Файл: Петренко, Е. Я. Некоторые особенности работы автотракторных дизелей в высокогорных условиях.pdf

ского напора нужно иметь впускной трубопровод длиной до 5 х с малым сопротивлением движению воздуха, что усложняет конструкцию двигателя и в значительной ме­ ре ограничивает применение эффективной системы очи­ стки воздуха.

В двигателях с механическим наддувом применяемые агрегаты наддува бывают поршневые, рототивные, цент­ робежные и осевые, которые приводятся в работу от ко­ ленчатого вала двигателя через зубчатую (рис. 2), цеп­ ную или гидравлическую передачу. Агрегат наддува мо­ жет также приводиться в работу от постороннего источ­ ника механической энергии, например от электродвига­ теля.

При механической связи двигателя с нагнетателем при постоянном числе оборотов коленчатого вала двига­ теля нагнетатель подает в цилиндры неизменное количе­ ство воздуха независимо от нагрузки двигателя. Это при­ водит к излишним затратам части мощности двигателя на подачу неиспользуемого воздуха при уменьшении на­ грузки двигателя.

Для увеличения веса воздушного заряда двигателей внутреннего сгорания наиболее широко в настоящее вре­ мя применяется газотурбонаддув. Например, за рубежом около 70% дизелей по мощности выпускаются с газо­ турбинным наддувом. В последнее время и в СССР зна­ чительно возрос выпуск дизельных двигателей с газо­ турбинным наддувом, надежных и экономичных в эк­ сплуатации и долговечных по моторесурсу.

В схему газотурбинного наддува входят (рис. 3): 1 — двигатель; 2 — выхлопной коллектор; 3 — газовая турбина; 4 — компрессор; 5 — нагнетательный коллек­ тор. Газовая турбина и компрессор представляют собой общий агрегат, кинематически не связанный с двига­ телем.

50

Работа газотурбокомпрессора осуществляется сле­ дующим образом. Выхлопные газы из цилиндров двига­ теля по выпускному коллектору поступают в газовую турбину и приводят ротор турбины во вращение. Так как

51

3

«4ÍÍ -

ftU 5

I hr ni:

4-i

/\

О

I

Рис. 3

ротор турбины и ротор компрессора имеют общий вал, то вращение передается ротору компрессора, который, вращаясь с большой скоростью (30000—70000 об/мин.), засасывает из окружающей среды воздух, сжимает его до давления Р„ и по впускному трубопроводу подает в цилиндры двигателя. При сжатии воздуха увеличивается его удельный вес, а следовательно, и весовое количество воздушного заряда, что позволяет соответственно увели­ чить цикловую подачу топлива и за счет этого повысить мощность двигателя.

Применяемые системы газотурбинного наддува бы­ вают с постоянным и переменным давлением газов пе­ ред турбиной .

При газотурбонаддуве с постоянным давлением га­ зов перед турбиной все цилиндры объединены общим выпускным трубопроводом, в котором давление газоз равно средней установившейся величине. При этом те­ ряется часть энергии выхлопных газов.

В системе газотурбонаддува с переменным давлением газов перед турбиной все цилиндры распределены на группы, каждая из которых имеет отдельный выпускной канал, по которому газы подводятся к турбине. Распре­ деление цилиндров на группы производится с таким рас­ четом, чтобы процесс выпуска в цилиндрах одной груп­ пы полностью заканчивался, прежде чем начнется вы­ пуск в другой группе цилиндров. При такой системе га­ зотурбинного наддува давление газов в выпускной си­ стеме изменяется от Рттт до Ргтах, т. е. имеют место так называемые «импульсы», поэтому такая система га­ зотурбинного наддува называется импульсной. При им­ пульсной системе газотурбонаддува кинетическая энер­ гия выхлопных газов используется полнее, чем в системе с постоянным давлением газов перед турбиной.

гз

При импульсной системе наддува четырехцилиндро­ вых дизелей с порядком работы 1—3—4—2 первый н четвертый цилиндры объединены в одну группу, а второй и третий — в другую группу, т. е. в каждой группе ци­ линдров сдвиг фаз составляет 360° угла поворота колен­ чатого вала двигателя. Сопловой аппарат турбины де­ лят на секторы, к каждому из которых подводят выхлоп­ ные газы из соответствующего выхлопного трубопровода.

