Газотурбинный наддув: Газотурбинный наддув на морских судах

Содержание

Газотурбинный наддув на морских судах

Системы газотурбинного наддува делят на группы низкого, среднего и высокого наддува.
Если обозначить давление наддува через Рв, а давление окружающей среды Ра, то в группе низкого наддува степень повышения давления Рв/Ра = 1,3-1,9.

Применение низкого наддува не приводит к конструктивным изменениям дизеля и не влияет существенно на его пусковые качества.

Экономичность дизелей, оборудованных системами низкого наддува, по сравнению с базовыми дизелями без наддува увеличивается в среднем на 7-10%; удельная масса уменьшается в отношении, примерно пропорциональном увеличению их мощности. Системы с низким наддувом получили широкое распространение применительно как к главным двигателям, так и к дизель — генераторам благодаря простоте и достаточной эффективности.

Группа систем среднего наддува (Рв/Ра = 1,9-4-2,5) представляет собой дальнейшее развитие систем низкого наддува; мощность дизеля в этом случае по сравнению с базовой моделью повышается более чем на 50%.

Экономичная работа дизеля достигается при этом лишь при повышенных значениях Рmах, что вызывает необходимость увеличения прочности деталей кривошипно-шатунного механизма.
Группу систем высокого наддува (Рв/Ра = 2,5-4-3,5) применяют в высокооборотных дизелях. В этом случае объектом специального проектирования является не только кривошипно-шатунного механизма , но и система охлаждения дизеля, в котором Рmах может доходить до 15 МПа.
Каждую из указанных групп наддува применяют в соответствии с типом и назначением дизелей. Так, например, малооборотные дизеля с большим ресурсом часто оборудуют системами низкого наддува (Рв/Ра = 1,35-1,5), высокооборотные дизеля с ограниченными показателями по массе и габаритам: системами среднего и высокого наддува (Рв/Ра = 2-3).

Газовая турбина, как и компрессор, может быть осевой или радиальной конструкции. В осевой турбине выпускные газы движутся в осевом направлении вдоль оси ротора, а в центробежной — радиально.

Ввиду отсутствия резких поворотов потока газа осевая турбина имеет более высокий к.п.д., но режим работы осевой турбины должен точно соответствовать расчетному — иначе наблюдается неустойчивая работа потока газа или срыв струи воздуха (помпаж). При наличии помпажа работа турбины недопустима.

Компрессоры центробежного типа, отличающиеся простотой и компактностью конструкции и небольшой массой, обеспечивающей двигатель наддувочным воздухом достаточного давления. Наддувочный воздух сжимается под действием центробежных сил.
Осевые компрессоры для наддува используют редко: для получения высокого давления необходимо применять многоступенчатые осевые компрессоры, что затрудняет их размещение на валу совместно с газовой турбиной. При небольших перепадах давлений могут быть использованы одноступенчатые осевые турбины.

Охлаждение наддувочного воздуха производится с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации турбокомпрессора и увеличения массового заряда воздуха в цилиндрах. Воздух охлаждается в холодильниках различных конструкций: круглотрубчатых, плоскотрубчатых с гофрированными общими пластинами, с поверхностью, выполненной из профильных листов.

Охлаждение наддувочного воздуха на каждые 10 градусов увеличивает массу поступающего в рабочий цилиндр воздуха на 2 — 2,5% и приводит к снижению средней температуры рабочего цикла и теплонапряженности деталей дизеля при повышенном давлении наддува.

Наддув двигателя (двс)

Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е., чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат. Однако самое простое решение – повысить мощность двигателя путем увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции.

Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом в этой ситуации является наддув.

Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный – на пути воздуха находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах – еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном – тогда воздуха в цилиндре “поместится” больше. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

В ДВС применяют три типа наддува:

резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)
механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя
газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение потоком отработавших газов.

У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Содержание статьи

Резонансный наддув

Настраиваемый впускной коллектор

Как уже отмечалось в начале статьи, для лучшего наполнения цилиндра следует поднять давление перед впускным клапаном. Между тем повышенное давление необходимо вовсе не постоянно – достаточно, чтобы оно поднялось в момент закрытия клапана и «догрузило» цилиндр дополнительной порцией воздуха. Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора. Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент.

Теория проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины. При коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах , при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный впускной канал или его подключение. Последний вариант называют еще динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут ускорить течение впускного столба воздуха.

Эффекты наддува, создаваемые за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Для полноты картины отметим, что существует еще инерционный наддув, при котором основным фактором создания избыточного давления перед клапаном является скоростной напор потока во впускном трубопроводе. Дает незначительную прибавку мощности при высоких (больше 140 км/ч) скоростях движения. Используется в основном на мотоциклах.

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора.
Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Механические нагнетатели

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.

Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.

Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors.

Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.

Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «double screw» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку.
Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам.
Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.

Механический наддув

Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере любительского тюнинга.

Интеркулер

При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

Газотурбинный наддув

Турбокомпрессор

К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую экономичность мотора. Естественно, для работы двигателя, мощность которого возросла за счет применения турбонаддува, требуется больше топлива, чем для аналогичного безнаддувного мотора меньшей мощности. Ведь наполнение цилиндров воздухом улучшают, как мы помним, для того, чтобы сжечь в них большее количество топлива. Но массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного ТК, всегда ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува.

Турбонаддув дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем в случае применения “атмосферного” двигателя. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи.

Дизели существенно лучше приспособлены к наддуву вообще, и к турбонаддуву в частности. В отличие от бензиновых моторов, в которых давление наддува ограничивается опасностью возникновения детонации, им такое явление неведомо. Дизель можно наддувать вплоть до достижения предельных механических нагрузок в его механизмах. К тому же отсутствие дросселирования воздуха на впуске и высокая степень сжатия обеспечивают большее давление отработавших газов и их меньшую температуру в сравнении с бензиновыми моторами. В общем, как раз то, что нужно для применения турбокомпрессора. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.

VNT турбокомпрессор

При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» (по-английски “turbo-lag”) — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Вам нужно резко ускориться — вдавливаете педаль газа в пол, а двигатель некоторое время «думает» и лишь потом подхватывает. Объяснение простое — требуется время, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя – и наконец, “пойдет” воздух. Избавиться от указанных недостатков конструкторы пытаются разными способами. В первую очередь, снижением массы вращающихся деталей турбины и компрессора. Ротор современного турбокомпрессора настолько мал, что легко умещается на ладони.

Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Основная сложность при этом- высокая температура отработавших газов. Металлокерамический ротор турбины примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Однако достойно удивления не применение керамики – подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен!

Избавиться от недостатков турбокомпрессора позволяет не только уменьшение инерционности ротора, но и применение дополнительных, иногда довольно сложных схем управления давлением наддува. Основные задачи при этом — уменьшение давления при высоких оборотах двигателя и повышение его при низких. Полностью решить все проблемы можно использованием турбины с изменяемой геометрией (Variable Nozzle Turbine), например, с подвижными (поворотными) лопатками , параметры которой можно менять в широких пределах.

Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува. При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув.

Комбинированные системы

Двухступенчатый наддув

Помимо одиночных систем наддува сейчас часто встречается и двухступенчатый наддув. Первая ступень — приводной компрессор — обеспечивает эффективный наддув на малых оборотах ДВС, а вторая — турбонагнетатель — утилизирует энергию выхлопных газов. После достижения силовым агрегатом достаточных для нормальной работы турбины оборотов, компрессор автоматически выключается, а при их падении вновь вступает в действие.

Ряд производителей устанавливают на свои моторы сразу два турбокомпрессора. Такие системы называют «битурбо» или «твинтурбо». Принципиальной разницы в них нет, за одним лишь исключением. «Битурбо» подразумевает использование разных по диаметру, а следовательно и производительности, турбин. Причем алгоритм их включения может быть как параллельным, так и последовательным (секвентальным). На низких оборотах быстро раскручивается и вступает в работу турбонаддув маленького диаметра, на средних к нему подключается «старший брат».

Таким образом, выравнивается разгонная характеристика автомобиля. Система дорогостоящая, поэтому ее можно встретить на престижных автомобилях, например Maserati или Aston Martin. Основная задача «твинтурбо» заключается не в сглаживании «турбоямы», а в достижении максимальной производительности. При этом используются две одинаковые турбины. Устанавливаются «твин-» и «битурбо» как на V-образные блоки, так и на рядные моторы. Варианты подключения турбин также идентичны системе «битурбо». В чем же смысл? Дело в том, что производительность турбины напрямую зависит от двух ее параметров: диаметра и скорости вращения. Оба показателя весьма капризны. Увеличение диаметра приводит к повышению инерционности и, как следствие, к пресловутой «турбояме». Скорость же турбины ограничивается допустимыми нагрузками на материалы. Поэтому две скромные и менее инерционные турбины могут оказаться эффективнее одной большой.

Газотурбинный наддув — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Газотурбинный наддув

Cтраница 4

Наиболее экономически выгодным является газотурбинный наддув, производимый турбовоздуходувкой или турбокомпрессором. Выпускные газы по газовому каналу улитки подводятся к сопловому аппарату / / турбины. Из соплового аппарата газы с высокой скоростью поступают на рабочие лопатки 10 турбины, вращают ротор 8 и отводятся в атмосферу. Колесо компрессора 4, смонтированное на другом конце ротора, засасывает воздух из атмосферы и подает его через лопаточный диффузор 3 в воздушную улитку. [47]

Наиболее экономически выгодным является газотурбинный наддув, производимый турбовоздуходувкой или — турбокомпрессором. [49]

Мощность дизелей при применении газотурбинного наддува может быть повышена на 50 % и более. Токсичность отработавших газов вследствие протекания процесса при большем коэффициенте а меньшая, чем в дизеле без наддува. При надлежащей отработке конструкций и технологии, применении легированных материалов ресурс дизелей с газотурбинным наддувом может быть доведен до столь же высокого уровня, как п у дизелей без наддува. Стоимость двигателя, отнесенная к единице мощности, при наддуве будет меньшая. Этим определяется большая перспективность применения дизелей с газотурбинным наддувом в автомобильной технике. В то же время при больших преимуществах газотурбинного наддува его использование на автомобильных двигателях связано с преодолением существенных трудностей. [50]

В современных дизелях с газотурбинным наддувом сжатый воздух перед поступлением в цилиндры охлаждается. Без охлаждения наддувочного воздуха литровая мощность дизеля снижается. Температура воздуха за компрессором СПГГ при изменении рк от 2 до 6 ата колеблется в пределах 80 — 210 С. Однако в силовых установках СПГГ-ГТ продувочный воздух не охлаждают. Из уравнений энергетического и теплового балансов видно, что вся полезная работа дизеля расходуется на адиабатное сжатие воздуха в цилиндрах компрессора СПГГ. [51]

В четырехтактном дизеле G газотурбинным наддувом ( рис. 12) отработавшие газы, пройдя выпускной клапан 4, поступают на газовое колесо турбины / и, совершив работу, выбрасываются в атмосферу. [53]

В четырехтактных двигателях с газотурбинным наддувом в отличие от двухтактных запуск двигателя и его работа на малых оборотах возможны благодаря наличию двух насосных ходов у самого рабочего цилиндра. При этом засасывается необходимое количество воздуха и вытесняются продукты сгорания. В двухтактных газомоторных двигателях для наддува применяются дозарядка цилиндра, полный наддув и комбинированный наддув. [55]

Подготавливается производство газомотокомпрессора с газотурбинным наддувом, мощностью 1500 л. с. при 300 об мин. [56]

Следует отметить, что преимущества газотурбинного наддува, как средства форсирования двигателей внутреннего сгорания ( ДВС), широко используются в промышленности. [57]

Было принято решение о применении газотурбинного наддува. [58]

Дизель 6436 / 45 без газотурбинного наддува отличается от дизеля 6ЧН36 / 45 с газотурбинным наддувом отсутствием турбокомпрессора, холодильника наддувочного воздуха и конструкцией некоторых деталей. [59]

Страницы: 1 2 3 4 5

Основные схемы газотурбинного наддува

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.

Механический и газотурбинный наддув воздуха в ДВС

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.

Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.

Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и GeneralMotors. Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.

Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «doublescrew» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку. Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.

Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе. Центробежные нагнетатели страдают аналогичным, хотя и менее заметным инерционным пороком, но есть и еще одна важная особенность. Фактически величина производимого давления пропорциональна квадрату скорости компрессорного колеса. Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере люб ительского тюнинга.

Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува. При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

Газотурбинный наддув

Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от «турбо». Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов.К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую экономичность мотора. Естественно, для работы двигателя, мощность которого возросла за счет применения турбонаддува, требуется больше топлива, чем для аналогичного безнаддувного мотора меньшей мощности. Ведь наполнение цилиндров воздухом улучшают, как мы помним, для того, чтобы сжечь в них большее количество топлива. Но массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного ТК, всегда ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува. Турбонаддув дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем в случае применения «атмосферного» двигателя. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи. Дизели существенно лучше приспособлены к наддуву вообще, и к турбонаддуву в частности. В отличие от бензиновых моторов, в которых давление наддува ограничивается опасностью возникновения детонации, им такое явление неведомо. Дизель можно наддувать вплоть до достижения предельных механических нагрузок в его механизмах. К тому же отсутствие дросселирования воздуха на впуске и высокая степень сжатия обеспечивают большее давление отработавших газов и их меньшую температуру в сравнении с бензиновыми моторами. В общем, как раз то, что нужно для применения турбокомпрессора. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» (по-английски «turbo-lag») — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Вам нужно резко ускориться — вдавливаете педаль газа в пол, а двигатель некоторое время «думает» и лишь потом подхватывает. Объяснение простое — требуется время, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя — и наконец, «пойдет» воздух. Избавиться от указанных недостатков конструкторы пытаются разными способами. В первую очередь, снижением массы вращающихся деталей турбины и компрессора. Ротор современного турбокомпрессора настолько мал, что легко умещается на ладони. Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Основная сложность при этом- высокая температура отработавших газов. Металлокерамический ротор турбины примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Однако достойно удивления не применение керамики — подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен! Избавиться от недостатков турбокомпрессора позволяет не только уменьшение инерционности ротора, но и применение дополнительных, иногда довольно сложных схем управления давлением наддува. Основные задачи при этом — уменьшение давления при высоких оборотах двигателя и повышение его при низких. Полностью решить все проблемы можно использованием турбины с изменяемой геометрией (VariableNozzleTurbine), например, с подвижными (поворотными) лопатками , параметры которой можно менять в широких пределах. Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува. При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув.

