Нагнетатели для продувки и наддува

01/10/2011 в 15:55

Мощность дизеля можно повысить не только путем изменения конструктивных параметров и форсирования его по частоте вращения, но и увеличив заряд воздуха, поступающего в цилиндр. Последнее можно осуществить двумя способами: путем дозарядки и наддува.

При дозарядке заряд воздуха увеличивают, не используя воздух высокого давления. Например, при продувке камеры сгорания в четырехтактных двигателях дозарядка происходит вследствие всасывающего действия отработавших газов, что достигается одновременным открытием впускных и выпускных клапанов.

При наддуве рабочий цилиндр наполняется воздухом повышенного давления, поступающим из специального наддувочного агрегата. В зависимости от давления нагнетания наддув подразделяют на умеренный (0,13-0,16 МПа), повышенный (0,16-0,25 МПа) и высокий (более 0,25 МПа). Основными способами наддува являются механический, газотурбинный и комбинированный.

При механическом наддуве (рис. 124, а) наддувочный агрегат приводится в действие от двигателя через шестеренчатую или цепную передачу. При этом способе наддува давление воздуха не превышает обычно 0,16 МПа. Механический наддув применяют главным образом у маломощных дизелей.

Нагнетатели для продувки и наддува Рис.124. Схемы наддува дизелей: а - механического, б - газотурбинного; 1 - двигатель, 2 - впускной клапан, 3 - нагнетатель, 4 - газовыпускная турбина.

В настоящее время широко используют газотурбинный наддув (рис. 124, б). Из выпускного коллектора двигателя 1 отработавшие газы направляются в газовыпускную турбину 4 и приводят ее во вращение. Турбина в свою очередь приводит в движение нагнетатель 3t который засасывает из окружающей среды воздух и сжимает его. Затем сжатый воздух поступает к впускным клапанам 2 двигателя.

В дизелях с комбинированным наддувом одновременно осуществляется газотурбинный и механический наддув.

Нагнетатели для продувки и наддува по конструктивному выполнению различают объемные и лопаточные. Наибольшее распространение из объемных нагнетателей получили ротационные, которые в свою очередь подразделяются на пластинчатые и роторно-зубчатые.

Пластинчатый объемный нагнетатель (рис. 125) состоит из корпуса 1 и ротора 2. Корпус образует цилиндрическую Камеру, внутри i оторой размещен ротор. Последний укреплен на валу и расположен эксцентрично относительно оси камеры. В теле ротора имеются четыре п за, в которых свободно перемещаются в радиальном направлении пластины 3. При работе пластины ротора под действием центробежж й силы прижимаются к внутренней поверхности камеры. При этом вследствие эксцентрического расположения ротора в камере пластины то входят в пазы, то выходят из них. Благодаря этому между двум; соседними пластинами образуется замкнутый объем, который изменяется при вращении ротора. В начале движения пластин из полости всасывания захватывается воздух, при дальнейшем движении объем свободного пространства между пластинами уменьшается, воздух сжимается и нагнетается через патрубок.

Нагнетатели для продувки и наддува

Рис. 125. Схема пластинчатого нагнетателя: 1 - корпус, 2 - ротор, 3 - пластина

Роторно-зубчатый объемный нагнетатель (рис. 126) состоит из корпуса 1 и двух трехлопастных роторов 2, выполненных в виде зубчатых колес, зубцы которых могут быть прямыми или винтовыми. Число зубцов обычно не превышает четырех. Воздух в нагнетатель поступает через окно. Затем, попадая в пространство между корпусом и лопастями роторов, он захватывается лопастями и переносится к пространству нагнетания. Лопасть одного ротора входит во впадину другого, и воздух, заключенный между лопастями, выталкивается в пространство нагнетания. При вращении роторы не должны соприкасаться друг с другом, а также со стенками корпуса. Зазор между лопастями роторов регулируется специальными прокладками. Роторно-зубчатые нагнетатели обычно дают небольшие степени повышения давления, так как при повышении давления к. п. д. их сильно снижается. Недостаток этих нагнетателей заключается в том, что при работе они издают сильный шум.

Нагнетатели для продувки и наддува

Рис. 126. Схема роторно-зубчатого нагнетателя: 1 - корпус, 2 - трехлопастной ротор

Лопаточные нагнетатели подразделяют на центробежные и осевые. Наиболее широко распространены центробежные нагнетатели благодаря их малым габаритам, массе и высокому к. п. д.

Схема центробежного лопаточного нагнетателя показана на рис. 127. Основной частью этого нагнетателя является рабочее колесо 3 с укрепленными на нем радиальными лопатками 4. Колесо при помощи редуктора 7 приводится во вращение, делая от 2000 до 80 000 об/мин. Обычно применяют центробежные нагнетатели, частота вращения колеса которых от 6000 до 20000 об/мин. Воздух, всасываемый через входной патрубок 1, увлекается лопатками колеса и отбрасывается за счет центробежных сил к периферии колеса. Далее по окружающему колесо диффузору 5 воздух направляется в выходную расширяющуюся часть - улитку 6. Давление воздуха увеличивается как на рабочем колесе, так и в выходной части нагнетателя. Во входном патрубке устанавливают направляющий аппарат 2, чтобы воздух входил плавно, не ударяясь о вращающиеся лопатки колеса.

