ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 64
Скачиваний: 0
пеним с этими же величинами при обычном трубопроводе. На режиме максимального крутящего момента r]v«0,94, а рм.п« —1.82, что соответствует повышению этих величии па 10—11%.
Нагрузочные характеристики, снятые с упомянутых выше вариантов трубопроводов, позволили определить их влияние на топливную экономичность.
_ де,г/э.лс.ч
Рис. 20. |
Изменение удель |
|||
ных |
эффективных расхо |
|||
дов топлива в зависи |
||||
мости от среднего эф |
||||
фективного |
давления: |
|||
а — при |
2000 |
об/мин: |
6 — |
|
при |
1600 |
об/мин; / — с |
обыч |
|
ным |
трубопроводом: |
2 — с |
||
объединенным |
длиной |
1,2 м; |
||
3 — со |
спаренными |
трубо |
||
проводами |
длиной 1,2 м |
|||
На рис. 20 представлено изменение эффективных удельных расходов топлива в зависимости от среднего эффективного дав ления при 1600—2000 об/мин.
При 1600 об/мин и рР^ 6 кгс/см2 эффективные удельные расходы топлива при экспериментальных трубопроводах при мерно одинаковы и имеют меньшую величину, чем при обычном трубопроводе, на 1—10 г/л. с-ч. Наибольшая разница относится к режиму максимального крутящего момента (ре = 8,35 кгс/см2). При 2000 об/мин и 4,5 кгс/см2 меньшие удельные расходы топлива получены'при спаренных трубопроводах. При объеди ненном трубопроводе эффективные удельные расходы топлива выше на 1—4 г/л. с-ч. Как и следовало ожидать, судя по ве личинам цт и рм. п, удельные расходы топлива на режиме но минальной мощности (ре=7,25 кгс/см2) при обычном трубо проводе незначительно отличаются от расходов при объединен ном трубопроводе.
Теоретические и экспериментальные исследования подтверж дают эффективность акустического наддува как средства повы шения коэффициента наполнения дизеля и увеличения коэффи циента избытка воздуха. Благодаря этому акустический наддув, особенно в сочетании с увеличением числа клапанов, позволяет получить высокий уровень форсирования дизелей по частоте вращения.
Г л а в а ill
ФОРСИРОВАНИЕ НАДДУВОМ
1. СПОСОБЫ НАДДУВА
Повышение мощности тракторного дизеля , при наддуве осу ществляется путем принудительной подачи в цилиндры увели ченного заряда воздуха. Увеличивают также и цикловую пода чу топлива, однако коэффициент избытка воздуха при этом по вышается. Таким образом, при наддуве увеличиваются количе ство теплоты, введенной в дизель, и доля теплоты, преобразуе мой в эффективную работу. Следовательно, из трех параметров, увеличением любого из которых может быть повышена эффек тивная мощность двигателя: литража Кл, частоты вращения п и среднего эффективного давления ре, связанных для четырех тактных дизелей известной формулой:
при форсировании с помощью наддува увеличивается среднее эффективное давление при неизменном скоростном режиме или незначительном его увеличении.
Существуют различные способы наддува. На рис. 21 приве дены принципиальные схемы таких способов, применяемых в
настоящее время на |
тракторных дизелях. |
При механическом |
наддуве (рис. 21, а) |
привод нагнетателя, |
подающего сжатый |
воздух в цилиндры дизеля, осуществляется механической пере дачей от коленчатого вала. При этом наибольшее распро странение получили нагнетатели объемного типа.
На тракторных дизелях этот способ наддува применяется редко. В качестве примера можно привести английский трак торный дизель «Роллс-Ройс» модели C4SFL с приводным объ емным нагнетателем. Этот четырехцилиндровый рядный дизель с рабочим объемом 8,12 л (диаметр цилиндра 130,2 мм, ход поршня 152,4 мм) развивает мощность 140 л. с. при 1800 об/мин. Дизель имеет среднее эффективное давление 8,62 ктс/см2 и лит ровую мощность 17,2 л. с/л. Удельная масса его составляет 6,9 кг/л. с. Давление наддува при этом равно 1,3—1,4 кгс/см2.
- Установлено, что при механическом наддуве и роторно-ше стеренном нагнетателе не удается поднять давление наддува
41
выше 1,55 кгс/см2, так как при дальнейшем его повышении сни жение плотности заряда из-за роста температур превалирует над получаемым приростом давления наддува.
При механическом наддуве количество подаваемого в ци линдры дизеля воздуха на данной частоте вращения пе зависит от нагрузки. Поэтому при малых цикловых подачах топлива (малые нагрузки) коэффициент избытка воздуха становится
чрезмерно большим. Подача в цилиндры дизеля лишнего воз духа, т. е. не участвующего в процессе сгорания, приводит к резкому уменьшению механического к. п. д.
Поскольку тракторный дизель может длительное время на ряде сельскохозяйственных работ эксплуатироваться на частич ных нагрузках, механический наддув неизбежно приведет к пе рерасходу топлива и обусловит снижение экономичности трак торного агрегата. Это и является основной причиной редкого применения механического наддува на тракторных дизелях. По мимо этого, механический наддув практически не может при меняться для модернизации существующих конструкций дизе лей, поскольку требуется специальный шестеренный привод к нагнетателю от коленчатого вала, т. е. перекомпоновка основ ных механизмов дизеля.
