При импульсном наддуве давление газов перед турбиной также, как правило, измеряется с помощью инерционного ртутного манометра, который при достаточно малых длине и объеме подводящих каналов с хорошим приближением показывает среднее арифметическое значение переменного давления.
Для точного определения этой величины необходимо графически зафиксировать изменения давления, а затем планиметрированием подсчитать величину среднего давления. Термоэлемент в потоке выпускных газов также показывает температуру, которая только приблизительно соответствует среднему арифметическому значению изменения температуры.
Чтобы учесть пульсации потока массы, подводимого к турбине при импульсном наддуве, введен коэффициент ?, а для учета энергии, подводимой при изменяющемся давлении газов, введен коэффициент ?. Эти коэффициенты представляют собой отношения действительных значений к тем, которые имели бы место при постоянных средних значениях давлений и температур.
К. п. д. турбокомпрессора, вычисленный на базе показаний инерционных измерительных приборов при импульсном наддуве, называется кажущимся к. п. д., так как при этом неверно определен подвод энергии к турбине, и обозначается ?т?. Согласно приведенным выше формулам можно написать
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/132.gif)
где (Hт ад)ср — средняя величина адиабатного перепада в газовой турбине, определенная из инерционных показаний на двигателе с импульсным наддувом.
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/133.gif)
Суть коэффициентов ? и ? поясним с помощью простых примеров. Предположим, что несжимаемая жидкость протекает через сопло определенного сечения fD при перепаде давления р3—p4 и сравним массовый поток Gимп, при котором перепад в течение 1 с внезапно изменяется с малого значения до большого, с массовым потоком Gст, который установился бы в тот же промежуток времени при стационарном протекании со средним арифметическим значением пульсирующего перепада.
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/134.gif)
Через равное сечение сопла при пульсирующем потоке (в случае импульсного наддува) протекает меньшее количество газа, чем при стационарном потоке с перепадом давления, соответствующим среднему арифметическому пульсирующего изменения давления; а всегда меньше единицы. Поэтому при импульсном подводе газов к турбине для того, чтобы массовый расход был равен массовому расходу при постоянном давлении, диаметр сопла должен быть соответственно увеличен, т. е.
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/135.gif)
Для расчета потока энергии предполагается, что при обоих способах наддува через сопло или соответственно через решетку турбины протекает равное количество газа в единицу времени. С этой целью решетка турбины в случае импульсного наддува должна быть увеличена на 1/?.
Мощность является произведением массового расхода и перепада давления. При равных массовых расходах, составляющих, например, 1 кг/с, перепады давления можно непосредственно сравнивать друг с другом.
При стационарном потоке Н ст = р3 ср — р4 = 3,5 — 1 = 2,5. При импульсном потоке сначала необходимо установить, как массовый расход 1 кг/с распределяется по времени (за 1 с). При р3 — p4 = 1,0 массовый расход вдвое меньше, чем при р3—р4 = 4, т. е. в первом периоде через сопло проходит 1/3, а во втором — 2/3 массового расхода.
Тогда
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/136.gif)
Коэффициент импульсного подвода энергии ? всегда больше единицы, так как вследствие более высокого перепада давлений при импульсном потоке газов через сопло протекает в данный промежуток времени большая доля общего количества газа, чем это имело бы место исходя из среднего значения перепада давлений. При подстановке средних значений переменных давлений и температур, замеренных инерционными приборами, кажущийся к. п. д. при импульсном наддуве всегда больше, чем фактический.
Значения ? и ? тем более отличаются от единицы и тем больше становится значение кажущегося к. п. д., чем ближе к нулю приближается перепад давлений в данный промежуток времени. Это отчетливо видно из нижеследующего примера (рис. 6.14).
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/139.gif)
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/137.gif)
Чтобы при импульсном подводе газов к турбине, при котором в течение половины времени перепад давления равен нулю, равное количество газа протекало через сопло, последнее должно быть увеличено в 1/? = 1,42 раза по сравнению со случаем с постоянным давлением газов перед турбиной:
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/138.gif)
В особенности тогда, когда перепад давления в течение какой-то части периода равен нулю или близок к этому, фактически подводимая к турбине энергия становится намного больше, чем это получается из расчетов на базе показаний инерционных приборов (давление и температура). «Кажущийся» к. п. д. турбокомпрессора получается при этом очень высоким.
