Регулирование воздухоснабжения турбопоршневых двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62143612 И. Ю. КИЛУНИН

В. В. КОЛЬБ А. А. СМОЛИН

Омский автобронетанковый инженерный институт

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Статья посвящена анализу регулирования воздухоснабжения турбопоршневых двигателей и направлена на улучшение эксплуатационных характеристик путем перепуска части отработавших газов мимо турбины. Предложена схема способа понижения противодавления на выпуске.

Ключевые слова: турбопоршневой двигатель, способы регулирования, воздухо-снабжение, турбокомпрессор, наддув, дизель.

Большое разнообразие различных схем регулирования воздухоснабжения двигателей требует проведения оценки их эффективности с точки зрения возможности получения необходимого возду-хоснабжения. При этом следует учитывать, что отдельные схемы недостаточно эффективны для применения на двигателях мобильной техники, прежде всего из-за их конструктивной сложности и малой надежности.

Экспериментальная проверка всех возможных способов в идентичных условиях сопряжена с большими затратамии вряд ли целесообразна. 15 этих условиях нтиболеерацианатьным представсшеття аналитическое исследование различных схем регу--нфовдния возд^осаобжениа^].

При ьяалииичезномисбледосвзии используются Н>авнения рабочего ироцадда прлмесительно к лззи-гателю со свободным турбокомпрессор (ТК).

Совместная работа дизеля и ТК определяется рьвенттвтм расходов воззяха и аоха, а заклье тавел-ствам мтщнорльйтуобины и кампрессола. Яасхоил1 воздуха через компрессор Ск и поршневую часть двигателя С^ с учетом возможного отбор а воздуха и -ззамогуг бытс пмадзвввлтны о ррдев

Гса — эффективная площадь сечения соплового аппарата, м.

Поскольку при наддуве перепад давлений в турбине близок к критическому, то влияние изменения газодинамической функции на расход газа можно не учитывать.

В этом случае уравнение баланса мощностей турбины икомпрессора будет иметь вид:

I • {т = а • т • {к • Рв • РГ

(4)

где

т = 1 — 7Гу

П — 1 , Т = УГ^ы

к - Щкг —1) р=

а = —-к—— п = -В-^ т-т

(к — 1)кг • кг '

Рв-

Рт

Рвх '

с = с ■ р,

к дв ' н

а = а

дв г

■ /»,

(2)

где Сг — вазовчесез тарбину ТК, кг/с;

/ф — иоэффищиенс озбора воодуха за компрессором;

/ф — когффициент от&фвдзла перед турбиной.

/Ояит расчлнт рзсхвда гсво зсрез тдрбину исполв-зуется изверлатз утавнение расхода через сопловой аппарат:

где 1 — коэффициент понвода еатолнительной энергии к ротору ЛК-

Яв, Я — гаиогые постоянно:е сов в-з^лупо игаза, кДж/(кг ]грг^к.);

к, кГ — покабаоелу ауиабалы дуи воздлда ев аала; Т — температори ытмлсфслного ^<ыы.хзезыезг^1 К; П ТК — коэффицыент полазноаодейсивияТК; степень аоббштеоии давления воздуха в ком-прессорт

Ув- = Ро • АРес (5)

Ро — давление а-мопферногр воздуха, Па; Рвс — оаденсые п Риосселе на входе в

компрессор, Па;

Рк — савление вазрсуил посаи кглпреоуорл, Пу,

Рй = Рк + Ре

(6)

аг =

Рт ■ рса

л/ГГ

(3)

где рТ — давление газа перед турбиной, Па; ТТ — температура газа передтурбиной, К;

где рк — давлениевоздухана входевдвигатель, Па;

Рнаг — падениедавлениявдросселеналиниина-гнетанияу ;

степень пониженны денАРиис гаут в вууабине

Рыу = Ро - аРвх,

Рис.1.Принципиальнаясхема способа понижения противодавления на выпуске: 1 — двигатель;2 — впускнойтрубопровод; 3 — турбокомпрессор; 4 — выпускной трубопровод; 5 — бачок с водой; 6 — устройстводлявпрыскиванияводы

где рвх — падение давления в дросселе за турбиной, Па.

Совместное решение приведенных выше уравнений в общем виде требует громоздких вычислений для большого количества вариантов. Быстрее и проще поставленная задача решается при использовании метода малых отклонений [2, 3]. В этом случае устанавливается непосредственная связь между малыми приращениями параметров, входящих в уравнение, благодаря чему упрощается оценка основных факторов, от которых зависит согласованная работа поршневой части и агрегатов наддува двигателя при изменении режима работы и появляется возможность обнаружения наиболее эффективных способов регулирования воздухоснабже-ния.

Анализ результатов аналитического исследования показал, что наиболее эффективным способом регулирования воздухоснабжения для расширения возможного диапазона изменения частоты вращения вала двигателя с сохранением постоянного давления наддува является перепуск газа. Эффективность его хотя и уменьшается с понижением давления наддува, но остается выше эффективности остальных способов.

Таким образом, наиболее целесообразными с точки зрения комплексного улучшения эксплуатационных характеристик дизелей с газотурбинным

наддувом и доступности их технического исполнения является регулирование воздухоснабжения путем перепуска части отработавших газов мимо турбины ТК, нашедшее широкое применение на серийно выпускаемых двигателях зарубежных фирм [1].

К достоинствам данного способа можно отнести уменьшение противодавления на выпуске, что благоприятно сказывается на рабочем процессе двигателя, а к недостаткам — большие потери энергии с перепускными газами.

Нами предложен способ и разработана схема (рис. 1) регулирования воздухоснабжения дизеля на режимах разгона понижающая противодавление на выпуске, за счет снижения температуры и давления газа за турбиной, увеличивающая работу расширения в поршневом двигателе предположительно до атмосферного давления.

Достоинством данной схемы считаем отсутствие потери энергии с перепускными газами.

Регулирование воздухоснабжения будет оказывать влияние на параметры рабочего процесса двигателя. В связи с этим необходимым условием должно быть получение таких параметров рабочего процесса, которые обеспечили бы требуемые мощ-ностные и динамические показатели двигателя. Для этого необходимо проведение сравнительных расчетов характеристик двигателя без регулирования и с регулированием воздухоснабжения на математической модели процессов энергопреобразования дизеля со свободным ТК.

Библиографический список

1. Романов, Г. И. Выбор рациональных способов регулирования воздухоснабжения турбопоршневых двигателей / Г. И. Романов, С. И. Козлов. — М. : Двигателестроение, 1982. — 248 с.

2. Черкез, А. Я. Применение метода малых отклонений в теории и расчете авиационных ТРД / А. Я. Черкез. — М. : Оборонгиз, 1955. — 156 с.

3. Погодин, С. И. Рабочие процессы транспортных турбо-поршневых двигателей / С. И. Погодин. — М. : Машиностроение, 1978. — 311 с.

КИЛУНИН Иван Юрьевич, преподаватель кафедры двигателей.

Адрес для переписки: homecorp88@mail.ru КОЛЬБ Валерий Викторович, преподаватель кафедры двигателей.

Адрес для переписки: irinakolb@yandex.ru СМОЛИН Андрей Александрович, преподаватель кафедры двигателей.

Адрес для переписки: smolin.andrey.1977@mail.ru

Статья поступила в редакцию 25.06.2014 г. © И. Ю. Килунин, В. В. Кольб, А. А. Смолин