Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

помпажную характеристику в область меньших расходов. При. максимальных углах из пропускная способность компрессора мо­ жет лимитироваться ВНА. Закручивание потока перед вращаю­ щимся направляющим аппаратом против направления вращения

больших расходов. В свою очередь, лопаточный диффузор может ограничивать, с одной стороны, диапазон работы компрессора вследствие возникновения срывных режимов в его межлопаточ­ ных каналах, а с другой стороны, вследствие «запирания» (при больших углах набегания потока на вогнутую часть лопаток). Поэтому одновременное изменение угла установки лопаток вход­ ного направляющего аппарата и диффузора может привести к расширению диапазона работы компрессора и улучшению его показателей.

Сравнение эффективности регулирования компрессора пово­

При регулировании компрессора только поворотными лопат­

ками ВхНА минимальный расход Gcp = 0,85, степень повышения давления при этом снизилась на 10%, а г|ад и Н *д соответственно

на 6 и 7%. При максимальном расходе Gcp = 1,05, к. п. д. сни­ зился на 7,5%.

При регулировании компрессора только лопатками диффузо­

ра был получен минимальный расход Gcp = 0,84, степень повы­ шения давления и коэффициент напора снизились на 3%, а к. п. д. остался без изменения. Максимальная величина расхода

Gcp = 1,15. Напор и к. п. д. компрессора при этом практически не изменились.

При регулировании одновременным поворотом лопаток вход­

ного направляющего аппарата и диффузора Gcp = 0,79 при сни­ жении лк на 8% и к. п. д. на 3,5%. Максимальная величина рас­

хода составила Gcp = 1,22, к. п. д. компрессора в этом случае не­ сколько снизился по сравнению с к. п. д. при регулировании

только лопатками диффузора.

Из проведенных исследований следует, что регулирование компрессора совместным поворотом лопаток входного направ­ ляющего аппарата и диффузора значительно расширяет его ра­

207

бочий диапазон. Такой способ регулирования может быть реко­

прессор пропорционален высоте канала диффузора b3. Изменяя Ь3 соответственно изменению расхода, можно сохранить неизмен­ ными углы набегания потока на лопатки диффузора. Следова­ тельно, в определенных пределах можно менять положение гра­

турбокомпрессора типа ТК-23, при которых высота канала лопа­ точного диффузора менялась в пределах 0,885—1,0. При степени повышения давления в компрессоре пк = 2,0 граница помпажа сместилась соответственно изменению высоты канала, к. п. д. компрессора не изменился. Результаты опытов согласуются с другими известными исследованиями. В конструкции компрес­ сора с регулированием изменением высоты канала диффузора необходимо принять меры, исключающие чрезмерные потери на удар. Как показывают исследования, этот способ регулирования может быть достаточно эффективен при изменении параметров компрессора в узких пределах.

Регулирование с помощью перепуска воздуха основано на выпуске избыточной части воздуха из полости нагнетания ком­ прессора. Применительно к условиям работы в комбинирован­ ных двигателях регулирование такого типа целесообразно ис­ пользовать для устранения помпажа, ограничения давления воз­

208

духа на впуске и изменения характеристики системы воздухоснабжения перепуском части воздуха на вход в газовую тур­ бину.

При перепуске части воздуха компрессор работает с произ­ водительностью GK, при которой обеспечиваются расчетные уг­ лы набегания потока на лопаточные аппараты. Через двига­ тель же проходит количество воздуха Од = GK — AG. Если пе­ репускаемый воздух направлять в компрессор по касательной к лопатке у периферии входного отверстия в направлении вра­ щения колеса, то можно также расширить диапазон работы ком­ прессора. При направлении этого воздуха в турбину частично используется его энергия и снижается температура газа перед лопатками.

Если давление на входе в двигатель превышает заданное (что характерно при работе на режимах внешней характеристи­ ки с частотой вращения коленчатого вала, близкой к номиналь­ ной), то перепускной клапан открывается, давление понижается. Излишний воздух целесообразно направлять за турбину для эжектирования газов.