В выпускном трубопроводе двигателя мы имеем дело со сжимаемым газом, у которого как давление, как и температура и скорость подвержены колебаниям во времени. Правомочность квазистационарного рассмотрения преобразования энергии в газовой турбине (т. е. разбивки на отдельные малые стационарные отрезки) связана с тем фактом, что глубина лопаток турбины мала по отношению к длинам волн колебаний давления.
Следует также учитывать, что при применении импульсного наддува подводящий корпус турбины чаще всего разделен на множество камер; исключением являются крупные двухтактные двигатели, у которых (из-за ухудшения к. п. д. при частичном подводе газов к турбине) в большинстве случаев на каждую иствь трубопровода предусматривается отдельный турбокомпрессор с полным подводом газов. При разделенных газоподводящих корпусах и различных давлениях в отдельных камерах режимы потока оказывают влияние друг на друга. Поэтому расчет коэффициентов расхода по приводимому ниже методу является лишь приближением, которое для осевых турбин является вполне удовлетворительным. Однако в случае радиальных турбин (вследствие более сильного обоюдного влияния частичных потоков в отдельных камерах или даже возможного обратного потока, если в какой-либо камере перепад давления приближается к нулю) неточность определения коэффициентов расхода может оказаться значительной.
Полный период длиной а разбивается на n отдельных отрезков, имеющих длины а1, а2, . . ., аn, величины давления и температуры которых соответственно равны р3 1, р3 2, . . р3 п и Т3 1, Т3 2, ... . . ., Т3 п. Тогда средние арифметические для давлений и температур запишутся так:
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/140.gif)
Часть массового расхода газа через турбину, соответствующая отрезку n, при импульсном подводе газа выражается следующей формулой:
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/141.gif)
Полный массовый расход для периода а при стационарном подводе газа со средним давлением р3 и средней температурой Т3 равняется
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/142.gif)
Для точного расчета необходимо было бы определять ?тn из отношения полного давления (р3n ст + р3n дин) к давлению p4 причем р3 дин должно было бы определяться из скорости, найденной по уравнению неразрывности.
Так как указанным выше расчетом уже определен массовый расход для каждого отдельного отрезка, то коэффициент р можно найти с помощью уравнения
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/143.gif)
В последующем приводятся некоторые данные о величинах коэффициентов ? и ?.
На рис. 6.15 показано скачкообразное протекание давления (при постоянной температуре Т3) для трех различных случаев. Форма кривых и амплитуды во всех случаях равны, отличаются только значения средних давлений. Из этих графиков видно, что значения коэффициентов ? и ? тем ближе подходят к единице, чем выше среднее давление.
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/144.gif)
На рис. 6.16 приведены три графика одинаковых изменений давлений при равной средней температуре, равной 600° С, но отличающихся перепадах температур при высоком и низком давлениях. На верхнем графике температуры при высоком и низком давлении одинаковы и равны средней температуре; на среднем графике соответствующие температуры отличаются на 153° С, а на нижнем — на 410° С. Следует еще раз подчеркнуть, что средняя температура определялась не как среднее арифметическое, а как среднее значение для потока с учетом различных отрезков времени и изменяющегося при разных давлениях массового расхода. Из этого примера видно, что в целом влияние температуры не очень велико; с ростом амплитуды колебаний температуры, накладывающихся на изменение давления, коэффициент ? увеличивается; изменение коэффициента ? не однозначно.
На рис. 6.17 показан экспериментально полученный график изменения давления, разбитый на различное количество ступеней: вверху — на 3 ступени (включая нулевую), в середине—на 4 ступени и внизу — на 15 ступеней. Отсюда следует, что разбивка на 4 ступени является слишком грубой, так как . при переходе к 15 ступеням давления получаются заметные различия как для ?, так и для ?. Возникает вопрос, может ли быть найден критерий, по которому можно оценить величину коэффициентов ? и ? из графика изменения давления.
![](/images/stories/Nadduv-dvigatelej/chast-1/100-149/145.gif)
На рис. 6.18 изображена диаграмма изменения давления в трубопроводе, в который осуществляется выпуск от двух цилиндров, а на рис. 6.19 — от трех цилиндров. Среднее арифметическое давления обозначено через р3 ср, а наибольшее и наименьшее значения давления — соответственно через p3 mах и р3 min. Поделив среднее значение амплитуд (р3 mах—р3 miп)ср на средний перепад давления (р3ср—p4), получим искомый критерий (рис. 6.20).
|