Для двигателей с шестью и более цилиндрами при­ меняют как импульсную систему наддува, так и систему с постоянным давлением газов перед турбиной.

Газовая связь двигателя с агрегатом наддува по сравнению с механической связью обладает следующими основными преимуществами.

Изменение нагрузки дизеля сопровождается соответ­ ствующим изменением цикловой подачи топлива, поэт»., му изменяются количество и температура выхлопных газов. При газотурбинной системе наддува это приводит к соответственному изменению мощности газовой турби­ ны, а поскольку ротор турбины и ротор компрессора имеют общий вал, то изменение мощности газовой тур­ бины приводит к автоматическому изменению количества воздуха, нагнетаемого в цилиндры двигателя. Таким об­ разом, изменение нагрузки двигателя приводит к соот­ ветственному изменению количества нагнетаемого воз­ духа в цилиндры при неизменной скорости вращения коленчатого вала двигателя, т. е. происходит автоматиче­ ское регулирование производительности турбокомпрес­ сора от нагрузки двигателя.

При одинаковой индикаторной мощности эффектив­ ная мощность двигателя с газотурбонаддувом будет вы­ ше эффективной мощности двигателя с механическим приводом агрегата наддува па величину мощности, за­ трачиваемой на привод нагнетателя. Поэтому мехапиче-

54

ский кпд двигателя с газотурбонаддувом на 4—6% выше механического кпд двигателя с механическим над­ дувом. Некоторое увеличение работы на выталкивание газов из-за наличия газовой турбины мало отражается па эффективной мощности двигателя с газотурбонадду­ вом.

Для улучшения основных показателей автотрактор­ ных дизелей в основном используется импульсная систе­ ма газотурбинного наддува. Увеличение степени импульсности выхлопных газов, наблюдающееся при сни­ жении числа оборотов коленчатого вала двигателя, по­ зволяет несколько повысить давление наддува на ре­ жиме максимального крутящего момента двигателя.

ТУРБОКОМПРЕССОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ НАДДУВА АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Для газотурбонаддува автотракторных дизелей наша промышленность выпускает различные типы газотурбокомпрессоров.

Для наддува тракторных дизелей мощностью от 70

(рис. 4), с которого начинается стандартный ряд турбо­ компрессоров с радиальными турбинами.

Компрессор ТКР-8,5 выполнен с колесом полузакры­ того типа, имеющим 12 радиальных лопаток. Контур лопаток в цилиндрическом сечении колеса компрессора по форме представляет собой параболу, что обеспечивает высокие аэродинамические качества. Колесо компрессора крепится на валу ротора консольно при помощи гайки и шпонки. Диффузор компрессора безлопаточный.

55

Рис. 4

Турбина импульсная, центростремительная с колесом полузакрытого типа. Колесо турбины имеет 16 лопаток, которые в цилиндрических сечениях представляют собой параболы. Колесо турбины изготовлено из жаропрочной стали марки ЭИ-572. Вал ротора изготовлен из стали марки 18ХНВА и соединен с колесом турбины при по­ мощи сварки аустенитными электродами. Сопловой ап­ парат турбины изготовлен из жаропрочной стали путем фрезерования лопаток или отливки по выплавляемым

56

моделям. Корпус турбины отлит из жаропрочного чугуна

споследующей механической обработкой.

Внастоящее время для турбокомпрессора ТКР-8,5 разработано три вида подшипников: качения (шарико­

подшипники 7А201БТ2), скольжения (неподвижные) и скольжения с плавающими втулками. Подшипники ка­ чения устанавливаются п упругие подвески, состоящие из пакета пружинных пластин. В подшипниках скольже­ ния неподвижные и плавающие втулки изготавливаются из фосфористой бронзы ОФ-Ю-1. Зазор между втулкой и валом составляет у подшипников с неподвижной и пла­ вающей втулками 0,06—0,08 мм, а между втулкой и корпусом у подшипников с плавающей втулкой — 0,05— 0,07 мм. Смазка подшипников осуществляется от систе­ мы смазки двигателя. Давление масла, поступающего в турбокомпрессор, равно 1,5—2,0 кг!см2. Охлаждение тур­ бокомпрессора воздушное.

Турбокомпрессор устанавливается на специальный выхлопной коллектор, у которого попарно объединены окна 1—4 и 2—3 цилиндров. Вместо обычного впускного коллектора устанавливается специальный, имеющий не­ сколько больший внутренний объем и наружное оребре-"~ ние. Этим достигается некоторое выравнивание пульса­ ций и понижение температуры наддувочного воздуха.