Наддув дизелей

На современных мощных четырехтактных и двухтактных дизелях применяется наддув для повышения их мощности и тепловой экономичности. Сущность наддува состоит в том, что воздух в цилиндры дизеля не засасывается из атмосферы, а нагнетается турбокомпрессором или нагнетателем, приводимым от вала двигателя.

Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что одновременно позволяет также подавать в цилиндры и сжигать большее количество топлива, а следовательно, получать при тех же размерах цилиндров и той же частоте вращения вала дизеля большую мощность. Установлено, что мощность дизеля возрастает примерно пропорционально давлению наддувочного воздуха. Таким образом, наддув позволяет почти при тех же размерах и массе двигателя увеличить его мощность в 2-3 раза.

При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что в значительной степени уменьшает воздушный заряд в цилиндре. Поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры. Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3-4 % и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5-2 г/(кВт-ч).

Экономичность дизелей с наддувом повышается вследствие увеличения механического коэффициента полезного действия и дополнительного использования тепла отработавших газов.

Давления сжатия и сгорания в цилиндре также возрастают. Температура же горения и тепловая напряженность дизеля остаются почти неизменными.

Существуют три способа наддува дизелей: нагнетателем, имеющим привод от вала дизеля (механический наддув), газотурбинный и комбинированный.

Механический наддув. Нагнетатель 5 (рис. 13) приводится во вращение через редуктор 6″ от коленчатого вала. Воздух засасывается нагнетателем из атмосферы и через впускной

Рис. 13. Схема наддува дизеля с механическим приводом воздушного нагнетателя:

1 — цилиндр дизеля; 2 — поршень; 3 — клапан выпускной; 4 — клапан впускной; 5 — нагнетатель центробежный, 6 — редуктор клапан 4 нагнетается в цилиндр. Недостаток такого способа наддува состоит в том, что количество подаваемого в цилиндр воздуха зависит от частоты вращения вала дизеля, а не от нагрузки, т. е. подача воздуха в цилиндр при данной частоте вращения вала будет одинакова на холостом ходу и при полной нагрузке. Так осуществляется воздухоснабжение в дизеле 2Д100. Для правильной же организации рабочего процесса дизеля необходимо, чтобы под нагрузкой подавалось воздуха больше, чем на холостом ходу. Это особенно важно для тепловозных двигателей. Кроме того, на привод нагнетателя при этом способе наддува расходуется часть полезной мощности дизеля, поэтому экономичность двигателя повышается мало.

Газотурбинный наддув. В четырехтактном дизеле с газотурбинным наддувом (рис. 14) отработавшие газы, пройдя выпускной клапан 4, поступают на газовое колесо турбины 1 и, совершив работу, выбрасываются в атмосферу. На одном валу с турбиной находится крыльчатка центробежного нагнетателя 2, который забирает воздух из атмосферы, сжимает его до давления рк и через впускной клапан 3 нагнетает в цилиндр.

При газотурбинном наддуве количество воздуха, подаваемого в цилиндры, будет тем больше, чем больше внешняя нагрузка на дизель, так как в этом случае через турбину пройдет большее количество отработавших га-

Рис. 14. Схема дизеля с газотурбинным наддувом

1 — турбина газовая; 2 — нагнетатель центробежный 3 — клапан впускной; 5 — цилиндр; 6 — поршень зов, имеющих более высокую температуру; частота вращения ее увеличится, а следовательно, возрастет и подача нагнетателя. Это свойство дизеля с газотурбинным наддувом для тепловозов особенно ценно, так как этим достигается «саморегулирование» дизеля. Кроме того, при газотурбинном наддуве благодаря дополнительному использованию тепла отработавших газов повышается коэффициент полезного действия двигателя. Газотурбинный наддув применен в четырехтактных тепловозных дизелях типов Д70, Д49, ПД1М, М756, КбБЗЮТЖ Комбинированный наддув. Комбинированный (двухступенчатый) наддув (рис. 15) применяется в двухтактных дизелях в том случае, когда воздух необходимо сжать до сравнительно высокого давления (0,2-т-0,3) МПа. Одного нагнетателя 5, приводимого от газовой турбины, оказывается недостаточно для обеспечения дизеля воздухом требуемых параметров, особенно на пониженных нагрузках, так как температура выпускных газов перед турбиной у двухтактного дизеля ниже, чем у четырехтактного, вследствие интенсивной продувки цилиндров воздухом.0,25) МПа подает его в охладитель, и далее в приводной нагнетатель. В этом нагнетателе воздух дополнительно сжимается еще на (0,034-0,05) МПа и через наддувочный коллектор и впускные окна подается в цилиндр дизеля. Во время пуска дизеля, когда газовая турбина не работает, приводной нагнетатель 7 засасывает воздух из атмосферы через нагнетатель 5 и охладитель 6 и подает его в дизель.

Комбинированный двухступенчатый наддув применен в двухтактных тепловозных дизелях 10Д100, 11Д45. 14Д40.

Рис. 15. Схема дизеля с комбинированным (двухступенчатым) наддувом:

1 — поршень; 2 — цилиндр дизеля; 3 — клапаны выпускные; 4 — газовая турбина; 5 — нагнетатель первой ступени; 6 — воздухоотделитель; 7 — нагнетатель второй ступени; 8 — редуктор привода нагнетателя второй ступени; 9 — кривошип; 10 — наддувочный коллектор

В четырехтактных дизелях нагнетатель, приводимый от коленчатого вала, не нужен, так как энергии отработавших газов достаточно для сжатия воздуха до необходимого давления в турбокомпрессоре при всех скоростных и нагрузочных режимах работы.

общая характеристика способов наддува в судовых дизелях

Если представить случай, что мощность на привод механического нагнетателя NB частично покрывается за счет газовой турбины (в двигателях с комбинированной системой наддува), то механический КПД выразиться зависимостью:

ηмехмн+ГТ = 1–Nмех+Nв+NгТ/Niн, Форм. 1

где:

N_гТ — мощность газовой турбины.

При одинаковом уровне форсировки двигателей (одинаковой индикаторной мощности) механические потери при комбинированной системе наддува будут меньше, чем при чисто механическом наддувеХарактеристики систем механического наддува, на величину N_гТ. Очевидно, что в комбинированной системе η_мех будет выше.

Представим крайний случай — газотурбонагнетатель полностью заменил механическую воздуходувку (т. е. обеспечен чистый газотурбинный наддув). Механический КПД еще более возрастет (так как N_в-N_гТ = 0) И определится зависимостью:

ηмехГТ = 1–Nмех/Niн Форм. 2

Таким образом, при примерно одинаковых степенях наддува можно записать:

ηмехГТ > ηмехмн+ГТ>ηмехмн Форм. 3

Такие соотношения КПД имеют место у реально выполненных конструкций как 4-тактных, так и 2-тактных двигателей. Максимальные значения η_мех при газотурбинном наддуве достигают η_мех^гТ ≈ 0,95 (по сравнению с 0,70÷0,85 у двигателей без наддува).

Рекомендуем к прочтению: Влияние эксплуатационных факторов на работу турбокомпрессора и двигателя

Можно сказать, что использование энергии газов в газовой турбине представляет собой утилизацию тепла газов, отработавших в цилиндре дизеля. Для того чтобы использовать эту энергию непосредственно в цилиндре, потребовалось бы значительно увеличить ход поршня. Прирост индикаторной работы был бы сведен на нет дополнительными механическими потерями. Вот почему утилизация тепла с целью получения дополнительной работы задерживалась практически до тех пор, пока не появилась газовая турбина, способная с достаточной эффективностью использовать рабочее тело с большим удельным объемом при малых перепадах давления.

Утилизация тепла отработавших газов в газотурбонагнетателях была возможна в свое время только в 4 – тактных ДВС, у которых температура газа достигала 400÷450 °С (по сравнению с 260÷290 °С у 2 – тактных ДВС). При этом без какой-либо перестройки системы газообмена удавалось получить степень наддува λн = 1,2÷1,3 при Рк = 1,25÷1,30 ата. В настоящее время такие степени наддува – пройденный этап. В современных двигателях достигнуто λн — 2,5÷4,0 (2 – тактные дизели) и λн = 3,0÷5,0 (4-тактные дизели). В опытных конструкциях достигнуты еще более высокие показатели.

Форсировка двигателей наддувом происходит уже не за счет утилизации тепла отработавших газов, а за счет перераспределения энергии между цилиндром и газовой турбиной путем более раннего открытия выпускных органов. Такой путь ведет к снижению экономичности индикаторного процесса собственно дизеля, у которого при более раннем открытии выпускных органов уменьшается индикаторная работа. Снижение термического и индикаторного КПД цикла учитывается соответствующим уменьшением степени последующего расширения газов в цилиндре δ = Vв/Vz при сдвиге точки b на индикаторной диаграмме влево.

Читайте также: Параллельный комбинированный наддув

В то же время, дальнейшая форсировка двигателей наддувом приводит к увеличению цикловых подачи топлива и вынесению сгорания на линию расширения. Это также уменьшает δ за счет роста степени предварительного расширения ρ; при этом индикаторный КПД снижается.

Судовой турбонагнетатель

Величина максимального давления в цилиндре Pz при условии ε – const растет менее интенсивно, чем давление наддувочного воздуха Рк и среднее индикаторное давлениеОпределение среднего индикаторного давления Pi. Тем не менее, у современных ДВС максимальное давление в цилиндре достигло величины Pz = 120÷140 ^кг/_см². Желание снизить или оставить на прежнем уровне Pz и повысить надежность подшипников коленчатого вала требует снижения степени сжатия ε. Такое решение широко используется в практике дизелестроения. Однако оно ведет к дальнейшему уменьшению термического и индикаторного КПД.

Будет интересно: Последовательный комбинированный наддув

Несмотря на снижение индикаторного КПД собственно дизеля, эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива у высокофорсированных двигателей с газотурбинным наддувом сохраняются на прежнем уровне или даже изменяются в лучшую сторону за счет:

Увеличения механического КПД;
Уменьшения доли тепла, передаваемого в охлаждающую воду;
Более рационального использования тепла в газотурбонагнетателе (повышением КПД турбины и компрессора), что позволяет уменьшить долю потерянного хода поршня для обеспечения баланса энергии газотурбонагнетателя.

Сноски

Sea-Man

Август, 09, 2016 2407 0

применений нагнетателя

применение нагнетателя
Ханну Яаскеляйнен
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
Abstract : По сравнению с другими вариантами наддува нагнетатели обеспечивают очень быструю реакцию на давление во впускном коллекторе и низкое поглощение тепла выхлопной системой. Таким образом, нагнетатели могут использоваться для улучшения переходных характеристик на низких скоростях в двигателях уменьшенного размера и с пониженной частотой вращения.Нагнетатели также использовались для повышения мощности и плотности крутящего момента в двигателях, использующих чрезмерно расширенные циклы, а также в трансмиссиях гибридных автомобилей.
Введение
По сравнению с другими вариантами наддува всасываемого воздуха, такими как турбокомпрессоры, нагнетатели предлагают несколько потенциальных преимуществ, включая:
очень быстрая реакция на давление во впускном коллекторе
низкое теплопоглощение выхлопной системы из-за отсутствия выхлопной турбины
потенциал для компактной упаковки
Хотя нагнетатели, возможно, чаще всего ассоциируются с высокопроизводительными легковыми автомобилями, акцент на экономии топлива после 2010 года расширил их потенциал, включив в него другие типы транспортных средств.
На рис. 1 показано потенциальное улучшение переходных характеристик системы наддува на основе нагнетателя типа Рутса с приводом от двигателя по сравнению с турбокомпрессором для легкого дизельного двигателя объемом 2,2 л, разработанного в соответствии с требованиями EPA Tier 2 Bin 5 по выбросам [2840] [2841]. . Нагнетатель не зависит от энергии выхлопных газов для питания компрессора, поэтому давление наддува можно поднять очень быстро. Напротив, в условиях двигателя, когда энергия выхлопа низкая (т. Е. Низкая частота вращения двигателя и низкая нагрузка), двигателю с турбонаддувом требуется много времени для достижения крутящего момента при полной нагрузке.При более высоких оборотах двигателя и низкой нагрузке доступно больше энергии выхлопных газов, а начальная скорость турбонагнетателя выше, поэтому преимущество нагнетателя в переходной характеристике намного меньше.
Рисунок 1 . Переходная характеристика легкового двигателя с наддувом и турбонаддувом
Изменение нагрузки от BMEP = 2,5 бар до полной нагрузки при трех разных оборотах двигателя
На рисунке 2 сравниваются ожидаемые профили температуры выхлопных газов в течение ездового цикла FTP-75 для тех же конфигураций двигателя с наддувом и турбонаддувом, что и на рисунке 1.Отсутствие выхлопной турбины и связанной с ней теплоемкости для двигателя с наддувом означает, что температура выхлопных газов повышается быстрее, и система доочистки выхлопных газов выключается раньше. В его примере зажигание DOC происходит, когда его температура на выходе превышает 200 ° C, что происходит на 13 с раньше с двигателем с наддувом, чем с двигателем с турбонаддувом. В других случаях сообщалось о сокращении времени выключения катализатора до 25 с [2845] .
Рисунок 2 .Сравнение температур выхлопной системы дизельных двигателей с наддувом и турбонаддувом
Температуры в течение первых 75 с динамометрического испытания двигателя, предназначенного для воспроизведения работы двигателя ездового цикла легкового автомобиля ФП-75
###
Повышение гибкости и эффективности предприятия
Автор
Перечислено:
Барелли, Линда
Оттавиано, Андреа
Abstract
В этой статье показано инновационное решение комбинированного цикла, которое позволяет повысить эксплуатационную гибкость электростанции, одновременно повышая ее глобальную эффективность при работе с частичной нагрузкой.Фактически, в настоящее время необходимость поддержания высокой производительности станции в связи с колебаниями спроса на энергию из электрической сети стала очень острой проблемой в энергетическом секторе. Представленное здесь решение характеризуется газовой турбиной с наддувом с инновационной стратегией управления, интегрированной в обычный NGCC (комбинированный цикл природного газа). Это предлагаемое решение, названное SNGCC (комбинированный цикл на обычном природном газе с наддувом), с дополнительной ступенью компрессора перед циклом ГТ (газовой турбины), позволило достичь при работе с частичной нагрузкой значительно более высокой эффективности по сравнению с комбинированным циклом на обычном природном газе. цикл.Следовательно, также расширяется возможный рабочий диапазон.
Рекомендуемое цитирование
Барелли, Линда и Оттавиано, Андреа, 2015 г. « Комбинированный цикл газовой турбины с наддувом: повышение гибкости и эффективности установки », Энергия, Эльзевир, том. 81(С), страницы 615-626.
Дескриптор: RePEc:eee:energy:v:81:y:2015:i:c:p:615-626
DOI: 10.1016/j.energy.2015.01.004
Скачать полный текст от издателя
Поскольку доступ к этому документу ограничен, вы можете поискать другую его версию.
Каталожные номера перечислены в IDEAS
Лиз, Витце и ван дер Лаан, Йерун и Ньювенхаут, Франс и Радемакерс, Коэн, 2013 г. « Оценка необходимой доли для стабильного электроснабжения ЕС до 2050 года », Энергетическая политика, Elsevier, vol. 59(С), страницы 904-913.
Морено, Бланка и Лопес, Ана Х. и Гарсия-Альварес, Мария Тереза, 2012 г. » Цены на электроэнергию в Европейском Союзе. Роль возобновляемых источников энергии и регуляторные реформы рынка электроэнергии ,» Энергия, Эльзевир, том.48(1), страницы 307-313.
Ким Т.С., 2004 г. « Сравнительный анализ производительности электростанций с комбинированным циклом при частичной нагрузке с учетом проектных характеристик и стратегии управления мощностью «, Энергия, Эльзевир, том. 29(1), страницы 71-85.
Варины, Мирослав и Мирка, Отто, 2009 г. « Повышение эффективности частичной нагрузки электростанции с комбинированным циклом, предоставление вспомогательных услуг ,» Прикладная энергия, Elsevier, vol. 86(6), страницы 888-894, июнь.
Басс, Роберт Дж.и Малаласекера, Виратунге и Уиллмот, Питер и Верстиг, Хенк К., 2011 г. « Влияние переменного потребления на работу парогазовой электростанции (ПГУ) ,» Энергия, Эльзевир, том. 36(4), стр. 1956-1965.
Китли П. и Шибли А. и Хьюитт Нью-Джерси, 2013 г. « Оценка затрат на запуск электростанции в циклическом режиме ,» Прикладная энергия, Elsevier, vol. 111(С), страницы 550-557.
Полные ссылки (включая те, которые не соответствуют элементам в IDEAS)
Цитаты
Цитаты извлекаются проектом CitEc, подпишитесь на его RSS-канал для этого элемента.

