|
Новичок
Регистрация: 01.11.2009
Адрес: Чебоксары
Возраст: 36
Пол: Мужской
Сообщений: 47
Сказал(а) спасибо: 0
Поблагодарили 0 раз(а) в 0 сообщениях
Вес репутации: 0
|
Re: УСТАНОВКА КОМПРЕССОРА
чет я тут почитал, что написали....запутался сам.....
на 2ом курсе, помню, писал работу по наддуву, сохранилась еще
так вот, для чего собственно это делается, всем понятно - увеличение мощности, делается то же довольно просто - появляется возможность "загнать" в камеру сгорани больше воздуха, соответственно и больше топлива мы можем сжечь, а соответственно и энергия от сгорания будет больше и поршень с большей силой опуститься к нмт...
Значительно повысить мощность двигателей внутреннего сгорания можно с помощью наддува. Наддув бывает принудительным (с помощью компрессора) и газотурбинным или турбонаддув. Наибольшее распространение получил газотурбинный наддув. Преимущества газотурбинного наддува: мощность двигателя возрастает примерно пропорционально степени наддува; КПД двигателя увеличивается на 2…5%; удельный расход топлива снижается на 3…5 г/(кВт*ч).
НАДДУВ
Мощность, которую может развивать двигатель, зависит от массы воздушного заряда (при соответствующей подаче топлива). Если воздух нагнетать в цилиндр под давлением, то масса его будет больше, следовательно, можно будет больше сжечь топлива. Радикальным способом увеличения массового наполнения цилиндров является наддув.
Наддув цилиндров двигателя может быть либо динамическим, либо осуществляться с по-мощью специального нагнетателя (компрессора). Различают три системы наддува с помощью нагнетателей: с приводным компрессором, с турбокомпрессором и комбинированную.
Двухступенчатый наддув может осуществляться двумя последовательно расположенными турбокомпрессорами или приводными компрессорами. Приводной компрессор 1 (рис.1, а) через повышающую передачу 2 соединяют с коленчатым валом 3 двигателя. Для привода турбокомпрессора (рис.1, б) используют энергию отработавших газов, поступающих в газовую турбину 4. Компрессор 1 устанавливается на одном валу с газовой турбиной 4. В случае комбинированной системы (рис.1, в) первой ступенью является приводной компрессор, а второй - турбокомпрессор. Наибольшее применение для наддува получили объемно-роторные (в качестве приводных) и лопаточно-центробежные компрессоры. Газовые турбины чаще всегобывают радиально-осевыми, реже – осевыми.
На тракторных и автомобильных дизелях, устанавливаемых на строительные 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 турбокомпрессор имеет лишь газовую связь с двигателем (рис.1, б). Такая схема обеспечивает высокие экономические показатели при максимальном упрощении конструкции и поэтому наиболее распространены.
2. Энергия, вырабатываемая газовой турбиной, не равна энергии, потребляемой компрессором. Разница энергии передается от двигателя к турбокомпрессору за счет применения механической связи ротора турбокомпрессора с коленчатым валом двигателя, что услож¬няет конструкцию последнего. Такую схему применяют, например, при наддуве двухтактных дизелей в тех случаях, когда не удается обеспечить баланса энергий газовой турбины и компрессора, не ухудшая существенно продувку, наполнение цилиндров, разгонные качества двигателя. Иногда в этих случаях вместо механической связи ротора: турбокомпрессора с коленчатым валом применяют комбиниро¬ванную систему наддува (рис.1, в).
Механическую связь применяют и в случаях, когда необходимо передавать избыточную энергию от газовой турбины к двигателю при высоких давлениях наддува и температурах газов перед турбиной. Механическая связь может быть также использована для улучшения разгонных качеств (приемистости) двигателя за счет передачи энергии ротору турбокомпрессора от колен-чатого вала двигателя на некоторых неустановившихся режимах.
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 при определенных условиях 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 достигается при рк < 0,15 МПа, при рк >0,4 МПа применение импульсного наддува уже не дает эффекта.
В двигателях, устанавливаемых на строительные и дорожные машины, в большинстве слу-чаев применяют импульсные системы наддува. Для достижения наибольшего эффекта при им-пульсном наддуве выпускные трубопроводы делают по возможности короткими и меньшего объема.
На рис.2 в качестве примера показана система импульсного наддува двенадцатицилиндро-вого V-образного дизеля ЯМЗ-240Н, каждый блок цилиндров которого обслуживает один турбо-компрессор. Основные параметры, характеризующие турбокомпрессор, следующие: степень повышения давления в компрессоре 1 πк = =рк/р0, его производительность, равная секундному расходу подаваемого воздуха, GВ. С; частота вращения ротора турбокомпрессора ηТ.К; общий КПД ηТ.К.
