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

щего воздуха. Поэтому, стремясь обеспечить на всех высотах одинаковый удельный вес воздушного заряда, равный удельному весу заряда на нулевой высоте, нужно компенсировать падение давления окружающего воздуха путем увеличения давления с;о в агрегате наддува— турбокомпрессоре.

Сравнивая данные таблицы 10 и характеристики тур­ бокомпрессоров, видим, что для компенсации потерь мощности и экономичности в высокогорных условиях ди­ зеля СМД-14, имеющего объемный расход воздуха при номинальном скоростном режиме работы 0 = 0,075 мг1сек, можно использовать турбокомпрессоры ТК.Р-8,5 и

ТКР-11.

При 'использовании турбонаддува для увеличения литровой мощности потребуется увеличить цикловую по­ дачу топлива, в результате чего соответственно увели­ чится часовой расход топлива двигателем. В этом случае для нормального протекания рабочего процесса в ци­ линдрах потребуется обеспечить большие значения удельного веса воздушного заряда, чем при использова­ нии наддува для компенсации потерь мощности и эко­ номичности двигателей в высокогорных условиях.

По изложенной методике можно определить парамет­ ры воздушного заряда и подобрать турбокомпрессор для увеличения литровой мощности дизелей. При этом нуж­ но учитывать, что при использовании турбонаддува для увеличения литровой мощности двигателей необходимо обеспечить некоторое увеличение коэффициента избытка воздуха по сравнению с работой этого двигателя без над­ дува. Это нужно для предотвращения повышения теплонапряженности двигателей, поскольку при увеличении литровой мощности увеличивается цикловая подача топ­ лива, а следовательно, увеличивается и количество теп­ лоты, получаемой в цилиндрах двигателя.

70

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЯ СМД-14 С ГАЗОТУРБОНАДДУВОМ В ВЫСОКОГОРНЫХ

ус л о в и я х

Сцелью проверки принятой методики определения параметров воздушного заряда проводились испытания дизеля СМД-14 с использованием турбокомпрессора

ТКР-8,5 для компенсации потерь мощности и экономич­ ности в реальных высокогорных условиях. В таблице 11 представлены некоторые результаты испытаний этого дизеля, полученные автором на высотах до 3000 м над уровнем моря.

Таблица 11

Результаты испытаний дизеля СМД-14 с использованием турбокомпрессора ТКР-8,5 для сохранения номинальной мощности (ЛГе= 75 л. с.) при работе в высотных условиях

1 Параметры, полученные расчетом.

71

Из этой таблицы видно, что на высотах до 2500 м дизель с турбокомпрессором развивал номинальную эф­ фективную мощность при удельном расходе топлива, равном 197 г/л. с. ч. При этом коэффициент избытка воз­ духа изменялся в пределах а =1,62—1,45, что свидетель­ ствует об удовлетворительном протекании рабочего про­ цесса.

Сравнивая показатели работы дизеля СМД-14, при­ веденные в таблице 3 и 11, видно, что на высоте 1000 м за счет наддува эффективная мощность увеличилась на 2,8%. а удельный расход топлива и температура вы­ хлопных газов понизились соответственно на 2,6 и 16,9%; на отметке 2000 м увеличение мощности составило 11,2% при снижении удельного расхода топлива и температуры выхлопных газов соответственно—на 9,6 и 22,8%; на вы­ соте 3000 м мощность дизеля с наддувом увеличилась на 20,5%, а удельный расход топлива и температура выхлопных -газов снизились соответственно на 26,8 и 6,9%. Таким образом, применение наддува для компен­ сации потерь мощности и экономичности в высокогорных условиях заметно улучшило основные показатели дизеля СМД-14.

Однако при работе дизеля СМД-14 с турбокомпрес­ сором ТКР-8,5 на высотах 2500 и 3000 м несколько воз­ росла (по сравнению с работой без наддува на нулевой высоте) теплонапряженность дизеля, о чем свидетельст­ вует повышение температуры выхлопных газов соответствено на 10 и 19%.

Это можно объяснить следующим. Эффективной мощ­ ности 75 л. с. на высоте 3000 м соответствовала часовая подача топлива 15,1 кг!час, т. е. по сравнению с работой этого дизеля без наддува на нулевой высоте увеличение расхода топлива составило 2%.

