Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 48

Существующие способы повышения мощности основаны на увеличении количества воздуха, участвующего в процессе сгорания. Этого можно достичь увеличением объема цилиндров (литража), частоты рабочих циклов (числом оборотов в минуту) и плотности воздуха.

Повышение мощности за счет основных параметров цилиндра (диаметра цилиндра и хода поршня) связано с увеличением габаритных размеров и массы дизеля. Обычно ход поршня возрастает пропорционально диаметру цилиндра. У малооборотных двухтактных, дизелей диаметр цилиндра достиг 1000 мм и общая мощность превысила 68000 кВт (50 000 л. с.) в одном агрегате. При этом мощность двигателя возрастает не пропорционально литражу, тогда как масса двигателя примерно соответствует литражу. Этим и объясняется неприемлемость такого способа повышения мощности двигателей тепловозов, тракторов, автомобилей, быстроходных судов.

Другой путь увеличения литража – применение двигателей с большим числом цилиндров. Тенденция к росту числа цилиндров наблюдается у дизелей разных назначений. На магистральных тепловозах применяют 16-цилиндровые дизели вместо восьми- и шестицилиндровых. На быстроходных судах с подводными крыльями устанавливают 12-цилиндровые дизели М-400 и
М-401. Выпускается 42-цилиндровый звездообразный двигатель 42ЧНСП 16/17 для работы на судах с винтом регулируемого шага мощностью 4888 кВт (3300 л.с.). Фирма «Фиат» (Италия) производит 20 – цилиндровый двигатель С550 мощностью 27200 кВт (20000 л.с), фирмы «Юнайтед–дизель» (Швеция), «Фербенкс–Морзе» (США), МАН (ФРГ) – 18-цилиндровый дизель мощностью 24480 кВт (18000 л.с.). При таком способе повышения мощности расширяется диапазон мощностей дизелей с одинаковом диаметром цилиндра и ходом поршня.

Эффективным способом повышения мощности является увеличение числа оборотов дизеля, т. е. частоты циклов. Увеличение частоты циклов для достижения более высокой производительности – общая тенденция в машиностроении и, в частности, в двигателестроении. Так, например, за последние годы число оборотов в минуту автомобильных двигателей возросло до 5000 тракторных двигателей – до 2200 тепловозных – до 1500, судовых – до 2200.У таких двигателей сохраняются габаритные размеры и масса, незначительно изменяются действующие на детали усилия от давления газов, сохраняется величина крутящего момента, передаваемого на гребной винт или трансмиссию. Вместе с тем, при увеличении числа оборотов возрастает средняя скорость поршня и соответственно скорость воздуха и отработавших газов в органах распределения, вследствие чего снижается коэффициент наполнения. Возрастает удельный, расход топлива результату роста механических и насосных потерь, ухудшается процесс сгорания из-за сокращения отводимого на него промежутка времени, сокращается моторесурс.

Стремление сохранить при повышении числа оборотов дизеля среднюю скорость поршня в допустимых пределах привело к сокращению отношения хода поршня к диаметру цилиндра S/D. Появились короткоходовые дизели, у которых величина этого отношения меньше единицы.

Увеличение мощности дизелей может быть достигнуто при внедрении двухтактного процесса. У таких дизелей число оборотов (100 – 200 об/мин) ограничено большими размерами цилиндров и малым числом оборотов гребного винта, вал которого непосредственно соединен с двигателем.

Наиболее эффективный способ повышения мощности с помощью наддува – принудительной подачи в цилиндры дизелей увеличенного весового заряда воздуха с целью повышения литровой мощности. При этом увеличивается не объем поступающего в дизель воздуха, а его плотность. В цилиндр подается предварительно сжатый в компрессоре воздух, имеющий давление выше атмосферного.

Дизельный двигатель с наддувом можно считать четко согласованной двухступенчатой компаундной установкой. Ступень высокого давления – поршневой двигатель, а низкого давления – газовая турбина, приводимая в движение отработавшими газами.