Главное меню

Главная Двигатели внутреннего сгорания Наддув двигателей внутреннего сгорания Схемы наддува в двухтактных малооборотных дизелях
Схемы наддува в двухтактных малооборотных дизелях

Двухтактный дизель типа К90GF фирмы «Бурмейстер и Вайн» (г. Копенгаген) имеет чистый импульсный турбонаддув (рис. 11.25). Первый двухтактный судовой дизель с турбонаддувом, разра­ботанный этой фирмой, был установлен в 1951 г. на судне «Дорте Мэрск». Оснащенные прямоточной схемой продувки (впускные окна во втулке цилиндра, выпускной клапан в крышке цилиндра) двигатели сначала имели вспомогательную электро­воздуходувку, включенную перед турбокомпрессором и пред­назначенную для облегчения пуска и работы на малых нагрузках. Позднее, благодаря повышению к. п. д. турбокомпрессоров, стало возможным отказаться от дополнительного нагнетателя.

Поперечный разрез малооборотного двухтакктного дизеля "Бурмайстер и Вайн" типа K90GF

В связис этим следует отметить, что к. п. д. турбокомпрессора у двух­тактных двигателей больше влияет на величину расхода топлива, чем у четырехтактных. В дизеле типа K90GF с базовыми разме­рами 900 ? 1800 мм достигается среднее эффективное давление pе = 11,6 бар и цилиндровая мощность 2500 кВт (3410 л. с.) при 114 об/мин.

Двигатель типа А 1060 фирмы «Гранди Мотори Триесте» (GMT) — рис. 11.26 — имеет поперечную схему продувки. Над­дув осуществляется при постоянном давлении газов перед тур­биной и при использовании механически приводимых поршне­вых насосов, последовательно подключенных за ТК. При D = 1060 мм и S = 1900 мм этот дизель в настоящее время имеет наибольший рабочий объем цилиндра. Последовательное под­ключение механического компрессора является непроблематич­ным, но связанным со значительными затратами решением, так как весь нагнетаемый турбокомпрессором воздух далее должен сжиматься механическим компрессором, в данном случае поршне­вым насосом. Эффективный рабочий объем поршневого насоса двойного действия должен быть (поскольку он работает при частоте вращения двигателя) значительно больше, чем рабочий объем цилиндров.

Поперечный разрез малооборотного двухтактного дизеля GMT типа A1060

Двигатель, изображенный на рис. 11.26, имеет среднее эффективное давление приблизительно 10 бар и цилинд­ровую мощность 2940 кВт (4000 л. с.) при частоте вращения 106 об/мин.

Фирма MAN (г. Аугсбург) раньше применяла на своих мало­оборотных двухтактных дизелях с петлевой схемой продувки параллельный эжекторный наддув (рис. 11.27).

Схема системы параллельного наддува с эжектором

В этом случае часть подпоршневых полостей (при крейцкопфной конструкции) была использована в качестве воздушных насосов, нагнетающих воздух параллельно турбокомпрессору во впускной трубопро­вод [11.26]. Параллельное подключение подпоршневых полостей по сравнению с последовательным приводит лишь к небольшому увеличению затрат на дополнительные детали, при этом габа­ритный объем дизеля не возрастает. Так как параллельно рабо­тающие подпоршневые насосы при низких нагрузках способство­вали бы приближению турбокомпрессора к зоне помпажа, то в этом рабочем диапазоне воздух из подпоршневых полостей подается через эжектор во впускной трубопровод под значительно более высоким давлением.

Обеспечение высокого уровня давления, необходимого для эжектора, сопряжено с потерями мощности и, следовательно, с увеличением расхода топлива. Для того чтобы избежать этого, по достижению 50%-ной нагрузки осуществляется автоматическое переключение на подачу подпоршневого воздуха непосредственно во впускной трубопровод. Как правило, при полной нагрузке подпоршневыми насосами подается только около 15% от общего количества наддувочного воздуха; потери мощности на привод насосов вызывают лишь небольшое увеличение расхода топлива.

Так как при дальнейшем повышении мощности за счет форси­рования по среднему эффективному давлению доля воздуха, подаваемого подпоршневыми насосами, еще больше уменьшается, то в 1974 г. было решено совсем отказаться от них; наддув дви­гателя примерно с 50%-ной нагрузки осуществляется только посредством турбокомпрессора [11.27 ].

При пуске и разгоне двигателя примерно до 50%-ной нагрузки, а также при работе на режимах низких нагрузок подача воздуха на двигатель поддерживается за счет электрокомпрессора (рис. 11.28).

