Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 202
Скачиваний: 1
Чтобы обеспечить устойчивую работу компрессора системы воздухоснабжения, расход воздуха на его помпажной границе (точки С или С') должен быть на 5—10% меньше, чем расход воздуха двигателем на режиме максимального крутящего мо мента. Из этого условия определится положение точки D (или D'). Чтобы компрессор работал с удовлетворительным к. п. д., его характеристика должна проходить через точку К, лежащую правее точки А, соответствующей работе двигателя на номи нальном режиме (рис. 124). Тогда рабочий диапазон компрес-
|
|
|
|
|
Рис. І24. Изменение рабоче |
||
|
|
|
|
|
го диапазона регулируемой |
||
Рис. |
123. Гидравлические |
характе |
турбины турбокомпрессора |
||||
при работе двигателя |
с по |
||||||
ристики и диапазоны |
расхода |
воз |
|||||
стоянным эффективным дав |
|||||||
духа двигателей с различными ко |
|||||||
лением ре = 1,2 МН/м2 в за |
|||||||
эффициентами приспособляемости: |
|||||||
висимости от частоты |
вра |
||||||
/ — |
границы помпажа; |
/ |
— К = 3; |
||||
щения коленчатого вала |
|||||||
2 — К = 2; 3 — характеристики |
регу |
||||||
|
лируемого компрессора |
|
|
|
сора будет пропорционален отрезку DK’, или его можно выразить в виде формулы
Из изложенного следует, что рабочий диапазон компрессора по расходу воздуха должен быть более широким, чем рабочий диапазон двигателя (бк > 6Д) . В том случае, если рабочий диа пазон компрессора меньше рабочего диапазона двигателя (бк < < бд), появляется необходимость регулирования компрессора по расходу воздуха (в этом случае обычно требуется регулирование и турбины). Например, при работе двигателя ЧН 30/38 с посто янным средним эффективным давлением 1,18 МН/м2 при К = 2 (коэффициент приспособляемости Кп = 2) диапазон по расходу воздуха был равен бд = 39,4%. Диапазон работы нерегулируе мого компрессора этого двигателя был равен èK = 13,8%, т. е. не обеспечивал работу двигателя в заданном интервале измене ния режимов. Работа двигателя в заданном интервале измене ния режимов была обеспечена применением регулируемого ком-
196
прессора, имевшего поворотные лопатки диффузора в интервале 13—21°. Диапазон работы компрессора при этом был увеличен до 60,4%.
Изменение расхода воздуха вызывает соответствующее из менение расхода газа, а следовательно, и теплоперепада в тур бине агрегата наддува. Чтобы обеспечить заданные условиями эксплуатации режимы совместной работы двигателя и агрегата наддува по давлению и количеству подаваемого воздуха, появ ляется необходимость в регулировании турбины, т. е. в принуди тельном изменении проходных сечений ее проточной части (обыч но соплового аппарата).
Из уравнения (114) сечение сопел турбины
Ргг/(%)Щ%)Й
Рабочий диапазон турбины 6т удобно выразить через отно шение площади сопл на режиме номинальной мощности fіпом к площади сопл на режиме максимального крутящего момента /м. Это отношение определяется параметрами газа перед турби ной, которые необходимы для обеспечения указанных режимов работы двигателя:
г = |
(152) |
При работе двигателя ЧН 30/38 с постоянным средним эф фективным давлением 1,18 МН/м2 и Кп = 2 (коэффициент при способляемости К = 2) рабочий диапазон турбины был равен 6т = 1,82. Это обеспечивалось изменением угла установки соп ловых лопаток в диапазоне аі = 20 -к 38° 30'. Изменение рабоче го диапазона турбины в зависимости от частоты вращения ко ленчатого вала двигателя при этих испытаниях приведено на рис. 124 (крестики — расчетные точки, кружочки — экспери ментальные точки).
