Основные положения. Принципиальная схема и принцип работы турбокомпрессора (называемого также турбонагнетателем) представлены на рис

Принципиальная схема и принцип работы турбокомпрессора (называемого также турбонагнетателем) представлены на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Принципиальная схема турбонагнетателя. 1 – всасывание атмосферного воздуха, 2 – диффузор, 3 – выпуск наддувочного воздуха, 4 – выпуск газов, 5 – разделительная перегородка, 6 – сопловой аппарат, 7 – впуск в турбину отработавших газов, 8 – колесо турбины (осевой) с лопатками, 9 – колесо компрессора (радиального).

Со стороны 1 происходит всасывание воздуха в компрессор при вращении его колеса с лопатками 9 и перемещение воздуха, благодаря центробежной силе, к периферии рабочего колеса, а затем в диффузор 2 и в коллектор впуска наддувочного воздуха 3. Колесо компрессора размещено на одном валу с колесом турбины, которая и приводит его во вращение. Отработавшие газы из выпускного коллектора двигателя поступают на вход 7 турбины, проходят сопловой аппарат 6 и входят на лопатки турбинного колеса 8, после чего по каналу 4 выходят из турбины. Зона высоких температур, которыми обладают выпускные газы, входящие в турбину, отделена от зоны сравнительно низких температур компрессора разделительной перегородкой 5. Компрессор в данном случае является радиальным, а турбина – осевой.

На рис. 4.2. в изометрии показано, что турбина 1 может быть выполнена радиальной, как и компрессор 8.

Рис. 4.2. Чертёж (изометрия) турбокомпрессора с разрезами для показа внутренних элементов. 1 – турбина (радиальная), 2 – выход отработавших газов, 3 – вход отработавших газов, 4 – вал турбокомпрессора, 5 – диффузор компрессора, 6 – выход сжатого воздуха, 7 – вход воздуха в компрессор, 8 колесо компрессора (радиального).

Вал 4 турбокомпрессора размещён в подшипниках (скольжения или качения), которые имеют соответствующую смазку и охлаждение маслом. Воздух от входа 7 поступает на колесо компрессора 8, проходит диффузор 5 и нагнетается во впускной коллектор 6 двигателя. Газы входят на турбину 1 по коллектору 3, а по каналу 2 выходят из турбины.

Очевидно, что основным узлом турбокомпрессора является его ротор (рис. 4.3.), т. е. узел, содержащий единый вал 4, на котором размещены по его сторонам компрессор 5 и турбина 2 (в данном случае обе лопаточные машины являются радиальными).

Вал ротора 4 размещается в корпусе турбокомпрессора на соответствующих подшипниках 1, один из которых является опорным, а другой опорно - упорным. Упорный подшипник служит для восприятия осевых нагрузок, возникающих при работе турбокомпрессора.

Рис. 4.3. Принципиальная схема ротора турбокомпрессора с радиальными лопаточными машинами. 1 – опорно – упорные подшипники ротора, 2 – турбина, 3 – постели подшипников в корпусе турбокомпрессора, 4 – вал ротора, 5 – компрессор.

На рис. 4.4. показаны три последовательные фазы работы дизеля с турбокомпрессором.

Рис. 4.4. Три последовательные фазы работы турбокомпрессора с четырёхтактным дизелем (А – начало выпуска отработавших газов, Б – конец процесса выпуска ОГ, В – процесс зарядки цилиндра воздухом посла компрессора и холодильника:. 1 – холодильник сжатого воздуха, 2 – фильтр, 3 – всасывание воздуха, 4 – компрессор, 5 – выпуск ОГ из турбины, 6 – турбина, 7 – подвод ОГ к турбине, 8 – выпускные коллектора от других цилиндров, 9 – выпускной клапан, 10 – поршень, 11 – впускной клапан.

В начале процесса выпуска отработавших газов (рис. 4.4.А), когда открывается выпускной клапан 9, отработавшие газы поступают по коллектору 7 к газовой турбине 6, а затем – на выпуск 5. Турбина развивает определённую мощность, которая лишь со сравнительно незначительными механическими потерями в подшипниках ротора, передаётся на компрессор 4. При вращении последнего воздух всасывается через воздушный фильтр 2, входит на лопатки компрессора, сжимается в нём и поступает к воздушному холодильнику 1.

В данном случае впускной клапан 11 дизеля ещё закрыт, т. е. подачи воздуха в цилиндр не происходит. Поршень 10 в такте выпуска движется вверх к ВМТ, выпускной клапан 9 ещё открыт (схема Б). Вблизи ВМТ

открывается впускной клапан 11 и так как давление воздуха превышает давление в цилиндре и выпускной системе, то происходит продувка цилиндра свежим воздушным зарядом для уменьшения количества остаточных газов и для снижения температуры выпускного клапана 9.

Далее выпускной клапан закрывается (схема В), поршень уже движется к НМТ и происходит заполнение цилиндра свежим зарядом. К газовой турбине подводятся отработавшие газы и от других цилиндров по коллекторам 8. На схеме видно, что выпуски от других цилиндров разделены между собой, что делается для сохранения импульса давления выпуска и следовательно повышение мощности газовой турбины.

При необходимости достижения высокого давления наддува (при степени повышения давления более 2,5) применяются двухступенчатые компрессоры. Для достижения более высокого уровня степени повышения давления p_к = р₂/р₁ приходится повышать окружные скорости колёс, что опасно из – за механических нагрузок и технологически сложно. Сейчас в серийно изготавливаемых одноступенчатых компрессорах достигается p_к=3,5 и более. Это позволяет достигнуть среднего эффективного давления в дизеле на уровне 20 – 22 бар. А в перспективе величины достижимого p_к возрастают. Однако, при очень высоких степенях повышения давления приходится включать в систему наддува два последовательно размещённых турбокомпрессора, которые выполняются разных размеров, в связи с разными объёмными расходами воздуха при разных уровнях давления. Стоимость двух одноступенчатых компрессоров соизмерима со стоимостью одного двухступенчатого компрессора, правда, их габариты больше. Два одноступенчатых последовательно расположенных турбокомпрессора лучше компонуются на двигателе, а главное – имеют более широкий рабочий диапазон, чем один двухступенчатый агрегат с одним валом, так как обладают лучшей приспособляемостью. У каждого из них может быть выбрана оптимальная величина отношения окружной скорости к скорости входа воздуха на лопатки.

Дата добавления: 2014-12-26