72

На высоте 2500 м испытания дизеля проводились при барометрическом давлении 564,5 мм рт. ст. и темпера­ туре окружающего воздуха + 18,6°С. при этом удельный вес окружающего воздуха составлял 0,887 кг,'м3. Если принять удельный вес окружающего воздуха на нулевойвысоте в соответствии с Международной стандартной атмосферой, т. е. при давлении 760 мм рт. ст. и темпера­ туре + 15°С, то на отметке 2500 м снижение удельного веса воздуха составило примерно 27%, а на высоте 3000 м — 30%• Это и привело к уменьшению весового ко­ личества воздуха, участвующего в охлаждении нагретых поверхностей дизеля, в результате чего увеличилась теплонапряженность дизеля на высотах 2500 и 3000 м над уровнем моря.

Таким образом, при работе дизеля СМД-14 с турбо­ компрессором ТКР-8,5 (для компенсации потерь мощ­ ности) на высотах 2500 м и более существующая система охлаждения дизеля не обеспечивает отвод необходимого количества тепла от нагретых деталей двигателя. По­ этому у дизелей СМД-14, предназначенных для работы на высотах 2500 м и более, необходимо улучшить систе­ му охлаждения за счет увеличения охлаждающей по­ верхности радиатора или повышением производитель­ ности вентилятора и водяного насоса.

Проведенные испытания показали, что численные значения параметров наддуваемого воздуха, полученные (табл.10) расчетом по формулам (31), (32), мало чем отличаются от действительных, полученных посредством эксперимента в реальных высокогорных условиях (таб­ лица 11). Поэтому предлагаемая уточненная методика определения параметров наддува дизелей в высокогор­ ных условиях может быть рекомендована для выбора агрегатов наддува дизелей для улучшения их основных показателей в этих условиях.

73

Отклонение действительных значений параметров воздушного заряда от расчетных можно объяснить тем, что в расчете были приняты некоторые допущения, отли­ чающиеся от своих действительных значений:

а) коэффициент избытка воздуха а = 1,5 не изменяет­ ся с высотой;

б) для обеспечения дизелю СМД-14 получения по­ минальной эффективной мощности на высотах до 3000 м при постоянном значении коэффициента избытка воздуха

участвует в процессе горения.

Экспериментами установлено, что турбокомпрессор ТКР-8,5 на высотах до 2000 м обеспечивал подачу воз­ духа в цилиндры дизеля СМД-14 6 = 330—360 кг/час. Поэтому коэффициент избытка воздуха на этих высотах был выше, чем принятый при расчетах.

У двигателей с наддувом, вследствие перекрытия кла­ панов, которое у дизеля СМД-14 составляет 34° угла по­ ворота коленчатого вала, часть воздуха не участвует в процессе герения, а используется на продувку цилиндров, которая улучшает их очистку от продуктов сгорания и благоприятно влияет на протекание процессов смесеоб­ разования и горения. Это позволило дизелю СМД-14 на выботах до 2000 м развивать номинальную эффективную мощность (75 л. с.) с удельным расходом топлива 196— 197 г/л. с. ч. при меньших значениях давления наддува и удельного веса воздушного заряда, чем это предусмат­ ривалось расчетом. При этом температура выхлопных газов была несколько ниже, чем при работе этого дизеля без наддува на нулевой высоте.

На отметке 3000 м дизель с турбокомпрессором так­ же развивал номинальную эффективную мощность, но

74

при этом коэффициент избытка воздуха составлял а = = 1,35. При таком значении а несколько ухудшилось про­ текание процессов смесеобразования и горения, что и привело к увеличению удельного расхода топлива до £е= 201 г/л. с. ч. и повышению температуры выхлопных газов до ¿Г=607°С.

С целью определения пределов повышения литровой мощности дизеля наддува в высокогорных условиях про­ водились испытания дизеля СМД-14 на высотах до 3000 м над уровнем моря (таблица 12). При этих испы­ таниях за оптимальные значения эффективной мощности принимались такие значения, которые соответствовали

Таблица 12

Результаты испытаний дизеля СМД-14 с использованием турбокомпрессора ТКР-8,5 для повышения литровой мощности при §„ = 198 г/л. с. ч. в высокогорных условиях

1 Параметры, полученные расчетом.

75

удельному расходу топлива (де=198 г/л. с. ч.), равному работе дизеля без наддува на номинальном скоростном режиме в обычных условиях. На всех высотах с по­ мощью наддува достигнуто увеличение эффективной мощности дизеля примерно на 18% по сравнению с рабо­ той этого дизеля без наддува с заводскими регулировка­ ми топливной аппаратуры.

