- •Часть I. Дизельные и газотурбинные установки
- •Часть I. Дизельные и газотурбинные установки.Учебное пособие.
- •Isbn5-7723-0403-8 © Севмашвтуз, 2003 г.
- •1. Краткая историческая справка возникновения и
- •2. Назначение, классификация и состав судовой
- •3. Основные показатели судовых энергетических
- •4. Основы термодинамики. Термодинамические
- •Глава 1.
- •1.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания
- •1.2. Особенности судовых дизельных установок
- •1.3. Принцип действия дизельных двигателей.
- •1.4. Конструкция основных узлов дизельных
- •1.5. Топлива и масла, применяемые в судовых
- •1.6. Основные показатели работы дизельного
- •1.7. Потери энергии в дизельном двигателе.
- •1.8. Способы повышения мощности дизелей.
- •1.9. Основные компоновочные схемы дизельных
- •1.10. Системы дизельных энергетических установок
- •1.11. Передача мощности на гребной вал. Размещение
- •Глава 2.
- •2.1. Классификация газотурбинных двигателей
- •2.2. Основные понятия и определения газотурбинных
- •2.3. Общее устройство и принцип действия гтд
- •2.4. Идеальный термодинамический цикл гту.
- •2.5. Потери энергии в газотурбинной установке.
- •2.6. Способы повышения экономичности гту
- •2.7. Системы газотурбинных установок
- •2.8. Основные характеристики гту
- •2.9. Гту замкнутого и полузамкнутого циклов
- •2.10. Передача мощности на движитель.
- •Часть I. Дизельные
- •164500, Г. Северодвинск, ул. Воронина, 6
1.8. Способы повышения мощности дизелей.
ТУРБОНАДДУВ
Из формулы для определения эффективной мощности дизеля:
, [кВт]
можно определить способы повышения мощности. Таковыми являются:
Увеличение диаметра цилиндра, целесообразно до определенного предела. С увеличением диаметра цилиндра увеличиваются инерционные силы, действующие на подвижные части дизеля, возрастают массогабаритные показатели двигателя. В настоящее время диаметр цилиндров наиболее мощных МОД достигает 105…106см;
Увеличение хода поршня (расширение области применения длинноходовых дизелей). Ход поршня дизельного двигателя тесно связан с диаметром цилиндра соотношением. Для различных классов дизелей существуют рекомендованные значения соотношения. Поэтому этот способ увеличения мощности непосредственно связан с предыдущим.
Увеличение числа цилиндров– для этого способа увеличения мощности дизеля так же существует разумный предел. Увеличение числа цилиндров двигателя значительно усложняет его конструкцию, снижает показатели надежности. В современных дизелях число цилиндров достигает: в МОД – до 12, в СОД – до 18, в ВОД – до 50;
Расширениеобласти применениядвухтактных дизелей(), имеющих большие возможности по дальнейшему снижению удельных массогабаритных показателей, чем четырехтактные дизели;
Увеличение числа оборотов(форсирование дизеля) – приводит к значительному снижению ресурсных показателей двигателя, особенно у ВОД;
Повышениесреднего эффективногодавленияза счет увеличения плотности воздуха, вводимого в цилиндр.
Последний способ является наиболее эффективным и получил наименование «наддува дизеля». Использование наддува дает возможность в несколько раз (4 ÷ 5) увеличить удельную мощность двигателя без изменения его основных размеров только за счет повышения давления наддувочного воздуха –, и надлежащего его охлаждения.
Наддув дизеля может осуществляться следующими способами: механическим,газотурбиннымикомбинированным.
При механическом наддуве нагнетатель поршневого, ротативного или центробежного типа приводится в действие от коленчатого вала двигателя. Применение механического наддува влечет за собой потерю мощности двигателя на привод компрессора, которая может достигать 7 ÷ 10 % от эффективной мощности двигателя. В чистом виде механический наддув в современных дизелях, как правило, не применяется.
В настоящее время в двух- и четырехтактных дизелях применяют газотурбинный наддув. Он может осуществляться следующими способами:
турбонаддув с изобарной турбиной: при этом способе наддува выхлопные газы собираются в выхлопном коллекторе. В коллекторе происходит выравнивание давления газов и поля скоростей. Из выхлопного коллектора при постоянном давлении газы подаются на рабочие лопатки газовой турбины, приводящей во вращение компрессор;
турбонаддув с импульсной турбиной: при таком способе наддува используется кинетическая энергия газов в виде импульсов в периоды свободного выпуска. Соединительные трубы между выпускными окнами или клапанами и газовыми турбинами делаются как можно короче с целью уменьшения дросселирования газов в выхлопном патрубке и максимального сохранения их кинетической и тепловой энергии.
Рабочий цикл дизельного двигателя без наддува состоит из следующих термодинамических процессов (рис. 27):
– изохорный подвод теплотыпри сжигании части топлива в конце такта сжатия;
– изобарный подвод теплотыпри сжигании части топлива в начале такта расширения;
– адиабатное расширение газов в рабочем цилиндре;
Рис.
27. Термодинамический цикл дизеля
без турбонаддува
Рабочий цикл дизеля с изобарным наддувом состоит из следующих термодинамических процессов (рис. 28):
Рис.
28. Термодинамический цикл дизельного
двигателя с изобарным
наддувом.
топлива в конце такта сжатия;
– изобарный подвод теплапри сжигании части топлива в начале такта расширения;
– адиабатное расширение газов в цилиндре двигателя;
– изохорный отвод теплав газовыхлопной коллектор;
– изобарный подвод теплотык рабочему телу (выравнивание давлений газов в коллекторе перед подачей их в изобарную турбину);
– адиабатное расширение газов в газовой турбине;
– изобарный отвод теплотык холодному источнику (выброс выхлопных газов в атмосферу;
– адиабатное сжатие воздуха в турбокомпрессоре;
– изобарный отвод теплотыв охладителе надувочного воздуха
Площадь фигуры на диаграмме численно равна работе, совершаемой при расширении газов в газовой турбине. Площадь фигурычисленно равна работе, затраченной на сжатие воздуха в компрессоре. Площадь, ограниченная фигуройчисленно равна полезной работе, полученной при использовании турбокомпрессора (приращение полезной работы цикла с изобарной турбиной).
Рис.
29. Термодинамический цикл дизельного
двигателя с импульсным
наддувом.
– изобарный отвод теплотыот продуктов сгорания к холодному источнику (выброс газов в атмосферу);
– адиабатное сжатие воздуха в турбокомпрессоре;
– изобарный отвод теплотыот сжатого воздуха в воздухоохладителе.
Площадь диаграммы численно равна работе, совершаемой газами в газовой турбине; площадь диаграммы– работе сжатия компрессора. Площадь фигуры численно равна полезной работе турбокомпрессора с импульсной турбиной (приращение полезной работы цикла с импульсной турбиной).
Применение газотурбинного наддува дизельного двигателя позволяет:
наиболее полно использовать тепловую и кинетическую энергию продуктов сгорания, покидающих цилиндры двигателя (т.е уменьшить потери с уходящими газами – самую большую составляющую тепловых потерь дизельного двигателя);
без дополнительных затрат энергии осуществить сжатие воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, что в свою очередь повышает среднее эффективное давление и, соответственно, мощность дизеля;
за счет использования перечисленных мероприятий повысить общий КПД дизельной энергетической установки.