Процитировано:
Барелли, Л. и Дезидери, У. и Оттавиано, А., 2015. « Проблемы с балансировкой нагрузки из-за проникновения возобновляемых источников энергии: возможная роль технологий накопления энергии по сравнению с итальянским случаем ,» Энергия, Эльзевир, том. 93 (P1), страницы 393-405.
Ван, Чаоян и Чжао, Юнлян и Лю, Мин и Цяо, Юнцян и Чонг, Даотун и Ян, Цзюньцзе, 2018 г. » Оптимизация работы сверхкритических угольных электростанций по сокращению пиков путем пересмотра стратегии управления водотопливным отношением ,» Прикладная энергия, Elsevier, vol.216(С), страницы 212-223.
Ибрагим Тамир К. и Мохаммед, Мохаммед Камил и Авад, Омар И. и Рахман, М.М. и Наджафи, Г. и Басрави, Фирдаус и Абд Алла, Ахмед Н. и Мамат, Ризалман, 2017 г. « Оптимальная производительность электростанции с комбинированным циклом: всесторонний обзор », Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, Elsevier, vol. 79(С), страницы 459-474.
Барелли, Л. и Бидини, Г. и Оттавиано, А., 2015 г. » Получение гидрометана с помощью SOE (твердооксидный электролизер): преимущества совместного электролиза H3O-CO2 ,» Энергия, Эльзевир, том.90 (P1), страницы 1180-1191.
Таймур, Акил Ахмад и Мухаммад, Айяз и Салим, Вакас и Заин-уль-абдейн, Мухаммад, 2016 г. « Рециркуляция увлажненных выхлопных газов для эффективных газовых турбин с комбинированным циклом «, Энергия, Эльзевир, том. 106(С), страницы 356-366.
Ван, Цзефэн и Хань, Вэй и Чжан, На и Су, Бошэн и Ган, Чжунсюэ и Цзинь, Хунгуан, 2018 г. « Влияние различных альтернативных методов управления газовой турбиной на непроектные характеристики системы тригенерации «, Прикладная энергия, Elsevier, vol.215(С), страницы 227-236.
Котович, Януш и Бженчек, Матеуш, 2019. « Комплексный многопараметрический анализ возможности повышения электрического КПД современной электростанции комбинированного цикла с установками улавливания и сжатия CO2 и без них «, Энергия, Эльзевир, том. 175(С), страницы 1100-1120.
Ян, Юнпин и Бай, Цзывэй и Чжан, Гоцян и Ли, Юнги и Ван, Зию и Ю, Гуанъин, 2019 г. « Моделирование и обсуждение проектных/запроектных характеристик газовой турбины комбинированного цикла с подогревом впускного воздуха «, Энергия, Эльзевир, том.178(С), страницы 386-399.
Бенато, Альберто и Стоппато, Анна и Мирандола, Альберто, 2015 г. « Анализ динамического поведения парогенератора-утилизатора с тремя уровнями давления во время переходного режима «, Энергия, Эльзевир, том. 90 (P2), страницы 1595-1605.
Котович, Януш и Иов, Марцин и Бженчек, Матеуш, 2015 г. « Характеристики ультрасовременных парогазовых установок «, Энергия, Эльзевир, том. 92 (P2), страницы 197-211.
Сон Вон Мун и Тон Соп Ким, 2020 г.« Усовершенствованная логика управления газовой турбиной с использованием моделей черного ящика для повышения эксплуатационной гибкости и стабильности », Энергии, МДПИ, вып. 13(21), страницы 1-23, октябрь.
Наиболее похожие товары
Это элементы, которые чаще всего цитируют те же работы, что и этот, и цитируются теми же работами, что и этот.
Барелли Л. и Бидини Г. и Оттавиано А., 2015 г. » Получение гидрометана с помощью SOE (твердооксидный электролизер): преимущества совместного электролиза H3O-CO2 ,» Энергия, Эльзевир, том.90 (P1), страницы 1180-1191.
Emblemsvåg, январь 2022 г. « Энергия ветра не является устойчивой, если ее уравновешивать ископаемой энергией », Прикладная энергия, Elsevier, vol. 305 (С).
Пьеробон, Леонардо и Казати, Эмилиано и Казелла, Франческо и Хаглинд, Фредрик и Колонна, Пьеро, 2014 г. « Методология проектирования гибких систем преобразования энергии с учетом динамических характеристик «, Энергия, Эльзевир, том. 68(С), страницы 667-679.
Девлин, Джозеф и Ли, Канг и Хиггинс, Параик и Фоули, Аойфе, 2017 г.« Производство газа и энергия ветра: обзор неожиданных союзников в Великобритании и Ирландии », Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, Elsevier, vol. 70(С), страницы 757-768.
Барелли, Л. и Дезидери, У. и Оттавиано, А., 2015. « Проблемы с балансировкой нагрузки из-за проникновения возобновляемых источников энергии: возможная роль технологий накопления энергии по сравнению с итальянским случаем ,» Энергия, Эльзевир, том. 93 (P1), страницы 393-405.
Каллер, Александр и Билен, Саманта и Марнефф, Вим, 2018 г.« Влияние качества регулирования и коррупции на цены на электроэнергию для населения в контексте реформ рынка электроэнергии ,» Энергетическая политика, Elsevier, vol. 123(С), страницы 514-524.
Ворушило, Инна и Китли, Патрик и Шах, Нихилкумар и Грин, Ричард и Хьюитт, Нил, 2018. « Как тепловые насосы и аккумулирование тепловой энергии можно использовать для управления энергией ветра: исследование Ирландии », Энергия, Эльзевир, том. 157(С), страницы 539-549.
Алагоз, Б.Байкант и Кайгусуз, Асим и Акчин, Мурат и Алагоз, Серкан, 2013 г. » Метод управления ценами на энергию с обратной связью для балансировки энергии в режиме реального времени на энергетическом рынке интеллектуальной сети ,» Энергия, Эльзевир, том. 59(С), страницы 95-104.
Фигейреду, Нуну Карвалью и Силва, Патрисия Перейра да и Серкейра, Педро А., 2016 г. » В Дании ветрено: страдает ли интеграция рынка? ,» Энергия, Эльзевир, том. 115 (P2), страницы 1385-1399.
Молино, Линетт и Фрум, Крейг и Вагнер, Лиам и Фостер, Джон, 2013 г.« Австралийская энергетика: могут ли технологии возобновляемых источников энергии изменить доминирующее представление отрасли? », Возобновляемые источники энергии, Elsevier, vol. 60(С), страницы 215-221.
Хубер, Матиас и Димкова, Десислава и Хамахер, Томас, 2014 г. « Интеграция ветровой и солнечной энергетики в Европе: оценка требований к гибкости », Энергия, Эльзевир, том. 69(С), страницы 236-246.
Ян, Ченг и Хуан, Чжифэн и Ма, Сяоцянь, 2018 г. » Сравнительное исследование запроектных характеристик ТЭЦ на базе ГТУ при альтернативной стратегии эксплуатации ГТУ ,» Энергия, Эльзевир, том.145(С), страницы 823-838.
Вербич, Мирослав и Филипович, Саня и Радованович, Мирьяна, 2017 г. « Цены на электроэнергию и энергоемкость в Европе «, Политика в области коммунальных услуг, Elsevier, vol. 47(С), страницы 58-68.
Бенитес, Лилиана Э. и Бенитес, Пабло К. и ван Кутен, Г. Корнелис, 2008 г. « Экономика ветроэнергетики с накоплением энергии », Экономика энергетики, Elsevier, vol. 30(4), стр. 1973-1989, июль.
Бенитес, Пабло К. и Драгулеску, Лилианна и ван Кутен, Г.Корнелис, 2006 г. « Экономика ветроэнергетики с накоплением энергии », Рабочие бумаги 37029, Университет Виктории, ресурсная экономика и политика.
Пабло Бенитес, Лилианна Драгулеску и Г. Корнелис ван Кутен, 2006 г. « Экономика ветроэнергетики с накоплением энергии », Рабочие бумаги 2006-02, Университет Виктории, факультет экономики, исследовательская группа по экономике ресурсов и анализу политики.
Кольменар-Сантос, Антонио и Гомес-Камасон, Давид и Росалес-Асенсио, Энрике и Бланес-Пейро, Хорхе-Хуан, 2018 г.« Технологические улучшения энергетической эффективности и устойчивости существующих парогазовых электростанций (ПГУ) », Прикладная энергия, Elsevier, vol. 223(С), страницы 30-51.
Ньюбери, Дэвид, 2018 г. « Оценка обоснования поддержки возобновляемой электроэнергии «, Энергетическая политика, Elsevier, vol. 120(С), страницы 684-696.
Шерзод Н. Ташпулатов, 2018. « Влияние поведенческих и структурных мер на цены на электроэнергию: пример рынка электроэнергии Англии и Уэльса », Энергии, МДПИ, вып.11(12), страницы 1-24, декабрь.
Эсер, Патрик и Сингх, Антрикш и Чокани, Ндаона и Абхари, Реза С., 2016 г. « Влияние увеличения выработки возобновляемых источников энергии на работу тепловых электростанций «, Прикладная энергия, Elsevier, vol. 164(С), страницы 723-732.
Джесси Маддалони, Эндрю Роу и Г. Корнелис ван Кутен, 2006 г. « Интеграция сети с ограниченным ветром: подход с оптимальными затратами «, Рабочие бумаги 2006-05, Университет Виктории, факультет экономики, исследовательская группа по экономике ресурсов и анализу политики.
Чаттопадхьяй, Кабитри и Кис, Александр и Лоренц, Эльке и фон Бремен, Людер и Хайнеманн, Детлев, 2017. » Влияние различных конфигураций фотоэлектрических модулей на потребности в хранении и дополнительной балансировке для полностью возобновляемой европейской энергосистемы «, Возобновляемые источники энергии, Elsevier, vol. 113(С), страницы 176-189.
Исправления
Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения.При запросе исправления укажите дескриптор этого элемента: RePEc:eee:energy:v:81:y:2015:i:c:p:615-626 . См. общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.
По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, названия, реферата, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: . Общие контактные данные поставщика: http://www.journals.elsevier.com/energy .
Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь.Это позволяет связать ваш профиль с этим элементом. Это также позволяет вам принимать потенциальные ссылки на этот элемент, в отношении которых мы не уверены.
Если CitEc распознал библиографическую ссылку, но не связал с ней элемент в RePEc, вы можете помочь с помощью этой формы .
Если вы знаете об отсутствующих элементах, ссылающихся на этот, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого ссылающегося элемента. Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле RePEc Author Service, так как некоторые цитаты могут ожидать подтверждения.
По техническим вопросам относительно этого элемента или для исправления его авторов, названия, реферата, библиографической информации или информации для загрузки обращайтесь: Кэтрин Лю (адрес электронной почты доступен ниже). Общие контактные данные поставщика: http://www.journals.elsevier.com/energy .
Обратите внимание, что фильтрация исправлений может занять пару недель. различные услуги RePEc.
%PDF-1.7 % 236 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 236 84 0000000016 00000 н 0000002753 00000 н 0000002970 00000 н 0000003022 00000 н 0000003157 00000 н 0000003193 00000 н 0000003615 00000 н 0000003770 00000 н 0000003920 00000 н 0000004077 00000 н 0000004226 00000 н 0000004382 00000 н 0000004526 00000 н 0000004682 00000 н 0000004826 00000 н 0000004981 00000 н 0000005129 00000 н 0000005171 00000 н 0000005868 00000 н 0000006155 00000 н 0000016555 00000 н 0000016592 00000 н 0000016756 00000 н 0000016920 00000 н 0000017082 00000 н 0000017295 00000 н 0000041318 00000 н 0000041759 00000 н 0000042070 00000 н 0000044615 00000 н 0000044702 00000 н 0000044737 00000 н 0000064696 00000 н 0000065160 00000 н 0000065313 00000 н 0000065476 00000 н 0000065646 00000 н 0000066047 00000 н 0000088284 00000 н 0000088599 00000 н 0000088914 00000 н 0000089071 00000 н 0000089426 00000 н 0000119178 00000 н 0000119960 00000 н 0000138853 00000 н 0000139137 00000 н 0000139444 00000 н 0000139777 00000 н 0000139938 00000 н 0000204409 00000 н 0000217777 00000 н 0000218086 00000 н 0000218423 00000 н 0000234351 00000 н 0000234640 00000 н 0000235016 00000 н 0000235191 00000 н 0000235337 00000 н 0000235483 00000 н 0000235629 00000 н 0000235739 00000 н 0000245775 00000 н 0000245814 00000 н 0000247530 00000 н 0000247841 00000 н 0000278002 00000 н 0000278073 00000 н 0000278180 00000 н 0000278285 00000 н 0000278329 00000 н 0000278453 00000 н 0000278497 00000 н 0000278616 00000 н 0000278660 00000 н 0000278775 00000 н 0000278819 00000 н 0000278963 00000 н 0000279007 00000 н 0000279153 00000 н 0000279196 00000 н 0000279327 00000 н 0000279370 00000 н 0000001976 00000 н трейлер ]/предыдущая 1258318>> startxref 0 %%EOF 319 0 объект >поток h SKLSQ=(~/ki,*»»W~-m(J5DaRW] \hbhJb4$.L\ qspoke93sy0B&S
Способы наддува дизеля, в дизелях с наддувом и в агрегатах наддува дизелей
турбина приводит в действие компрессор, причем указанный двигатель имеет впускной коллектор воздуха, сообщающийся с выходом компрессора, и выпускной коллектор, сообщающийся с турбиной, и имеет степень сжатия менее 12, при этом путь потока газа обеспечен от компрессора к турбине, камера сгорания камеру в тракте газового потока, указанный способ включает этапы: n(a) запуска во вращение нагнетателя турбины-компрессора с помощью отдельных пусковых средств, чтобы инициировать поток газа через тракт газового потока к турбине, n(b) воспламенения топлива в камере сгорания для нагрева газов, протекающих по указанному тракту газов и поступающих в турбину, чтобы привести турбокомпрессорный нагнетатель в рабочее состояние. самоподдерживающаяся работа на минимальной пороговой частоте вращения или выше, достаточной для того, чтобы компрессор подавал воздух при температуре и давлении, достаточно высоких для обеспечения самовоспламенения топливовоздушной смеси в двигателе в конце его тактов сжатия, когда двигатель только перед запуском, n(c) запуск указанного двигателя с указанным воздухом из компрессора при указанных условиях температуры и давления, поступающим во впускной коллектор двигателя, n(d) после этого, при работе указанного двигателя и узла нагнетателя после запуска, поддерживая скорость турбокомпрессорного нагнетателя на указанной минимальной пороговой скорости или выше, которая обеспечивает условия температуры и давления, достаточные для обеспечения возможности указанного самовоспламенения в конце тактов сжатия, когда двигатель начал работать, причем указанная минимальная пороговая скорость имеет фиксированное значение для двигатель, имеющий заданную степень сжатия, при этом указанная минимальная пороговая скорость ниже для двигателя, имеющего более высокую степень сжатия, и выше для двигателя, имеющего более низкую степень сжатия, передаточное число и n(e), одновременно с каждым из указанных этапов (a)-(d) поддержание указанного пути потока газа постоянно открытым.
2. Способ по п.1, в котором указанная минимальная пороговая скорость достигается за счет поддержания достаточного потока топлива в камеру сгорания, по крайней мере, при запуске.
3. Способ по п.2, в котором указанный поток топлива регулируется.
4. Способ по п.1, включающий следующие этапы: n(e) работа турбины-компрессора таким образом, чтобы температура газов, поступающих в турбину, была достаточной для обеспечения того, чтобы давление на выходе компрессора было выше, чем давление на входе в турбину. ; и n(f) регулирование такой разницы давлений между выходом компрессора и входом турбины с помощью средств прохода, предусмотренных в указанном пути потока газа, так что указанная разница давлений в целом не зависит от отношения потока воздуха, пересекающего указанный путь потока газа. к общему расходу воздуха, подаваемого от указанного компрессора, при этом для данной степени сжатия компрессора расход воздуха, подаваемый указанным компрессором, остается в целом постоянным независимо от скорости вращения указанного двигателя, тем самым обеспечивая работу указанного компрессора таким образом, что график давления соотношение по отношению к воздушному потоку, подаваемому указанным компрессором, как правило, вдоль линии, обычно параллельной его линии помпажа.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что указанное средство прохода имеет регулирующее поток поперечное сечение с заданным минимальным размером, способным обеспечить прохождение всего потока воздуха, подаваемого компрессором, через указанный путь потока газа без заметного падения давления, и при этом этап (f) выполняется путем поддержания указанного заданного размера на фиксированном значении.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанная турбина-компрессор согласована с указанным двигателем и с указанным трактом потока газа таким образом, что компрессор всегда работает достаточно близко к своей помпажной линии для оптимизации эффективности указанного компрессора.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанная турбина-компрессор согласована с указанным двигателем и с указанным трактом потока газа таким образом, что компрессор всегда работает достаточно близко к линии помпажа для оптимизации эффективности указанного компрессора.
8. Способ по п.4, отличающийся тем, что его этап (f) выполняют путем управления характеристиками потока упомянутого проходного средства с помощью дроссельного клапана, чтобы вызвать перепад давления в воздухе, проходящем через канал потока газа, который является возрастающей функцией давления на выходе из компрессора.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанные характеристики потока регулируются таким образом, чтобы указанный перепад давления был возрастающей линейной функцией давления, существующего на выходе компрессора.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанная турбина-компрессор согласована с указанным двигателем и с указанным трактом газового потока таким образом, что компрессор всегда работает достаточно близко к своей помпажной линии для оптимизации эффективности указанного компрессора.