Нагнетатели для продувки и наддува

Рис. 127. Схема центробежного нагнетателя: 1 - входной патрубок. 2 - направляющий аппарат, 3 - рабочее колесо, 4 - лопатка, 5 - диффузор, 8 - улитка, 7 - редуктор

Осевой лопаточный нагнетатель (рис. 128) имеет ротор с изогнутыми лопатками 4. При вращении ротора 1 его лопатки перемещают воздух вдрль оси нагнетателя. Ротор расположен в корпусе 2, который имеет всасывающий 5 и нагнетательный 6 патрубки. В корпусе установлены неподвижные лопатки 3 направляющего аппарата. Ряд лопаток направляющего аппарата вместе с соответствующим рядом рабочих лопаток образует ступень давления. Осевые нагнетатели, как правило, бывают многоступенчатыми, т. е. имеют несколько ступеней давления. Конструкция осевых нагнетателей значительно сложнее центробежных, однако при больших объемах сжимаемого воздуха они имеют высокий к. п. д. и малые габариты.

Нагнетатели для продувки и наддува

Рис. 128. Схема осевого нагнетателя: 1 - ротор, 2 - корпус, 3 - лопатка направляющего аппарата, 4 - рабочая лопатка ротора. 5 и 6 - всасывающий и нагнетательный патрубки

В рассмотренных выше нагнетателях для продувки и наддува вращение ротора осуществляется от механического привода, для чего затрачивается значительная мощность. Во многих дизелях нагнетатели приводятся в движение от газовых турбин, которые используют энергию отработавших газов. Такие дизели называют дизелями с газотурбинным наддувом.

На рис. 129 показан турбокомпрессор четырехтактного дизеля, состоящий из радиальной турбины и центробежного компрессора, которые установлены на газовыпускном коллекторе. Колесо 11 турбины из жаропрочной стали изготовлено заодно с валом, на другом конце которого насажена крыльчатка 2 компрессора. Вал установлен в двух шарикоподшипниках 6 и 12. Колесо компрессора вместе с внутренними обоймами шарикоподшипников, маслоотражателями и катушкой 13 фиксируется на валу болтом 15 с замочной шайбой. Колесо турбины размещено в корпусе 8, к которому прикреплены венец 9 сопл, изготовленный из жаропрочной стали, и направляющий патрубок 10 для отвода отработавших газов.

Нагнетатели для продувки и наддува

Рис. 129. Турбокомпрессор четырехтактного дизеля: 1 - шумоглушитель на всасывании (повернут на 90°), 2 - крыльчатка компрессора 3 и 4 - крышка и корпус нагнетателя, 5 -труба подвода воздуха для уплотнения, 6 и 12 - шарикоподшипники с маслоотражателем и крышкой уплотнения, 7 и 8 - корпуса шарикоподшипников и турбины, 9 - венец сопл, 10 - направляющий патрубок, 11- колесо турбины с валом, 13 -катушка, 14 - пробка слива масла, 15 - болт с замочной шайбой

Корпус компрессора - разъемный и отлитый из алюминиевого сплава - представляет собой диффузор с улиткообразным каналом, который заканчивается цилиндрическим патрубком. Последний соединен с холодильником воздуха дюритовой муфтой. Корпус шарико- подшипника 6 с фланцами образует масляную ванну и имеет также водяную рубашку для охлаждения масла. Колеса турбины вместе с колесом компрессора, маслоотражателями, катушкой и шарикоподшипниками образуют ротор.

Для разгрузки шарикоподшипников от неуравновешенных сил инерции, возникающих при вращении, ротор турбокомпрессора динамически отбалансирован, поэтому замена деталей без балансировки ротора не допускается. Для полного устранения вредного влияния неуравновешенных сил инерции ротор установлен на упругих подвесках, которые представляют собой обойму шарикоподшипника, состоящую из разрезных пружинных колец.

Смазка шарикоподшипников турбокомпрессора производится разбрызгиванием масла катушкой 13. Уровень масла в корпусе шарикоподшипников контролируется по меткам на стекле маслоуказателя, а уплотнение масляной полости осуществляется лабиринтом, создаваемым маслоотражателями, крышками уплотнений и воздушным затвором в корпусе. Воздух для уплотнения подводится в корпус по трубе 5. Охлаждение корпуса производится водой, поступающей в его водяную рубашку, и воздухом, подводимым для уплотнения. Для снижения шума на компрессоре установлен шумоглушитель 1, который состоит из набора войлочных колец, имеющих различные диаметры внутренних отверстий.