Регулированием турбокомпрессора удается значительно уве личить запас крутящего момента двигателя, расширить диапазон его эксплуатационных режимов. Так на двигателе 6ЧН 15/18
вЦНИДИ был достигнут коэффициент приспособляемости К =
=3,6 при Кп = 2, а на двигателе ЧН 30/38 К= 2 при постоян
ном среднем эффективном давлении 1,18 МН/м2 (Км = 1 ). Регу лирование турбокомпрессора позволяет решать и другие вопро сы, связанные с обеспечением основных технико-экономических показателей двигателей, как, например, обеспечение работы с пе ременным по величине противодавлением на выпуске, заданных значений мощности в условиях значительного колебания давле ния и температуры окружающей среды, приемистости и др.
197
РЕГУЛИРОВАНИЕ КОМПРЕССОРОВ
Регулирование компрессоров, применяемых в комбинирован ных двигателях, можно разделить на дроссельное, количествен ное и регулирование с помощью перепуска воздуха.
Дроссельное |
регулирование основано |
на |
уменьшении |
коли |
||||||||||
чества всасываемого воздуха |
созданием |
искусственного |
сопро |
|||||||||||
тивления на всасывании |
(или нагнетании). Применительно к ус |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ловиям работы копрессора |
в си |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
стеме воздухоснабжения двигате |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ля |
дроссельное |
регулирование |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
возможно для |
ограничения |
|
дав |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ления наддува при работе при но |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
минальной |
частоте вращения ко |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ленчатого |
вала. |
При |
переходе |
||||
|
|
|
|
|
|
|
с режима |
реІПах |
(точка |
А |
на |
|||
|
|
|
|
|
|
|
рис. 125) на номинальный режим |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
(точка Б) |
с увеличением частоты |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
вращения коленчатого вала р-езко |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
возрастают частота вращения ро |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
тора и давление наддува. Дроссе |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
лированием можно снизить |
|
дав |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ление наддува |
и, |
как |
следствие |
||||
|
|
|
|
|
|
|
этого, давление перед турбиной и |
|||||||
Рис. |
125. |
Изменение |
режима |
сов |
частоту вращения |
ротора. |
В ре |
|||||||
местной |
работы |
компрессора |
тур |
зультате |
установится новый |
ре |
||||||||
бокомпрессора |
и двигателя |
при |
жим совместной работы на номи |
|||||||||||
дроссельном регулировании: |
нальной частоте вращения колен |
|||||||||||||
/ — |
гидравлическая |
характеристика |
чатого вала — точка Б'. Темпера |
|||||||||||
при |
п = |
0,7; |
2 — |
то |
же, при п |
— 1; |
||||||||
3—то же, без |
|
|
( ^6mах |
тура |
выпускных |
газов при этом |
||||||||
регулирован”ИЯ^" ' - |
|
может несколько возрасти, но на |
||||||||||||
1,22); 4 — |
то же, при дроссельном |
пряженность |
двигателя |
и турбо |
||||||||||
|
|
регулировании |
|
компрессора |
будет заметно |
сни |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
жена. Дросселирование на нагне тании оказывает большее влияние на положение расходной точ ки, чем дросселирование на входе. Для преодоления создаваемо го при дросселировании сопротивления непроизводительно затра чивается работа турбины, вследствие чего снижается к. п. д. ТК, поэтому регулирование компрессора ТК дросселированием сле дует применять в комбинированных двигателях с невысокими значениями коэффициента приспособляемости.
Количественное регулирование основано на изменении про ходных сечений лопаточных аппаратов компрессора в соответст вии с необходимым изменением расхода воздуха. Известны не сколько способов изменения проходных сечений лопаточных ап паратов компрессоров.
198
Теоретический напор компрессора с радиальными лопатками
где р — коэффициент |
^теор |
|
^Іср^імср’ |
(153) |
|
|
циркуляции |
компрессора; |
Піср и Ыг — |
||
окружные скорости соответственно |
на |
среднем |
и наружном |
||
диаметрах колеса компрессора |
(рис. 126); Си, ср — окружная со |
||||
ставляющая скорости |
воздуха |
на |
входе |
в колесо |
на среднем |
диаметре (закручивание потока).