Турбокомпрессор ТКР-8,5 имеет следующие основные данные:

диаметр колес компрессора и турбины равен 88 мм\ степень повышения давления як колеблется от 1,35

до 1,6;

производительность компрессора при степени повы­ шения давления як=1,4 равна 0,05—0,12 м3/сек\

максимальное число оборотов ротора 50000 об/мин.-, адиабатический кпд компрессора не менее 0,68; мощнсстной кпд турбины не ниже 0,74;

57

Рис. 5

допустимая температура газов перед турбиной при длительной работе 600°С.

Габаритные размеры: длина 235 мм; высота 205 мм; ширина 212 мм. Вес турбокомпрессора 12 кг.

Для наддува дизелей мощностью от 100 до 200 л. с. наша промышленность выпускает турбокомпрессоры ТКР-П (рис. 5).

Компрессор ТКР-П центробежный с безлопаточным диффузором. Корпус компрессора изготовлен из алю­

58

миниевого сплава АЛ4. Колесо компрессора полузакры­ того типа с 12 лопатками.

Турбина импульсная центростремительная. Колесо турбины присоединяется к валу ротора сваркой. Колесо компрессора крепится на валу ротора при помощи шли­ цевого соединения и гайки.

Вал ротора опирается на подшипники скольжения, выполненные в виде длинной втулки из бронзы ОС-10-10, которые запрессованы в средний корпус турбокомпрес­ сора. Смазка подшипников осуществляется от системы смазки двигателя.

Средний корпус турбокомпрессора охлаждается во­ дой от системы охлаждения двигателя.

Турбокомпрессор ТКР-П имеет следующие основные данные:

диаметр колес турбины и компрессора ПО мм; степень повышения давления як=1,4; производительность компрессора при степени повы­

шения давления як=1,4 0,13 м3/сек\ число оборотов ротора 40000 об/мин.,1

адиабатический КПД компрессора не ниже 0,76; мощностной кпд турбины не менее 0,78; допустимая температура газов перед турбиной при

длительной работе 600°С.

Габаритные размеры: длина 275 мм; диаметр 260 мм. Вес турбокомпрессора 18 кг.

Для наддува четырехтактного К-образиого дизеля ЯМЗ-238НБ, устанавливаемого на трактор К-700, Яро­ славский моторный завод изготавливает турбокомпрес­ соры ЯМЗ-238НБ.

Турбокомпрессор ЯМЗ-238НБ состоит из одноступен­ чатого центробежного компрессора и радиальной центро­ стремительной турбины. Основными узлами турбоком­

59

прессора являются корпус подшипников, ротор, корпус компрессора и корпус турбины.

Колеса турбины и компрессора расположены на про­ тивоположных концах вала ротора, консольно но отно­ шению к подшипникам. Рабочее колесо и корпус ком­ прессора изготовлены из алюминиевого сплава. Рабочее колесо турбины изготовлено методом литья по выплав­ ляемым моделям кз жаропрочного сплава, корпус тур­ бины отлит из жаропрочного чугуна, сопловой венец — из жаростойкой стали.

Плавающие подшипники скольжения из бронзы, при­ меняемые в турбокомпрессоре, обеспечивают падежную и долговечную его работу при высоком механическом кпд. Смазка подшипников осуществляется от системы смазки двигателя под давлением 2,0—5,0 кг/см2.

Ротор удерживается от осевого перемещения упор­ ным подшипником, расположенным со стороны компрес­ сора. Установка упорного подшипника в низкотемпера­ турной 'зоне предохраняет возможность заклинивания при тепловых деформациях и обеспечивает необходимую долговечность турбокомпрессора.

На каждом конце вала установлены уплотнительные разрезные кольца из специального чугуна, обеспечиваю­ щие высокое качество уплотнения.

Корпус подшипников принудительно охлаждается во­ дой от системы охлаждения двигателя.

Чтобы -предотвратить попадание посторонних предме­ тов, на входе в компрессорную часть установлена защит­ ная решетка.

Турбокомпрессор ЯМЗ-238НБ имеет следующие ос­ новные данные:

номинальная производительность 0,30 кг/сек; давление наддува 1,5 кг/см2\ номинальные обороты 40000 об/лшн;

60