Конспект лекции на тему «Использование энергии выпускных газов для наддува»


Автор: Малышев Юрий НиколаевичСсылка на страницу с работой: https://infourok.ru/lekciya-na-temu-ispolzovanie-energii-vipusknih-gazov-dlya-nadduva-751464.htmlИспользование энергии выпускных газов для наддува
При анализе термодинамического цикла отмечалась возможность повышения его эффективности (увеличения удельной работы цикла) вследствие продолженного расширения рабочего тела в лопаточных машинах. В действительном цикле идея продолженного расширения реализуется путем использования энергии выпускных газов в газотурбокомпрессорах, применяемых для наддува двигателя.
Полная располагаемая энергия выпускных газов Е складывается (рис. 12.1, а, б) из энергии расширения газов:
от давления в цилиндре римп до давления в коллекторе перед турбиной рТ — составляющая Е1от давления в коллекторе перед турбиной рт до давления атмосферного воздуха рт0—составляющая Е2Составляющая Е1 носит импульсный (пульсирующий) характер и представляет собой пики изменения давления, температуры и скорости газа, возникающие в выпускной системе, перед турбиной в процессе свободного выпуска газов из цилиндра.
-196850833755Составляющая Е2 имеет более постоянный характер и представляет собой энергию, характеризующуюся относительным постоянством давления pТ = const, температуры; и скорости газов перед турбиной на участке между импульсами (см. рис. 12.1, б) или в течение всего периода выпуска (рис. 12.1, в, г).
В газовой турбине могут быть использованы обе составляющие энергии газов, однако степень использования импульсной составляющей зависит от способа подвода газов к турбине, в зависимости от которого газотурбинный наддув подразделяют на импульсный и постоянный.
Импульсный газотурбинный наддув происходит при переменном давлении газов перед турбиной. При импульсном наддуве (см.рис. 12.1, а, б) нужно максимально использовать (импульсную составляющую энергии газов E1. С этой целью:
увеличивают предварение открытия выпускных органов, чтобы отбирать газ из цилиндров при более высоких температурах.
во избежание расширения газов в выпускной системе их подводят к тазовой турбине по коротким патрубкам 2 малого сечения и по возможности турбину 3 приближают к цилиндрам,
чтобы импульсы отдельных цилиндров не накладывались один на другой и не мешали продувке в соседних цилиндрах, выпускную систему двигателя разделяют на несколько самостоятельных трубопроводов, подводящих газ к одной или нескольким турбинам;
к каждой турбине для получения максимального КПД подключают не более трех цилиндров, выпуски которых в соответствии с порядком работы максимально разносят один от другого.
В результате такой организации выпуска в импульсных газовых турбинах двухтактных МОД удалось достигнуть использования 35-45% энергии импульса Е1. В четырехтактном двигателе установка нескольких турбин по экономическим соображениям нецелесообразна, поэтому объемы выпускных трактов относительно велики, что снижает давление импульса и соответственно долю используемой энергии; в четырехтактном среднеоборотном двигателе она составляет (0,2—0,3).
Преимущества импульсной системы наддува:
более полное использование энергии газов, что облегчает задачу балансирования мощностей турбины 3 и компрессора 4 (см. рис. 12.1, а, д);
лучшее снабжение двигателя воздухом при пуске и на режимах малых частот вращения и нагрузок, в связи с чем в двухтактном двигателе с прямоточной схемой газообмена исключается необходимость в использовании дополнительных нагнетателей с независимым приводом
быстрое реагирование турбокомпрессора на изменение режима работы двигателя, что обеспечивает его хорошую приемистость;
лучшая продувка цилиндров благодаря более низкому давлению в выпускных патрубках в период продувки.
Недостатки импульсной системы наддува;
сложность выпускного, тракта;
необходимость установки на больших двигателях нескольких турбин, максимально приближенных к питающим их цилиндрам, поскольку подключение к одной турбине более трех цилиндров и увеличение объема и длины подводящих выпускных патрубков существенно снижают эффективность использования импульсной составляющей энергии газов;
более низкий КПД турбины (по сравнению с турбиной на постоянном давлении ηтп) вследствие непостоянства давления и скорости газов на входе в турбину, перетекания газов из-за наличия раздельного соплового аппарата, больших потерь на вентиляцию и пр.
Сростом давления наддува рк и ре доля импульсной составляющей Е± в общей энергии сокращается, поэтому, учитывая отмеченные недостатки, область использования импульсной системы ограничивается значениями рк = 0,13 - 0,18 МПа.
Постоянный газотурбинный наддув происходит при постоянном давлении газов перед турбиной (см. рис. 12.1, в, ё). Продукты сгорания из всех цилиндров 1 направляются в один общий выпускной коллектор 7, в котором из-за его большого объема давление газа, несмотря на цикличность поступления, выравнивается и поддерживается на постоянном уровне рТ (см. рис. 12.1, г), определяемом количеством поступающего газа, его параметрами и пропускной способностью турбины. Из коллектора газ поступает в одну или две турбины 3 (5 —воздухоохладитель, 6—ресивер). При такой организации выпуска кинетическая энергия Е1 в турбине не используется, часть ее теряется на дросселирование газа в выпускных органах, на его перетекание из цилиндра в коллектор, а часть переходит в потенциальную составляющую; увеличивая ее на ΔЕ2. (площадь rr'е'е—см. рис. 10.1). В итоге при наддуве с постоянным давлением располагаемая энергия Eпгтн =E2+ΔE2.
Постоянство потока газа в турбину, обусловленное pт= const, позволяет получить более высокие значения КПД турбокомпрессора (ηгтк = 66÷72 %), что в свою очередь дало возможность в современных двигателях полностью перейти на газотурбинные наддув, отказавшись от использования подпоршневых полостей качестве дополнительных компрессоров.
Литература
Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с. Стр. 114-117.
Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с. Стр. 156-160
Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев – М.:Транспорт, 1990. - 360 с Стр. 249-252

Приложенные файлы

  • docx file142
    Размер файла: 273 kB Загрузок: 2