СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТУРБОНАДДУВА ДВС Российский патент 2005 года по МПК F02B37/18 F02B37/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к турбонаддувным двигателям внутреннего сгорания.

Известен способ регулирования турбонаддува ДВС для уменьшения давления наддува путем перепуска выпускных газов, в котором на режиме работы двигателя с перепуском основная часть выпускных газов поступает через безлопаточный направляющий аппарат на рабочее колесо турбины в направлении его вращения, а перепускаемая часть выпускных газов через открытый перепускной клапан, расположенный в выпускном трубопроводе до безлопаточного аппарата турбины, поступает в выпускной трубопровод, расположенный за рабочим колесом турбины [1].

Известный способ имеет недостатки. Основная часть выпускных газов, поступающих через безлопаточный направляющий аппарат на рабочее колесо турбины, используется для создания мощности турбины N_Т, которая равна [2]

где L_Т - работа турбины;

G_Г - расход выпускных газов через турбину.

Так как рабочее колесо турбины и колесо компрессора находятся на одном валу, то мощность компрессора N_K равна мощности турбины N_т (без учета к.п.д. турбокомпрессора) [2]

при этом

где L_К - работа компрессора;

G_В - расход воздуха через компрессор.

Во время перепуска расход выпускных газов через турбину G_Г равен (без учета расхода топлива из-за сравнительно малого значения)

где - перепускаемая мимо турбины часть выпускных газов.

Из (1-4) видно, что

Анализ уравнения (5) показывает, что чем больше перепускается выпускной газ мимо турбины, тем больше совершается работа турбины L_Т по сравнению с работой компрессора L_К. Увеличение работы турбины L_Т приводит к повышению давления выпускных газов перед турбиной P_Т согласно уравнению [3]

где к_Г - показатель адиабаты для выпускных газов;

R_Г - газовая постоянная для выпускных газов;

Т_Т - температура выпускных газов перед турбиной;

р_О - давление выпускных газов за турбиной.

Чрезмерно повышаясь во время перепуска, давление выпускных газов перед турбиной р_Т становится выше давления наддува р_К, что приводит к увеличению отрицательной работы насосных ходов и, соответственно, к ухудшению эффективных показателей двигателя внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение эффективности способа регулирования турбонаддува ДВС.

Способ регулирования турбонаддува ДВС путем перепуска, в котором на режиме работы двигателя с перепуском основная часть выпускных газов поступает через безлопаточный направляющий аппарат на рабочее колесо турбины в направлении его вращения, а перепускаемая часть выпускных газов - через открытый перепускной клапан, расположенный в выпускном трубопроводе до безлопаточного направляющего аппарата турбины, согласно изобретению поступает в безлопаточный направляющий аппарат и оттуда на рабочее колесо турбины в обратном направлении вращения колеса.

На чертеже представлена схема способа регулирования турбонаддува ДВС.

Схема содержит безлопаточный направляющий аппарат 1, рабочее колесо 2, перепускной клапан 3, расположенный в выпускном трубопроводе 4 до безлопаточного направляющего аппарата 1.

Способ регулирования турбонаддува ДВС работает следующим образом. На режиме работы ДВС с перепуском основная часть выпускных газов поступает через безлопаточный направляющий аппарат 1 на рабочее колесо 2 в направлении его вращения со скоростью с₁, тангенсиальная составляющая которой равна . А перепускаемая часть выпускных газов поступает через открытый перепускной клапан 3 в безлопаточный направляющий аппарат 1, оттуда на рабочее колесо 2 в обратном направлении его вращения со скоростью , тангенсиальная составляющая которой равна . Поступившие на рабочее колесо 2 в обратном направлении его вращения выпускные газы приводят к уменьшению работы турбины на окружности колеса L_Т согласно уравнению [2]

где u₁ - окружная скорость рабочего колеса на входе выпускных газов;

u₂ - окружная скорость рабочего колеса на выходе выпускных газов. Так как перепуск выпускных газов мимо турбины отсутствует, то расход выпускных газов через турбину G_Г равен расходу воздуха через компрессор G_B (без учета расхода топлива)

Из (1-3) и (8) видно, при уменьшении работы турбины L_Т уменьшается работа компрессора L_К, которая равна [3]

где к - показатель адиабаты для воздуха;

R - газовая постоянная для воздуха;

Т_О - температура воздуха перед компрессором;

р_О - давление воздуха перед компрессором.

Из (9) видно, что при уменьшении работы компрессора L_К уменьшается давление наддува р_К. При этом давление наддува р_К будет выше, чем давление выпускных газов перед турбиной р_Т, так как температура на входе в компрессор Т_О меньше, чем температура выпускных газов перед турбиной Т_Т. Поэтому совершается положительная работа насосных ходов и, соответственно, улучшаются эффективные показатели ДВС.

Источники информации

1. Моргулис Ю.Б. Системы регулирования давления наддува тракторных и комбайновых двигателей. - ЦНИИТЭИ, сер. "Тракторы и двигатели", 1982, вып.3.

2. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. Теория, конструкция и расчет: Учебник для втузов. - 3-е изд., перераб. и доп./ В.И.Локай, М.К.Максутова, В.А.Стрункин. - М.: Машиностроение, 1979. - 447 с., ил.

3. Турбомашины и МГД-генераторы газотурбинных и комбинированных установок: Учеб. пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности "Турбиностроение" / В.С.Бекнев, В.Е.Михальцев, А.Б.Шабаров, Р.А.Янсон. - М.: Машиностроение, - 392 с., ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к турбонаддувным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить эффективность регулирования турбонаддува. В способе регулирования турбонаддува ДВС путем перепуска на режиме работы двигателя с перепуском основная часть выпускных газов поступает через безлопаточный направляющий аппарат на рабочее колесо турбины в направлении вращения колеса. При этом перепускаемая часть выпускных газов через открытый перепускной клапан, расположенный в выпускном трубопроводе до безлопаточного направляющего аппарата турбины, поступает в безлопаточный направляющий аппарат и оттуда на рабочее колесо турбины в обратном направлении вращения колеса. 1 ил.

Способ регулирования турбонаддува ДВС путем перепуска, в котором на режиме работы двигателя с перепуском основная часть выпускных газов поступает через безлопаточный направляющий аппарат на рабочее колесо турбины в направлении вращения колеса, отличающийся тем, что перепускаемая часть выпускных газов через открытый перепускной клапан, расположенный в выпускном трубопроводе до безлопаточного направляющего аппарата турбины, поступает в безлопаточный направляющий аппарат и оттуда на рабочее колесо турбины в обратном направлении вращения колеса.