11.Способ эксплуатации узла двигателя с наддувом и связанного с ним нагнетателя, при этом двигатель имеет систему камеры внутреннего сгорания самовоспламеняющегося типа и при этом нагнетатель содержит по меньшей мере один компрессор и по меньшей мере одну турбину, приводящую в действие компрессор, так что нагнетатель привод механически независим от двигателя, при этом указанная система камеры сгорания двигателя сообщается с выходом компрессора и входом турбины и имеет заданную степень сжатия меньше той, которая необходима для достижения самовоспламенения с воздухом, впускаемым при температуре и давлении окружающей среды, и узел также имеет газовый тракт между компрессором и турбиной в байпасе относительно указанной системы камеры сгорания двигателя, указанный способ включает этапы: n(a) перед запуском двигателя запускают во вращение турбокомпрессорный нагнетатель так, чтобы инициировать поток газа через перепускной тракт к турбине с достаточной подводимой энергией, чтобы воздух i s выбрасывается из компрессора при коррелированных минимальных условиях температуры и давления, достаточно высоких для того, чтобы, когда указанный воздух должен быть сжат указанным двигателем в указанной системе камеры сгорания из точки в начале или вблизи фазы впуска цикла указанного двигателя до точки, близкой к концу фазы сжатия указанного цикла, самовоспламенение воздушно-топливной смеси в системе камеры сгорания двигателя будет происходить, когда двигатель прокручивается для запуска; указанный двигатель при подаче указанного воздуха из компрессора при указанных коррелированных условиях минимальной температуры и давления в систему камеры сгорания двигателя; n(c) после этого поддержание скорости турбокомпрессорного нагнетателя на уровне или выше минимальной пороговой скорости, которая обеспечивает указанному двигателю воздуха в системе камеры сгорания при указанных коррелированных условиях минимальной температуры и давления, когда двигатель работает на собственной мощности, при этом указанная минимальная пороговая скорость имеет fi фиксированное значение для указанного двигателя, когда все другие условия, влияющие на самовоспламенение, являются постоянными и обратно пропорциональны указанному соотношению, и n(d) одновременно с каждым из указанных этапов (а)-(с) поддержанием указанного пути потока газа постоянно открытым.
Как работает нагнетатель?
Нет, мы здесь не для того, чтобы говорить о нагнетателе Tesla — это другая статья. Эта часть для людей, которые любят свисток абсолютной власти! Я, конечно же, говорю о нагнетателе, который превращает двигатели внутреннего сгорания в кричащих Демонов.
Нагнетатели — это в значительной степени оригинальное обновление двигателя мачо, и для многих это далеко не чуждая концепция. Тем не менее, это не означает, что вы точно знаете, как они работают или когда они были изобретены.Тем не менее, история и функции нагнетателей столь же замечательны, как и прирост мощности, который они приносят.
Depositphotos
The Drive и его партнеры могут получать комиссию, если вы покупаете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее.
Итак, пристегнитесь, как Драйв погружается в библию наддува, и вы поймаете себя на этих действительно зловещих визгах.
Что такое нагнетатель?
Определение слова нагнетатель таково в Оксфордско-английском словаре: «Часть двигателя, которая подает воздух или топливо под давлением, превышающим нормальное» И этого достаточно для общего понимания, но, поскольку с чем-либо еще техническим, есть намного больше, чтобы знать.
Что-то, чтобы понять, что двигатель не что иное, как воздушный насос в сердце. Размер двигателя напрямую зависит от того, сколько воздуха он может вытеснить.7,2-литровый двигатель рассчитан на всасывание 7,2 литров воздуха — это 440 кубических дюймов по-американски.
Для этого безнаддувный двигатель использует разрежение, создаваемое поршнем на такте впуска, для подачи топлива и воздуха в цилиндры. Это гениальная, но простая концепция, но она не идеальна, поскольку воздух может быть забавной вещью, а атмосферные условия, такие как температура, высота над уровнем моря и даже влажность, могут помешать двигателю работать в полную силу.
Здесь в игру вступает так называемый «объемный КПД».Объемный КПД просто относится к количеству воздуха, которое двигатель фактически вытесняет по сравнению с тем, сколько он должен вытеснять. Объемный КПД, или VE, составляет 88-95%, что является средним показателем для двухклапанных двигателей, таких как вышеупомянутый 7,2-литровый. Это означает, что 7,2-литровый двигатель обычно способен вытеснить только 6,3–6,8 литров воздуха или 387–418 кубических дюймов при нормальных условиях.
Войдите в нагнетатель. Нагнетатель просто работает, чтобы увеличить объемную эффективность.Он нагнетает воздух в цилиндры вместо того, чтобы полагаться на вакуум. Это помогает двигателю достичь 100% VE, а иногда и больше. Это позволит вам сжигать больше топлива и создавать больше энергии. Это также положительно влияет на эффективную степень сжатия, что помогает увеличить взрыв смеси при воспламенении.
Когда появились нагнетатели?
Хотите верьте, хотите нет, но концепция нагнетателя довольно древняя. Нагнетание воздуха в устройство для повышения эффективности было концепцией, используемой с тех пор, ну, навсегда.Есть те, кто говорит, что идея исходит от подачи воздуха в доменные печи или подачи свежего воздуха к шахтерам отчасти благодаря воздушным насосам типа «Roots», запатентованным в 1860 году, и, как вы знаете, потому, что они были предназначены для использования в таких ситуациях. ! Очевидно, хотроддеры воспользовались этим, как только смогли.
Идея использования принудительной индукции для повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания была воплощена в жизнь только спустя годы после введения 4-тактного цикла в начале 1860-х годов.Сэру Дугальду Кларку, человеку, которому приписывают разработку двухтактного цикла, также приписывают создание первого функционального нагнетателя для своих двигателей еще в 1878 году.
Возможно, это правда, но Рудольф Дизель запатентовал первый нагнетатель и установил его собственный дизайн двигателя в 1896 году.
Как изменились нагнетатели в истории?
Говоря о разработке нагнетателей, мы должны углубиться в детали их функций. Это означает, что вас вот-вот взорвут двояким уроком истории/техники.
Вот в чем дело. Нагнетатели практически не изменились с 1896 года. Помимо улучшений в конструкции и дизайне, они все еще довольно близки к своим корням. [ Ред. Примечание: Оставь каламбур Джонатону, Хэнк.]
Нагнетатель в стиле корней появился первым из множества и, вероятно, первым приходит на ум многим, когда речь заходит о нагнетателях. В конце концов, это культ на сцене энтузиастов.
Эта система основана на двух роторах внутри корпуса, которые выглядывают из-под кожуха или находятся под ним, образуя так называемый объемный насос.Роторы внутри зацепляются друг с другом точно так же, как шестерни, чтобы вытеснить любой воздух, попавший между ними. Когда эти роторы разъединяются, создается вакуум для всасывания воздуха. Затем воздух проходит по внутренней части корпуса до тех пор, пока его нельзя будет нагнетать в двигатель и возобновить процесс.
Depositphotos
Рентгеновский снимок нагнетателя для вашей пользы.
Двухвинтовая конструкция, появившаяся в 1930-х годах, по сути является улучшенной версией оригинальной конструкции Рудольфа Дизеля.Они имеют аналогичную компоновку с корпусом и двумя роторами, только в новой конструкции роторы представляют собой набор зацепляющихся винтов. Целью этой конструкции является увеличение внутреннего сжатия, что еще больше повышает роль нагнетателя.
Что может стать сюрпризом, так это то, что двойные винты, по сути, представляют собой новейшую разработку в системах нагнетателей, если не считать появление электрических нагнетателей, которые вы, возможно, видели сегодня.
Пожалуй, самый важный элемент списка — центробежный нагнетатель — впервые появился в 1902 году, когда его разработал Луис Рено.Эта система отличается от корневых и двухвинтовых конструкций двумя способами, самое большое отличие заключается в том, что центробежные нагнетатели используют одну турбину с ременным приводом для нагнетания воздуха в двигатель. Другой заключается в том, что вместо того, чтобы втягивать воздух через корпус дроссельной заслонки или карбюратор, он проталкивает его.
Depositphotos
Турбокомпрессор на двигателе. Не отвлекайтесь на эту красивую сварку TIG.
В чем разница между нагнетателями и турбокомпрессорами?
Если бы вы посмотрели на центробежный нагнетатель, вы бы сказали, что он выглядит как половина турбокомпрессора.Ну, это потому, что это так.
Турбокомпрессор — это нагнетатель, только в нем используются другие средства для вращения турбины, чем в нагнетателе. Любой нагнетатель полагается на вращение коленчатого вала, чтобы вращать турбины или роторы. Обычно они делают это, подключаясь к существующей системе шкивов двигателя. С другой стороны, турбокомпрессор работает, используя выхлопные газы для приведения в движение турбин.
Вот почему центробежный нагнетатель выглядит как половина турбокомпрессора. Турбокомпрессор имеет две турбины, которые напрямую связаны друг с другом.Когда турбина на выпускном конце вращается, это заставляет вращаться впускную сторону и нагнетать воздух в двигатель. Это гораздо более эффективная конструкция из-за устранения паразитных потерь, что приводит к более значительному увеличению мощности.
Ну и турбокомпрессоры тоже не новинка. Турбина была представлена швейцарским инженером доктором Альфредом Бюхи еще в 1905 году — всего через несколько лет после появления центробежного нагнетателя. Чем больше ты знаешь!
Depositphotos
Так есть ли какие-либо современные модели с заводскими нагнетателями?
Если вы классифицируете турбокомпрессоры как нагнетатели, вы обнаружите, что более 30% всех производимых сегодня автомобилей оснащены нагнетателями.Но, если вы похожи на нас и хотите углубиться в технические детали, гораздо меньше машин оснащены классическим нагнетателем с ременным приводом, о котором вы думаете.
В настоящее время около 20 моделей оснащены вентилятором, включая Camaro ZL1, Jaguar F-Type SVR, Mustang Shelby GT500 и, конечно же, Dodge Challenger Hellcat.
Depositphotos
Краткая история использования нагнетателей в гонках
Нагнетатели дебютировали в качестве заводской опции еще в 1921 году, когда Mercedes-Benz прикрутил их к автомобилям модели Kompressor , которые тогда действительно начали использоваться в гонках.Это означает, что даже если бы мы рассмотрели только основные моменты, мы могли бы продолжить историю использования нагнетателей в гонках на десятилетия. Итак, давайте поговорим о том, что, пожалуй, самое важное происходит с использованием нагнетателей на трассе.
Еще в 1953 году человек по имени Дон Хэмптон взял насос GMC и установил его на Chrysler Hemi объемом 354 кубических дюйма, использовавшийся в дрэг-каре. Звучит довольно стандартно, не так ли? Ну да, потому что нагнетатели и дрэг-кары — лучшие друзья. Дело в том, что помпа в стиле Рутса не предназначалась для использования на Hemi.Или даже двигатель!
Насос фактически был разработан для использования в промышленном оборудовании в качестве продувочного насоса, то есть он всасывал, а не выдувал. Но Дон увидел, что обозначение этих насосов читается примерно как 8-71, означающее, что насос предназначался для двигателя с восемью цилиндрами объемом 71 кубический дюйм. Это был момент озарения, поскольку такие гонщики, как Дон, увидели в объемных возможностях этих насосов отличный способ наполнить двигатель воздухом и сделать огромной мощностью . Потребовалась серьезная изобретательность, чтобы заставить все это работать, но результаты не что иное, как легендарные
Идея Дона не только сработала, но и навсегда изменила гонки.В конечном итоге Дон стал чемпионом по дрэг-рейсингу NHRA и членом Зала славы, а в конце концов основал Hampton Blowers. Его бизнес не только работает сегодня, но и отвечает за формирование целого подразделения автомобильных запчастей. Другими словами, если вы обожаете халявщиков, Дон — один из тех, кого вы должны винить в своей одержимости.
Забавно, но самые быстрые дрэг-кары в мире по-прежнему полагаются на схему, аналогичную той, которую в свое время придумали Дон и другие гонщики-единомышленники.
Часто задаваемые вопросы о нагнетателях
У вас есть вопросы, У привода есть ответы!
В: Что лучше, нагнетатель или турбонагнетатель?
A: У каждого из них есть свои сильные стороны, и у обоих есть свои недостатки. Турбокомпрессоры предлагают преимущества превосходной эффективности, поскольку они не создают паразитных потерь. Нагнетатели создают сопротивление двигателю, но они обеспечивают мгновенный прирост мощности. Турбины обычно страдают от запаздывания, поскольку им требуется время для создания наддува.Это очень общий обзор, но вы можете понять, когда тот или иной вариант является более желательным.
В: Нагнетатель вреден для вашего двигателя?
A: В конечном итоге это зависит от двигателя и нагнетателя, который вы пытаетесь установить. Простое добавление воздуходувки к любому стандартному двигателю может вызвать несколько потенциальных проблем. Притирка кулачка, пружины клапанов и прокладки головки блока цилиндров могут не выдерживать или адекватно контролировать увеличение давления.
Кроме того, вращающийся узел, оборудование и блок могут не справиться с увеличением мощности, и результаты могут быть катастрофическими.В игре много переменных, и, очевидно, есть комбинации, которые отлично работают, но вам нужно провести исследование, прежде чем ставить нагнетатель на любой старый двигатель. Давайте также не будем забывать, что топливная система и угол опережения зажигания также нуждаются в обновлениях, чтобы не отставать.
В: Сколько HP добавляет нагнетатель?
A: Среднее увеличение мощности составляет около 46 процентов. Таким образом, двигатель мощностью 100 лошадиных сил, скорее всего, увидит рост до 146 лошадиных сил.Это всего лишь среднее значение, и в игре есть еще много всего. Некоторые комбинации дают меньше прибыли, а другие — больше. В любом случае улучшения все равно будут довольно значительными, поэтому вам нужно быть готовым оценить мощность, которую вы можете ожидать, и сравнить ее с текущим порогом двигателя.
В: Какие существуют три типа нагнетателей?
A: Существуют следующие три типа нагнетателей: корневой, двухвинтовой и центробежный.Если вы хотите быть техническим, вы также можете включить турбокомпрессоры и электрические нагнетатели, даже если они являются просто улучшенными версиями существующих типов нагнетателей.
В: Можно ли использовать закись азота с нагнетателем?
Ответ: Да. Nitrous — это сумматор мощности, который можно установить на систему принудительной индукции. Результат — безумный прирост мощности. Хотя это кажется желательным, вы находитесь на пути к тому, чтобы взорвать все кишки вашего двигателя без надлежащей настройки и мощных низов.
Забавные факты о нагнетателе
Вы знаете, что хотите больше фактов о нагнетателе!
Паразитная потеря нагнетателя — это не шутки. Они могут потреблять около четверти лошадиных сил двигателя.
Электрические нагнетатели — это новая технология, в которой вместо кривошипа двигателя для вращения турбин используется электродвигатель. Хотя их еще предстоит довести до совершенства, эта технология обещает массу возможностей.
Повышение давления в цилиндрах двигателей с наддувом увеличивает эффективную степень сжатия двигателя.Это может привести к детонации при использовании низкооктанового топлива, поэтому топливо премиум-класса обычно используется для приложений с принудительной индукцией.
Нагнетатель на зарядном устройстве Дома во франшизе «Форсаж» был фальшивым. Это общеизвестно. Но это грех, который мы никогда не сможем простить, если учесть, что эти «Чарджеры» также были оснащены двигателями Chevy.
Видео
Какими бы умными мы ни были, мы не можем быть вашим единственным источником информации. Чем больше мозгов вы сможете выбрать, тем лучше.Вот почему мы прикрепили это потрясающее видео, чтобы помочь вам узнать больше о нагнетателях!
Турбокомпрессор и силовая установка самолета
Турбокомпрессор и силовая установка самолета
Дженерал Электрик
Январь 1943 г.
Эта брошюра была опубликована компанией General Electric, строителями большинства электростанций в США. турбокомпрессоров до и во время Второй мировой войны.Позже этот документ был опубликован как Техническое руководство ТМ 1-404 от 30 декабря 1943 г. Переведено в формат HTML и производство Copyright 1997 Рэнди Уилсон.
ПРИМЕЧАНИЕ. Во избежание слишком медленной загрузки этого документа не все рисунки отображается. Однако все рисунки доступны для просмотра, если щелкнуть ссылку на рис. количество. Чтобы вернуться к этому документу, нажмите кнопку НАЗАД или стрелку в браузере.
Общие
За последние несколько лет был достигнут быстрый прогресс в разработке и производстве военный самолет для эффективной работы на большой высоте.Высокоточное бомбометание с большой высоты и преимущество полной мощности на большой высоте в бою доказали свою ценность как важные элементы господства в воздухе.
Силовые установки самолетов с большей выходной мощностью и уменьшенной массой на единицу мощности продукция постоянно производится.
