Основные условные обозначения, сокращения

ГАЗОТУРБИННЫЙ НАДДУВ ДВС

Учебное пособие

Калининград

УДК 629.12.ДВС

Гурьев В.Г Газотурбинный наддув ДВС: Учебное пособие. – Калининград: БГАРФ, 2007. – 97 с.

Учебное пособие написано в соответствии с учебной программой подготовки курсантов по специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок», и требованиями Регистра и Международных конвенций.

Учебное пособие содержит материал необходимый курсантам для изучения агрегатов наддува дизелей, как одного из основных разделов дисциплины судовые турбомашины.

В пособии собраны из различных отечественных и зарубежных источников краткое описание устройства и основных технических данных ДВС ведущих мировых фирм, применяемых на судах. Подробно описаны схемы, способы наддува ДВС, влияние различных факторов на совместную работу дизеля и турбокомпрессора. Кроме того, опираясь на опыт эксплуатации ДВС с наддувом, даны рекомендации по эксплуатации, техническому обслуживанию газотурбонагнетателей.

Печатается по решению Ученого совета Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота.

Рецензенты: Селянский Б.И., к.т.н., доцент

Можаев О.С., к.т.н., профессор

ВВЕДЕНИЕ

Опыт строительства современных двигателей внутреннего сгорания показывает, что максимальная мощность дизелей в одном агрегате составляет 60400 кВт (90 000л.с.). Как показывает анализ, дальнейшее увеличение мощности вновь строящихся судовых ДВС невозможна за счет увеличения количества и диаметра цилиндра (фирма «Зульцер» диаметр цилиндра не более 850 – 1060 мм). Дальнейшее увеличение диаметра цилиндра может привести к повышению уровня теплонапряженности деталей ЦПГ и значительному увеличению массы и габаритов двигателя.

Поэтому одним из основных способов повышения мощности дизеля является наддув, позволяющий при том же коэффициенте избытка воздуха увеличить плотность и массу его заряда в цилиндре, а следовательно, повысить скорость сгорания топлива за цикл. Чем больше топлива подается и полностью сжигается в цилиндре, тем больше будет мощность дизеля, т.е. наддув позволяет увеличить массу заряда воздуха, поступающего в цилиндр для сжигания повышенного количества впрыскиваемого топлива за цикл. При этом возрастает индикаторное давление Рi, что приводит к росту мощности ДВС (Ре = Рi · ηm; где Ре – среднее эффективное давление, Рi – индикаторное давление, ηm – механический КПД).

В зависимости от привода воздушных нагнетателей в судовых дизелях применяются механический, газотурбинный и комбинированные способы наддува.

Различные судовые ДВС работают на переменных режимах.

Режим работы дизеля определяется: нагрузкой; числом оборотов коленчатого вала; параметрами теплового состояния. Нагрузка дизеля оценивается величинами крутящего момента или среднего эффективного давления. Тепловое состояние дизеля в условиях эксплуатации оценивается: температурами охлаждающей воды, смазочного масла, выпускных газов и другими параметрами.

Для ДВС в основном характерны два режима работы:

1. УСТАНОВИВШИЙСЯ (нагрузка, число оборотов и параметры теплового состояния не меняются), этот режим характерен для дизель-генераторов.

2. НЕУСТАНОВИВШИЙСЯ (если с течением времени изменяется один или несколько показателей), этот режим характерен для главных двигателей.

Изменение нагрузки и числа оборотов или одного из этих показателей режима работы существенно влияет на совместную работу дизеля и турбокомпрессора.

С течением времени могут изменяться давление и температура атмосферного воздуха, сопротивление на всасывании и противодавление на выпуске, степень загрязнения проточных частей компрессора и турбины, что сказывается на характеристиках дизеля и турбокомпрессора, а, следовательно, и на условиях их совместной работы.