Акустический наддув дизеля (рис. 21,6) описан в предыду щей главе, так как его обычно применяют в сочетании с фор сированием по частоте вращения. В частности, такое комплекс ное решение было использовано при создании форсированного быстроходного дизеля Д-240 (ММ3).
Третий способ — газотурбинный наддув (рис. 21,б) является доминирующим иа тракторных дизелях. Как видно из схемы, наддув при этом осуществляется нагнетателем, приводимым во
вращение от |
газовой |
турбины, работающей на |
выпускных |
газах дизеля. |
Агрегат, |
объединяющий иа одном |
валу нагне |
42
татель и газовую турбину, называется турбонагнетателем или турбокомпрессором.
Газотурбинный наддув обладает рядом преимуществ по сравнению с другими способами наддува:
!. При газотурбинном наддуве за счет отсутствия потерь на механический привод нагнетателя механический к. п. д. дизеля 1]м на 4—6% выше, чем механический к. п. д. при приводном объемном нагнетателе. При этом увеличение эффективной мощ ности дизеля с газотурбинным наддувом по сравнению с уве
личением мощности дизеля с |
надду |
де,г/зл.с.ч , |
||
вом от приводного нагнетателя будет |
||||
|
|
|||
соответствовать разнице между мощ |
|
|
||
ностью, затрачиваемой на привод на |
|
|
||
гнетателя, и мощностью насосных по |
|
|
||
терь вследствие роста противодавле |
|
|
||
ния на выпуске. |
|
|
|
|
2. Газотурбинный наддув обеспечи |
|
|
||
вает улучшение характеристик дизеля. |
|
|
||
Так, при работе по скоростной харак |
|
|
||
теристике изменение давления надду |
|
|
||
ва происходит значительное |
более |
Рис. 22. Удельные расходы |
||
полого, чем при механическом приво |
||||
топлива при работе по на |
||||
де нагнетателя, что обеспечивает луч |
грузочной |
характеристике: |
||
шие показатели на пониженных часто |
I — приводной |
центробежный |
||
тах вращения. По нагрузочной харак |
нагнетатель; |
2 — газотурбинный |
||
наддув |
||||
теристике удельный расход |
топлива |
|
|
|
при мощностях менее номинальной растет при газотурбинном наддуве медленнее, что видно на рис. 22. Указанные преимуще ства объясняются автоматическим изменением давления над дува в зависимости от мощности дизеля при газотурбинном наддуве. При механическом наддуве на каждом скоростном режиме сохраняется неизменное количество подаваемого возду ха, что при понижении мощности приводит к подаче лишнего
неиспользованного воздуха |
и соответствующему |
падению г)м. |
3. Газотурбинный наддув |
осуществить проще, |
чем наддув |
нагнетателем с механическим приводом, так как не требуются сложные приводные редукторы, которые неизбежно вызывают снижение приемистости дизеля из-за большего момента инерции.
При газотурбинном наддуве резкие изменения нагрузки не вызывают запаздывания разгона турбокомпрессора благодаря малому моменту инерции вращающихся масс.
Существует комбинированный способ наддува, при котором сочетают газотурбинный и механический способы наддува, т. е. применяют двухступенчатую систему наддува. В качестве сту лени механического привода применяют нагнетатели поршнево го типа, а второй ступени — обычный турбонагнетатель.
Однако ввиду сложости этой системы, комбинированный над дув па тракторных дизелях практически нс применяют.
43
2. СИСТЕМЫ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА
На тракторных дизелях применяют две системы газотурбин ного наддува — с переменным давлением во впускном трубопро воде и с постоянным давлением. Эти системы различаются кон струкциями впускных трубопроводов.
При системе наддува с постоянным давлением обеспечива ется постоянство давления газов перед турбиной объединением выпускных патрубков отдельных цилиндров в один общий вы пускной коллектор, объем которого па 20—30% превышает объ ем одного цилиндра. При такой конструкции волны давления в трубопроводе становятся столь частыми (благодаря высокой ча стоте импульсов от всех цилиндров), что отдельные волны прак тически сливаются в одну, имеющую определенную длину для данной конструкции впускной системы дизеля. Преимущество системы газотурбинного наддува с постоянным давлением за ключается в простоте конструкции трубопроводов и широкой
возможности выбора места расположения турбонагнетателя на дизеле.
В качестве примера применения системы наддува с постоян ным давлением можно привести дизель трактора «ПитернейшилХарвестер» (модель 4156 выпуска 1969 г.). Это шестицилиндро
вый рядный дизель (DT-429) с длиной хода и диаметром порш |
|
ня 114,3 мм, мощностью 160 л. с. при 2400 об/мин |
(140 л. с. па |
ВОМ). |
давлением |
Системе газотурбинного наддува с постоянным |
|
свойственны значительные потери энергии расширения выпуск ных газов в общем трубопроводе. Вследствие выпуска газов в общий трубопровод при перекрытии клапанов истечение в одном цилиндре влияет па истечение в другом, что ухудшает очистку цилиндров, создает встречные потоки и т. д. В результате эф фективность турбонаддува при постоянном давлении получается пониженной. Из-за отмеченных недостатков система газотурбин ного наддува с постоянным давлением широкого применения на тракторных дизелях не получила.
