Виды газотурбинного наддува, преимущества и недостатки. Методы регулирования наддува

35. Виды газотурбинного наддува, преимущества и недостатки. Методы регулирования наддува.

Газовая турбина работает на выпускных газах двигателя, энергия которых используется турбиной для привода компрессора. Газовая связь турбины с двигателем обеспечивает наиболее приемлемую компоновку всего наддувочного агрегата и простоту его конструктивного выполнения.

Комбинированный наддув предусматривает наличие механического привода нагнетателя от двигателя и газовой связи с ним. Например, в схеме, приведенной на рис. 17.1, в, турбокомпрессор, выполняющий роль первой ступени наддува, механически не связан с двигателем, а вторая ступень компрессора является приводной от коленчатого вала двигателя.

В схеме, приведенной на рис. 17.1, г, вал турбокомпрессора механически   связан  с  коленчатым  валом  двигателя. Такая компоновка позволяет при избытке мощности газовой турбины отдавать ее на коленчатый вал двигателя, а при недостатке — отбирать от двигателя. Если мощность газовой турбины и компрессора равна, то энергия не перераспределяется.

Газовые турбины, как и компрессоры, могут быть радиальными и осевыми. В агрегатах газотурбинного наддува применяют оба типа турбин. Однако в большинстве случаев используют радиальные турбины, имеющие некоторые преимущества по сравнению с турбинами осевого типа. Турбокомпрессоры выпускаются двух типов — с осевой и центростремительной турбинами.

Регулирование может быть внешним и внутренним. Внешнее регулирование осуществляется вне ТКР. Это может быть дросселирование воздуха или газа на входе и (или) выходе из компрессора и турбины (дросселирование позволяет ограничить давление наддува, но при этом заметно ухудшается экономичность). Можно настраивать ТКР на номинальный режим работы двигателя, а на малых частотах вращения и нагрузках искусственно подкручивать ротор (ротор — колеса компрессора и турбины, соединенные валом) либо струей масла, подающегося на специальную турбину, либо при помощи электродвигателя, причем вращающиеся элементы электродвигателя могут размещаться непосредственно на валу ТКР. Также можно подкручивать ротор путем подачи топлива и воздуха в дополнительную камеру сгорания перед турбиной (система «Гипербар»). Система «Гипербар» применяется при очень высокой степени форсирования дизеля турбонаддувом, когда для обеспечения прочности приходится значительно снижать степень сжатия. Это делает невозможным пуск и работу двигателя на малых нагрузках без дополнительной камеры сгорания. Все способы подкрутки ротора могут использоваться не только на стационарном режиме работы двигателя, но и для ускорения разгона ТКР и, соответственно, сокращения времени разгона автомобиля. На режимах работы двигателя, где используются такие методы регулирования, ухудшается его экономичность.

Еще один способ внешнего регулирования заключается в настройке ТКР на малую или среднюю частоту вращения и перепуске части газа, минуя турбину, на высоких частотах вращения. Последний способ регулирования (рис. 6.5) применяется наиболее широко. Перепуск газа конструктивно прост, надежен, не приводит к ухудшению экономичности двигателя на режимах, не требующих регулирования (при закрытом перепускном клапане). В то же время при открытии перепускного клапана не удается в полной мере достичь наилучших показателей экономичности, поскольку при этом теряется энергия части ОГ, движущихся в обход турбины.

Потерь энергии газа можно избежать при использовании внутреннего регулирования, основанного на использовании подвижных элементов в проточных частях компрессора и турбины. Наиболее эффективна установка поворотных лопаток в направляющем аппарате турбины (рис. 6.6, а, б). При повороте лопаток из максимально открытого (рис. 6.6, а) в максимально закрытое (рис. 6.6, б) положение сечение А для подвода газа к колесу турбины уменьшается, скорость поступления газа в колесо