Крутящего момента

Характеристики желательного протекания

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАДДУВА

В зависимости от назначения двигателя, от потребителя, с которым он работает, к его внешним скоростным и другим характеристикам предъявляются различные требования. Так, известно, что к двигателю транспортной установки предъявляется требование повышенной приёмистости и приспособляемости. Высокие коэффициенты приспособляемости должны быть у двигателей строительных, дорожных машин, особенно различных экскаваторов, грузоподъёмных машин и т. д. К двигателям электрогенераторных установок основное требование – минимальное отклонение частоты вращения при изменении нагрузки и т. д.

На рис. 8.1. показаны желательные характеристики двигателей разного назначения.

Рис. 8.1. Характеристики изменение относительной мощности (Р_е) и относительного момента (Т_tq) для двигателей разных назначений: 1 – судовой, работающий на винт фиксированного шага, 2 – стационарный, 3 – наиболее распространённые характеристики двигателей транспортного назначения, 4 – идеальная транспортная характеристика.

Для двигателя, работающего в составе судового комплекса (двигатель – движитель, т. е., как правило, винт, - корпус судна), нагрузка определяется характеристикой винта данного шагового отношения (винтовая характеристика). Зависимости изменения момента (T_tq) и мощности (Р_е) в функции от частоты вращения (n) при установившихся режимах работы протекают в этом случае по кривым 1– квадратичной и кубической зависимостям от n. При этом от внешней характеристики двигателя как правило не требуется увеличение момента при снижении частоты вращения. Развиваемый при работе на внешней характеристике момент может снижаться со снижением n, что и делается для уменьшение термических нагрузок цилиндро – поршневой группы.

Для установки ДВС – электрогенератор потребная характеристика (2) в идеале представляет собой вертикальную линию – изменение момента и мощности от холостого хода (от нуля) до номинального значения при постоянной частоте вращения.

Для транспортного двигателя (3) от скоростной характеристики момента требуется определённое увеличение развиваемого крутящего момента со снижением частоты вращения, что обеспечивает получение повышенной приспособляемости двигателя и приёмистости. Такое качество характеристики отражается коэффициентом приспособляемости К=T_{tq max}/T_{tq nom} – отношением максимального крутящего момента к его значению при номинальной частоте вращения. При этом, для различных назначений транспортной установки, а особенно для установок типа бульдозеров, экскаваторов и т. д. требования к величине коэффициента приспособляемости возрастают. Считается, что идеальной характеристикой двигателя транспортной установки (установки строительно – дорожной машины и т. д.) является характеристика постоянной мощности в некотором диапазоне снижения частоты вращения. Т. е. характеристика крутящего момента должна иметь вид 4 с возрастанием момента примерно по параболе.

В последние годы возрос интерес к высокому форсированию транспортных дизелей, повышению р_е свыше 2 МПа, повышению коэффициента приспособляемости по моменту до 1,5 при коэффициенте приспособляемости по частоте К_n = 0,5. При этом сохраняется требование высокой топливной экономичности (h_е > 35%), пониженной шумности и токсичности выбросов. Считается желательным не выходить за пределы Р_z выше 15 МПа, температуры ОГ порядка 700⁰С, окружной скорости колёс турбокомпрессоров порядка 550-600 м/с и дымности ОГ не выше 30% по Хартриджу.

Как мы уже отметили ранее, газотурбинный наддув снижает коэффициент приспособляемости. На рис. 8.2. видно, что характеристика двигателя без наддува (кривая 1) имеет больший коэффициент приспособляемости, более широкий диапазон изменения момента без существенного падения его величины, чем двигатель со свободным газотурбинным наддувом (2) (в данном случае при одинаковой абсолютной или относительной мощности).

Рис. 8.2. Законы изменения крутящего момента Т_tq от частоты вращения n, получаемые при различных приводах.

На приведённых графиках обозначено: 1 – внешняя характеристика двигателя без наддува, 2 – с наддувом, 3 – дизель с регулируемым наддувом и механической передачей (регулятор Lugmaster I), 4 – дизель с регулятором Lugmaster II и гидротрансформатором, 5 – дизель с регулятором Lugmaster, 6 – дизель с наддувом и без регулятора Lugmaster, 7 – трёхступенчатый гидротрансформатор, 8 – электродвигатель, 9 – номинальный режим.

Для повышения приспособляемости может быть применён например, регулируемый наддув или наддув с механической передачей между двигателем и турбонагнетателем (кривая 3). При этом, на двигателе необходимо применение системы регулирования как расхода воздуха, так и расхода топлива. Т. е. со снижением частоты вращения (при увеличивающейся нагрузке на двигатель) регулятор обеспечивает увеличение расхода топлива. Его увеличение происходит в соответствии с возрастающим расходом воздуха, который определяется системой регулируемого наддува, приводом турбокомпрессора от вала двигателя и т. д. Применение гидротрансформатора в приводе компрессора в ещё большей степени позволяет увеличивать производительность компрессора со снижением частоты вращения (кривая 4). При этом конечно нужен регулятор, увеличивающий подачу топлива с увеличением расхода воздуха компрессором. Применение трёхступенчатого гидротрансформатора в приводе компрессора (7) с соответствующим регулятором управления топливоподачей обеспечивает приближение скоростной характеристики момента к идеальной, что особенно важно для двигателей экскаваторов и т. п.

На рис. 8.2. для сравнения приведена характеристика электродвигателя (8), которая свидетельствует о более высоких тяговых качествах такого привода потребителя. Известно, что тяговая характеристика газотурбинного двигателя также более благоприятна для транспортной установки.

Таким образом, в зависимости от желательной, потребной характеристики двигателя (что определяется требованиями потребителя) следует выбирать и соответствующую систему наддува. В дальнейшем мы рассмотрим различные особенные системы наддува и оценим их влияние на скоростные характеристики протекания крутящего момента двигателя. Необходимо рассмотреть специальные системы наддува, такие, как система “Максидайн”, система “Гипербар”, система динамического наддува, двухступенчатого наддува и т. д.

Но сначала остановимся на некоторых особенностях наддува двухтактных двигателей, по сравнению с четырёхтактными.

Дата добавления: 2014-12-26