Первоначально преимущества импульсного наддува были столь значительными, что наддув при постоянном давлении газов перед турбиной, за исключением особых случаев, например при последовательном включении механического компрессора и турбонагнетателя, практически не применялся.
Это было связано со сравнительно низкими тогда к. п. д. турбокомпрессоров, а также в связи с низкими степенями наддува, т. е. с низкими давлениями наддува, которые в процессе развития повышались лишь постепенно. Чем выше степень повышения давления в компрессоре и к. п. д. турбокомпрессора, тем большими преимуществами обладает наддув при постоянном давлении газов перед турбиной. В связи с этим в настоящее время этот способ находит все более широкое применение. Сопоставление расчета импульсного наддува и наддува при постоянном давлении газов перед турбиной.
Для двигателя наддув при постоянном давлении газов перед турбиной имеет следующие преимущества.
1. Более простую конструкцию трубопровода и поэтому более дешевый выпускной коллектор, лучшие возможности размещения трубопроводов, особенно при V-образной компоновке двигателя.
2. Меньшую работу, затрачиваемую поршнем на выталкивание газов, так как импульс давления на выпуске быстро уменьшается и не отражается от малого сечения соплового аппарата турбины. Вследствие этого достигается несколько лучший расход топлива при высоких средних эффективных давлениях.
3. Более равномерные параметры наддува независимо от числа цилиндров и более равномерное распределение воздуха по отдельным цилиндрам и при неблагоприятных для импульсного наддува числах цилиндров (5, 7 или 10). Следствием этого является более равномерная тепловая напряженность.
Недостатками системы наддува при постоянном давлении газов перед турбиной для двигателя являются следующие.
1. Равенство между давлением наддува и противодавлением достигается намного позднее, т. е. при более высоком среднем давлении, чем в случае импульсного наддува, вследствие чего при частичных нагрузках имеет место обратный поток газов.
2. Необходимый для продувки перепад давления несколько ниже и на режиме полной мощности, так как здесь давление в выпускном коллекторе во время периода продувки не опускается ниже средней величины, что имеет место при импульсном наддуве. Поэтому подача воздуха в цилиндр (при одинаковом перекрытии клапанов) за счет большего его количества, идущего на продувку, будет меньше.
3. Двигатель обладает худшей приемистостью по двум причинам: а) при частичных нагрузках энергия выпускных газов, подводимая к турбине, меньше из-за отсутствия пиков давления. Заполнение выпускного коллектора большого объема требует большего времени; б) содержание остаточных газов в цилиндре вследствие заброса газов из выпускного коллектора особенно увеличивается при частичных нагрузках и низкой частоте вращения. В связи с этим при заданном давлении наддува уменьшается наполнение цилиндра воздухом, скорее достигается граница дымления и уменьшается избыток мощности, необходимый для разгона.
4. Меньший расход воздуха обусловливает несколько повышенную температуру выпускных газов. Отметим, однако, недостаток часто компенсируется более высоким к. п. д. турбокомпрессора при равномерном подводе газа.
Для турбокомпрессора использование системы наддува с турбиной постоянного давления дает только; преимущества и практически никаких недостатков. К этим преимуществам в основном относятся:
1) большая пропускная способность соплового аппарата турбины, к которому газ подводится при постоянном давлении, вследствие чего турбина имеет меньшие размеры;
2) малое возбуждение колебаний лопаток (колебания тем больше, чем на большее количество подводов разделен газоподводящий корпус турбины) и в связи с этим меньшая вероятность появления поломок лопаток;
3) отсутствие гироскопических моментов, возникающих при импульсном подводе газа и вызывающих нежелательные нагрузки на подшипники;
4) более высокий к. п. д. газовой турбины без импульсного или изменяющегося парциального подвода газа.
На рис. 8.5 сравнивается изменение некоторых рабочих параметров 14-цилиндрового V-образного двигателя с импульсным наддувом и с наддувом при постоянном давлении газов перед турбиной. Примечательным является более низкий [примерно па 6 г/(кВт•ч)] расход топлива в случае применения системы наддува при постоянном давлении газов перед турбиной; при этом следует иметь в виду, что при названном числе цилиндров у двигателя особенно сильно проявляются недостатки, присущие импульсному наддуву.
Решающим для применения способа наддува при постоянном давлении газов перед турбиной является ответ на вопрос, приемлема ли худшая приемистость двигателя для данной области его использования. Для автомобильных двигателей, требующих хорошей приемистости, этот способ наддува неблагоприятен, а для судовых рациональность применения наддува при постоянном давлении газов является дискутабельной. Чем меньше отношение мощности двигателя к ускоряемым массам, тем скорее можно пренебречь хорошей приемистостью. При этом время, необходимое для разгона двигателя, играет небольшую роль по сравнению с затратами времени, требуемыми для разгона всей системы.
Не случайно наддув при постоянном давлении газов перед турбиной на крупных двухтактных двигателях нашел применение намного раньше и используется значительно чаще, чем на четырехтактных двигателях. Это объясняется следующими обстоятельствами.
1. На двухтактных двигателях преимущество этого способа наддува по сравнению с импульсным сказывается уже при низких значениях среднего эффективного давления.
2. При пуске, на малых нагрузках и низких частотах вращения (т. е. на режимах, где преимущества импульсного наддува неоспоримы) на двухтактных двигателях, как правило, применяется вспомогательное устройство, компенсирующее недостаточную подачу воздуха на этих режимах.
3. На крупных двигателях приводятся в движение и разгоняются большие массы. Этот разгон в большей степени зависит от фактической полной мощности двигателя, чем от времени, затрачиваемого на достижение полной мощности.
|