Для продувки двухтактных дизелей применяют продувочные насосы, которые по конструкции бывают поршневые, центробежные и ротативные.
Поршневой продувочный насос состоит из неохлаждаемого цилиндра, поршня, автоматических всасывающих и нагнетательных клапанов и впускных и продувочных ресиверов. Поршневые продувочные насосы просты по конструкции, надежны в работе, но обладают большой массой и габаритами и, кроме того, имеют неравномерную подачу воздуха. Центробежные насосы применяют в двигателях большой мощности, обеспечивают равномерную подачу, но создают большой шум при работе. Широко распространены продувочные насосы ротативиого типа. Эти насосы просты по конструкции, компактны, обеспечивают равномерную подачу воздуха. Приводятся в действие от двигателя через зубчатую или цепную передачи.
Принцип работы ротативиого насоса (рис. 183) состоит в следующем: через всасывающий патрубок 7 воздух поступает в корпус 6. и противоположно вращающимися роторами 1 и 4 переносятся в нагнетательную полость к патрубку 3. Синхронность вращения роторов достигается сцеплением шестерен 2 и 5, с которыми они жестко связаны. Применение винтовых роторов несколько уменьшает шум при работе этих насосов. Число роторов два—четыре. Для двигателей небольшой мощности в качестве продувочного насоса используют картер двигателя. Засасывание и сжатие воздуха осуществляется рабочим поршнем.
В настоящее время широко применяют Двигатели с наддувом. Сущность наддува заключается в заполнении цилиндра сжатым в нагнетателе воздухом для повышения мощности за счет сжигания увеличенной порции топлива.
Мощность двигателя при наддуве повышается пропорционально давлению наддувочного воздуха (при условии охлаждения его после нагнетателя). Повышение мощности двигателя при наддуве по отношению к мощности того же двигателя без наддува оценивают по степени наддува ?н, представляющей отношение упомянутых мощностей.
Двигатели выполняются с умеренным наддувом (?н =1,5; рн = 0,13?0,16 Мн/м2), средним (?н =1,5?2,0; рк = 0,16—0,25 Мн/м2) и высоким (?н = 2,0; pк>0,25 Мн/м2).
Наддув в зависимости от привода нагнетателя разделяют на механический, газотурбинный и комбинированный (рис. 184). В двигателях с механическим наддувом (рис. 184, а) центробежный, ротативный или поршневой нагнетатель 1 приводится непосредственно или через передачу 2 от коленчатого вала двигателя. Сжатый в нагнетателе воздух подается к впускному клапану. Механический наддув целесообразен только для давлений наддувного воздуха не свыше 0,16—0,17 Мн/м2, так как при больших давлениях резко увеличивается затрата мощности на привод нагнетателя (более 10%) и поэтому снижается экономичность двигателя. Механический наддув применяют в четырехтактных и двухтактных двигателях небольшой мощности.
Наиболее эффективным и экономичным является газотурбинный наддув (рис. 184, б). Нагнетатель 1 приводится от газовой турбины 2, сидящей с ним на одном валу и составляющей общий агрегат — газотурбонагнетатель (ГТН). Газовая турбина работает на отработавших газах, поступающих из выпускного коллектора. Сжимаемый в нагнетателе атмосферный воздух через впускной клапан поступает в цилиндр двигателя. По способу использования энергии выпускных газов газовые турбины разделяются на турбины постоянного и переменного давления (импульсные). В первом случае отработавшие газы из всех цилиндров выпускаются в общий выпускной коллектор достаточно большой емкости и,, расширяясь, приобретают в нем постоянное давление, близкое к давлению конца выпуска; газовая турбина располагается в конце выпускного коллектора. Таким образом, энергия расширения свободного выпуска (в начале выпуска давление 0,25— 0,6 Мн/м2) в турбине почти не используется. Для сохранения этой энергии и использования ее для расширения в турбине последнюю (одну или несколько) устанавливают вблизи цилиндров, а выпускной коллектор разделяют на несколько трубопроводов небольшого сечения. Турбины такого рода называются импульсными. При умеренном наддуве равном 0,13—0,15 Мн/м2 приращение мощности от использования энергии импульсов давления составляет 20—30%. С повышением давления наддува эффективность применения импульсных турбин резко снижается. Поэтому импульсные турбины в основном применяют в четырех- и двухтактных двигателях с умеренным наддувом.
В четырехтактных двигателях газотурбинный наддув получил широкое распространение как единая система, обеспечивающая падежную работу двигателя на всех режимах. Применение газотурбинного наддува в двухтактных двигателях встречает ряд затруднений. Температура выпускных газов у двухтактного двигателя ниже, чем у четырехтактного, поэтому газовая турбина развивает меньшую скорость. Кроме того, в двухтактном двигателе очистка и наполнение осуществляется только продувочным воздухом, приготовление которого не может быть обеспечено при пуске и работе двигателя на малых оборотах. Газотурбинный наддув удалось осуществить в двухтактных двигателях с прямоточной клапанно-щелевой продувкой (Брянского завода), со щелевой продувкой (фирмы Бурмейстер и Вайн) и в двухтактных двигателях (фирмы Зульцер и Май) путем улучшения организации рабочего процесса, уменьшения расхода продувочного воздуха и применения импульсных турбин. При запуске двигателя турбокомпрессор раскручивается пусковым воздухом.
В двухтактных двигателях с контурной продувкой используют комбинированный наддув, сочетающий газотурбинный и механический.
К комбинированным системам наддува относятся:
— последовательная двухступенчатая (рис. 184, в), у которой первая ступень — «свободный» газотурбонагнетатель 1, а вторая— нагнетатель 3, приводимый от двигателя (2— воздухоохладитель) ;
— параллельная система (рис. 184, г), в которой приводной нагнетатель 3 дополняет по производительности газотурбонагнетатель 1;
— система, у которой газотурбонагнетатель 1 имеет кинематическую связь с двигателем (рис. 184, д). При этой системе обеспечивается надежный пуск и работа двигателя на малых оборотах. Разновидностью этой системы является наддув газотурбонагнетателем с импульсной турбиной (рис. 184, е).
Применение наддува в двухтактных двигателях позволяет повышать их мощность на 40—70%. В качестве наддувочных применяют насосы конструкций, аналогичных продувочным насосам.
В судовых дизелях с наддувом с целью ограничения тепловых нагрузок, а также для повышения экономичности широко применяется охлаждение наддувочного воздуха. На рис. 185 показан холодильник воздуха (радиатор). Холодильник одноходовой как по воздуху, так и по воде. Полости для охлаждающей забортной воды образованы корпусом холодильника 2, а также нижней и верхней крышками 1. Рабочий элемент холодильника 3 имеет несколько секций, состоящих из плоских оребренных пластинами труб, расположенных в шахматном порядке. По трубам проходит забортная вода.
|