Наддув дизелей, способы и схемы наддува

Наддувом называется способ повышения мощности дизелей, основанный на повышении плотности заряда цилиндра и соответствующем увеличении цикловой подачи топлива. Повышение плотности заряда цилиндра в современных дизелях осуществляется путем принудительной подачи воздуха в цилиндр и его охлаждением до температуры, незначительно превышающей температуру точки росы водяных паров охладителей надувочного воздуха.

Способы наддува: механический, газотурбинный, комбинированный.

Механический наддув требует больших затрат мощности на привод навесных компрессоров. Для осуществления газотурбинного наддува в двухтактных дизелях требуется больше энергии, т.к. отсутствуют насосные ходы поршня и температура выпускных газов существенно меньше.

При пуске на малых нагрузках мощности турбины не хватает для осуществления наддува, приходится идти на раннее открытие выпу4скного клапана ( в двигателях серии KGF за 95° до Н.М.Т.). Поэтому в старых судовых двухтактных дизелях использованы разнообразные схемы комбинированного наддува. В качестве первой ступени используется турбокомпрессор, в качестве второй – подпоршневой компрессор или подпоршневая полость. Реже применялись последовательно-ппаралле6льные параллельные соединения компрессоров.

При газотурбинном наддуве применяют наддув при постоянном давлении и импульсный (при переменном давлении перед турбиной), использующий энергию импульсов давления. Турбокомпрессор располагается вблизи группы цилиндров. Подвод газов к турбине осуществляется через короткие выпускные трубопроводы небольшого сечения.

Чтобы импульсы не накладывались друг на друга выпускную систему разделяют на несколько отдельных выпускных систем, замыкающихся за турбину (не более трех цилиндров к одной турбине).

При давлениях надувочного воздуха более »0,2 МПа турбина с импульсным подводом газа имеет КПД ниже, чем турбина с постоянным давлением выпускных газов на входе, в связи с дополнительными потерями из-за переменного давления на входе и перетекания газов в сопловом аппарате.

Поэтому при повышенном давлении наддува применяют преимущественно газотурбинный наддув с постоянным давлением газов перед турбиной.

При повышенных давлениях наддува и мощности турбокомпрессоров в изобарных системах достигается существенное повышение КПД турбокомпрессоров с 55 % до 70 % [15], поэтому в современных МОД выхлопные клапаны открываются позже и полезный ход поршня увеличивается.

В МОД с импульсной системой наддува двигателей типа KGF, VT2BF выпускные клапаны открывались при 95° и 92° поворота коленчатого вала до Н.М.Т. В более современных двигателях MAN & B.W. типа LMC, SMC-C открытие клапана происходит при 66…74° п.к.в. до Н.М.Т. Таким образом, турбонаддув является и средством повышения экономичности СДВС.

Разработаны разные схемы наддува (см. рисунок 2.2) [8]. Самой распространенной в МОД является прямоточно-клапанная схема с включением на малых нагрузках электроприводных воздуходувок, так как на режимах малых мощностей ГТН не обеспечивает надежное воздухоснабжение.

В старых МОД для обеспечения работоспособности на режимах частичных мощностей использовались подпоршневые полости (рисунок 2.2д,е,ж,з) или приводные поршневые насосы ( рисунок 2.2б,г) и, как уже указывалось, системы импульсного наддува с ранним открытием выпускного клапана (рисунок 2.2а). Аварийная электроприводная воздуходувка 9 обеспечивает воздухоснабжение до мощности N=0,2N_ном и оборотов n=0,5n_ном.

В современных двигателях с электронным управлением (MAN & B.W. типа МЕ, Sulzer RT-flex, Mitsubishi UEC-LSE) при работе на частичных нагрузках осуществляется более раннее закрытие выпускного клапана, а на переходных режимах увеличения мощности предусматривается более раннее открытие выхлопного клапана для увеличения располагаемого теплоперепада на турбину.

В двигателях Sulzer RTA имеется две автоматически включающиеся воздуходувки, обеспечивающих пусковой режим и работу на частичных нагрузках вплоть до нагрузок выше 50 % N_ном. Продольная перегородка в ресивере обеспечивает более высокие давления наддува на режимах частичных нагрузок [13].

Ответ на этот вопрос изложен также в [4, стр. 6]

1 – дизель; 2 – ресивер; 3 – охладитель воздуха; 4 – центробежный нагнетатель; 5 – газовая турбина; 6 – выпускной коллектор; 7 – поршневой нагнетатель; 8 – заслонка;

9 – аварийная воздуходувка (воздуходувка для пуска и работы на малых ходах)

Рисунок 2.2 – Схемы газотурбинного наддува мощных двухтактных

судовых дизелей