Наддув дизельних двигунів.

Наддув дизельних двигунів.

На сучасних потужних чотиритактних і двотактних дизелях застосовується наддув для підвищення іх мощності і теплової економічності. Сутність наддуву полягає в тому, що повітря в циліндри дизеля НЕ засмоктується з атмосфери, а нагнітається турбокомпресором або нагнітачем, що приводиться від вала двигуна.

Завдяки наддуву в циліндри подається на кожен робочий цикл більше повітря, ніж при всмоктуванні, що одночасно дозволяє також подавати в циліндри і спалювати більшу кількість палива, а отже, отримувати при тих же розмірах циліндрів і тій же частоті обертання валу дизеля велику потужність. Встановлено, що потужність дизеля зростає приблизно пропорційно тиску наддувочного повітря. Таким чином, наддув дозволяє майже при тих же розмірах і масі двигуна збільшити його потужність в 2-3 рази.

При стисненні в нагнітачі повітря нагрівається, його питома обсяг зростає, що в значній мірі зменшує повітряний заряд в циліндрі. Тому в дизелях із середнім і високим наддувом обов'язково застосовують охолодження наддувочного повітря перед надходженням його в циліндри. Охолодження повітря на кожні 10 ° С дає збільшення потужності дизеля на 3-4% і зниження питомої витрати палива приблизно на 1,5-2 г / (кВт-ч).

Економічність дизелів з наддувом підвищується внаслідок збільшення механічного коефіцієнта корисної дії і додаткового використання тепла відпрацьованих газів.

Тиску стиснення і згорання в циліндрі також збільшуються. Температура ж горіння і теплова напруженість дизеля залишаються майже незмінними.

Існують три способи наддуву дизелів: нагнітачем, мають привід від вала дизеля (механічний наддув), газотурбінний і комбінований.

Механічний наддув. Нагнетатель 5 (рис. 1) приводиться в обертання через редуктор 6 від колінчастого вала. Повітря засмоктується нагнітачем з атмосфери і через впускний

Рис. 1Схема наддуву дизеля з механіческімпріводом повітряного нагнітача: 1 - циліндр дизеля; 2 - поршень; 3 - клапан випускний; 4 - клапан впускний; 5 - нагнітач відцентровий, 6 - редукторклапан 4 нагнітається в циліндр. Недолік такого способу наддуву полягає в тому, що кількість що подається в циліндр повітря залежить від частоти обертання валу дизеля, а не від навантаження, т. Е. Подача повітря в циліндр при даній частоті обертання валу буде однакова на холостому ходу і при повному навантаженні. Так здійснюється повітропостачання в дизелі 2Д100. Для правильної ж організації робочого процесу дизеля необхідно, щоб під навантаженням подавалося повітря більше, ніж на холостому ходу. Це особливо важливо для тепловозних двигунів. Крім того, на привід нагнітача при цьому способі наддуву витрачається частина корисної потужності дизеля, тому економічність двигуна підвищується мало.

Газотурбінний наддув. У чотиритактному дизелі з газотурбінним наддувом (рис. 2 відпрацьовані гази, пройшовши випускний клапан 4, надходять на газове колесо турбіни 1 і, зробивши роботу, викидаються в атмосферу. На одному валу з турбіною знаходиться крильчатка відцентрового нагнітача 2, який забирає повітря з атмосфери, стискає його до тиску рк і через впускний клапан 3 нагнітає в циліндр.

При газотурбінному наддуванні кількість повітря, що подається в циліндри, буде тим більше, чим більше зовнішнє навантаження на дизель, так як в цьому випадку через турбіну пройде більшу кількість відпрацьованих газів

Рис. 2. Схема дизеля з газотурбінним наддувом

1 - турбіна газова; 2 - нагнітач відцентровий 3 - клапан впускний; 5 - циліндр; 6 - поршеньзов, що мають більш високу температуру; частота обертання її збільшиться, а отже, зросте і подача нагнітача. Це властивість дизеля з газотурбінним наддувом для тепловозів особливо цінно, так як цим досягається «саморегулювання» дизеля. Крім того, при газотурбінному наддуванні завдяки додатковому використанню тепла відпрацьованих газів підвищується коефіцієнт корисної дії двигуна.

