Влияние скорости вращения коленчатого вала на работу двигателя с газотурбинным наддувом

Рассмотрим влияние скорости вращения коленчатого вала на параметры комбинированного двигателя. Пусть расчетным является номинальный режим, то есть режим максимальной мощности.

При уменьшении частоты вращения вала двигателя проходное сечение соплового аппарата турбины оказывается излишне большим, давление перед турбиной падает и, соответственно, падает мощность турбины, передаваемой компрессору, что ведет к падению давления наддува. Воздуха дизелю не хватает, температура отработавших газов растет, может возникнуть помпаж компрессора.

Таким образом, низкий наддув, повышение температуры отработавших газов и помпаж являются основными причинами того, что дизель не может работать на частотах вращения вала ниже 0,5 от номинальных.

Известно, что для транспортного двигателя желательно сохранение или увеличение крутящего момента с уменьшением частоты вращения вала двигателя, что достигается применением регулируемого наддува. В этом случае коэффициент приспособляемости повышается.

Как известно, бензиновые двигатели имеют более благоприятную характеристику протекания крутящего момента по сравнению с дизелем, поэтому указанные недостатки проявляются слабее.

Рассмотрим случай, когда расчетным режимом турбокомпрессора является режим максимального крутящего момента двигателя.

Повышение частоты вращения вала двигателя также неблагоприятно сказывается на работе двигателя с турбокомпрессором. Давление газов перед турбиной растет, мощность турбины возрастает, частота вращения ротора компрессора также растет, и соответственно возрастают давление наддува и максимальное давление цикла. Кроме того, может возникнуть помпаж в компрессоре.

Таким образом, изменение частоты вращения вала двигателя от расчетного режима неблагоприятно сказывается на работе двигателя и его параметрах.

С целью улучшения показателей двигателя, в том числе коэффициента приспособляемости применяют регулируемый турбокомпрессор, а компрессор может настраиваться на малые и средние скоростные режимы.

На рис. 8.1 приведены характеристики комбинированного двигателя с настроенным на разные скоростные режимы турбокомпрессорами, а также с регулируемым турбокомпрессором.

Рис. 8.1. Изменение крутящего момента двигателей с различными настройками турбокомпрессора

Из характеристик видно, что наиболее благоприятную характеристику имеет двигатель с регулируемым турбокомпрессором.

Применение регулируемого турбокомпрессора позволяет получить также более благоприятную характеристику по удельному расходу топлива (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Изменение удельного эффективного расхода топлива двигателей
с различными настройками турбокомпрессора

8.2. Влияние нагрузочного режима на работу двигателя
с газотурбинным наддувом

Рассмотрим влияние нагрузочного режима на параметры комбинированного двигателя, если расчетным является номинальный режим, то есть режим максимальной мощности.

При работе двигателя по нагрузочной характеристике при снижении нагрузки КПД турбокомпрессора понижается, соответственно, снижается КПД двигателя. При некотором значении нагрузки удельный эффективный расход топлива двигателя с турбонаддувом сравнивается с КПД двигателя без наддува (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Удельный эффективный расход топлива двигателей с наддувом
и без наддува

При меньших нагрузках турбокомпрессор не эффективен, то есть двигатель с турбонаддувом становится менее экономичным по сравнению с двигателем без наддува. Связано это в первую очередь с тем, что на режиме малой нагрузки турбокомпрессор создает дополнительное сопротивление в газовоздушном тракте, и относительная доля потерь в двигателе возрастает. Поэтому при работе двигателя на малых нагрузках целесообразно газообмен двигателя осуществлять, минуя турбокомпрессор. При снижении нагрузки снижается также индикаторный КПД двигателя.