При использовании турбопаддува для повышения литровой мощности дизеля с увеличением высоты также снижается мощность, как и при работе без наддува. Но это снижение мощности сопровождается соответствен­ ным снижением часового расхода топлива, в результате чего в высокогорных условиях сохраняется экономич­ ность дизеля с газотурбонаддувом.

Снижение эффективной мощности дизелей с газотур­ бонаддувом в высокогорных условиях можно объяснить влиянием этих условий на параметры, входящие в урав­ нение эффективной мощности и изменяющиеся с вы­ сотой.

Проведенные испытания позволили получить уточнен­ ную формулу коэффициента избытка воздуха быстроход­ ного вихрекамерного дизеля СМД-14 с турбонаддувом

70

Как первое приближение формулу (34) можно ис­ пользовать и для других вихрекамерных дизелей с газотурбонаддувом при работе па высоте до 3000 м над уровнем моря.

С целью обеспечения оптимальных значений коэф­ фициента избытка воздуха по мере увеличения высоты нужно уменьшать часовой расход топлива. Для дизелей с вихрекамерным смесеобразованием при работе на вы­ сотах до 3000 м часовой расход топлива можно опреде­ лить из формулы:

работы дизеля не доводится до предела дымления, хотя имеет место некоторое обогащение рабочей смеси.

Так как мощность газовой турбины турбокомпрессора зависит от количества сжигаемого топлива, то уменьше­ ние расхода топлива приводит к снижению производи­ тельности турбокомпрессора. Приэтомпонижается удельный вес воздушного заряда. Однако удельный вес воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, при газотурбонаддуве значительно выше удельного веса воздуха при работе дизеля без наддува. Это приводит к увели­ чению веса воздушного заряда и улучшению процессов смесеобразования и горения рабочей смеси при турбо­ наддуве.

Наименьшее влияние на эффективную мощность ди­ зеля с газотурбонаддувом в высокогорных условиях ока­ зывает изменение коэффициента наполнения. При испы­ таниях дизеля СМД-14 с турбокомпрессором ТКР-8,5 на высоте 3000 м значение этого коэффициента снизилось примерно на 2% по сравнению с работой на нулевой вы­

77

соте. Это обстоятельство’еще раз подтверждает мнение некоторых ученых о возможности пренебрежения изме­ нением коэффициента наполнения при рассмотрении влияний высокогорных условий на работу быстроходных дизелей с газотурбонаддувом.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДИЗЕЛЕЙ С ГАЗОТУРБОНАДДУВОМ В ВЫСОТНЫХ УСЛОВИЯХ

Оптимальные режимы работы дизелей с газотурбо­ наддувом и неизменным удельным расходом топлива в высокогорных условиях можно определить в такой по­ следовательности.

1. Из заводской характеристики определяются эффе тивная мощность Neo, часовой расход топлива GTо и коэффициент избытка воздуха а0, соответствующие ра­ боте дизеля с наддувом на нулевой высоте.

Если в паспортных данных нет значения коэффициен­ та избытка воздуха, то его можно определить расчетом. Для этого определяется удельный вес воздушного заря­ да дизеля с газотурбонаддувом на нулевой высоте

равная 320—380°К.

Подставив значение удельного веса воздушного за­ ряда в уравнение (26), можно определить значение коэф­

78

фициента избытка воздуха при работе дизеля на нулевой высоте:

14,5 кг, а рабочий объем цилиндров и номинальный ско­ ростной режим работы п берутся из паспортных данных дизеля.

2. Вычисляется оптимальное значение коэффициент избытка воздуха для заданных высотных условий. Для дизелей с вихрекамерным смесеобразованием при работе на высотах до 3000 м его можно определить из формулы:

« , г « о ~ ' П + 0,1-Н],

1р

3. Подсчитывается оптимальный часовой расход топ­ лива дизелем для заданных высотных условий, который для вихрекамерных дизелей при работе на высотах до 3000 м можно определить из формулы:

«и У Р

4. Определить удельный вес воздушного заряда, не­ обходимый для оптимального протекания рабочего про­ цесса в заданных высокогорных условиях:

Ин-0Тн-Ь0 Ы мК О.ОЗ-Ул-и-т]^

79