Нарушение воздухоснабжения способно повлиять на работу дизеля следующим образом:

1. Происходит уменьшение массы заряда и расхода воздуха и, как следствие:

- ухудшение экономичности;

- повышение теплонапряженности деталей ЦПГ и выпускных клапанов;

- снижение ресурса деталей;

- падение давления продувочного воздуха и возможность заброса газов из цилиндра в подпоршневые пространства и воздушный ресивер;

- загрязнение продувочно-выпускных трактов;

- закоксовывание окон в стенках цилиндра.

2. Снижение мощности дизеля.

Загрязнение продувочно-выпускных трактов приводит:

- к помпажу компрессора;

- к повышенному гидравлическому сопротивлению воздухоохладителей;

- к потере плотности пластинчатых клапанов и их поломки.

Об этом подробно будет рассмотрено в следующих главах данного учебного пособия.

Основные условные обозначения, сокращения

Аг – располагаемая энергия газа перед турбиной

В – расход топлива, кг/ч

be – эффективный удельный расход топлива, г/(кВт·ч)

d – диаметр цилиндров, см

Ех – степень охлаждения воздуха

n – частота вращения дизеля, об/мин (мин ˉ¹)

nтк – частота вращения турбокомпрессора, об/мин (мин ˉ¹)

Ne – эффективная мощность двигателя, кВт

Ni – индикаторная мощность двигателя, кВт

Nгт – мощность газовой турбины, кВт

Nк – мощность компрессора, кВт

hгт – теплоперепад, Дж/кг

Po – атмосферное давление, МПа

Рг – давление выпускных газов, МПа

Pв – давление наддува, МПа

Рвх – давление воздуха перед компрессором, МПа

Рвых – давление газа за турбиной

Ркц – давление воздуха перед цилиндрами, МПа

ΔРох – потери давления в воздухоохладителе (между компрессором и цилин­драми двигателя), МПа

ΔРвх – потери давления на входе в компрессор, МПа

ΔРвых – потери давления за турбиной, МПа

πк – степень повышения давления

πт – степень расширения газа в турбине

Gв – весовой расход воздуха, кг/с

Gг - расход газа, кг/с

Рс – давление в конце сжатия, МПа

рmax – максимальное давление сгорания, МПа

рmе – среднее эффективное давление, МПа

рmi – среде индикаторное давление, МПа

S – ход поршня, см

То – температура воздуха окружающей среды, К (ºС)

Тв – температура воздуха за турбокомпрессором, К (ºС)

Тг – температура отработавших газов, К (ºС)

Ткц – температура воздуха после воздухоохладителя (перед цилиндрами), К (ºС)

Тw – температура забортной воды, К (ºС)

um – средняя срорость поршня, м/с

ηei – индикаторный КПД двигателя

ηet – эффективный КПД двигателя

ηm – механический КПД двигателя

ηх – термический КПД охладителя воздуха

φо – влажность воздуха, %

L – длина, мм

a отл - толщина слоя отложений в диффузоре компрессора, мм

ā ш - относительная шероховатость слоя отложений, мм

F – эффективной площади забора воздуха, м²

Сокращения:

ДВС – двигатель внутреннего сгорания

ВОД – высокооборотный дизель

МОД – малооборотный дизель

СОД – среднеоборотный дизель

ВОХ – воздухоохладитель

ТНВД – топливный насос высокого давления

ГТНА – газотурбонагнетальный агрегат

ГТН – газотурбонаддув

ТК – турбокомпрессор

ГТ – газовая турбина

К – компрессор (центробежный)

КВ – коленчатый вал

КШМ – кривошипношатунный механизм

СТК – свободный турбокомпрессор

ПТК – подключенный турбокомпрессор

ППК – противопомпажный клапан

ЛПВ – лента перепуска воздуха

ЦПГ – цилиндропоршневая группа

Соотношение единиц измерения

760 мм. рт. ст. = 0,1 МПа = 101,3 кПа = 101325 Па

1 бар = 0,1 МПа = 100 кПа

1 кг/см² = 98066 Па = 98 кПа = 0,098МПа

Единицы измерения и таблицы пересчета приведены в приложении 1.

Глава 1

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: