Наддув, назначение и способы наддува
Наддув цилиндров двигателей может быть либо динамическим, либо осуществляться при помощи специального нагнетателя (компрессора).
Различают три системы наддува при помощи нагнетателей: с приводным компрессором, с газотурбокомпрессором и комбинированную.
Рис. 32. Системы наддува двигателей
Приводной компрессор 1 (рис. 32, а) через повышающую передачу 2 сое-диняют с коленчатым валом 3 двигателя. Для привода газотурбокомпрессора (рис. 32, б) используют энергию отработавших газов, поступающих в газовую турбину 4. Компрессор 1 устанавливают на одном валу с газовой турбиной 4. В случае комбинированной системы (рис. 32,в) первой ступенью является приводной компрессор, а второй — газотурбокомпрессор.
На тракторных и автомобильных дизелях, устанавливаемых на строитель-ные и дорожные машины, чаще всего применяют газотурбинный наддув.
При этом возможны два основных варианта использования энергии:
1. Энергия, потребляемая компрессором, равна энергии, вырабатываемой газовой турбиной. В этом случае газотурбокомпрессор имеет лишь газовую связь с двигателем (рис. 32, б). Такая схема обеспечивает высокие экономические показатели при максимальном упрощении конструкции и поэтому наиболее распространена.
2. Энергия, вырабатываемая газовой турбиной, не равна энергии, потреб-ляемой компрессором. Разница энергии передается от двигателя к газотур-бокомпрессору (или наоборот) за счет применения механической связи рото-ра газотурбокомпрессора с коленчатым валом двигателя, что усложняет кон-струкцию последнего. Такую схему применяют при наддуве двухтактных ди-зелей в тех случаях, когда не удается обеспечить баланса энергий газовой турбины и компрессора, не ухудшая существенно продувку и наполнение цилиндров. Иногда в этих случаях вместо механической связи ротора газотурбокомпрессора с коленчатым валом применяют комбинированную систему наддува (рис. 32,в).
Возможны два варианта подвода газов к газовой турбине: 1) из общего выпускного трубопровода; 2) отдельно от каждого цилиндра или от группы цилиндров, в которой в соответствии с порядком их работы, время между двумя последовательными импульсами давления, образующимися при выпуске газов из цилиндров, оказывается достаточно большим (импульсный наддув).
В первом случае, особенно в двигателях с большим числом цилиндров и высокой частотой вращения, давление газов в выпускном трубопроводе выравнивается, амплитуда колебания давления перед турбиной невелика и процесс подвода газов к турбине можно рассматривать, как происходящий при постоянном давлении. Во втором случае отработавшие газы поступают к газовой турбине с переменным давлением, что позволяет повысить эффективность наддува.
Подвод газов к турбине при постоянном давлении создает повышенные сопротивления в выпускном тракте двигателя по сравнению с выпуском в атмосферу. Это ухудшает очистку цилиндров и уменьшает наполнение их свежим зарядом. При импульсном наддуве после периода выпуска газов из одного цилиндра к началу перекрытия клапанов давление в выпускном тракте резко снижается. В результате этого увеличивается перепад давления между впускным и выпускным трактами, и очистка камер сгорания становится более эффективной. Уменьшается работа, затрачиваемая на выталкивание газов.
По мере увеличения давления наддува рк и роста среднего давления газов в выпускном тракте положительный эффект от применения импульсного наддува снижается, так как импульсы давления сглаживаются. Максимальный эффект в импульсной системе наддува достигают при рк<0,15 МПа, при рк>0,4 МПа применение импульсного наддува уже не дает эффекта.
Следует подчеркнуть, что при определенном сочетании числа и располо-жения цилиндров двигателя для одной объединенной группы цилиндров дав-ление перед турбиной может соответствовать условиям импульсного наддува, а для другой — условиям наддува при постоянном давлении.
В двигателях, устанавливаемых на строительные и дорожные машины, в большинстве случаев применяют импульсные системы наддува. Для дости-жения наибольшего эффекта при импульсном наддуве следует выпускные трубопроводы делать по возможности короткими и меньшего объема.
Основные параметры, характеризующие газотурбокомпрессор: степень повышения давления в компрессоре пк=р'к/р. Применением низкого наддува (до пк= 1,5) можно повысить номинальную мощность двигателя на 20—30% по сравнению с базовой моделью без наддува. Средний наддув (пк=1,5-:-2,2) может обеспечить прирост мощности на 30—45%. Для дальнейшего увеличения мощности применяют высокий наддув (пк>2,2), что сопряжено со значительным ростом тепловой и механической напряженности деталей двигателя.
Частота вращения ротора современных газотурбокомпрессоров составляет 40 000—80 000 об/мин и лимитируется допускаемой величиной окружной скорости диска турбины, которая по условиям прочности не должна превы-шать 250—350 м/с. Кроме этого, по условиям прочности лимитируется и тем-пература газов перед турбиной, которая не должна превышать 600—700° С.
Дата добавления: 2015-10-26; просмотров: 2611;