Газотурбинный надув. Газотурбинный наддув
 Скачать 88.97 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный технический университет» Кафедра технологии машиностроения Реферат по дисциплине:«Тенденции развития двигателей и автомобилей»Тема: «Газотурбинный наддув» Выполнил:Проверил: Студент гр. ТА-801, МТ Самуль А.Г. Анохин Г.А. «___» _________ 20__г. Балл ____________ _________________ «___» ________ 20__ г. _________________ (подпись) Новосибирск 2022 Содержание 1. Устройство и принцип работы…………………………………………..…….3 2. Способы подводов газов к турбине……………………………………..…….5 3. Схемы газотурбинных наддувов…………………………………………..…..7 Список литературы………………………………………………………………..9 1.Устройство и принцип работы  Газотурбинный наддув - является наиболее эффективным способом увеличения агрегатной мощности двигателя. При газотурбинном наддуве привод нагнетателя осуществляется от турбины, работающей на выпускных газах двигателя (рис.1). Рисунок 1 - Схема газотурбинного наддува В процессе работы двигателя с ГТН газы через выпускные клапаны направляются в газовую турбину (Т) и, совершая работу на лопатках рабочего колеса, приводят его во вращательное движение. Рабочее колесо турбины механически связано с рабочим колесом компрессора (К). В компрессоре осуществляется сжатие воздуха, засасываемого из окружающей среды до давления наддува  . Сжатый воздух поступает в цилиндр двигателя через впускной клапан. Агрегат турбонаддува включающий газовую турбину и центробежный компрессор, обычно называют турбокомпрессором (ТК). Двигатель, имеющий турбокомпрессор называют турбопоршневым или комбинированным двигателем [1]. По сравнению с механическим наддувом ГТН имеет следующие преимущества: 1. Количество подаваемого воздуха автоматически меняется в зависимости от мощности двигателя, в то время как при механическом наддуве расход воздуха зависит только от частоты вращения коленчатого вала; 2. При газотурбинном наддуве для привода нагнетателя используется энергия отработавших газов вследствие этого механический КПД на 4 – 6 % больше (отсутствие потерь на привод нагнетателя) и снижается удельный расход топлива; 3. ГТН осуществляется проще, т. к. не требуются сложные приводные редукторы. 4. По нагрузочной характеристике ( n=const )  при мощностях менее номинальной растёт при газотурбинном наддуве медленнее (рис. 2). Рисунок 2 - Сравнительные нагрузочные характеристики дизеля Это объясняется автоматическим изменением давления наддува в зависимости от мощности дизеля при ГТН. При механическом наддуве на каждом скоростном режиме сохраняется неизменное количество подаваемого воздуха, что при понижении мощности приводит к подаче лишнего неиспользованного воздуха и падению  .В целом газотурбинный наддув является наиболее экономичным, т. к. помимо роста эффективной мощности на улучшается экономичность двигателя. ГТН позволяет повысить его мощность на 50 – 70 %, а вообще мощностью двигателя без наддува может быть удвоена и утроена. В целях обеспечения прочности и допускаемой тепловой напряжённости при применении наддува в дизелях их мощность увеличивается не более чем в два раза. 2.Способы подвода газов к турбине В настоящее время нашли практическое применение три вида 13 систем газотурбинного наддува, отличающиеся способом подвода газов из цилиндров к турбине. Изобарная – с турбиной постоянного давления. В этом случае выпуск газов из цилиндров производится в общий коллектор, в котором давление газа, направляемого затем к турбине, выравнивается. Далее газ поступает в турбину постоянного давления и на её лопатках расширяется до атмосферного давления. Объём общего выпускного коллектора должен быть не менее чем в 15 раз больше рабочего объёма одного цилиндра, т. к. при относительно небольшом объёме коллектора наблюдаются пульсации давлений, снижающие КПД.; Импульсная – с импульсной турбиной. Эта система применяется для лучшего использования кинетической энергии выхлопных газов. В этом случае турбина присоединяется коротким трубопроводом к отдельному цилиндру или к группе цилиндров, наиболее отстоящих друг от друга по фазе выпуска (у которых процесс выпуска чередуется без перекрытия). В момент открытия выпускного клапана цилиндра давление в секции коллектора резко возрастает, достигает максимума, а затем падает до тех пор, пока не начнётся выпуск в следующем цилиндре этой секции. Чтобы уменьшить потери энергии газов при истечении из цилиндра, объём секции выпускного коллектора должен быть по возможности минимальным. Газы из секции коллектора подводятся к отдельным каналам корпуса турбины. Таким образом, осуществляется парциальный подвод рабочего тела к направляющему