Тщательно понять важную роль турбокомпрессора в достижении вышеуказанных целей необходимо учитывать источник выходной мощности бензинового двигатель.
Сгорание
Сгорание или горение, происходящее в бензиновом двигателе, является источником мощность, приводящая в движение самолет. Углерод и водород в бензине соединяются с кислорода в воздухе, и образующийся пар поступает в двигатель. Когда такое химическое происходит соединение, весовая доля элементов, входящих в сочетание определенно фиксируется химическими законами.Так как состав бензина очень 85 процентов углерода и 15 процентов водорода по весу, а воздух — 21 процент. кислород по весу, вес бензина, который полностью сгорает в фунте воздуха без отходов точно исправлено. Четырнадцать с половиной фунтов воздуха поддержат полное сгорание одного фунта бензина или, как чаще выражают, 0,069 фунта бензина на фунт воздуха. Необходимо иметь нужное количество как топлива, так и воздуха для развития максимальной мощности.
Если в двигатель подается меньше этой массы бензина за на каждый фунт подаваемого воздуха мы говорим, что смесь бедная. В этом случае кислород в избыток воздуха не может найти углерод или водород, с которыми можно было бы соединиться, и, следовательно, не совершает никакой полезной работы в двигателе. Мощность, вырабатываемая двигателем, соответственно снижен ниже нормы, так как доступное пространство в цилиндрах используется не полностью в сжигание топлива, из которого вырабатывается энергия.Уменьшение скорости подачи топлива к двигателю можно рассматривать как форму дросселирования.
Когда в двигатель подается более 0,069 фунта бензина на каждый фунт воздуха при подаче, мы говорим, что смесь богатая. Некоторое количество углерода и водорода в избыточном бензине будет проходят через двигатель в газообразном виде, не сгорая. Поскольку эти газы могут быть сжигается для выполнения работы, если присутствует достаточное количество кислорода (воздуха), в результате происходит потеря эффективности сгорания, что означает плохую экономию топлива.
Состояние смеси, или фунты топлива на фунт воздуха, подаваемого в авиационный двигатель. называется топливно-воздушным отношением или F/A. Рис. 1 показывает диапазон соотношений топлива и воздуха, используемых в авиационном двигателе. Обратите внимание, что самолет двигатель обычно работает на богатой стороне химически правильного соотношения топлива и воздуха. (0,069), и что для взлета и полного полета расходуется очень значительный избыток топлива. военная сила.Это избыточное топливо служит для охлаждения двигателя, и двигатель начинает работать более плавно с меньшей опасностью обратного удара во впускной коллектор. Существует также увеличение мощности на более богатых смесях.
Из приведенного выше обсуждения видно, что производительность бензинового двигателя зависит от веса воздуха, который он получает, а также от количества или топлива, подаваемого в Это. Целью данного руководства является обсуждение проблем и способов их решения. проблемы снабжения силовой установки самолета воздухом для горения, необходимым для максимальная производительность.
Наддув
Обычный автомобильный двигатель представляет собой двигатель без наддува. В этом типе двигателя воздух заполняет цилиндр, когда поршень движется вниз. Разработанная мощность зависит от количества воздуха в цилиндрах. Наддув, увеличивая давление, ставит больше фунтов воздуха в том же объеме цилиндра и, следовательно, развивается большая мощность. Ссылаясь на Рис.2 , сумма Расход смеси, поступающей в цилиндр во время такта впуска, зависит от разница между давлением в коллекторе (Pm) и давлением в цилиндре (ПК). Между этими двумя точками должна быть разница давлений, чтобы компенсировать давление. потери, вызванные истечением смеси через впускной клапан и преодоление инерция газов в коллекторе. Давление в коллекторе всегда несколько меньше чем атмосферное давление (Па) из-за сопротивления потоку, создаваемого карбюратором.Если давление смеси в коллекторе (Pm) увеличить механическим путем выше давление во впускном коллекторе в двигателе без наддува, больше заряда смеси будет поступать в цилиндр, что приводит к увеличению мощности. Процесс механически увеличение давления в коллекторе называется наддувом, и там, где это делается, двигатель — двигатель с наддувом.
Влияние высоты на характеристики двигателя
Вес земной атмосферы достаточен, чтобы оказать значительное давление на объекты на уровне моря.На высотах над уровнем моря атмосферное давление будет ниже. Например, вес воздуха над землей оказывает давление или 14,7 фунта на квадратный дюйм на объектах на уровне моря. Вес воздуха на высоте более 25 000 футов оказывает давление или только 5,45 фунтов на квадратный дюйм для объектов на такой высоте. На рис. 3 показан вариант давление стандартного воздуха с высотой.
Плотность воздуха равна весу кубического корня из воздуха.Плотность воздуха зависит от его давление и температура. (Влияние температуры на плотность будет обсуждаться позже.) Чем больше давление воздуха, тем больше вес кубического фута воздуха. То чем меньше давление, тем меньше вес воздуха на кубический фут. На высоте 25 000 футов кубический фут воздух весит только 45 процентов от веса кубического фута воздуха на уровне моря. Было заявлено что двигателю требовался достаточный вес воздуха, чтобы развить его скорость.По мере увеличения высоты, на которой летит самолет, атмосферное давление уменьшается, и плотность, или фунты воздуха на кубический фут, становится меньше. Если двигатель должен поддерживать свою номинальную мощность на повышенных высотах, он должен принимать гораздо больший объем воздуха из окружающей его атмосферы, чтобы весовой поток не уменьшался.
Из-за ограничения рабочего объема цилиндра, который является мерой объема, двигатель без наддува не может справиться с большим объемом воздуха с увеличением высоты.Следовательно, мощность такого двигателя уменьшается с высотой.
При правильном наддуве двигателя вес подаваемого к нему воздуха может поддерживаться на уровне точка номинальной выходной мощности. Это делается путем механической откачки воздуха из атмосферу, окружающую самолет, в коллектор двигателя при требуемом давлении, чтобы получить номинальную выходную мощность или двигатель.
В то время как самолет может летать на высотах, где мощность его силовой установки значительно меньше расчетного значения на уровне моря, скорость, маневренность и скорость набор высоты или самолет уменьшается при падении мощности.Диаграмма в рис. 4 дает графическое сравнение характеристики типичных самолетов без наддува и с наддувом по высоте полета. На этой диаграмме предполагается, что потолок, при котором самолет может полет с достаточной устойчивостью и маневренностью — это высота, на которой мощность мощность завода составляет 30 процентов от его номинальной мощности на уровне моря. Высота черных столбцов представляет собой мощность, доступную винту на соответствующих высотах.Расстояние высотных линий пропорциональна объему воздуха, необходимого двигателю для производить 1 л.с., как указано в столбце слева от рисунка.
Преимущества полной мощности на высоте
Скорость самолета, который может поддерживать номинальную выходную мощность, увеличивается по мере увеличения высота полета увеличивается. Это верно потому, что сопротивление воздуха, которое ограничивает скорость самолета, уменьшается по мере того, как плотность воздуха, в котором он летит уменьшается.Винт с регулируемым шагом сохраняет свою тягу в более легком воздухе. делая больший укус с каждым оборотом. Рис. 5 показывает, как увеличится скорость самолета при полете на более высокой скорости. высотах, если выходная мощность или двигатель поддерживаются постоянными. Этот эффект повышенная скорость может использоваться в военной миссии, чтобы быстрее достичь цели, или может использоваться как элемент превосходства над авиацией противника, не способной поддерживать полную мощность на высоте или в бою.
При использовании турбонагнетателя обычно можно летать на определенной скорости. высота и скорость, которые приведут к максимальной общей эффективности. Это означает, что меньше топлива потребуется на каждую пройденную милю, а дальность полета самолета составит повысился. В случае с бомбардировщиком экономия топлива может быть восполнена за счет повышенная бомбовая нагрузка.
Способность летать на больших высотах позволит самолету летать выше многих плохих погода, которую в противном случае пришлось бы обвести кружком.
Полеты на большой высоте значительно снижают опасность зенитного огня и возможность или эффективная атака самолетов-перехватчиков. Этот фактор особенно значение для периода полета, прежде чем самолет достигнет своей цели.
Методы наддува
Должна быть способен всасывать воздух с высотной плотностью и давлением, сжимать его и доставлять в впускной коллектор двигателя при требуемом давлении (и, следовательно, при правильном плотность).Для этого может быть разработан либо насос, либо воздуходувка. Когда надлежащее состояние давления создается во впускном коллекторе, массовый поток смеси в цилиндра двигателя будет достаточно.
Давление в коллекторе двигателя, являющееся мерой массового расхода топливно-воздушной смеси к цилиндрам двигателя, также является мерой выходной мощности двигателя, работающего на постоянная скорость. Рис. 6 показывает относительное влияние давления в коллекторе на выходную мощность двигателя.Из этой фигуры это очевидно, что повышение давления в коллекторе (наддув) является наиболее эффективным способом значительно увеличить мощность двигателя без увеличения его размера и масса.
Очень важно отметить, что во время прогрева или полета максимальное давление в коллекторе, указанное производителем двигателя, не должно превышаться. Излишний давление во впускном коллекторе вызовет такой большой заряд смеси в двигатель, что выходная мощность, внутреннее тепло и механическое напряжение в двигателе будут больше, чем то, на что рассчитан двигатель.Это перенапряжение двигателя значительно сократить срок службы и может привести к немедленному отказу двигателя. Это частая причина прогорания цилиндров и продувания головок цилиндров.
Рекомендации по эксплуатации предусматривают использование высокого давления в коллекторе и максимальной мощности. на короткие промежутки времени. Это «военный» или «взлетный». мощность используется когда требуется большая мощность для взлета или для удовлетворения военных потребностей в бою.
Характеристики центробежного компрессора делают его наиболее эффективным типом для наддув авиадвигателя. Этот тип компрессора наиболее эффективно работает при высоких скорости и имеет возможность сжимать большой объем воздуха при низком давлении. Поскольку центробежный компрессор работает на высоких скоростях, его размеры относительно малы, а вес свет. Он также имеет минимум движущихся частей и проблемы со смазкой и обслуживанием. тем самым сводятся к минимуму.Центробежный компрессор состоит из трех основных элементов: рабочее колесо, диффузор и корпус. Воздух входит в рабочее колесо в центре и разряжается радиально на концах лопастей с высокой скоростью энергии. Диффузор преобразует эту энергию в энергию давления. Корпус собирает воздух под давлением для подача в систему впуска двигателя. Рис. 7 показан центробежный компрессор со снятой половиной корпуса, чтобы обнажить рабочее колесо и диффузор.
Нагнетатели
Внутренние нагнетатели
Нагнетатель, расположенный между выпускным отверстием карбюратора и впускным коллектором двигатель называется внутренним нагнетателем. Расположенный таким образом нагнетатель служит для обеспечить равномерное распределение топливно-воздушного заряда по различным цилиндрам, а также увеличить плотность заряда.Поддержание высокого давления в коллекторе перед впускных клапанов позволяет использовать «перекрытие клапанов» в двигателе, так что впускной клапан открывается непосредственно перед закрытием выпускного клапана в конце такта выпуска. Это позволяет сжатой смеси из впускного коллектора очищать отработавшие газы. из рабочего объема цилиндра, а также способствует улучшению охлаждения выхлопной клапан. Это охлаждение имеет особое значение при работе на «военная» или «взлетная» мощь.Без наддува между карбюратор и впускные клапаны, «перекрытие клапанов» позволит выхлопным газам обратно во впускной коллектор. Это может привести к обратному эффекту и разбавлению очередной заряд смеси со сгоревшими выхлопными газами.
Внутренний нагнетатель всегда используется для получения максимальной производительности от современных авиадвигатели большой мощности и высококачественное топливо. Внутренний нагнетатель встроен в двигатель самолета и называется редукторным нагнетателем.
Мощность, необходимая для привода редукторного нагнетателя, передается через зубчатую передачу, от коленчатого вала двигателя. Таким образом, чистая выходная мощность, доступная для привода гребного винта, равна уменьшается на количество, которое снимается с коленчатого вала для привода редуктора нагнетатель.
Внешние нагнетатели
Нагнетатель, расположенный перед карбюратором в системе впуска, называется внешний нагнетатель.Внешний нагнетатель используется в основном для получения полной мощности. производительность двигателя на больших высотах и обычно приводится в действие турбиной с выхлопными газами. А нагнетатель, приводимый в движение таким образом, называется турбонагнетателем. В силовой установке с турбонаддувом, высотный воздух сжимается до давления примерно на уровне моря перед подачей в карбюратор двигателя. Температура воздуха, проходящего через компрессор редуктора. турбонагнетателя значительно увеличивается в результате сжатия.Этот эффект повышения температуры аналогично повышению температуры ствола насос для шин во время использования.
Если температура воздуха, поступающего в двигатель, превышает определенные пределы, детонация (стук) в двигателе. Эта детонация вызовет резкое снижение выходной мощности двигателя и сильно перегружает части двигателя. То предельная температура воздуха на входе в карбюратор, при которой будет происходить детонация в двигателе зависит от конструкции конкретного двигателя и повышения температуры его внутренних нагнетатель.
Также в игру снова вступает плотность (вес на кубический фут) воздушного заряда. Так как температура входящего воздуха повышается, его плотность становится меньше. Чтобы компенсировать повышение температуры из-за сжатия, промежуточный охладитель установлен между выпуск воздуха из турбонагнетателя и вход в карбюратор.
Этот интеркулер аналогичен по принципу действия обычному автомобильному радиатору, за исключением того, что передача тепла происходит от сжатого воздуха к охлаждающему воздуху, а не от воды к охлаждающему воздуху.Охлаждающий воздух берется из «набивного» воздуха. воздухозаборник на самолете и подается по воздуховодам через один ряд проходов в интеркулер. Горячий воздух от турбокомпрессора подается через еще ряд каналов, работает в поперечном направлении к охлаждающему воздуху. Эти два пути воздушного потока разделены тонкими металлическими стенками, и передача тепла происходит через эти стенки.
Охлаждающий воздух, выходящий из промежуточного охладителя, обычно направляется к выпускному отверстию в конструкция самолета.Жалюзи или двери расположены в контуре охлаждающего воздуха так, чтобы пилот может контролировать температуру воздуха, поступающего в карбюратор, изменяя количество охлаждающего воздуха, используемого в интеркулере. На практике интеркулер устроен так, что максимальная температура воздуха, поступающего в карбюратор, не должна превышать относительно высокая температура на уровне моря (от 90 до 100 F).
Выхлоп двигателя соединен непосредственно с сопловой коробкой турбокомпрессора с газоплотный стек.Для того, чтобы энергия горячих выхлопных газов могла быть использована для производства мощность, которую использует турбина для привода турбонагнетателя, необходимо создайте достаточное давление в выхлопной трубе и сопловой коробке, чтобы газы приобретет большую скорость при расширении через сопла турбины до давление атмосферы, в которой летит самолет. Испытания показали, что давление, создаваемое турбиной в выхлопной трубе, почти равно давлению создается в карбюраторе компрессором и обычно находится под давлением на уровне моря, независимо от высоты, на которой летит самолет.Таким образом, в обычных условиях работы, двигатель будет получать заряд при плотности на уровне моря и будет выхлопываться при давление на уровне моря. Таким образом, двигатель будет развивать мощность на уровне моря до номинальная высота установки. Короче говоря, турбонагнетатель обеспечивает к двигателю искусственная атмосфера на уровне моря.
