Киевская обл., Софиевская Борщаговка, ул. Озерная, д. 36.

тел.: (044) 405-40-59, (067) 750-22-51

тел./факс: (044) 405-32-05

( 0 Голосов ) 

Существует большое разнообразие схемного оформления систем газотурбинного наддува. На рис. 1 приведена наиболее распространенная схема турбопоршневого двигателя с газовой связью.

При работе двигателя отработавшие газы поступают на лопатки газовой турбины, которая приводит во вращение компрессор, подающий сжатый до определенного уровня воздух в двигатель. Такая схема обеспечивает высокий КПД и обладает сравнительной простотой. Конструктивное оформление схемы характеризуется малыми габаритами, а также обеспечивает уменьшение механических потерь. Кроме того, для реализации такой схемы возможно использование уже готовых газотурбонагнетателей.

В то же время, недостатком схемы является худшая приемистость, по сравнению с двигателем без наддува, и худшие пусковые качества (из-за пониженной степени сжатия), меньшие возможности увеличения мощности наддувом, по сравнению с механическим наддувом, недостаточность энергии газов при малых нагрузках. Схема, показанная на рис. 2, отличается от предыдущей наличием приводного компрессора как второй ступени наддува. Т.е. турбина вращает компрессор, который сжимает воздух и подает его на лопатки приводного компрессора, а последний "дожимает" воздух и двигателя его в двигатель. Такая схема обеспечивает получение высокого КПД двигателя, особенно в сравнении с механическим наддувом. Однако недостатки, связанные с ухудшенной приемистостью и плохими пусковыми свойствами, сохраняются.

На рис. 3 представлена схема турбопоршневого двигателя с комбинированной связью (как и в предыдушем случае). 

Однако в данной схеме компрессор с механическим приводом является первой ступенью наддува, а свободный турбокомпрессор обеспечивает вторую ступень повышения давления наддува. В этом случае достигается более высокая приемистость. Кроме того, в данной схеме, как и в предыдущей, обусловлена возможность промежуточного охлаждения воздуха, а это уменьшает мощность, необходимую на сжатие воздуха. Недостатком такого выполнения является более низкий КПД двигателя, чем по предыдущей схеме.

Для обеспечения хорошей приемистости целесообразно применение механической связи поршневого двигателя и лопаточных машин. На рис. 4 приведена схема такого турбопоршневого двигателя. В данном случае и компрессор, и турбина имеют механическую связь с валом двигателя.

Т.е. турбина в данном случае является силовой турбиной, передающей мощность на вал поршневого двигателя. При такой схеме наддува достигается более высокое давление наддува, не зависящее от мощности турбины. Схема обеспечивает полное использование энергии выпускных газов, вне зависимости от давления наддува. Кроме хорошей приемистости реализация такой схемы обеспечивает хорошие пусковые качества двигателя и эффективный газообмен при неустановившихся режимах работы. Недостатком такой схемы является пониженный КПД двигателя, особенно на частичных режимах. Кроме того, при механической связи турбины с валом двигателя нарушается рациональное соотношение окружной скорости рабочего колеса турбины со скоростью истечения газов, а следовательно, снижается КПД турбины.

Другой вариант комбинированного двигателя с механической связью поршневого двигателя и лопаточных машин представлен на рис. 5. Причем связь лопаточных машин с валом поршневой машины может быть выполнена прямой и жесткой или через гидравлическую муфту. Гидравлическая муфта бесступенчато меняет передаточное отношение между двигателем и компрессором, что улучшает характеристики двигателя и его приспособляемость. Достоинством схемы является высокое давление наддува, не зависящее от мощности турбины, полное использование энергии выпускных газов, независимо от давления наддува. Как и в предыдущей схеме, механическая связь обеспечивает хорошие приемистость и пусковые свойства.

В схеме, показанной на рис. 6, механическая связь поршневой машины и лопаточных машин выполнена либо в виде механической передачи параллельно на турбину и компрессор, либо через гидромуфты. 

Такая схема обеспечивает все перечисленные ранее достоинства ДВС с механической связью, однако, ее недостатком является сложность и повышенные габариты. При работе гидромуфт осуществляется теплоотдача в масло. Гидромуфты (первая и вторая) используются для передачи полной мощности газовой турбины и полной мощности компрессора соответственно. Вариант выполнения комбинированного двигателя с механической связью показан на рис. 7.

Здесь применена лишь одна гидромуфта. В данной схеме сохраняются ранее перечисленные достоинства, включая и хороший газообмен при неустановившихся режимах. Как и в ранее приведенных аналогичных схемах, ухудшение экономичности двигателя связано как с наличием механического привода, так и с теплопотерями в масло. 

ДВС может быть выполнен с механической связью и двумя турбинами, причем одна из них является силовой (рис. 8).

Несмотря на наличие силовой турбины, все же тяговая характеристика ДВС в этом случае остается хуже, чем у газотурбинного двигателя. Для повышения мощности силовой турбины делают более ранее открытие выпускных элементов, связанных с силовой газовой турбиной. В этом случае улучшается тяговая характеристика двигателя. Достоинством такой схемы является высокое давление наддува, упрощение компоновки, расположение на двигателе, регулировки.

Объясняется это возможностью изменения передаточного отношения в приводе. Как видно из рисунка, при повышении момента потребителя и следовательно, снижении частоты вращения вала отбора мощности, связанного с водилом 4, снижается скорость обегания сателлитами 2 солнечной шестерни 3 и соответственно повышается частота вращения компрессора, т.е. повышается давление наддува, повышается возможность увеличения вращающего момента двигателя. Благодаря дифференциальному приводу достигается коэффициент приспособляемости более двух. Т.е. почти гиперболическая зависимость вращающего момента двигателя от частоты вращения вала.

Другой вариант дифференциальной связи между элементами ДВС показан на рис. 10. В данном случае силовая турбина перенесена на вал отбора мощности. 

Как и в предыдущем случае, с использованием такой схемы достигается почти гиперболическая зависимость момента, развиваемого двигателем, от частоты вращения вала (т.е. практически идеальная характеристика для двигателя транспортного назначения). Недостаткам всех таких схем является их сложность, громоздкость, механическая напряженность, а также проблемы с пуском. В случаях компоновки по схеме, показанной на рис. 11, поршневая машина выполняет функцию генератора газа (СПГГ), т.е. турбина является силовой или вообще используется как дизель-компрессор. Достоинством схемы являете благоприятное протекание кривой момента в функции от частоты, достижение коэффициента приспособляемости порядка 2,0 и более. Двигатель удобен в эксплуатации и ремонте, не требует тяжелых опор, легко регулируется отключением части СПГГ. В двигателе обеспечиваются высокие давления наддува, но и высокие максимальные давления цикла.

Моторесурс установки повышается. В изготовлении двигатель менее трудоемок. Обеспечивается возможность применения низкосортных альтернативных топлив. Достоинством является также отсутствие гидравлических или электромагнитных муфт.     Недостатками такого выполнения является высокая термонапряженность деталей, сложность организации газообмена и смесеобразования, сложность самодействующих клапанов компрессора, а также сложность синхронизаторов движения поршней.

 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Каталог турбокомпрессоров

Для легковых и грузовых авто

Подробнее

Ждем Вас по адресу:

Киевская обл., Софиевская Борщаговка,

ул. Озерная, д. 36.

тел.: (044) 405-40-59, (067) 750-22-51

тел./факс: (044) 405-32-05

Карта проезда