Наддув дизелей. Виды наддува.

Дисциплина МДК.01.01. Устройство, техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива Гр.№26 Машинист локомотива

Занятие №20

Тема.3. Рабочий процесс двигателей внутреннего сгорания.

Тема занятия: Наддув дизелей. Виды наддува.

Цели урока: изучить понятие наддув дизелей, его значение, виды наддува.

Оборудование урока:

компьютер, проектор.

План урока

I. Организационный момент.

II смесеобразование и сгорание в дизелях

Работа над новым теоретическим материалом

 

Наддув дизелей. Виды наддува.

На современных мощных четырех­тактных и двухтактных дизелях при­меняется наддув для повышения их мощности и тепловой экономичности. Сущность наддува состоит в том, что воздух в цилиндры дизеля не засасы­вается из атмосферы, а нагнетается турбокомпрессором или нагнетателем, приводимым от вала двигателя.

Благодаря наддуву в цилиндры по­дается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что одно­временно позволяет также подавать в цилиндры и сжигать большее коли­чество топлива, а следовательно, по­лучать при тех же размерах цилиндров и той же частоте вращения вала ди­зеля большую мощность. Установлено, что мощность дизеля возрастает при­мерно пропорционально давлению над­дувочного воздуха. Таким образом, наддув позволяет почти при тех же размерах и массе двигателя увеличить его мощность в 2—3 раза.

При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что в значительной степени уменьшает воздушный заряд в ци­линдре. Поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно при­меняют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в ци­линдры. Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощно­сти дизеля на 3—4 % и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5—2 г/(кВт-ч).

Экономичность дизелей с наддувом повышается вследствие увеличения ме­ханического коэффициента полезного действия и дополнительного ис­пользования тепла отработавших газов.

Давления сжатия и сгорания в ци­линдре также возрастают. Температу­ра же горения и тепловая напряжен­ность дизеля остаются почти неизмен­ными.

Существуют три способа наддува дизелей: нагнетателем, имеющим при­вод от вала дизеля (механический над­дув), газотурбинный и комбинирован­ный.

Механический наддув. Нагнета­тель 5 (рис. 13) приводится во враще­ние через редуктор 6 от коленчатого вала. Воздух засасывается нагнетате­лем из атмосферы и через впускной клапан 4 нагнетается в цилиндр.

 

 

Недостаток такого способа наддува состоит в том, что количество пода­ваемого в цилиндр воздуха зависит от частоты вращения вала дизеля, а не от нагрузки, т. е. подача воздуха в цилиндр при данной частоте враще­ния вала будет одинакова на холостом ходу и при полной нагрузке. Так осу­ществляется воздухоснабжение в ди­зеле 2Д100. Для правильной же орга­низации рабочего процесса дизеля необходимо, чтобы под нагрузкой по­давалось воздуха больше, чем на хо­лостом ходу. Это особенно важно для тепловозных двигателей. Кроме того, на привод нагнетателя при этом спо­собе наддува расходуется часть по­лезной мощности дизеля, поэтому экономичность двигателя повышается мало.

Газотурбинный наддув. В четырех­тактном дизеле с газотурбинным над­дувом (рис. 14) отработавшие газы, пройдя выпускной клапан 4, поступают на газовое колесо турбины 1 и, со­вершив работу, выбрасываются в атмо­сферу. На одном валу с турбиной на­ходится крыльчатка центробежного нагнетателя 2, который забирает воз­дух из атмосферы, сжимает его до давления р_к и через впускной кла­пан 3 нагнетает в цилиндр.

При газотурбинном наддуве коли­чество воздуха, подаваемого в ци­линдры, будет тем больше, чем больше внешняя нагрузка на дизель, так как в этом случае через турбину пройдет большее количество отработавших га­зов, имеющих более высокую темпе­ратуру; частота вращения ее увели­чится, а следовательно, возрастет и по­дача нагнетателя. Это свойство дизеля с газотурбинным наддувом для тепло­возов особенно ценно, так как этим достигается «саморегулирование» ди­зеля. Кроме того, при газотурбинном наддуве благодаря дополнительному использованию тепла отработавших газов повышается коэффициент по­лезного действия двигателя. Газо­турбинный наддув применен в четырех­тактных тепловозных дизелях типов Д70, Д49, ПД1М, М756, K6S310DR.

Комбинированный наддув. Комби­нированный (двухступенчатый) над­дув (рис. 15) применяется в двухтакт­ных дизелях в том случае, когда воздух необходимо сжать до сравни­тельно высокого давления (0,2÷0,3) МПа. Одного нагнетателя 5, при­водимого от газовой турбины, оказы­вается недостаточно для обеспечения дизеля воздухом требуемых пара­метров, особенно на пониженных на­грузках, так как температура выпуск­ных газов перед турбиной у двухтакт­ного дизеля ниже, чем у четырехтакт­ного, вследствие интенсивной продувки цилиндров воздухом. Поэтому в двух­тактных дизелях применяют вторую ступень сжатия воздуха в нагнетате­ле 7, который имеет механический при­вод (через редуктор 8) от вала двига­теля. При сжатии в первой ступени (турбонагнетателе) воздух нагревает­ся до высоком температуры (100— 150°С), что уменьшает воздушный за ряд цилиндра и, следовательно, мощ­ность и экономичность дизеля. Чтобы избежать этого, после нагнетателя 5 воздух направляется в охладитель 6, где он охлаждается до 50—60 °С.

Работа дизеля с двухступенчатым наддувом протекает следующим обра­зом. При работе под нагрузкой газо­вая турбина 4 вращает колесо нагне­тателя 5 с большой частотой (15 000— 20 000 об/мин), вследствие чего нагне­татель засасывает воздух из атмосфе­ры и под давлением (0,2÷0,25) МПа подает его в охладитель, и далее в при­водной нагнетатель. В этом нагнета­теле воздух дополнительно сжимается еще на (0,03÷0,05) МПа и через над­дувочный коллектор и впускные окна подается в цилиндр дизеля. Во время пуска дизеля, когда газовая турбина не работает, приводной нагнетатель 7 засасывает воздух из атмосферы через нагнетатель 5 и охладитель 6 и по­дает его в дизель.

Комбинированный двухступенчатый наддув применен в двухтактных тепло­возных дизелях 10Д100, 11Д45. 14Д40.

 

 

В четырехтактных дизелях нагнета­тель, приводимый от коленчатого вала, не нужен, так как энергии отработав­ших газов достаточно для сжатия воздуха до необходимого давления в турбокомпрессоре при всех скорост­ных и нагрузочных режимах работы.

Вопросы для самопроверки:

1.Вчём состоит сущность наддува?

2. Что происходит с дизелем в результате наддува?

3. Для чего применяется охлаждение наддувочного воздуха?

4. Какие существуют способы наддува?

5.Какой наддув применяется в 4-тактных дизелях?

6.Какой наддув по вашему лучше?

 

 

IV. Домашнее задание:

Проработать текст. Ответить на вопросы для самопроверки. Фото ответов самопроверки и конспект определений выложить в группу в контакте https://vk.com/club194179937 (Гр.26 ЯЦПТО. Дистанционное обучение) или отправить на электронный адрес vvovk1964@gmail.com или выложить сообщением в здесь в группе

 

 

Источники и литература:

1.С.П.ФилоновТепловоз 2ТЭ116, М.Транспорт,1985. 328с.

2.А. Пойда Тепловозы. Механическое оборудование, устройство и ремонт, М.,
Транспорт, Г 1988