Применением низкого наддува (до π ≈ 1,9) можно повысить номинальную мощность двигателя на 20—35% по сравнению с базовой моделью без наддува. Средний наддув (πК = 1,9 ÷ 2,5) может обеспечить прирост мощности на 35—50%. Для дальнейшего увеличения мощности применяют высокий наддув (πК > 2,5), что сопряжено со значительным ростом тепловой и механической напряженности деталей двигателя.
Частота вращения ротора современных турбокомпрессоров составляет 40 000-120 000 мин-1 и лимитируется допускаемым значением окружной скорости диска турбины, которая по услови-ям прочности не должна превышать 250 - 350 м/с. Кроме того, по условиям прочности лимитируется и температура газов перед турбиной, которая не должна превышать 900 - 1000 К.
Общий КПД турбокомпрессоров, представляющий собой произведение КПД нагнетателя ηк и газовой турбины ηт, равен 0,45— 0,60. КПД турбины, достигающий для современных турбин значения 0,75, представляет собой отношение эффективной работы, совершаемой турбиной lет, к работе адиабатного расширения газов в турбине lад.т. Работа адиабатного расширения
формула тутта
где - показатель адиабаты продуктов сгорания; R" - газовая по¬стоянная продуктов сгорания; ТТr, рTr - температура и давление газов перед турбиной; - давление газов после турбины.
Требования, предъявляемые к турбокомпрессору, определяются назначением двигателя. Основной задачей при подборе турбокомпрессоров для транспортных двигателей, в частности двигателей строительных и дорожных машин, является кроме получения заданной номинальной мощности еще и обеспечение возможно более высокого значения крутящего момента в широком диапазоне изменения частот вращения. Турбокомпрессор для двигателя подбирают по его характеристикам.
На рис.3 показаны совмещенные зависимости между степенью повышения давления πК и объемным расходом воздуха двигателя и нагнетателя (компрессора) Vв.с. Прямые линии (при-ближенно пря¬мые) - это линии, соответствующие постоянным частотам вращения двигателя, т. е. нагрузочным характеристикам при различных значениях, п. Линии строятся по соответствующим значениям расхода воздуха двигателя и степени повышения давления нагнетателя, взятым с нагрузочных характеристик двигателя. Здесь же нанесены зависимости πК = f(VB.c) Для различных значений частот вращения ротора турбокомпрессора ηТ.К, а также линии постоянных значений КПД компрессора ηк. Штриховая линия на графике ограничивает зону, в которой устойчивая, без срывов потока в гидравлическом тракте (помпажа), работа компрессора невозможна (зона П). Кривая 1 соответствует внешней скоростной характеристике двигателя.
Как видно, в рассматриваемом случае компрессор работает с достаточно высоким КПД при изменении частоты вращения двигателя в широком диапазоне по внешней скоростной характеристике. В связи с тем, что при низких частотах вращения КПД компрессора падает, для повышения КПД на этих режимах с целью обеспечения хорошего массового наполнения цилиндров двигателя и высокого значения крутящего момента за счет коррекции подачи топлива характеристику компрессора смещают влево, в зону меньших расходов воздуха через двигатель. Это мероприятие, называемое настройкой компрессора на режим максимального крутящего момента и осуществляемое соответствующим профилированием гидравлического тракта компрессора, влечет за собой некоторое снижение его КПД и расхода воздуха на номинальном режиме, однако обеспечивает благоприятную форму внешней скоростной характеристики двигателя в широком диапазоне частоты вращения.
Чтобы еще больше расширить диапазон частот вращения, соответствующих высокому КПД компрессора и хорошему массовому наполнению, повысить значения крутящего момента (коэффициент запаса крутящего момента) и даже обеспечить внешнюю скоростную характеристику постоянной мощности, которой соответствует кривая 2 (рис.3), применяют регулируемый газотурбинный наддув.
Методы регулирования наддува делят на внешние (перепуск части воздуха из компрессора в атмосферу или дросселирование воздуха на входе в компрессор, перепуск части отработав-ших газов, минуя газовую турбину, в атмосферу и др.) и внутренние, связанные с изменением проходных сечений гидравлического тракта турбокомпрессора (управление положением направляющих и диффузорных лопаток компрессора, положением лопаток соплового аппарата газовой турбины и др.). Внешние методы регулирования конструктивно осуществить значительно проще, чем внутренние. Однако последние обеспечивают высококачественное регулирование (поддержание высокого КПД и расхода воздуха турбокомпрессором) в более широком диапазоне изменения режимов работы двигателя. Обычно при низком наддуве применяют внешние методы регулирования, как достаточно эффективные и относительно простые конструктивно, а при среднем и высоком — внутренние.
