Диск СГЭО (Лекции_СГЭО_ВЗО_2012) / Глава_2_Идеальные циклы ДВС

§ 2.8. Идеальные циклы ДВС с газотурбинным импульсным наддувом и наддувом при постоянном давлении перед турбиной (с. 35)

2.8.1. ДВС с импульсным газотурбинным наддувом без воздухоохладителя

В этих ДВС отработавшие газы (ОГ) направляются из отдельных цилиндров непосредственно в газовую турбину (ГТ), где используется не только их внутренняя (потенциальная) энергия, но и кинетическая энергия.

	p	q1,,			К	Т		Т		К
	, y	z
	q1
	c					Д
						ресивер
		ДВС	b
			ТК	f	Общая степень сжатия
		a	o		комбинированного
	Vc	Vs	q2	V	(турбопоршневого)
		Va			двигателя
					V	V		V
					o	a			o
		Vo			eКД= Vc	= Vc	ÄVa			= eÄeК
	Рис. 2.15. Схема ДВС с импульсным наддувом с охлаждением наддувочного
	воздуха и идеальный цикл двигателя
	На рисунке:
0a	– адиабатное сжатие в компрессоре наддувочного агрегата;
ac	– адиабатное сжатие в цилиндре ДВС;
cyz – подвод теплоты в ДВС;
zb	– адиабатное расширение в цилиндре ДВС;
bf	– продолжение адиабатного расширения в турбине наддувочного
	агрегата (с использованием кинетической энергии истечения газов из
	цилиндров);			p = const , соответствующий выпуску
f 0 – отвод теплоты из цикла при
εк	газов из турбины в атмосферу;
	– степень сжатия в компрессоре наддувочного агрегата.									11

2.8.2. ДВС с импульсным газотурбинным наддувом
с воздухоохладителем (с. 37)
p	y	q1,,				К	Т	Т	К
q ,		z
1
	c							Д
		ДВС	b		ВО		ресивер		ВО
		a	ТК		o	f
			t
Vc		Vs	q	2	q	V	Рис. 2.16. Схема ДВС с импульсным
		Va	(ВО)			2	наддувом с охлаждением наддувочного
		Vo					воздуха и идеальный цикл двигателя

По сравнению с предыдущим случаем на рисунке дополнительно указан процесс ta – изобарное охлаждение наддувочного воздуха в воздухоохладителе (ВО).

Термический КПД представленного цикла комбинированного двигателя с воздухоохладителем (ДВС+ГТН с импульсной турбиной+ВО)

	ηКД+ ВО = ηКД −		QВО			−	1
					1					2.10
			Q				(εк )	k −1
	t	t
			1

Из формулы следует, что введение охлаждения наддувочного воздуха снижает термический КПД цикла.

Однако при этом увеличивается плотность воздуха, соответственно увеличивается масса воздуха в цилиндре, следовательно, в цилиндр может быть подана увеличенная порция топлива и получена увеличенная мощность двигателя.

12

2.8.3. ДВС с газотурбинным наддувом при постоянном давлении перед турбиной ГТН (с. 38)

Рис. 2.17.

Схема ДВС с газотурбинным наддувом при постоянном давлении перед турбиной ГТН, без охлаждения наддувочного воздуха и идеальный цикл двигателя

p		q1,,				Вып. коллектор	Т
	y	z
q1,
			q ДВС =	q	ТК	Д
						ресивер	К
	c		2	1
		ДВС	b
					ТК	Отличия от рис. 2.15:
			r
					,
		a	o			ba - отвод теплоты из ДВС
					f	при V = const;
Vc		Vs
			Q	2	V	ar - подвод теплоты в ТК
		Va				при p = const, отведенной из ДВС
						(ba, ar - условные процессы).
		Vo
						Частный случай: p = p .
						a	r

В этих двигателях отработавшие газы (ОГ) направляются в выпускной коллектор увеличенного объема, где они расширяются и далее подаются на лопатки турбины практически при постоянном давлении.

При истечении из цилиндров газ расширяется до давления в коллекторе, а полезная работа при этом не производится. Происходит необратимый процесс дросселирования, который сопровождается потерей работоспособности газа. Это отрицательное свойство рассматриваемого цикла.

На рис. 2.17 изображен частный случай цикла, в котором pa = pr . В реальных двигателях, как правило, pa > pr для обеспечения продувки камеры сгорания в период перекрытия клапанов.

13

2.8.4. Сравнение циклов комбинированных двигателей

с различными системами наддува (с. 39)

q ,,

q1,

1

q

= idem,

T

y

p=const

1

e

t

z

КД

=idem.

s

n

o

c

=

t

КД (имп.)

V

s

КД (пост.)

n

Из рис. q

< q

,

c

ДВС

o

b

c

=

2

2

t

p

s

r

ДВС

ТК

n

o

q =q

т.к. F

< F

,

c

=

V

ТК

f ,

2

1

1 o f 2

1 o f

,3

a

nst

o

c

p=

f

КД (имп.)

КД (пост.)

o

Q 2

т.о. ht

> ht

.

1

2

3

S

Рис. 2.18. Сравнение идеальных циклов комбинированных двигателей

с импульсной турбиной и турбиной постоянного давления

Из рисунка следует, что ηtКД(имп.) > ηtКД(пост.) . Однако постоянство давления перед турбиной, следовательно, постоянство скоростей газа позволяет спрофилировать проточную часть турбины более рациональной (чем при импульсном наддуве) и повысить таким образом внутренний КПД турбины. В результате соотношение эффективных КПД обычно получается таковым (обратным):

ηeКД(имп.) < ηeКД(пост.)

На судах применяются оба рассмотренных варианта наддува. Выбор одного из вариантов в значительной мере зависит от назначения и условий работы судна и двигателя. Так, для главного двигателя (ГД) судна, работающего в стабильных условиях, преимущественно в режиме полного хода (например, в условиях морского транспортного судна), целесообразно применять систему наддува при постоянном давлении перед турбиной. На судах, работающих в широком спектре режимов, включающем малые нагрузки (на буксирах, траулерах и др.), целесообразно применение ГД с импульсным наддувом. В последнем случае наличие « импульсов» позволяет

обеспечить работу ТК и необходимое качество воздухоснабжения двигателя при работе на малых нагрузках и на так называемых переходных режимах.

14