Турбокомпрессор может использоваться для увеличения номинальной мощности двигателя на уровне моря или для обеспечить «наземный форсаж», а также для поддержания номинальной мощности на большой высоте.Хотя необходимая для этого скорость турбонагнетателя намного меньше номинальной скорости, необходимо создать давление выхлопных газов двигателя значительно выше атмосферное давление на уровне моря и других малых высотах, чтобы обеспечить турбину власть. Величина, на которую это давление выхлопных газов может быть увеличено без чрезмерного влияния работа двигателя будет зависеть от конкретного рассматриваемого двигателя.Это очень важно чтобы инструкции, относящиеся к конкретному воздушному судну, строго соблюдались при работа силовой установки с турбонаддувом.
Турбокомпрессоры
В настоящее время турбокомпрессоры применяются последовательно с редукторными нагнетателями, интеркулер и карбюратор расположены между ними. Таким образом можно максимально использовать из преимуществ каждого типа.
Редукторный нагнетатель имеет одно очевидное преимущество: компактность, легкость и простота установки. установка. Самым большим недостатком редукторного нагнетателя является его применение для высотный полет – это его непреклонность скорости. Если он предназначен для развития на уровне моря давление на высоте 20 000 футов, например, он будет создавать чрезмерно высокое давление в море уровне с широко открытой дроссельной заслонкой карбюратора, так что дроссельная заслонка всегда должна быть частично закрыт для работы на малых высотах.Однако, поскольку скорость не снижается, привод нагнетателя по-прежнему вычитает из мощности, доступной для винта, количество примерно равна мощности, принимаемой на номинальной высоте. Стремясь уменьшить эти трудности, были спроектированы и построены двухскоростные и двухступенчатые редукторные нагнетатели. Это лучше, чем односкоростная одноступенчатая машина, но они требуют увеличение размера, веса и сложности.Независимо от того, сколько этапов или различных передач используются передаточные отношения, такой редукторный нагнетатель никогда не может иметь идеальной гибкости регулирование скорости турбонагнетателя и всегда должно приводить к некоторой потере мощности, когда работает ниже высоты, для которой он был разработан. Скорость турбокомпрессора можно контролировать для поддержания желаемых условий давления на входе в карбюратор без с учетом оборотов двигателя.
Рабочие характеристики
Рабочие характеристики двигателей, оснащенных различными типы нагнетателей показаны на общей диаграмме высота-мощность двигателя рис. 8 . Линия (А) указывает на изменение мощности двигателя, построенного без внутреннего нагнетателя или турбонагнетатель. Как показано, мощность начинает падать, как только высота повысился.Самолет может летать на значительные высоты, но мощность настолько снижена, что наконец, будет достигнута точка, в которой мощности будет недостаточно, чтобы удерживать самолет в полете. горизонтальный полет.
Строка (В) показывает приблизительные характеристики двигателя, оснащенного одноступенчатой редукторный нагнетатель. В этом случае происходит некоторое снижение мощности на уровне моря, т.к. часть мощности двигателя требуется для привода нагнетателя и, следовательно, не доступный пропеллеру.Этот недостаток мощности по сравнению с двигателем без наддува преодолевается очень быстро по мере увеличения высоты, и почти постоянная мощность продолжает критическая высота двигателя с редуктором с наддувом, которая составляет порядка 6000 футов до 7000 футов. За пределами этой высоты мощность уменьшается по мере увеличения высоты, но высота, на которой самолет будет продолжать горизонтальный полет, больше, чем у двигатель без наддува.
Линия (c) показывает характеристику двухступенчатого нагнетателя с редуктором, и здесь снова высота, на которой мощность двигателя начинает падать, была увеличена из-за более высокая степень сжатия достигается при использовании двух ступеней сжатия. Несколько Тот же эффект можно получить с помощью одноступенчатых двухскоростных нагнетателей. В любом из этих комбинаций, однако критическая высота, на которой мощность начинает уменьшаться, находится на около 18000 футов.
Строка (D) указывает характеристику самолета, оборудованного одноступенчатой двигатели с внутренним наддувом и турбокомпрессоры. Мощность, доступная гребному винту по-прежнему такой же, как и у одноступенчатого двигателя с наддувом, и эта мощность продолжается до высоты около 25 000 футов. За пределами критической высоты существует достаточной мощности, чтобы поддерживать полет на высоте не менее 35 000 футов.
Силовая установка с турбонаддувом
Силовую установку с турбонаддувом целесообразно рассматривать применительно к части играет каждый из элементов, из которых состоит система турбонагнетателя. Рис. 9 представляет собой принципиальную схему полная система турбонаддува.
Воздух, который в конечном итоге будет подаваться в двигатель для поддержки горения, забирается в систему через то, что называется «таранным» воздухозаборником.Это потребление обычно располагается на передней кромке гондолы двигателя или крыла и предназначено для приема полное преимущество скорости самолета по воздуху или силы воздуха скорость струи гребного винта, чтобы получить, по сути, небольшое количество наддув в самом впуске. Этот воздух направляется на вход компрессора турбокомпрессор, в котором происходит первое сжатие воздуха. Сумма компрессия зависит от скорости, с которой работает турбокомпрессор, и степень сжатия может достигать 2.86 к 1. Это означает, что атмосфера, взятая в компрессор на высоте 25 000 футов с давлением примерно 11 дюймов ртути, может выбрасываться из компрессора под давлением примерно 50 дюймов. ртути. В результате этого сжатия температура воздуха, выходящего из компрессора будет достаточно высоким, чтобы вызвать детонацию, если подать его непосредственно на карбюратор. Например, если температура входящего воздуха -30 F на высоте 25 000 футов, температура воздуха, выходящего из компрессора, будет примерно 150 F.Чтобы уменьшить это температура, воздух проходит через интеркулер, прежде чем попасть в карбюратор. Так как упоминалось ранее, это охлаждение также служит для увеличения плотности воздушного заряда. То смешение воздуха и топлива происходит на входе в редукторный нагнетатель. То температура смеси, выходящей из карбюратора, несколько меньше поступающего воздуха температуре из-за удаления из воздуха тепла, необходимого для испарения топливо.
Затем смесь из карбюратора подается на вход редуктора. внутренний нагнетатель. На этой второй стадии сжатия степень сжатия обычно используется примерно от 1,5 до 1 при номинальной частоте вращения двигателя. При умеренно низком степени сжатия этой ступени повышение температуры смеси не является чрезмерным, но поддерживается достаточное давление для обеспечения равномерного распределения смеси по цилиндров и разрешить использование «перекрытия клапанов» для продувки выхлопных газов и охлаждение выпускного клапана.
Горячие выхлопные газы из цилиндров собираются в коллекторе или коллекторном кольце через выхлопной трубы к сопловому аппарату турбокомпрессора. Форсунки предназначены для позволяют газам расширяться и, таким образом, достигать высоких скоростей, прежде чем столкнуться с ковши турбинного колеса. Выхлопные газы, которые не требуются для привода турбины перепускаются через перепускной клапан в атмосферу, прежде чем достигнуть сопел турбины.Этот завершает цикл воздуха, необходимого двигателю или сгоранию, когда он проходит через силовую установку с турбонаддувом.
На рис. 10 показаны значения давления и температуры, встречающиеся в типичном применении турбонагнетателя, работающем на 25 000 ноги.
Описание турбонагнетателя
На рис. 11 показан вид в разрезе типичный турбокомпрессор.Это просто высокоскоростной центробежный компрессор с приводом от турбина, получающая мощность от горячих выхлопных газов двигателя. Выхлоп дымовая труба соединяется с сопловой коробкой (А), которая находится непосредственно над турбинным колесом (В). То горячие газы выходят из сопловой коробки через неподвижные сопла (С). Форсунки позволяют расширение выхлопных газов, которое увеличивает скорость и направляет ее на ковши (D) на турбинном колесе.Высокая скорость и мощность турбины являются результатом поток этих высокоскоростных газов против лопаток турбины. Скорость турбокомпрессор управляется за счет пропуска избыточных газов, не необходимых для турбины работы, чтобы выйти через перепускной клапан (B), а не через сопла турбины и турбинное колесо. При закрытом перепускном клапане все газы будут проходить через турбину, и он будет вращаться с максимальной скоростью и силой.С широко открытыми воротами отходов, турбина будет простаивать.
Развиваемая мощность передается через вал (F) на рабочее колесо (G) центробежный компрессор, который установлен на противоположном конце вала. Воздух двигателя канал от набегающего воздухозаборника на передней кромке крыла или передней части гондолы на вход компрессора. Рабочее колесо (O) и диффузор (H) заключены в подходящий корпус, называемый корпусом компрессора (J), который собирает сжатый воздух из диффузор.Вращающийся узел опирается на шариковые и роликовые подшипники, несущие тяговые и статические нагрузки. Шариковый подшипник (К) расположен на конце рабочего колеса. вала и воспринимает осевую нагрузку вала, которая находится в направлении рабочее колесо при работающем турбонагнетателе. Роликовый подшипник (L) позволяет расширение вала.
Кольцо перегородки (M) обеспечивает правильное распределение охлаждающего воздуха турбонагнетателя. между корпусом форсунки и корпусом компрессора.Кольцо перегородки также служит щитом для предотвращения передачи тепла от сопловой коробки к корпусу компрессора излучением.
Турбокомпрессор смазывается встроенным масляным насосом (N), который приводится червячная передача от червячной втулки, соединенной шпонкой с валом. Насос и подшипники закрыты корпус подшипника и насоса (P). Турбинное колесо охлаждается охлаждающим колпаком. Стандарт тип охлаждающего колпака конвекционного типа и направляет охлаждающий воздух от самолета слипстрим против колеса турбины. Рис. 12 , 13 и 14 показывают готовый турбонагнетатель. сборка.
Смазка турбонагнетателей
Смазочный насос
Смазочный насос турбонагнетателя состоит из двух отдельных объемных насосы на одном валу. Один из элементов насоса подает масло к шестерням и подшипники. Другой элемент представляет собой продувочный насос, который удаляет масло из корпуса и возвращает его в расходный бак.
На конце вала насоса есть соединение тахометра, от которого скорость можно определить турбокомпрессор.
Рис. 15 есть принципиальная схема системы смазки турбокомпрессора с использованием отдельного маслобака. Масло для смазки турбонагнетателя от масляного насоса поступает внутрь подшипник и корпус насоса через кожух (A), который смазывает ведущую шестерню насоса (B).Масло переносится из кожуха ведущей шестерней в сетку ведущей шестерни и втулку червячной резьбы (C). Подшипники смазываются брызгами от ведущей шестерни, и масляным туманом, который существует внутри корпуса подшипника в результате высокой скорости вращения и взбивания масла. Эта комбинация разбрызгивания и масляного тумана идеальная смазка для шариковых и роликовых подшипников. Некоторые турбокомпрессоры сконструированы с форсунками, которые подают масло непосредственно на шариковые и роликовые подшипники.Это не обеспечивает лучше смазывает, чем масляный туман, но обеспечивает более эффективное охлаждение подшипник.
Производительность продувочного элемента насоса примерно в три раза больше, чем у насос высокого давления постоянно. Из-за этого две трети подачи продувочного насоса воздух. Откачка этого воздуха вызывает небольшое разрежение в корпусе подшипника. необходимо для предотвращения утечки масла через сальники вала.Два сальника вала (D), один на стороне турбины, а другой на стороне компрессора корпуса подшипника, не трущиеся уплотнения, но имеют зазор от вала от 0,002 дюйма до 0,005 дюйма. Эти уплотнения имеют резьбу для создания внутреннего потока, который удерживает масло внутри насоса. и корпус подшипника. Этому действию способствует вакуум, который создается внутри корпус из-за избыточной производительности продувочного насоса.
Гантельный клапан (E) работает под действием силы тяжести.Всасывание продувочного насоса осуществляется через этот клапан, и положение клапана всегда будет таким, чтобы всасывание продувочного насоса будет тянуть только снизу подшипника и корпуса насоса, независимо от положения самолета в полете.
Турбокомпрессоры обычно монтируются с отдельным маслобаком емкостью от одного до емкостью два галлона, которая обычно заполнена маслом примерно на 75 процентов. Избыточный объем резервуара необходимо для компенсации любого вспенивания масла, которое может быть вызвано откачивающий насос.
Ротор турбокомпрессора работает на чрезвычайно высоких скоростях по сравнению с скорости, обычно встречающиеся в другом оборудовании — 21 300 об/мин для номинальной высоты 25 000 футов для одного типа. При такой скорости шарики в шарикоподшипнике, например, вращаются со скоростью примерно 60 000 об/мин вокруг своей оси. Подшипники, которые выдержат в этих экстремальных условиях скорости имеют специальную конструкцию и изготавливаются с сверхвысокая точность.Очевидно, что необходимо соблюдать особую осторожность при обращении и установка этих подшипников при капитальном ремонте. Также крайне важно, чтобы никакие посторонние предметы не должны попадать в систему смазки, и что рекомендации по используемому маслу и способу эксплуатации турбонагнетателя. внимательно следили.
Требования к охлаждению турбонагнетателя
Рис.16 показывает принципиальную схему различных путей потока охлаждающего воздуха, необходимых в обычном турбонагнетателе установка. Охлаждающий воздух требуется для кожуха выхлопной трубы, турбинного колеса. охлаждающая крышка, задняя часть корпуса сопла турбины, корпус компрессора, подшипники и интеркулер.
Выхлопная труба – это часть выхлопной системы, которая отводит выхлопные газы из кольцо коллектора двигателя или выпускной коллектор к сопловому коробу турбины.В выхлопе Стек представляет собой одно или несколько гибких соединений, допускающих тепловое расширение и вибрацию двигателя. Обычная конструкция выхлопной трубы включает вентилируемый кожух, который представляет собой концентрическую труба, окружающая выхлопную трубу и вентилируемая потоком набегающего охлаждающего воздуха. Этот кожух выхлопной трубы служит двойной цели: образует противопожарную стену вокруг дымохода. выхлопная труба высокого давления и средства для предварительного охлаждения выхлопных газов перед вход в сопловой короб турбины.
Охлаждающий колпак конвекционного типа подает охлаждающий воздух к ободу турбинного колеса при место крепления лопаток турбины к заготовке колеса. Воздух выпускается на задней кромке колеса, чтобы избежать рециркуляции воздуха над колесом.
Подшипники, корпус компрессора и задняя часть корпуса форсунки охлаждаются воздуховодом, который подает воздух радиально внутрь к центру турбонагнетателя.Этот воздушный поток разделен перегородкой, при этом примерно 40 % воздуха проходит между отражательное кольцо и корпус сопла, а оставшаяся часть между отражательным кольцом и компрессором кожух.
Требуемый объем воздуха для охлаждения промежуточного охладителя обычно примерно в два раза превышает объем воздух двигателя охлаждается. Заслонки или жалюзи, расположенные ниже по потоку от промежуточного охладителя в потоке охлаждающего воздуха обеспечивают регулирование температуры воздуха, поступающего в карбюратор.
Охлаждающий воздух турбокомпрессора берется на борт, где можно полностью использовать встречный поток винта или скорость самолета, чтобы обеспечить достаточную подачу воздуха и распределение. Особое внимание уделяется расположению воздуховодов охлаждающего воздуха, чтобы минимальное количество тепла подхватываться до того, как воздух достигнет турбонагнетателя или промежуточного охладителя. Особенно, входы охлаждающих каналов расположены таким образом, чтобы не было горячих выхлопных газов или отводимых охлаждающий двигатель воздух будет нагнетаться в охлаждающие каналы.
Турбокомпрессор Регламент
Одним из преимуществ турбокомпрессора является гибкость управления. Скорость ротора турбонагнетателя и, следовательно, давление, подаваемое в двигатель, равно управляется изменением количества выхлопных газов, проходящих через сопла для привода турбинное колесо. Открытие перепускного клапана позволяет пропускать больше выхлопных газов, а скорость вращения ротора снижается.
И наоборот, закрытие перепускного клапана увеличивает скорость вращения ротора.
Гидравлический регулятор автоматически перемещает перепускной клапан, чтобы удерживать давление в корпусе форсунки. постоянным на значении, определяемом положением рычага управления наддувом в кокпит. Изменяя настройку регулятора, надлежащее давление выхлопных газов и соответствующее давление в коллекторе может быть получено для требуемой мощности двигателя, например крейсерская, нормальная или военная мощь.