В турбокомпрессорах применяют исключительно центробежные компрессоры благодаря их высокому к. п. д. и простой конструкции. Для турбокомпрессоров используют осевые и радиально-осевые турбины. Осевые турбины применяют в основном для дизелей больших и средних мощностей, а радиально-осевые - для дизелей автотракторного назначения.

В нашей стране разработаны две группы унифицированных турбокомпрессоров ТК:

компактные для наддува быстроходных дизелей с внутренним расположением подшипников и радиально-осевой турбиной (ТКР-7, ТКР-8,5, ТКР-П, ТКР-14, ТКР-18 и ТКР-23); для наддува тяжелых дизелей с внешним расположением подшипников и осевой турбиной (ТК-18, ТК-23, ТК-30, ТК-34, ТК-38, ТК-50 и ТК-64). Основным определяющим размером является диаметр колеса компрессора. Турбокомпрессоры выпускают с различными степенями повышения давления (отношением давления газа за компрессором к давлению на входе в него) в трех исполнениях: низкого Н, среднего С и высокого В давления. Степень повышения давления у турбокомпрессоров составляет: при исполнении Н - 1,3-1,9, при С - 1,9 - 2,5 и при В - 2,5 - 3,5.

Марки турбокомпрессоров расшифровываются таким образом: буквы перед цифрами означают тип компрессора (ТКР или ТК), цифры - диаметр колеса в сантиметрах, буква после цифры - исполнение. Например, марка турбокомпрессора ТКР- 18С означает: турбокомпрессор с радиально-осевой турбиной, среднего давления и диаметром колеса компрессора 18 см.

Различают системы турбонаддува, работающие в потоке с постоянным давлением и в импульсном потоке.

В системе с постоянным давлением в турбину направляются отработавшие газы из выпускного коллектора, давление которых не меняется. Эта система проста по конструкции. В системе, работающей в импульсном потоке, газ поступает в турбину с переменным давлением. Цилиндры двигателя разбиты на группы с тем, чтобы процесс выпуска водном цилиндре заканчивался раньше, чем начнется в другом. Группы цилиндров соединяются отдельными секциями выпускного трубопровода, которые изолированы друг от друга. Турбина имеет соответствующее число изолированных подводящих каналов.

В импульсной турбине повышается давление наддува, обеспечивается хорошая продувка и очистка цилиндров от отработавших газов.

Для снижения температуры воздуха, подаваемого турбокомпрессором в цилиндры двигателя, применяют охладители наддувочного воздуха, которые охлаждают воздух перед поступлением его в цилиндры. Производится так называемое промежуточное охлаждение воздуха. Охладители наддувочного воздуха бывают двух типов: водо-воздушные и воздухо-воздушные.

Стационарные дизели и газовые двигатели снабжают водо-воздущ-ными охладителями и изготовляют с охлаждающими элементами и3 труб, оребренных накаткой, проволочной спиралью, пластинами или лептой, а также с охлаждающими элементами из профильных листов. В этих охладителях наддувочный воздух охлаждается водой из системы охлаждения двигателя. Они компактны и удобно располагаются на двигателе между турбокомпрессором и впускным трубопроводом. Однако в водо-воздушных охладителях не удается значительно снизить температуру наддувочного воздуха, так как вода в системе охлаждения имеет высокую температуру. В большей степени снизить температуру наддувочного воздуха удается в воздухо-воздушном охладителе.

Еще по теме

  • Смазочные материалы для двигателей внутреннего сгорания
    В настоящее время для двигателей внутреннего сгорания применяют масла с присадками. Присадками называют сложные соединения, которые добавляют к моторным маслам для улучшения их эксплуатационных свойств. По действию на смазочные масла присадки разделяют на следующие группы: вязкостные или загущающие- улучшающие вязкостно-температурные свойства и повышающие вязкость масел; моющие - предотвращающие образование на[..]
  • Устройство элементарного карбюратора. Общие сведения.
    Система топливоподачи карбюраторных двигателей состоит из топливного бака, топливного насоса, одного или двух фильтров, топливопроводов и карбюратора. В карбюраторных двигателях основная часть процесса приготовления горючей смеси осуществляется вне цилиндра в особом приборе - карбюраторе. В карбюраторе топливо дозируется, распыливается, частично испаряется и перемешивается с воздухом. Образующаяся в карбюраторе горючая смесь[..]
  • Топливные фильтры
    Фильтрация топлива осуществляется с помощью фильтров грубой очистки, тонкой очистки и предохранительных высокого давления. Фильтрация дизельного топлива является чрезвычайно важным средством обеспечения нормальной и бесперебойной работы дизелей. Срок службы топливной аппаратуры до ремонта во многом зависит от чистоты топлива. Наличие в топливе абразивных механических примесей приводит к повышенному износу сопряженных[..]