Неисправности дизельных двигателей с турбонаддувом
Курсовой проект - Транспорт, логистика
Другие курсовые по предмету Транспорт, логистика
1.Общие сведения о наддуве в дизельных двигателях
Основная идея наддува - увеличение заряда и мощности двигателя путем подачи в цилиндры воздуха повышенной плотности под избыточным давлением > [2, c. 116].
Наддув связан с предварительным сжатием, поступающего в двигатель воздуха, а увеличение заряда по сравнению с его величиной при атмосферных параметрах и определяется отношением плотностей (при = const):
(1)
Сжатие воздуха обычно осуществляется в компрессоре (инерционный наддув, т.е. повышение давления путем использования волновых явлений при неустановившемся течении воздуха во впускном трубопроводе, применяется сравнительно редко в двигателях малой мощности) и связано с увеличением не только давления, но и температуры. Непосредственно за компрессором давление =, температура = . Изменение плотности воздуха существенно зависит от степени повышения давления и его охлаждения (рисунок 1).
Наибольшее увеличение плотности достигается при изотермическом сжатии (= =const), когда /. Отсюда необходимость охлаждения наддувочного воздуха за компрессором. Например, в судовых дизелях воздух охлаждается в поверхностных охладителях, прокачиваемых забортной водой, позволяющих при умеренных габаритах и гидравлических сопротивлениях = 150250 мм вод. ст. понизить температуру воздуха за компрессором до уровня, который превышает данную температуру забортной воды на 10-15С.
Рисунок 1 - Зависимость плотности воздуха от давления
Следовательно, в ресивере двигателя с наддувом:
;
В случае равенства = , пренебрежения величиной и потерей давления в фильтре компрессора () увеличение заряда можно определить величиной :
(2)
Соотношение (2) справедливо и при последовательном, например, двухступенчатом сжатии воздуха, когда для принятых допущений общая степень повышения давления
Из выражения нетрудно получить связь со степенью наддува двигателя:
(3)
При условии , = , , и
,
а в случае равенства к. п. д. для сравниваемых двигателей устанавливаем идентичность степеней наддува и повышения давления:
. (4)
Наиболее просто наддув можно получить при механическом приводе компрессора от вала двигателя. Такой наддув получил название механического, и система наддува состоит из компрессора, подающего воздух непосредственно в ресивер двигателя или через воздухоохладитель.
При умеренных степенях 1,35 механический наддув получил распространение на четырехтактных двигателях. Двухтактные двигатели, оборудуемые продувочными насосами для осуществления процессов газообмена, также являются двигателями с механическим наддувом. Двигатель с приводом компрессора от вала обладает высокой приемистостью - способностью принимать нагрузку при ее набросе (быстром увеличении). Но затраты мощности на привод компрессора снижают эффективность наддува. При =1,241,35 относительная мощность для привода компрессора = составляет 3-5% и возрастает до 10% при = 1,5, что уже ведет к заметному снижению механического к. п. д. ( < ) и ограничивает рост при повышенных давлениях .
Решение было найдено применением компрессора с газотурбинным приводом, использующим энергию выпускных газов двигателя. Такая система получила название газотурбинного наддува. Турбокомпрессор, конструктивно объединяющий компрессор обычно центробежного типа и турбину, является главным элементом системы.
Однако в ряде случаев и при газотурбинном наддуве сохраняется механический привод дополнительного наддувочного компрессора или турбокомпрессора, позволяющий получить недостающую энергию от вала двигателя при пусковых и долевых режимах или в случае высоких значений отдавать избыточную мощность турбины при полных нагрузках валу двигателя [2, c. 125].
Системы газотурбинного наддува с элементами механического наддува относятся уже к комбинированным системам.
В общем случае система наддува включает турбокомпрессоры, работающие на выпускных газах, дополнительные компрессоры с механическим приводом, воздухоохладители, ресиверы, коллекторы, трубопроводы, составляющие газовоздушный тракт двигателя. В ней протекают процессы преобразования энергии с целью обеспечения двигателя воздухом, поэтому систему наддува называют также системой воздухоснабжения.
Получение заданных степеней наддува, как это следует из формулы (3), зависит не только от давления , но и от качества рабочих процессов, оцениваемых величинами коэффициента наполнения , параметра /?, а также от механического к. п. д. двигателя . Чем совершеннее рабочий процесс (выше и меньше ?), тем меньший заряд воздуха необходим для реализации заданного значения и тем ниже давление наддува . Совместно с избытком продувочного воздуха (величиной коэффициента продувки ) снижение ? влияет на энергетический баланс турбокомпрессора, так как оно ведет к росту температуры выпускных газов, снижению расхода воздуха и гидравлических сопротивлений трактов.
Таким образом, возможности наддува теснейшим образом связаны с конструкцией, схемой газообмена, уровнем форсировки и характером эксплуатационных режимов двигателя. Последнее вытекает из характеристик систем наддува, представляющих собой зависимости относительных значений средних давлений воздуха в ресивере / и газа перед турбиной / от расхода воздуха через двигатель или газа через турбину . По кривым /=f(), / f() совмещае