Рис. 17 представляет собой схему типичного гидравлический регулятор. От корпуса сопла к верхнему сильфону идет трубка. То нижний сильфон откачан и служит для предотвращения срабатывания верхнего сильфона в ответ к изменению атмосферного давления. Внутри верхнего сильфона установлена пружина, один конец который соединен с соединением между двумя сильфонами, а другой конец с рычаг переключения диапазонов.Этот рычаг соединен рычажным механизмом с бустером кабины. контроль. Сборка пружины и рычага управления предназначена для того, чтобы пилот мог варьировать давление на пружину для разного давления в сопловой коробке, соответствующее разная мощность двигателя. Это натяжение пружины просто уравновешивает давление в верхних сильфонах. до точки, где порты сервоклапана к сервопоршню закрыты.
Когда в верхнем сильфоне происходят изменения давления, они воздействуют на сервоклапан и сдвигают его положении, тем самым открывая порты, которые направляют масло под давлением в одну сторону поршень.Затем поршень движется под неуравновешенным давлением масла и перемещает перепускной клапан. с этим. Сервопоршень продолжает перемещать перепускной клапан до тех пор, пока давление в Коробка сопла была исправлена. При корректировке давление в сильфонах восстанавливает сервоклапан в закрытое положение и останавливает движение поршня.
Процесс регулирования, описанный выше, происходит за очень короткий промежуток времени, несколько секунды максимум.Поэтому в реальной эксплуатации, как только давление выхлопных газов начинает изменения, гидравлический регулятор начинает перемещать перепускной клапан в направлении противодействия это изменение. То есть при данном положении рычага наддува в кабине регулятор всегда действует для поддержания постоянного давления выхлопных газов, а фактическое давление выхлопных газов варьируется от это постоянное значение только временно в течение тех нескольких секунд, которые требуются гидравлическому регулятор для перемещения перепускной заслонки в направлении, восстанавливающем давление.
Для некоторых самолетов преследования, оснащенных турбокомпрессорами, размер эвакуируемого сильфон в регуляторе уменьшается. Это приводит к тому, что атмосферное давление имеет некоторое воздействует на верхний сильфон и приводит к небольшому снижению давления в сопловой коробке с увеличение высоты. Этот тип регулятора поддерживает приблизительно постоянный коллектор давление без изменения положения рычага управления наддувом до уровня самолета номинальная высота.
Рекомендации по установке
Индукционная система
Конструкция и конструкция индукционной системы имеют первостепенное значение для Применение турбокомпрессорной системы. Индукционная система несет необходимые воздух двигателя от встречного потока к и через элемент компрессора турбокомпрессор, затем через интеркулер в карбюратор двигателя.
Упоминалось об использовании воздухозаборников. Эти приемы специально предназначен для приема необходимого весового расхода воздуха на борт самолета с наименьшим возмущение слипстрима по сечению аэродинамического профиля. «напорный воздух» воздухозаборники предпочтительно располагать на передней кромке крыла или капота двигателя. используются воздухозаборники, выступающие над поверхностью самолета, задняя поверхность ковша соответствующим образом оптимизирована, чтобы обеспечить минимальное сопротивление.Потому что при поступательном движении самолета «напорные воздухозаборники» имеют тенденцию увеличивать давление на входе в компрессор. Этот прирост давления достигается за счет воздухозаборник набегающего двигателя, что особенно важно в силовой установке с турбонаддувом, потому что это усиление умножается на степень сжатия двух ступеней сжатия которые следуют.
Воздуховод от напорного воздухозаборника обычно состоит из двух или более отрезков трубы соединены гибкими суставами.Эти гибкие соединения устанавливаются между компрессором и воздухозаборник для изоляции вибрации конструкции корабля от высокоскоростных компрессор турбонагнетателя. Эти гибкие соединители также встроены между компрессор турбокомпрессора и промежуточный охладитель, а также между промежуточным охладителем и карбюратор-воздухозаборник. В случае соединения воздуховода с впускным отверстием карбюратора движение двигателя в его динамической опоре также должно быть изолировано гибким соединители.Такие гибкие соединители обычно состоят из неопрена или синтетического каучука. втулка, которая крепится хомутом к упирающемуся концу секции воздуховода.
Еще одним фактором при проектировании системы впуска является минимизация потерь давления. в результате резких изгибов, быстрых изменений поперечного сечения и использования воздуховодов меньшего размера. Обычно конструкция самолета диктует путь индукционной системы. Лучшее использование должно должно быть сделано пространство, доступное для поддержания низких потерь в индукционной системе.
Так как внутреннее давление системы впуска на больших высотах достигает 10 до 11 фунтов на кв. дюйм больше, чем внешнее атмосферное давление, конструкция требует, чтобы индукционная система выдерживала перепад давления в 20 фунтов на кв. д., без утечек. Любая утечка, возникающая в системе, представляет собой потерю, и снижает эффективность установки.
Установка промежуточного охладителя надлежащего размера и конструкции важна в поддержание работоспособности турбонаддувной силовой установки.Интеркулер должен обеспечить адекватное охлаждение воздуха, выходящего из компрессора, для обеспечения надлежащего плотность заряда. При этом интеркулер не должен иметь избыточного веса, и не должны оказывать слишком большое сопротивление воздушному потоку двигателя в системе впуска.
Выхлопная система силовой установки с турбонаддувом отводит выхлопные газы от цилиндры к сопловой коробке турбокомпрессора.Этот трубопровод также должен содержать гибкие соединения для изоляции вибрации, а также для компенсации расширения, вызванного теплом. Это Очень важно, чтобы выхлопная труба не оказывала давления на сопловую коробку. Если допустимы напряжения, сопловая коробка будет перекошена. Во время высотной операции давление внутри выпускного коллектора может быть на 10-11 фунтов на квадратный дюйм больше, чем атмосферное давление. Опять же, необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить утечку.Утечки в выхлопная система всегда будет иметь тенденцию к увеличению из-за высоких температур выхлопных газов. газы. В обычных установках выхлопная труба окружена системой охлаждения выхлопных газов. саван. Охлаждающий воздух нагнетается через этот кольцевой проход. Утечка газов из выхлопной трубы труба будет протекать именно в это пространство, а не в конструкцию самолета. Утечка выхлопа газы будут уменьшать мощность, доступную для привода турбонагнетателя, и будут тем самым уменьшить критическую высоту установки.
Рис. 18 , 19 , 20 , 21 и 22 представляют собой принципиальные схемы типичных Применение турбокомпрессора.
Уход и техническое обслуживание турбонагнетателей
Установки турбонагнетателя требуют очень тщательного осмотра и обслуживания в оказание услуг. Турбокомпрессор, хотя и очень прост по конструкции, работает при очень высокие скорости.Очень большие различия в температуре преобладают в относительно небольшом часть оборудования.
Эффективная работа силовой установки с турбонаддувом зависит от эффективного работы всех его составных частей.
Конкретные инструкции по осмотру и техническому обслуживанию указаны в Технических приказах. покрытие этого типа оборудования. Краткий обзор предметов, которые требуют ежедневного проверка следующая:
Проверить турбонагнетатель, выхлопную систему, систему впуска, промежуточный охладитель и систему управления система безопасности монтажа и доказательства отказа.
Осмотрите лопатки турбины на деформацию или другие признаки неисправности.
Проверить зазор между турбинным колесом и соплами.
Осмотрите и смажьте перепускной клапан.
Проверьте правильность подачи масла и осмотрите систему смазки на наличие утечек.
Сразу же при запуске двигателя определить, что турбинное колесо вращается свободно.Проверьте работу регулятора, чтобы определить, работает ли он медленно.
Капитальный ремонт турбокомпрессора, а также любой другой ремонт, связанный с разборкой ед., должны производиться только на авиабазах. Во избежание повреждения устройства инструкции покрытие снятия турбокомпрессора с самолета следует тщательно последовал.
Замена подшипника рекомендуется при каждом капитальном ремонте.
После восстановления деталей нагнетателя весь ротор в сборе, рис. 23 , должен быть динамически сбалансирован, в соответствии с подробными инструкциями Технических приказов ВВС Сухопутных войск. освещающий эту тему. Рис. 24 показывает балансировочный станок, используемый для этой цели. Баланс крыльчатки на конце ротора составляет получают путем удаления материала на гребешках рабочего колеса. Конец турбинного колеса ротор уравновешивается удалением материала (шлифованием) с внутренней поверхности ротора. турбинное колесо.
Сопловая коробка изготовлена из коррозионностойкой стали, возможен ремонт с применением сварки. изготавливается с использованием типа сварочного электрода, одобренного производителем. Этот электрод с покрытием, так что полученный сварной шов имеет практически те же свойства, что и сварной материал.
Эксплуатация
Самолет с турбокомпрессором должен эксплуатироваться в строгом соответствии с указание, предусмотренное в Техническом приказе ВВС Сухопутных войск по эксплуатации каждого типа самолет.Эксплуатацию можно обсудить в общем виде, рассмотрев Характеристики турбокомпрессора и влияние турбокомпрессора на силовая установка самолета в различных условиях летной эксплуатации.
Начиная с
Двигатель следует прогреть обычным способом. Регулятор турбокомпрессора должен находиться в положении OFF, чтобы перепускной клапан был в открытом положении. Особый уход должны быть предприняты меры, чтобы избежать обратного эффекта, который может деформировать перепускной клапан или раздуть коробка с форсунками.
Взлет
После прогрева двигателя установите винт на заданные для взлета обороты, затем широко откройте дроссельную заслонку и доведите до желаемого давления в коллекторе как можно быстрее. возможно с помощью регулятора нагнетателя. Заблокируйте регулятор регулятора и закрыть дроссельную заслонку после того, как турбонагнетатель имел достаточно времени для достижения надлежащего скорость, и давление в коллекторе стабилизируется.Эта процедура должна выполняться для каждый двигатель в случае многодвигательного самолета. Затем самолет можно вырулить на взлете, а при полном открытии всех дросселей регулятор турбонагнетателя повысить давление в коллекторе до заданного значения.
Восхождение
После взлета регулятор следует отрегулировать так, чтобы он удерживал давление, указанное для набора высоты. что обычно будет меньше, чем требуется для взлета.Если регулятор приводится в действие давление выхлопа в сопловой коробке, как это принято в настоящее время, и настройка сохраняется постоянно, перепускная заслонка будет постепенно закрываться по мере набора высоты самолета, а сопловая коробка давление останется примерно постоянным. В таких условиях впускной коллектор давление будет увеличиваться с высотой, и пилоту будет необходимо сбросить Регулятор с интервалами, чтобы это давление не стало слишком высоким.Двигатель должен никогда не наддувайте больше, чем указанное давление в коллекторе, рекомендованное для каждого конкретной установки. Если чрезмерное наддув продолжается.
Крейсерская
Когда необходимо уменьшить мощность двигателя значительно ниже полной мощности, например, для крейсерского режима, давление в коллекторе должно быть уменьшено с помощью управления нагнетателем. Это не хорошо Практика для получения пониженной мощности за счет поддержания высокого давления на входе в карбюратор и частично закрывая дроссельную заслонку карбюратора, так как это создает излишне высокую заднюю часть давление, при котором двигатель должен выпустить газ.Это не только вредно для двигателя, но также имеет тенденцию развивать чрезмерные рабочие скорости ротора нагнетателя. это иногда оказывается выгодным поддерживать высокое давление на входе в карбюратор и уменьшать обороты двигателя путем изменения настройки гребного винта.
Спуск
При спуске с больших высот следует использовать достаточную мощность, чтобы двигатель теплый. Следует заметить, что реакция на резкое открытие дроссельной заслонки в двигатели с турбонаддувом кажутся медленными.Этот факт необходимо иметь в виду при маневрирование у земли и при посадке.
В некоторых типах самолетов-преследователей регулятор наддува турбокомпрессора и дроссельная заслонка сблокированы, так что они могут управляться одним рычагом. В этом случае фактический необходимо постоянно иметь в виду работу силовой установки с турбонаддувом.
В настоящее время используются регуляторы турбонагнетателя, которые автоматически уменьшают выхлоп. давление в системе по мере увеличения высоты полета самолета.Этот приводит к поддержанию практически постоянного давления в коллекторе двигателя на расчетная высота полета самолета. Этот тип регулятора уменьшает количество регулировка наддува турбокомпрессора, которую пилот должен производить при наборе высоты на расчетную.
Большие высоты
На больших высотах помимо влияния низких атмосферных давлений Низкие температуры, с которыми приходится сталкиваться, имеют большое значение.Турбокомпрессор должен всегда эксплуатировать на достаточной скорости, чтобы гарантировать, что масло в его системе смазки не замерзнет из-за низких температур. Если маслу разрешено замерзнуть, прерывание смазки приведет к серьезному повреждению подшипников и привод насоса. В частности, полеты на большой высоте или длительное планирование никогда не должны делается с регулятором наддува в положении OFF.
Противообледенительная обработка карбюратора может осуществляться с помощью силовой установки с турбонаддувом путем уменьшения или отключив подачу охлаждающего воздуха к интеркуллеру. Это приведет к высокой температуре воздуха от компрессора турбонагнетателя для питания карбюратора.
Особенно важно, чтобы давление в коллекторе двигателя уменьшалось по мере самолет набирает высоту выше расчетной. Если этого не сделать, турбокомпрессор быть серьезно превышена скорость при подаче воздуха сверх его номинальной конструкции.
Летно-испытательные работы на самолетах с турбонаддувом и автопилотом контроль показал, что следует проявлять крайнюю осторожность. Самолеты с наддувом будут летать на высотах, намного превышающих те, на которых человеческий организм может выжить без помощи специальное оборудование.
Даже при избытке кислорода члены экипажа желательно располагать так, чтобы не человек совершенно один в каком-либо одном купе.Кроме того, опасно переходить от из одного отсека в другой без доступа кислорода.
Пилотам особенно следует быть осторожными при использовании автопилота на высоких скоростях. высоты, как с точки зрения управления, так и возможности постепенного снижения спит, так как поступление кислорода уменьшается. В этом случае самолет продолжит полет. на автопилоте, пока не исчерпается подача газа.
Уход при эксплуатации и техническом обслуживании
Турбокомпрессор зарекомендовал себя очень надежно в работе в любых условиях эксплуатации. боевые высотные полеты.Он требует такой же осторожности в эксплуатации и обслуживании, как и требуется любому высокоточному оборудованию. Иногда, в ситуациях больших В аварийной ситуации турбокомпрессор призван работать намного сверх своих расчетных рейтинг. Способность турбокомпрессора работать таким образом и его предельный срок службы при такие условия во многом зависят от осторожности, проявленной при его предыдущей эксплуатации и техническое обслуживание.
Введение и краткая история наддува
‘) var buybox = документ.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { var formAction = форма.получить атрибут («действие») form.setAttribute(«действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart»)) document.querySelector(«#ecommerce-scripts»).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { переключать.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаВариант.classList.add («расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = window.fetch && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Ящик для покупок: ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) modal.domEl.addEventListener («закрыть», закрыть) функция закрыть () { форма.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart?messageOnly=1») ) form.addEventListener( «представить», Buybox.interceptFormSubmit( Буйбокс.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), консоль.лог, ), ложный ) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { документ.addEventListener(«keydown», функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })() .