регулируемым входным направ ляющим аппаратом:
а |
— |
проточная часть компрессора; |
||||
б |
— |
треугольники |
скоростей |
на |
||
среднем |
диаметре |
входа |
в колесо |
|||
при |
различных положениях |
лопаток |
||||
входного |
направляющего |
аппарата |
Рис. 127. Характеристики компрессора при регулировании лопатками входно
= |
го |
направляющего аппарата: |
— |
||
штриховые линии — cti = 58°; о |
— <х,\ |
||||
cti |
60°; |
X |
— ссі = 77°; сплошные |
линии |
— |
= 90°; |
штрихпунктирные линии |
— Ct\ |
= |
||
|
|
- |
103°; • — а х = 114° |
|
|
Из уравнения (190) следует, что при закручивании потока в направлении вращения теоретический напор будет меньше, а при закручивании потока против вращения — больше, чем для случая, когда сiUcp = 0. Это положение используется в компрес сорах, регулируемых поворотными лопатками ВНА.
199
На рис. 127 представлены характеристики компрессора, когда регулирование его осуществляется поворотными лопатками вход ного направляющего аппарата. При отсутствии закручивания потока (аі = 90°) рабочий диапазон компрессора был равен 47%. Регулирование компрессора поворотом лопаток входного направ ляющего аппарата позволило увеличить суммарный диапазон до 90,3%. Диапазон расширился в основном при углах си <90° из-за сдвига границы помпажа в сторону меньших расходов. По сравнению с режимом без закручивания на 7—8% уменьшилась
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
степень повышения давления и |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
на 4—5% ■— к. п. д. компрес |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сора. |
Снижение |
напора |
и |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
к. п. д. объясняется уменьше |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
нием работы, которую сообща |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ли |
воздуху лопатки |
колеса, |
а |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
также |
нарушением |
структуры |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
потока в проточной части ком |
|||||||
Рис. |
128. Конструктивная схема вход |
прессора |
вследствие |
работы |
|||||||||||
при нерасчетных расходах воз |
|||||||||||||||
потока против вращения (си > |
|||||||||||||||
ного направляющего |
аппарата |
с по |
духа. |
В |
случае |
закручивания |
|||||||||
зубчатыйворотными лопатками: |
|
|
некоторое |
повышение |
напора, |
||||||||||
1 — роликоподшипник; 2 |
— лимб; |
3 |
— |
> 90°) |
вначале |
наблюдается |
|||||||||
|
6 |
венец; 4 — рычаг; 5 — втулка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
— |
поворотная |
лопатка |
|
|
а при увеличении угла установ |
|||||||||
ки лопаток |
|
|
|
|
|||||||||||
до ■ои = Ю5° понижение |
адиабатического |
к. п. д. |
|||||||||||||
и коэффициента напора Яад. |
Одной из причин этого снижения, |
как показали расчеты, является рост числа Маха в относитель ном движении на входе до Мш, = 0,95, что находится на границе его допустимых значений. Исследования стационарных компрес соров также показывают, что возможности сдвига характеристик закручиванием потока против вращения меньше, чем закручива нием по вращению. В связи с этим проектанту в качестве рас четного следует выбирать режим, близкий по производительно сти к максимальному [Gpa 0 4 (0,9 ч- 0,95) Gmax]-
Регулирование компрессора поворотом лопаток входного на правляющего аппарата нашло применение в агрегатах наддува поршневых авиадвигателей (в случае привода этих агрегатов от
коленчатого вала). В опытных |
двигателях типа ДН 23/30, |
ЧН 30/38 применялись входные |
направляющие аппараты как |
с неподвижными лопатками, так и с регулируемыми поворотны ми. Конструктивная схема одного из аппаратов с поворотными лопатками приведена на рис. 128. Входные направляющие аппа раты с поворотными лопатками используются в некоторых агре гатах наддува двигателей транспортного назначения [30].
Другой разновидностью количественного регулирования яв
ляется изменение проходных сечений лопаточного |
диффузора |
компрессора. Расход воздуха через диффузор |
|
G = пО ф ъсг sin а3р3. |
(154) |
200