И турбокомпрессора

Особые случаи согласования работы поршневого двигателя

На совместную работу двигателя и компрессора существенное влияние оказывают колебания давления воздуха во впускном трубопроводе, приводящие к соответствующим изменениям расхода в течение цикла. На интенсивность этих колебаний влияют следующие факторы:

• количество цилиндров, подсоединенных к впускному трубопроводу (выходу из компрессора);

• объем впускной системы (трубопровод, каналы в крышке цилиндров и т.п.);

• параметры механизма газораспределения: время-сечение клапана, фазы и продолжительность открытия органов впуска, отсутствие перекрытия впусков свежего заряда в цилиндры;

• характеристики компрессора (степень повышения давления, , КПД, , частота вращения ротора компрессора, );

• наличие устройств для регулирования давления наддува;

• скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя.

Очевидно, только при соответствующем согласовании этих факторов, влияющих на расход воздуха, обеспечивается наиболее эффективная работа двигателя и турбокомпрессора.

При осуществлении цикла наибольшее влияние на колебательные процессы во впускной системе двигателя оказывают уменьшение объема впускной системы и количества, подсоединенных к ней цилиндров. Использование в этом случае при совмещении гидравлических характеристик двигателя и компрессора средних за цикл значений изменяющихся факторов может привести к получению недостоверных результатов. В частности, согласование по средним значениям и в двухцилиндровом двигателе с турбокомпрессором может показать их совместную работу в зоне высоких значений КПД компрессора, а текущие значения точек совместной работы могут выходить за пределы устойчивой работы компрессора, т.е. в зону помпажа, вероятность чего возрастает с уменьшением объема впускного трубопровода. На рис.8.4 приведены траектории перемещения расчетной точки совместной работы дизеля 2ЧН 10,5/12 и турбокомпрессора TD03-06G на характеристике компрессора при двух объемах впускного трубопровода [3]. По сравнению с вариантом без наддува при малом объеме мощность увеличилась только на 9 %. при росте удельного эффективного расхода топлива на 16%, а при большом объеме рост мощности составил 35% при снижении расхода топлива на 8%.

Рис. 8.4.. Траектории перемещения точки совместной работы дизеля и компрессора при объемах впускного трубопровода V_s: ––––––––– 0,91V_h; – – – – – 6,25V_h

Этот пример показывает, что для определения действительного запаса по помпажу по текущим значениям , и , целесообразно использовать при расчете цикла двигателя универсальную характеристику компрессора.

При установившемся режиме работы двигателя мощности компрессора и турбины равны или в развернутом виде , (8.1)

где , и адиабатные теплоперепады в компрессоре и турбине, рассчитанные по средним значениям и .

Вследствие периодичности работы цилиндров, а также открытия и закрытия впускных и выпускных органов, в течение цикла равенство (8.1) выполняться не будет, так как текущие значения будут переменными.

Существенную роль в совместной работе турбины и компрессора при различных и будет играть инерционность ротора, кинетическая энергия которого , в течение цикла изменяется, где момент инерции и угловая скорость ротора турбины. За элементарный промежуток времени ротору турбины от газов передаётся энергия , а на сжатие воздуха в компрессоре затрачивается энергия . Тогда в конце промежутка времени , (8.2)

где - кинетическая энергия ротора турбокомпрессора в начале элементарного промежутка времени. Разделив члены уравнения (8.2) на и обозначив соотношение , получим уравнение, которое используется для определения за элементарный промежуток времени приращения (8.3).

С другой стороны , (8.4)

Таким образом, в уравнении (8.4) неизвестным является отношение

. (8.5)

Это отношение представляет предельный расход воздуха через компрессор при текущих значениях степени повышения давления воздуха , частоты вращения ротора турбокомпрессора и .

Применительно к универсальной характеристике компрессора , (8.6)

где и соответственно расход и КПД на характеристике компрессора в рассматриваемой точке [4, 8].

Рис. 8.5. График зависимости G_к/η_к от G_к при различных p_к в турбокомпрессоре TD03-06G

компрессора (рис. 8.1) показывает, что при с увеличением значения возрастают (рис.8.5). Эта закономерность позволяет сравнением рассчитанного значения (8.5) и значения (8.6) на характеристике определить текущий расход воздуха при , а затем и .

Уточнение запаса по помпажу также целесообразно выполнять при подсоединении к впускному трубопроводу 4 и более цилиндров и неравномерном чередовании впусков.

Дата добавления: 2014-10-17