Газотурбинный наддув на морских судах

Наддув двигателя (двс)

Резонансный наддув

Механический наддув

Газотурбинный наддув

Комбинированные системы

Рекомендации

Газотурбинный наддув — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Газотурбинный наддув

Основные схемы газотурбинного наддува

Механический и газотурбинный наддув воздуха в ДВС

Наддув дизелей

общая характеристика способов наддува в судовых дизелях

применений нагнетателя

Введение

Повышение гибкости и эффективности предприятия

Автор

Abstract

Рекомендуемое цитирование

Скачать полный текст от издателя

Каталожные номера перечислены в IDEAS

Цитаты

Наиболее похожие товары

Исправления

Способы наддува дизеля, в дизелях с наддувом и в агрегатах наддува дизелей

Как работает нагнетатель?

Что такое нагнетатель?

Когда появились нагнетатели?

Как изменились нагнетатели в истории?

В чем разница между нагнетателями и турбокомпрессорами?

Так есть ли какие-либо современные модели с заводскими нагнетателями?

Краткая история использования нагнетателей в гонках

Часто задаваемые вопросы о нагнетателях

Забавные факты о нагнетателе

Видео

Турбокомпрессор и силовая установка самолета

Турбокомпрессор и силовая установка самолета

Введение и краткая история наддува

Действия

Добавить комментарий Отменить ответ