Схема системы наддува при постоянном давлении газов передтурбиной с автономным вспомогательным компрессором

Для того чтобы избежать утечек воздуха через глу­шитель турбокомпрессора, пневматически управляемый трубча­тый золотник подключенного электрокомпрессора размещается вплотную к рабочему колесу ТК. Работа вспомогательного ком­прессора и положение золотника регулируются с помощью задан­ной величины давления наддувочного воздуха. При отключении дополнительного компрессора всасывание воздуха турбонагне­тателем осуществляется как через глушитель, так и через этот вспомогательный компрессор.

В связи с тем, что вспомогательные компрессоры сжимают воз­дух до сравнительно низкого давления, а вскоре после пуска сжатие воздуха начинает осуществляться в основном турбоком­прессором, мощность, затрачиваемая на привод этих вспомога­тельных компрессоров, невелика. Она составляет примерно 1% от полной мощности двигателя.

По сравнению с параллельным подключением подпоршневых полостей вспомогательный компрессор с электрическим приводом имеет меньшие габаритные размеры и меньшую стоимость, так как в первом случае отпадает необходимость в клапанах проду­вочных насосов, циклонных масляных сепараторах, охладителях подпоршневого воздуха и клапане для переключения с инжек­торного режима работы на параллельный. Наиболее простым и компактным становится размещение трубопроводов в том случае, когда турбокомпрессоры навешиваются с торцевой стороны вы­пускного коллектора — рис. 11.29 [11.27].

Поперечный разрез малооборотного двухтактного дизеля MAN типа KSZA

При отказе от исполь­зования подпоршневых насосов снижается и расход топлива — незначительно при полной нагрузке, но заметно в области частич­ных нагрузок, что особенно важно для стационарных установок, для которых эти режимы являются основными. Так, у двигателя типа К 10 SZ 105/180 А фирмы MAN, предназначенного для электростанции в бельгийском городе Генте, при гарантированном расходе топлива на режиме полной нагрузки, равном 223 г/(кВт•ч) (при работе на тяжелом топливе Ни = 9600 ккал/кг), практически достигалось ge = 220 г/(кВт•ч). Это соответствует к. п. д. на клеммах генератора 40,7%.

На малооборотных двухтактных дизелях фирмы «Зульцер» (г. Винтертур), также имеющих контурную схему продувки, в сериях RD и RND подпоршневые полости используются сле­дующим образом [11.28]: перед впускными окнами находятся отделенные друг от друга камеры умеренного объема, сообщаю­щиеся с подпоршневыми полостями и связанные с общим впуск­ным трубопроводом посредством возвратного клапана (рис. 11.30).

Поперечный разрез малооборотного двухтактного дизеля

Эти камеры через возвратные клапаны наполняются воздухом под давлением, имеющимся во впускном трубопроводе (в пре­дельном случае под давлением окружающей среды), до тех пор, пока турбокомпрессор бездействует. Под тем же давлением на­полняется также и подпоршневая полость при положении поршня в верхней мертвой точке. Вследствие движения поршня вниз давление в камере повышается, так как возвратные клапаны закрыты; при открытии продувочных окон поршнем воздух пере­текает из камеры в цилиндр. Подобный процесс имеет место у кри- вошипно-камерного продувочного насоса двухтактных дизелей, имеющих щелевую продувку. Разница заключается лишь в том, что здесь перед этим продувочным насосом подключен турбо­компрессор. При пуске подача воздуха осуществляется только подпоршневым насосом, при малых нагрузках ему помогает турбо­компрессор, а при полной нагрузке подпоршневой насос является дополнительным при основной подаче воздуха турбокомпрессором. Поскольку доля сжимаемого в подпоршневой полости объема воздуха по отношению к суммарной подаче воздуха мала, то мала и мощность, затрачиваемая на привод подпоршневого насоса, что имеет следствием хорошую топливную экономичность при высоких нагрузках.

Раньше такой способ применялся в сочетании с импульсной турбиной, в настоящее время, по соображениям большей простоты и лучшей эффективности при высоких степенях наддува, исполь­зуется система наддува при постоянном давлении газов перед турбиной.

Другие способы [11.29], как, например, частично последовательное и частично параллельное подключение подпоршневых насосов, дополнительный электрический, гидрав­лический (масляный привод через колесо Пельтона) или пневма­тический привод турбокомпрессора (подвод воздуха в особый сопловой сегмент турбины [11.30]) здесь не рассматриваются, так как в настоящее время они не имеют практического значения.