Поворот лопаток соплового аппарата на входе в турбину

К этому способу относят турбины с так называемой «изменяемой геометрией». При повороте лопаток соплового аппарата может изменяться характер течения газа в каналах турбины и парциальность его подвода к рабочему колесу. Главной целью при этом является регулирование давления наддува p _к путем изменения работы газов в турбине, которая зависит от их расхода и КПД η_t [9].

Расход газа через турбину, определяемый проходным сечением соплового аппарата описывается уравнением G_t = π D_t2 b_t2 c_t2 ρ_t2 ρ_p sin α₂, (10.4)

где параметры на выходе из соплового аппарата: D_t2, b_t2 – диаметр и высота лопаток; c_t2, ρ_t2 – скорость и плотность газа; ρ_p – степень парциальности турбины; α₂ – угол выхода потока газа. Поворот лопаток СА для регулирования проходных сечений на входе в колесо турбины может осуществляться различными методами, которые обычно сочетаются друг с другом.

Рассмотрим устройство и работу системы поворота лопаток соплового аппарата на входе в турбину на примере турбокомпрессора Multivane VNT [20] (рис. 10.12).

Лопатки поворотного соплового аппарата 3 установлены на входе в турбину 2 из улитки турбины 1. Поворотный сопловой аппарат крепится к корпусу турбины посредством опорной плиты 5. Лопатки поворотного соплового аппарата закреплены на пальцах 7, проходящих через опорную плиту 5. Поворот лопаток осуществляется воздействием регулировочного кольца 8 на поводки 6, закрепленные на пальцах 7 лопаток 3 под опорной плитой 5. На режимах малых частот вращения коленчатого вала (n < 0,4 n_{e nom}) пневматический исполнительный механизм 4 через привод 9 поворачивает регулировочное кольцо 8 посредством поводка 10 таким образом, чтобы лопатки поворотного соплового аппарата 3 приняли положение, при котором сечение горла канала стало минимальным, в результате чего увеличится давление газа перед турбиной и скорость . При увеличении частоты вращения n в диапазоне 0,4 n_{e nom} < n_e < n_{e nom} исполнительный механизм 4 посредством привода механизма лопаток 9 через поводок 10 поворачивает регулировочное кольцо 8 таким образом, чтобы лопатки поворотного соплового аппарата 3 заняли положение, соответствующее текущему скоростному режиму двигателя. При этом обеспечиваются достаточная динамичность ТКР, позволяющая избежать «турбоямы», и практически постоянное давление наддува в диапазоне частот вращения коленчатого вала от режима максимального крутящего момента до режима номинальной мощности. Кроме того, в случае дизелей с турбонаддувом, работа которых предусматривает необходимость поддержания постоянной частоты вращения коленчатого вала, применение поворотного соплового аппарата на входе в турбину позволяет выполнить условие увеличения давления наддува в том же диапазоне скоростных режимов.

Принцип регулирования мощности турбины с помощью поворотного соплового аппарата можно проиллюстрировать рис. 10.13 [34].

Увеличение степени парциальности турбины, достигаемое поворотом лопаток соплового аппарата в положение, соответствующее его минимальному проходному сечению (рис. 10.13.а), приводит к росту сопротивления на входе в турбину и, следовательно, к уменьшению расхода газов. Это способствует повышению давления газов перед турбиной. Одновременно, профилированный лопаточный аппарат обеспечивает такое направление движения газов на входе в колесо турбины, которое позволяет увеличить величину теоретической работы турбины (7.16), и, следовательно, эффективность использования энергии ОГ в целом. При увеличении скоростного режима давление газов в выпускном трубопроводе увеличивается, и мощность турбины возрастает. Для поддержания постоянного давления наддува необходимо увеличить расход газа через турбину с целью обеспечения постоянной степени расширения p _t. Для этого лопатки поворотного соплового аппарата устанавливаются в положение, показанное на рис. 10.13.б. При этом увеличивается проходное сечение соплового аппарата, возрастает расход газов через турбину, а лопатки поворотного соплового аппарата обеспечивают такое направление движения газов на входе в колесо турбины, которое не приводит к чрезмерному возрастанию ее теоретической работы. Описанные особенности влияния поворотного соплового аппарата на работу турбины позволяют обеспечивать приемлемые динамические характеристики комбинированного двигателя при достаточно высоких экологических и экономических показателях силового агрегата благодаря максимально полному использованию энергии ОГ.

Общий вид ТКР Multivane VNT с поворотным сопловым аппаратом на входе в турбину приведен на рис. 10.14 [34].

Дата добавления: 2014-10-17