Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

аппарату. В отличие от паровых турбин, где пар непрерывно по­ ступает или к одному, или к нескольким секторам соплового аппарата, в турбинах комбинированных двигателей газ последо­ вательно поступает во все секторы соплового аппарата. В зави­ симости от числа цилиндров, порядка их работы и фаз газорас­ пределения возможно частичное перекрытие процессов поступле­ ния газа, и, следовательно, изменение степени парциалыюсти.

Парциальный подвод газа к отдельным секторам соплового аппарата сопровождается появлением перепада давления по окружности соплового аппарата и утечками газа через зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом, что приводит к снижению к. п. д. турбины и появлению вибрации рабочих ло­ паток. Осевая турбина менее чувствительна к парциальному под­ воду газа, чем центростремительная. Например, по эксперимен­ тальным данным, к. п. д. осевой турбины при степени парциаль­ ное™ 0,5 уменьшается приблизительно в 1,15 раза по сравнению

ск. п. д. при подводе газа ко всему сечению соплового аппарата,

ак. п. д. центростремительной турбины в тех же пределах изме­ нения степени парциальное™ понижается в 1,28 раза.

Вкомбинированных двигателях с импульсной турбиной осу­ ществляется также подвод выпускных газов от отдельных групп цилиндров по разделенным трубопроводам к неразделенному сопловому аппарату. Например, в четырех- и шестицилиндровых комбинированных двигателях для подвода газов используют два трубопровода, присоединенных к двум впускным патрубкам тур­ бины. Так как давление в каждом из них в различные моменты времени не одинаково, то это приводит к перетеканию газа из одного патрубка в другой. Условно можно принять, что в этом случае турбина работает как бы со степенью парциальности_0г5 при различных отношениях напора в одном патрубке к напору

вдругом патрубке.

При раздельном подводе выпускных газов, как и при парци­ альном, происходит уменьшение к. п. д. турбины, но одновре­ менно увеличивается и располагаемая энергия газов перед тур­ биной. Вследствие этого работа турбины при раздельном подводе выпускных газов увеличивается.

Условия работы газовой турбины существенным образом за­ висят от типа связи между турбиной, компрессором и поршневой частью.

Как известно, в настоящее время в комбинированном двига­ теле наиболее широкое распространение получила жесткая связь между турбиной и компрессором в составе турбокомпрессора и газовая связь между последним и поршневой частью. В этом случае частота вращения ротора турбины, равная частоте вра­ щения колеса компрессора, устанавливается соответственно сра­ батываемому в турбине теплоперепаду, зависящему от режима работы двигателя и проходных сечений соплового аппарата и ко­ леса турбины.

18

Окружная скорость колеса турбины, вал которой механиче­ ски связан с валом поршневой части, определяется частотой вращения последнего.

Комбинированный двигатель может работать в широком диа­ пазоне изменения нагрузки и частоты вращения. В связи с этим параметры газа на входе в турбину существенно изменяются. Так как оптимальные условия работы турбины обеспечиваются только на расчетном режиме (выбор которого зависит от требо­ ваний к характеристике и условий работы двигателя), то при работе двигателя на других режимах его показатели ухудшают­ ся и нарушается соответствие между требованиями двигателя, предъявляемыми к турбине, и ее возможностями. Поэтому для обеспечения рациональной совместной работы турбины с двига­ телем в турбинах комбинированных двигателей применяют спе­ циальные регулирующие устройства.

В маломощных центростремительных турбинах широко при- ' меняют безлопаточные направляющие аппараты. В этом случае газ из входного патрубка поступает в улитку и из нее через ; кольцевую камеру на рабочее колесо. Ускорение потока перед | рабочим колесом и заданное его направление обеспечивается вы- і бором соответствующей формы улитки.

Для охлаждения воздуха, поступающего в цилиндры порш­ невой части комбинированного двигателя, используют в основ­ ном поверхностные охладители с водой в качестве охлаждающей жидкости. При проектировании охладителей следует учитывать, что с уменьшением нагрузки двигателя интенсивность охлажде­ ния воздуха должна уменьшаться, а при пуске, на холостом хо­ ду и при работе с малой нагрузкой требуется даже его подогрев. При использовании в качестве охлаждающей жидкости заборт­ ной воды на поверхностях охлаждающих элементов откладыва­ ются соли, ил и т. п. Воздух после компрессоров также может содержать пары или даже капельки масла, которые оседают на охлаждающей поверхности. В результате коэффициент теплооб­ мена существенно уменьшается.

ТРЕБОВАНИЯ К АГРЕГАТАМ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Показатели работы комбинированного двигателя внутренне­ го сгорания в большой степени зависят от работы агрегатов си­ стемы воздухоснабжения. Это относится не только к мощности и экономичности двигателя на номинальном режиме, но также, не в меньшей степени, к изменению мощности и удельного рас­ хода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала или нагрузки двигателя. Немаловажное значение имеют пусковые качества, возможность устойчивой бездымной работы на холостом ходу и на режимах малой нагрузки, а также обес­ печение хорошего качества рабочего процесса на неустановив­

( проходным сечением ее соплового аппарата, должна на рабочих I режимах двигателя обеспечивать прохождение выпускных газов I и получение необходимой мощности турбины при возможно низ- s ком противодавлении на выпуске из двигателя. В случае им­ пульсной турбины важно наиболее полное использование энергии

20

импульса выпускных газов, так как газы при этом обладают наибольшим запасом энергии. Однако импульс давления, под­ ходя к турбине, не полностью проходит в нее, а частично отра­ жается; причем интенсивность отражения зависит не только от соотношения проходных сечений трубопровода, подводящего га­ зы, и соплового аппарата турбины, но также и от амплитуды подходящей волны.

Одним из важных требований к турбине является быстрое изменение ее работы при изменении режима работы двигателя. Это относится к режимам с резким изменением нагрузки.

Охладитель должен обеспечивать охлаждение воздуха до не­ обходимой температуры при минимальной потере его давления и минимальных затратах мощности на циркуляцию охлаждаю­ щего агента.

Кроме специальных требований к агрегатам воздухоснабжения, к ним предъявляются также ряд общих требований, выте­ кающих из общего направления технического прогресса в маши­ ностроении. Эти требования можно сформулировать следующим образом:

высокая эксплуатационная надежность и простота конструк­ ции при долговечности, определяемой назначением комбиниро­ ванного двигателя;

улучшение технико-экономических показателей агрегатов по сравнению с аналогичными показателями серийно выпускаемых агрегатов;

технологичность конструкции; доступность для наблюдения и осмотра; минимальный уровень шума.

Удовлетворение перечисленных выше требований зависит также от правильного выбора расчетного режима. Например, заданное протекание скоростной характеристики транспортного комбинированного двигателя может быть обеспечено соответст­ вующим подбором параметров поршневой части (ее гидравличе­ ской характеристики, условий смесеобразования и т. д.), харак­ теристик топливоподающей аппаратуры и агрегатов системы воздухоснабжения. Практика показывает, что для обеспечения высоких эксплуатационных показателей при подборе параметров и характеристик составных элементов этого двигателя нельзя отдавать предпочтение обеспечению высоких показателей по удельной мощности и экономичности при номинальной частоте вращения. Более важно иметь высокий коэффициент приспособ­ ляемости и высокую топливную экономичность на наиболее веро­ ятных эксплуатационных режимах двигателя.

Вследствие этого, например, для комбинированного двигателя промышленного маневрового тепловоза в качестве основного расчетного режима агрегатов системы воздухоснабжения не может быть выбран режим номинальной мощности (на котором двигатель работает менее 1% времени).

21