аппарату [3]. С учётом обеспечения минимального объёма выпускного коллектора турбокомпрессор предпочтительнее располагать у середины коллектора, а не у края. На многих V-образных высокоскоростных дизелях устанавливают два турбокомпрессора, по одному на каждый блок. Сериесная (последовательная) – представляет собой сочетание импульсной системы наддува в первой ступени турбины и изобарной во второй. Турбина постоянного давления имеет более высокий КПД. Тем не менее, импульсная турбина срабатывает определённую часть кинетической энергии газа, не используемую в турбине постоянного давления и потому для сравнительно малых давлений наддува (0,18 – 0,19 МПа), когда в общей энергии выпускных газов доля энергии импульса оказывается значительной, она более рентабельна. При ГТН с постоянным давлением при перекрытии клапанов истечение в одном цилиндре влияет на истечение в другом, что ухудшает очистку цилиндров. При импульсном наддуве очистка цилиндров улучшается из-за понижения давления в выпускном коллекторе в период перекрытия фаз распределения выпускных и впускных органов. У дизеля с импульсной системой наддува сокращается продолжительность переходных процессов. Мгновенный наброс нагрузки при изобарной системе сопровождается резким ухудшением показателей рабочего процесса из-за медленного нарастания частоты вращения ротора турбокомпрессора и давления наддува и соответственно низкого коэффициента избытка воздуха в цилиндре. При импульсной системе мгновенный наброс нагрузки сопровождается более быстрым нарастанием давления наддува. Это объясняется тем, что пульсация давления в выпускном коллекторе при полной подаче топлива сказывается весьма интенсивно. Поэтому возрастает энергия газов перед турбиной и частота вращения ротора турбокомпрессора. Преимущественной системой ГТН на автотракторных дизелях является система импульсного наддува или наддува с переменным давлением перед турбиной [1]. 3.Схемы газотурбинных наддувов Применяются главным образом две схемы связи ТК с двигателем: 1. Газовая; 2. Механическая. Для автотракторных двигателей большее распространение получила газовая связь ТК с двигателем – свободный газотурбинный наддув. Применение свободного ГТН ухудшает тяговые характеристики и приёмистость двигателя. Это объясняется ухудшением снабжения двигателя воздухом при уменьшении частоты вращения коленчатого вала, значительной механической и тепловой напряжённостью двигателя, инерцией вращающихся масс ТК. Для улучшения разгона ТК на переходных режимах стремятся предельно облегчить ротор ТК или применяют несколько ТК на одном двигателе. При механической связи двигателя с ТК (рис.3) его вал связан с валом двигателя. При такой системе избыточная мощность газовой турбины (высокий КПД и давление газов перед турбиной) передаётся на коленчатый вал, а при недостаточной мощности на привод нагнетателя часть недостающей мощности берётся с вала [5].  Рисунок 3 - Схема ГТН при механической связи с двигателемАгрегат, выполненный по такой схеме, обладает высокой приёмистостью и экономичностью. Чтобы получить наибольшую экономичность целесообразно между двигателем и турбиной ввести гидромеханическую передачу (ГМ). Вследствие усложнения конструкции, вызванного применением редуктора с большим передаточным отношение, и снижения коэффициента наполнения эта схема получила ограниченное распространение. Кроме описанных схем возможны различные конструктивные варианты систем наддува, которые представляют собой определённые комбинации механического и газотурбинного наддува. Например, наддувочный воздух может сжиматься не в одноступенчатом компрессоре, а последовательно в первой и второй ступенях компрессора, причём одна из ступеней соединена механически с двигателем  (рис.4). Рисунок 4 - Схема ГТН с двухступенчатым компрессором Преимуществом такой схемы по сравнению со свободным наддувом является то, что несколько повышается приёмистость двигателя, однако топливная экономичность в этом случае ниже, чем при свободном наддуве [5]. Возможно создание силового агрегата, включающего поршневой двигателя с газотурбинным наддувом и отдельную силовую турбину, которая используется, например, для привода генератора постоянного тока (рис.5)  Рисунок 5 - Силовой агрегат с отдельной силовой турбиной Список литературы 1. https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/5972/Agregaty_nadduva.pdf/. 2. https://uazbuka.ru/lib/book/Automotive_technology/glava_25.pdf. 3. https://mash-xxl.info/info/773879/. 4. https://naavtotrasse.ru/encziklopediya/tipy-nadduva-nagnetateli-istoriya.html. 5. https://privetstudent.com/referaty/referaty-transport/251-turbokompressory.html. |