Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 49

Увеличение мощности двигателя за счет наддува оценивается по так называемой – степени наддува, являющейся отношением среднего эффективного давления при работе с наддувом к среднему эффективному давлению при работе без наддува. Изменяя степень наддува, можно значительно расширить диапазон мощности дизелей при одних и тех же размерах цилиндра. Известно, что мощность двигателя зависит от количества сгораемого в единицу времени топлива. Увеличение количества воздуха при помощи наддува дает возможность увеличить подачу топлива при сохранении наивыгоднейшего коэффициента избытка воздуха. При наддуве не ухудшается полнота сгорания топлива и ее возрастает чрезмерно тепловая напряженность стенок камеры сгорания двигателя.

В двигателе с наддувом благодаря более высокому давлению в начале сжатия увеличиваются давление в конце сжатия и максимальное давление цикла. Степень сжатия у двигателей с наддувом обычно несколько ниже, чем у двигателей без наддува, что дает возможность снизить конечные давления сжатия и сгорания.

Процесс подачи воздуха в цилиндры двигателя с наддувом осуществляется при помощи компрессоров центробежного, поршневого или объемного типа.

Наибольшее распространение получили турбокомпрессоры центробежного типа (рис. 3.16). Они состоят из газовой радиальной осевой турбины и одноступенчатого центробежного компрессора. Отработавшие в двигателе газы поступают через патрубок . в газовую турбину и приводят ее во вращение. Центробежный компрессор через патрубок всасывает воздух из окружающей среды, сжимает его до заданного давления наддува и подает по всасывающему коллектору к впускным клапанам двигателя.

Турбокомпрессоры изготовляются двух типов: ТКР – Щ центробежным компрессором и радиальной турбиной; ТК – с центробежным компрессором и осевой турбиной. турбокомпрессорьг ТКР рассчитаны для наддува дизелей мощностью от 68 до 1360 кВт (от 50 до 1000 л.с), а турбокомпрессоры ТК – от 408 до40800 кВт: (от 300 до 30 000 л. с). ЩСТ 9658 – 66 включает шесть типоразмеров турбокомпрессоров с радиальными турбинами и шесть с осевыми. В зависимости от степени повышения давления турбокомпрессоры обоих типов выпускаются: трех видов: Н – низкого давления со степенью давления от 1,3 до 1,9; С – среднего давления – от 1,9 до 2,5; В – высокого давления – от 2,5 до 3,5. На рис. 3.17 приведена схема функциональная и индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с наддувом.

Рис. 3.17. Схема функциональная (а) газотурбинного наддува и индикаторная диаграмма (б) четырехтактного дизеля с наддувом:

К – компрессор турбонагнетателя; Т – турбина турбонагнетателя; П – поршень дизеля; Ц – цилиндр; О – охладитель надувного воздуха; Р – ресивер воздуха;
A – фильтр воздушный.

3.9. Действительный цикл четырехтактного ДВС. Степень сжатия

Преобразование тепла в механическую работу при сжигании топлива в двигателях внутреннего сгорания происходит по определенным циклам, рассмотренным выше.

Из анализа теоретических циклов следует, что тепловая экономичность двигателей, определяемая значением термического КПД η_t, в первую очередь характеризуется степенью сжатия в, а также природой рабочего тела; степенью повышения давления λ и степенью предварительного ρ последующего σ расширения.

Термический КПД η_t тепловых циклов двигателей составляет ≈ 0,4 – 0,5.

При построении индикаторных диаграмм теоретических циклов явления, происходящие в цилиндре двигателя, упрощали или вовсе не принимали во внимание. Действительный рабочий процесс связан со многими сложными физико-химическими явлениями, которые не поддаются точному учету.

В действительности работу двигателя оценивают по мощности и удельному расходу топлива, а также по снятым с двигателя индикаторным диаграммам, дающим представление о некоторых явлениях, происходящих в его цилиндре.

На рис. 3.18 показаны индикаторные диаграммы, характеризующие фактические циклы, проходящие в реальных двигателях. Заштрихованные площадки со знаком плюс соответствуют получаемой полезной работе с учетом несовершенства протекания отдельных процессов, и потерь тепла через стенки цилиндра, а заштрихованные площадки со знаком минус – насосным потерям на сопротивление движению газов при впуске и выпуске его.