При наддуве температура воздуха за компрессором повышается. Обычно при среднем и высоком (в том числе двухступенчатом) наддуве осуществляют промежуточное охлаждение воздуха между компрессором и впускным трубопроводом двигателя, Зто способствует улучше-нию массового наполнения цилиндров, повышению мощности и топливной экономичности двигателя, снижению тепловой напряженности его деталей, уменьшению температуры газов перед турбиной.
Воздух можно охлаждать специальными охладителями либо посредством испарительного охлаждения - впрыскивания в воздух легко испаряющихся веществ (спирта, аммиака, воды и др.). Применяют два типа охладителей: воздухо-воздушные и водовоздушные.
Воздухо-воздушный (рис.4, а) охладитель устанавливают перед масляным и водяным радиаторами двигателя. Просасывание атмос¬ферного воздуха через охладитель, осуществляют вентилятором системы охлаждения двигателя. Охлаждаемый воздух движется внутри латунных трубок сердцевины охладителя, аналогичной той, которую применяют обычно в водяных радиаторах.
При водовоздушном охлаждении (рис.4,6) вода с помощью насоса (специаль¬ного либо имеющегося в системе охлаждения двигателя) циркулирует через охладитель и водяной радиатор.
Хотя теплообмен между охлаждаемым воздухом и охлаждающей водой при прочих равных условиях происходит более интенсивно, чем между охлаждаемым и охлаждающим воздухом, в целом воздухо-воздушные; охладители более эффективны, чем водовоздушные, из-за большего перепада температуры между воздухом и охлаждающим реагентом. Эффективность систем охлажде-ния воздуха оценивают коэффициентом эффективности
формула тутта,
где tK — температура воздуха на выходе из компрессора, °С; tK — температура воздуха на выходе из охладителя (на входе в двигатель), °С; t0 — температура окружающего воздуха, °С.
Для воздухо-воздушных охладителей коэффициент эффективности Е = 0,64 ÷ 0,77 в ши-роком диапазоне изменения режимов работы двигателя, а для водовоздушных Е = 0,45 ÷ 0,48.
С целью повышения эффективности охлаждения воздуха при высоком наддуве иногда применяют двухступенчатые системы. Поступающий из турбокомпрессора воздух в начале ох-лаждается в водовоздушном охладителе (I–я ступень), а затем в воздухо-воздушном (II-я сту-пень), которые могут быть изготовлены в едином блоке.
ГАЗОВАЯ ТУРБИНА
В газовой турбине осуществляется преобразование тепловой энергии в механическую. Газовая турбина также относится к числу лопаточных машин и характеризуется высокими скоростями газового потока и высокими окружными скоростями рабочих колес. Газ, попадающий в турбину из цилиндров комбинированного двигателя, имеет повышенные по сравнению с окружающей средой давление и температуру. В турбине потенциальная энергия газа первоначально преобразуется кинетическую энергию потока, а затем в механическую энергию на валу. Как и компрессор, газовая турбина может быть осевой и радиальной. Из радиальных турбин в комбинированных двигателях применяются, как правило, так называемые центростремительные турбины, в которых газ движется радиально от периферии к центру и, совершив поворот на 90°, выходит из турбины в осевом направлении.
На рис.5, а и б приведены схемы осевой и центростремительной турбин. Диск 4, установленный на валу 5, несет решетку рабочих лопаток 3. Перед рабочими лопатками расположена решетка неподвижных лопаток 1, образующих сопловой аппарат турбины, закрепляемый в корпусе 2. Комплект сопловой и рабочей решеток образует ступень. В зависимости от числа ступе-ней осевые турбины бывают одно- и многоступенчатыми.
Газ входит в сопловой аппарат с определенными скорость, давлением и температурой. Лопатки соплового аппарата образуют суживающиеся каналы, в которых происходит расширение газа, в результате чего давление и температура газа падают, а скорость возрастает.
Из соплового аппарата газ попадает в межлопаточные каналы рабочего колеса. При движении через рабочую решетку газ обтекает лопатки, меняя при этом направление движения. Вследствие поворота газового потока, а в большинстве случаев и ускорения его движения воз-никает сила, приложенная к лопаткам; тангенциальная составляющая этой силы создает крутя-щий момент на валу турбины. Появление этой силы связано с наличием разности давлений на вогнутую и выпуклую стороны лопатки, возникающей при обтекании криволинейного профиля высокоскоростным потоком. Давление на вогнутой стороне лопатки больше давления на выпуклой стороне.
В зависимости от распределения общего теплоперепада между сопловой и рабочей решет-ками делятся на активные и реактивные.
В активных турбинах процесс расширения заканчивается в сопловом аппарате, и давле-ние за сопловой решеткой приблизительно равно давлению на выходе из турбины. При этом отсутствует расширение в рабочей решетке, поэтому относительная скорость остается приблизительно неизменной по длине межлопаточного канала.
В реактивных турбинах процесс расширения газа происходит как в сопловой, так и в рабочей решетке. При этом рабочие лопатки, так же как и сопловые, образуют суживающиеся меж-лопаточные каналы, в которых в результате расширения газа относительная скорость увеличива-ется от входа в рабочий канал к выходу из него. Реактивные лопатки характеризуются более вы-соким КПД по сравнению с активными, и, кроме того, отклонение режима работы от расчетного меньше влияет на КПД реактивной турбины. Поэтому в комбинированных двигателях применя-ют преимущественно реактивные турбины.
Осевые турбины могут быть как активными, так и реактивными, а центростремительные - только реактивными, что объясняется необходимостью преодоления поля центробежных сил при движении газа от периферии в радиальном направлении.
В комбинированных двигателях в зависимости от условий компоновки, расхода газа, приходящегося на одну турбину, и других требований применяются как осевые, так и центростремительные турбины. На двигателях малых размеров. Автомобильных и тракторных, устанавливают центростремительные турбины, имеющие при малых расходах газа, как правило, более высокий КПД по сравнению с осевыми турбинами, преимуществa которых выявляются в случае больших расходов газа. Малые центростремительные турбины часто выполняют с
безлопаточным направляющим аппаратом, упрощающим конструкцию. Представляет интерес конструкция, изображенная на рис.6, где вследствие введения вертикальной перегородки 1 преобразователь импульсов получается выполненным в корпусе турбины, имеющей безлопаточный направляющий аппарат.
ТУРБОКОМПЕССОР
Турбокомпрессором называется агрегат, состоящий из компрессора и газовой турбины, рабочие колеса которых сидят на одном валу. Энергия, необходимая для сжатия воздуха компрессором, поступает от газовой турбины.
На большинстве выпускаемых комбинированных двигателей вал с сидящими на нем рабочими колесами компрессора и турбины, называемый ротором, не связан с коленчатым валом двигателя. Необходимым условием работы такого турбокомпрессора, помимо равенства частот вращения турбины и компрессора, является также равенство их эффективных мощностей на лю-бом режиме.
Турбокомпрессоры могут быть выполнены по различным конструктивным схемам, наиболее распространенные из которых приведены на рис.7.
Двухконсольная схема 1 с опорами, расположенными между дисками компрессора и турбины, обеспечивает минимальные габаритные размеры и массу турбокомпpeccopa. По этой схеме строятся преимущественно турбокомпрессоры с центростремительной турбиной. Основной недостаток схемы – невозможность осмотра подшипников без разборки ротора, если корпус не имеет разъема в плоскости оси ротора. Кроме того, интенсивный нагрев подшипников требует их эффект охлаждения, особенно со стороны турбины.
Схема 2 также весьма распространена; в ней колесо компрессора расположено консольно, а опоры ротора находятся по обеим сторонам диска турбины. Такая схема обусловливает ми-нимальные потери на входе в компрессор и общую компактность турбокомпрессора. К недостаткам схемы относится затруднительный доступ к подшипнику компрессора и необходимость разборки ротора при монтаже.
В схеме 3 обеспечивается минимальная температура подшипников при наибольшей компактности. Эту схему часто называют схемой с моноротором, так как колеса компрессора и радиальной турбины непосредственно соприкасаются или представляют собой диск с двусторонним расположением лопаток.Высокая температура диска, вызывает подогрев воздуха в колесе компрессора в процессе сжатия, что увеличивает работу, затрачиваемую на сжатие воздуха, и уменьшает КПД. При такой схеме вал ротора имеет обычно относительно небольшой диаметр, вследствие чего понижается его жесткость. Это затрудняет доводочные работы.
В перечисленных выше схемах в качестве ротора можно применять как подшипники скольжения, так и подшипники качения. Последние имею меньшие потери на трение и меньшую длину, но уступают подшипникам скольжения по долговечности. В связи с этим подшипники скольжения широко используются в отечественных и зарубежных конструкциях турбокомпрес-соров, хотя отдельные фирмы с успехом применяют подшипники качения.
Богатырев А.В. Автомобили – М.: КолосС, 2004.
Вахламов В. К. Автомобили: Основы конструкции: Учеб¬ник для студ. высш. учеб. заведе-ний. - М.: «Академия», 2004.
Стуканов В. А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: Учебное пособие. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004.
одна картинка про охолаждение не полезла, ну и ,понятное дело, регистры одинаковые стали...
__________________
"...чужие деньги не считаю, зачем себя расстраивать, нервы ни к черту стали..."
Карандаш
|
Линейный вид