Сжатый компрессором воздух при перепуске части его в га­ зовую турбину увеличивает работу газов. В результате можно повысить давление наддува при работе двигателя с малой часто­ той вращения, а также отодвинуть границу помпажа. Эффек­ тивность этой системы регулирования увеличивается с ростом к. п. д. турбокомпрессора. На двигателе 16ЧН 26/26 вследствие применения системы наддува с перепуском воздуха в турбину среднее эффективное давление в цилиндрах при п = 0,7я!ЮМбы­ ло увеличено с 1,2 до 1,58 МН/м2.

Регулирование с помощью перепуска воздуха нашло приме­ нение в некоторых комбинированных автотранспортных двига­ телях.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТУРБИН

В турбинах комбинированных двигателей применяют каче­ ственное, количественное регулирование и регулирование с по­ мощью перепуска газа.

Качественное регулирование осуществляется путем измене­ ния параметров газа перед турбиной. В комбинированных дви­ гателях такой способ регулирования возможен при установке специальной камеры сгорания, в которую подается дополнитель­ ное топливо, или дросселированием газов, поступающих в тур­ бину. Для применения такого регулирования турбины в выпуск­ ных газах двигателя должно содержаться достаточное количе­ ство кислорода для сжигания дополнительного топлива [24].

Дросселирование заслонкой производится за турбиной или перед ней. Если заслонка расположена за турбиной, можно ме­ нять величину противодавления за турбиной и поддерживать

требуемую степень понижения давления газов в турбине. Это позволяет на режимах, близких к режимам номинальной мощ­

Рис. 139. Параметры двигателя при дрос­ сельном регулировании турбины турбо­ компрессора

В центростремительных турбинах с безлопаточным сопловым аппаратом дроссельную заслонку следует устанавливать в газо­ приемной улитке турбины [27].

Несмотря на недостаточно высокую экономичность, дроссель­ ное регулирование нашло применение в некоторых силовых уста­ новках (например, в двигателях ЧН 30/38 [2]).

Количественное регулирование осуществляется изменением проходных сечений турбины. В ступенях турбины, используемых в комбинированных двигателях, расход газа, определяемый про­ ходным сечением соплового аппарата,

где D1 — диаметр ступени турбины.

Из уравнения (155) следует, что расход через турбину может регулироваться путем изменения степени парциальное™ е, утла си выхода потока газа из соплового аппарата и высоты сопло­ вого канала 1\. Это и используется в различных вариантах коли­ чественного регулирования. Количественное регулирование мо­ жет осуществляться ступенчато, как это принято в паротурбостроении, и бесступенчато, что характерно для газотурбостроения. При ступенчатом регулировании меняется или степень

210

парциальное™ турбины е, или высота соплового канала 1\, или угол «I выхода потока из соплового аппарата.

Регулирование изменением степени парциальное™ основано на отключении части соплового аппарата.

На рис. 140 показана одна из схем парциального регулиро­ вания. В этом случае каждую выпускную трубу подводят к от­ дельному сектору соплового аппарата. При малой частоте вра­ щения коленчатого вала двигателя специальным шибером 1 (рис. 140, а) газы из двух или трех труб перед турбиной направ-

Рис. 140. Схемы регулирования турбин турбокомпрес­ сора изменением степени иарциальности

ляют в один трубопровод, из которого они поступают в рабочее колесо турбины через Ѵг или 7з площади соплового аппарата. При этом возрастают частота вращения ротора и давление над­ дува. Для предотвращения помпажа предусмотрено регулирова­ ние компрессора поворотом лопаток входного направляющего аппарата. В многоцилиндровых двигателях при наличии четырех выпускных труб можно создать схему регулирования с четырьмя ступенями и последовательно отключать 25, 50 и 75% площади проходного сечения соплового аппарата. Проведенные исследо­ вания такой системы со степенью парциальности е = 0,5 показа­ ли, что несмотря на падение к. п. д. турбины вследствие парци­ ального подвода в 1,1 —1,2 раза было обеспечено повышение крутящего момента двигателя ДН 23/30 приблизительно в 1,2 ра­ за при п = 0,55п„ом-