Рвх → ↓ F; ↓ ηк; ↓ Рв; ↓ Gв → ↓ Nгт; ↓ nтк; ↓ πк.

4.4. Влияние увеличения сопротивления на входе в турбину

В процессе эксплуатации ДВС может происходить отложение продуктов сгорания на лопатках турбины и диске рабочего колеса. Величина и интенсивность отложений зависит от топлива (при работе двигателя на тяжелых сортах топлива загрязнения увеличиваются). Занос (загрязнение) проточной части турбины – неизбежный фактор эксплуатации ГТНА; тип отложений и их толщина зависят от режимов работы дизеля и сорта применяемого топлива.

Отложения на лопатках турбины условно можно разделить на три основных типа:

- первый тип – зольные сухие пеплообразные отложения толщиной 0,1 – 0,3 мм, обладающие относительно высокой шероховатостью;

- второй тип – сажистые мазеобразные отложения (могут достигать толщину 3 мм);

- третий тип – твердые пористые отложения, образующиеся вследствие выгораний отложений второго типа или при работе дизелей на тяжелых высоковязких сортах топлива.

Возникновение отложений начинается с образования на лопатках смолисто-лаковой пленки, появляющейся в результате конденсации продуктов окисления выпускных газов и высокотемпературного окисления продуктов сгорания топлива на металлической поверхности.

Количество отложений и их тип определяется многими факторами – точкой росы паровых микропримесей потока, температурой поверхности лопаток, сортом применяемого топлива, режимом работы дизеля, густотой решеток сопловых и рабочих лопаток и т.д.

При температуре газов tт < 300 ºС, независимо от сорта топлива, отложения имеют консистенцию густой мази с большой смолистостью (второй тип). Рост их слоя наблюдается в пределах зоны, в которой создаются термические условия для образования смолистых веществ. После достижения такой зоны толщина отложений не увеличивается, что объясняется прекращением переноса в пограничный слой из потока газа жидких органических соединений, способных составить цементирующую базу отложений. Толщина слоя стабилизируется в пределах 2 – 3 мм.

При снижении температуры tт до 200 ºС вязкость отложений резко уменьшается, а при tт < 150 ºС они становятся жидкими и сдуваются потоком газа.

При работе судовых дизелей на газотурбинном топливе по ГОСТ 10433 – 75, с тяжелым высоковязким топливом или на их смеси с дисцилятным топливом максимальные отложения наблюдаются при работе дизелей на нагрузках, близких к номинальным. Это объясняется наличием в тяжелых сортах топлива таких элементов, как сера, окислы ванадия, зола, натрий и др. Отложения на рабочих лопатках турбин в этих случаях составляет 2 – 3 мм, а на сопловых – 5 – 6 мм и имеют чрезвычайно твердую пористую структуру, близкую к структуре отложений третьего типа. В состав отложений на лопатках турбин входят окиси железа, никеля, хрома, пятиокись ванадия, сульфат натрия, сернистый хром, сернистый никель, метаваданат, пированадент, ванадат ванадия и др. Образование максимального слоя отложений и его стабилизация происходят в первые 100 – 200 ч работы двигателя.

Отложения на лопатках турбины приводят к уменьшению площади проходного сечения, что влечет за собой увеличение давления газа в выхлопном трубопроводе перед турбиной.

Чем выше давление газа перед турбиной, тем больше располагаемый теплоперепад, мощность и число оборотов турбины. Однако при этом ухудшается рабочий процесс в цилиндре. Увеличение давления газа вследствие отложения продуктов сгорания в проточной части турбины может привести к ухудшению процесса продувки, наполнения цилиндров, увеличению температуры выхлопных газов и снижению КПД турбины.

Снижение КПД турбины, главным образом, происходит в результате изменения скоростей потока, приводящих к увеличению профильных потерь, потерь трения, возникновению значительных углов атаки и т.п.

Повышение давления газа выпускными органами дизеля с газотурбинным наддувом может явиться следствием:

- отложения нагара в выпускном коллекторе и выпускных окнах двухтактных дизелей;

- износ кулачковых шайб;

- изменения теплового зазора в приводе выпускных клапанов;

- загрязнения соплового аппарата газовой турбины;

- нарушения фаз открытия выпускных органов.

Это приводит к повышению располагаемой энергии перед турбиной (Аг), уменьшению отношения давления наддува и давления выпускных газов Рв/Рг; росту срабатываемого теплоперепада hгт; росту мощности (Nтк) и числа оборотов (nтк) турбокомпрессора.

Таким образом, характерным признаком загрязнения проточной части турбины является одновременное повышение давления наддува, числа оборотов турбокомпрессора и температуры выхлопных газов.

Это отрицательно сказывается на газообмене двухтактных и четырехтактных дизелей с продувкой: увеличивается опасность возникновения помпажа, уменьшается коэффициент наполнения, возрастает работа насосных ходов, что приводит к росту механических потерь, удельного эффективного расхода топлива.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: