Комбинированные двигатели

КПД процесса расширения в турбине

По аналогии с компрессором можно провести анализ процесса расширения газа в турбине. Процесс расширения также сопровождается потерями гидравлическими и на трение. Теплота этих потерь является причиной некоторого подогрева газа в процессе расширения. Если турбина многоступенчатая, то этот нагрев является полезным для турбины в целом. В этом состоит одна из причин более высоких численных значений КПД турбин по сравнению с КПД компрессоров.

Температура газа на выходе из турбины T₂ всегда больше, чем температура при его адиабатном расширении T_2ад.

В настоящее время в строительных машинах и на транспорте все большее распространение получают комбинированные двигатели внутреннего сгорания – двигатели, состоящие из поршневой части и компрессионных и расширительных машин. Наиболее компактны и экономичны комбинированные двигатели, в которых продолжение расширения выпускных газов поршневой части осуществляется в газовой турбине, а предварительное сжатие свежего заряда производится в центробежном или осевом компрессоре (последние пока не получили широкого распространения в агрегатах наддува), причем мощность потребителю обычно передается через коленчатый вал поршневой части.

Комбинированный двигатель состоит из поршневой части (поршневой ДВС), газовой турбины и компрессора. Выпускные газы после поршневого двигателя имеют достаточно высокие температуру и давление, достаточные для вращения лопаток рабочего колеса газовой турбины, которая передает крутящий момент компрессору. Компрессор всасывает воздух из атмосферы и нагнетает его в цилиндры поршневого двигателя. Увеличение наполнения цилиндров воздухом путем повышения давления на впуске называют наддувом. При наддуве плотность воздуха повышается и, соответственно, увеличивается масса свежего заряда, заполняющего цилиндры при впуске, по сравнению с двигателями без наддува.

На большинстве выпускаемых комбинированных двигателей ротор с сидящими на нем рабочими колесами компрессора и турбины не связан с коленчатым валом двигателя.

Турбокомпрессором называют агрегат, состоящий из компрессора и газовой турбины, рабочие колеса которых сидят на одном валу. Энергия, необходимая для сжатия воздуха компрессором, поступает от газовой турбины. Необходимым условием работы турбокомпрессора, помимо равенства частот вращения турбины и компрессора, является также равенство их эффективных мощностей на любом режиме работы двигателя. Турбокомпрессоры могут выполняться по различным конструктивным схемам. Одна из наиболее распространенных представлена на рис.6.5.

В приведенной схеме опоры расположены по концам ротор, хотя достаточно часто встречаются схемы с консольным расположением колес компрессора и турбины.

Расход газа через турбину незначительно превышает расход воздуха в компрессоре (на 5-7%), поэтому их можно полагать практически одинаковыми. С учетом того, что

N_к = N_т•h_м,

где h_м – механический КПД турбокомпрессора, составляющий ~ 0.96…0.98,

можно полагать, что удельные работы компрессора и турбины примерно одинаковы, т.е.

Дата добавления: 2013-12-13