Комбінований наддув. Комбінований (двоступеневий) наддув (рис. 3) застосовується в двотактних дизелях в тому випадку, коли повітря необхідно стиснути до порівняно високого тиску (0,2-т-0,3) МПа. Одного нагнітача 5, що приводиться від газової турбіни, виявляється недостатньо для забезпечення дизеля повітрям необхідних параметрів, особливо на знижених навантаженнях, так як температура випускних газів перед турбіною у двотактного дизеля нижче, ніж у чотиритактного, внаслідок інтенсивної продувки циліндрів повітрям. Тому в двотактних дизелях застосовують другу сходинку стиснення повітря в нагнітачі 7, який має механічний привід (через редуктор 8) від вала двигуна. При стисненні в першого ступеня (турбонагнітачем) повітря нагрівається до високої температури (100- 150 ° С), що зменшує повітряний за ряд циліндра і, отже, потужність і економічність дизеля. Щоб уникнути цього, після нагнітача 5 повітря спрямовується в охолоджувач 6, де він охолоджується до 50-60 ° С.

Схема дизеля з комбінованим (двоступінчастим) наддувом: 1 - поршень; 2 - циліндр дизеля; 3 - клапани випускні; 4 - газова турбіна; 5 - нагнітач першого ступеня; 6 - воздухоотделітель; 7 - нагнітач другого ступеня; 8 - редуктор приводу нагнітача другого ступеня; 9 - кривошип; 10 - наддувочного колектор В чотиритактних дизелях нагнітач, що приводиться від колінчастого вала, не потрібен, так як енергії відпрацьованих газів досить для стиснення повітря до необхідного тиску в турбокомпресорі при всіх швидкісних і навантажувальних режимах роботи.

Робота дизеля з двоступінчастим наддувом протікає в такий спосіб. При роботі під навантаженням газова турбіна 4 обертає колесо нагнітача 5 з великою частотою (15 000- 20 000 об / хв), внаслідок чого нагнітач засмоктує повітря з атмосфери і під тиском (0,2-г-0,25) МПа подає його в охолоджувач, і далі в приводний нагнітач. У цьому нагнітачі повітря додатково стискається ще на (0,034-0,05) МПа і через наддувочного колектор і впускні вікна подається в циліндр дизеля. Під час пуску дизеля, коли газова турбіна не працює, приводний нагнітач 7 засмоктує повітря з атмосфери через нагнітач 5 і охолоджувач 6 і подає його в дизель.

Пристрій турбіни дизельного двигуна

Турбокомпрессор виконує завдання по нагнітанню повітря під тиском в циліндри мотора: чим більше буде повітря, тим більше палива силовий агрегат зможе спалити, що, в свою чергу, призведе до збільшення потужності двигуна без збільшення обсягу наявних циліндрів .

Наддувши має особливу конструкцію з двох елементів:

турбіна;

компресор.

компресор підсилює надходження повітря в паливну систему . Складові частини компресора знаходяться в алюмінієвому корпусі. Всередині знаходиться ротор, закріплений на осі турбіни. Обертаючись, ротор вбирає повітря: максимальна швидкість обертання призводить до більшої кількості потрапив всередину повітря. Для набору швидкості існує турбіна.

Турбіна складається з корпусу з ротором всередині. Оскільки всі елементи пристрою взаємодіють з газами високої температури, вони виготовляються зі спеціальних матеріалів, несприйнятливих до такого впливу.

Принцип роботи турбіни на дизельному двигуні наступний:

компресор забезпечує надходження повітря з навколишнього середовища, який змішується з дизельним паливом і потім направляється в циліндри;

паливно-повітряна суміш загоряється, починають рухатися поршні. По ходу цього процесу утворюються гази, що надходять в випускний колектор;

швидкість руху газів, що опинилися в корпусі, значно зростає. Вступаючи у взаємодію з ротором, вони приводять його у обертається положення;

обертання передається компресорного ротора (за це відповідає вал), який знову втягує нову порцію повітря.

Таким чином, принцип роботи ґрунтується на взаємозв'язку: чим сильніше обертається ротор, тим більше надходить повітря, але при цьому ротор збільшує швидкість обертання, якщо кількість повітря зростає.

1.Три способи наддуву дизелів.

2.Чим відрізняється механічний наддув від газотурбінного.

3.Для чого потрібен охолоджувач повітря?

4.Принцип роботи турбіни?

5.Що таке комбінований наддув?