для V= const перестраиваются в координатах

где р\тк. Т*2тк давление и температура заторможенного потока на выходе из турбокомпрессорной турбины.

После такого преобразования расход газа оказывается при­ веденным к параметрам торможения перед силовой турбиной.

183

Рк Воздух

Рис. 116. Схема ТК + ТС и последовательность расчета ее характеристик:

а — схема: 6 - - построение характеристик: / —- д в и га ­ тель; 2 — охладитель воз­ духа

Кроме этого, в расчете используются характеристики турбоком­

втурбокомпрессор Г*. Характеристика турбокомпрессорной

турбины NTK — f(G,Tr) совмещается с характеристикой ком-

184