Доминирующей системой газотурбинного наддува па трак торных дизелях является система импульсного наддува или над дува с переменным давлением газов перед турбиной. При этой системе применяют несколько раздельных выпускных трубопро водов, каждый из которых объединяет определенное число ци линдров дизеля. В основу конструкции выпускного коллектора положен принцип объединения цилиндров, в которых происхо дит неодновременно выпуск газов. При этом выпускные патруб ки от каждой группы объединенных цилиндров подводят1газ к отдельным газоподводящим каналам в корпусе турбины.
В качестве примера на рис. 23 показана типичная схема вы пускного коллектора шестицилиндрового тракторного дизеля с порядком работы 1—3—5—6—2—4. Как видно, при чередую-
щихся тактах выпуска отработавшие газы поступают поочеред но в каждый из двух газоподводящих каналов. При импульсном наддуве отсутствует интерференция волн давлений, что способ ствует лучшей очистке цилиндров при перекрытии клапанов. При этом мощность газовой турбины примерно на 30% больше мощности турбины постоянного давления. За счет этого при
наддува
одинаковом среднем давлении в коллекторе может быть полу чено большее давление наддува. Превышение мощности осо бенно характерно при низком и среднем наддувах (pSi до 1,5 кгс/см-), наиболее широко применяемых на тракторных ди зелях, что обусловлено увеличением кинетической энергии га зов, выходящих с наибольшими скоростями, соответствующими максимальным давлениям в газоотводящих каналах выпускно го коллектора.
По данным Симеона [21], располагаемая работы турбины для системы газотурбинного наддува с постоянным и перемен ным давлениями в коллекторе при условии равенства расхода газа наглядно иллюстрирует рост мощности турбины при им пульсном наддуве. В результате средний эффективный к. п. д. турбины при импульсном наддуве составляет 0,69—0,74, а при постоянном наддуве 0,51—0,55.
Исходя из этого в дальнейшем рассматриваются способы форсирования тракторных дизелей по среднему эффективному давлению системой импульсного газотурбинного наддува (для краткости — турбонаддувом).
45
3. ВЛИЯНИЕ ТУРБОНАДДУВА НА ДИНАМИКУ ТРАКТОРА
Из условий эксплуатации тракторных агрегатов вытекает требование к дизелю, заключающееся в обеспечении хорошей приемистости и достаточной приспособляемости к переменным сопротивлениям, возникающим при выполнении различных сель
скохозяйственных работ. Приемистость дизеля— это |
способ |
ность к быстрому переходу с одного режима па другой, |
т. е. спо |
собность быстро повышать частоту вращения от минимального до максимального значения при увеличении подачи топлива. Приспособляемостью дизеля называют способность преодоле вать возникающее увеличение сопротивления тракторному агре гату без перехода па низшую передачу. От коэффициента при способляемости зависят динамические качества тракторов. Из вестно, однако, что при работе с турбонаддувом приспособляе мость дизеля несколько снижается вследствие сокращения рас хода газа через турбину при падении частоты вращения дизеля на режиме полной подачи топлива. В результате снижения мощ ности турбины уменьшается и давление наддува. Вследствие этого при перегрузке и работе на режиме максимального кру тящего момента снижается коэффициент избытка воздуха и происходит ухудшение процесса сгорания. В связи с этим у оте чественных дизелей без наддува коэффициент приспособляемо
сти составляет |
1,15—1,20, а |
у дизелей с турбопаддувом 1,07— |
|
1,12. В табл. 4 приведены |
коэффициенты приспособляемости |
||
некоторых тракторных дизелей с турбонаддувом [3]. |
|||
|
|
|
Таблица 4 |
Коэффициенты приспособляемости тракторных дизелей с турбонаддувом |
|||
/Марка |
Япппд-наготовитель |
Турбокомпрессор |
Коэффициент |
дизеля |
п рисппсобляемостн |
||
Д-130 |
ч тз |
ТКР-11 |
i , i |
СМД-18 |
«Серп и молот» |
ТК-11 |
1,1—1 ,п |
СМД-7 |
» |
ТКР-8,5 |
1,07—1,09 |
Существует ряд способов улучшения приспособляемости ди зелей с турбопаддувом, например обеспечение необходимой про изводительности турбокомпрессора па режиме максимального крутящего момента перепуском части газов в атмосферу при работе на номинальном режиме, применение регулируемого соп лового аппарата турбины и др.
Существует мнение, что приемистость дизеля с турбопадду вом хуже, чем дизелей без наддува, вследствие отставания раз гона турбокомпрессора от разгона дизеля. Запаздывание разго на турбокомпрессора может привести к уменьшению массы воз душного заряда и переходу на недопустимо пониженные коэф-
46