Дизель с импульсным турбонаддувом Советский патент 1986 года по МПК F02B37/00 F02D17/02 

Изобретение относится к машиностроению, конкретно двигателестроению, а именно к дизелям с импульсной системой турбонаддува и регулированием путем отключения цилиндров. Целью изобретения является повышение экономичности дизеля путем увеличния КПД турбины турбокомпрессора наддува при работе на режимах с отключенными цилиндрами в результате устранения компрессорных течений в ее рабочем колее. На фиг. 1 показан турбокомпрессор, вид с торца выпускного патрубка; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (с положением секторной пластины по оси патрубка) и схема соединения гидравлического сервомотора с магистралью подачи рабочей жидкости; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 (с повернутой заслонкой); на фиг. 4 - осциллограммы давления в выпускных коллекторах (кривые а и б - при работе всех цилиндров, в - в коллекторе отключенной группы цилиндров); на фиг. 5 - зависимость КПД турбины от безразмерной скорости Ui/Сад (г - при работе двух сегментов соплового аппарата, степень парциальности , g - при работе одного сегмента соплового аппарата, степень парциальности ,5, I - при работе одного сегмента соплового аппарата ,5 и с частичным перекрытием выпускного патрубка турбокомпрессора); на фиг. 6 - эпюра значений давления газов (ж - в развертке радиального зазора между рабочим колесом турбины и сопловым аппартом без установки секторной пластины, и - с установкой пластины) и значения длин развертки (к - участка колеса над пассивной дугой, на котором газы продолжают совершать работу по инерции, ил - участок колеса, работающий в компрессорном режиме). Турбина 1 содержит (фиг. 1) две газоподводящие улитки 2 и 3, сопловой аппарат, разделенный на два сегмента 4 и 5 разделительными лопатками 6, радиальное рабочее колесо 7, выпускной патрубок 8, в котором установлена секторная пластина 9 параллельно торцовой плоскости колеса 7 напротив сегмента 4 соплового аппарата, подключенного к выпускному коллектору отключаемого ряда цилиндров. Секторная пластина 9 выполняет роль органа частичного перекрытия выпускного патрубка и закреплена на оси 10 (фиг. 2), расположенной в осевой плоскости, проходящей через выходные кромки разделительных лопаток 6. Ось 10 связана с гидравлическим сервомотором 11, выполненным в виде гидроцилиндра, подсоединенного трубопроводом 12 к системе 13 отключения цилиндров (не показаны) через орган 14 перекрытия магистрали 15 подачи рабочей жидкости в выключатель подачи топлива в одну из групп цилиндров. Орган 14 перекрытия, например электромагнитный кла пан, связан электрическими связями А и Б с датчиком 16 нагрузки. Дизель с импульсным турбонаддувом работает следующим образом. На режимах малых нагрузок и холостом ходу датчик 16 подает электрический сигнал на орган 14, который перекрывает подачу рабочей жидкости, например масла из системы и смазки в систему 13 отключения цилиндров и в рабочую полость гидроцилиндра 11, который поворачивает ось 10 и секторную пластину 9 в положение параллельно торцу колеса турбины (фиг. 1 и 3). После отключения подачи топлива и привода клапанов газораспределения в одной группе цилиндров- с помош.ью системы 13 подвод газов к сегменту 4 соплового аппарата, связанному с выпускным коллектором отключаемой группы цилиндров, прекращается, в то время как к другому сегменту 5 соплового аппарата непрерывно подводится импульсный поток газа из выпускного коллектора постоянно работающей группы цилиндров. В результате двузаходная турбина в каждый момент времени работает с геометрической степенью парциальности ,5, что приводит к резкому уменьшению ее КПД и, как следствие, снижает эффективность импульсной системы газотурбинного наддува на всем рабочем участке характеристики Г|т(Ui/Сад) по сравнению с подводом газа к двум сегментам (фиг. 5), где U| - окружная скорость. Сад - скорость адиабатического истечения. Установлено, что основной причиной низкой эффективности двузаходной турбины при парциальном подводе газа с ,5 является работа части каналов рабочего колеса под пассивной дугой (фиг. 6) в режим, так называемого «обращенного компрессора, на что расходуется 16-40% мощности подводимого к турбине газового потока. Возникновение компрессорных течений в турбинном канале под пассивной дугой обусловлено следующим. При входе рабочего канала под пассивную дугу оставщиися в нем активный газ, двигаясь на выход из колеса, расходует часть своей энергии на совершение полезной работы, а часть - на эжектирование газа, находящегося нод пассивной дугой, о чем свидетельствует провал давления (кривые ж и и, фиг. 6). По мере дальнейщего движения канала газ в нем тормозится, чему способствуют центробежные силы. При повороте канала на 30- 45° (фиг. 6) скорость газа на выходе становится равной нулю. В последующий момент времени турбинный канал работает как компрессорный, т.е. он засасывает из выпускного канала турбины отработавший активный газ и, сжимая его, создает избыточное давление на наружном диаметре колеса под пассивной дугой (фиг. 6), на что расходуется часть мощности основного потока. Возникновение компрессорных течений газа в рабочих камерах под пассивной дугой приводит к резкому снижению КПД двузаходной турбины и, как следствие. увеличению удельного эффективного расхода топлива двигателя при отключении группы цилиндров. Секторная пластина 9, которая при отключении одной группы цилиндров устанавливается перпендикулярно оси вращения ротора турбокомпрессора, перекрывает доступ отработавшим газам в межлопаточные каналы рабочего колеса под пассивной дугой, что исключает в этих каналах компрессорное течение газа. В результате этого КПД двузаходной турбины увеличивается в среднем на 6% (кривая д фиг. 5), что приводит к снижению удельного эффективного расхода топлива двигателя при работе с отключенной группой цилиндров. Протяженность компрессорной зоны (участок л, на фиг. 6), а следовательно и оптимальное значение центрального угла секторной пластины, определяются частотой вращения ротора турбины. Экспериментально установлено, что для частот вращения ротора турбины, характерных для работы двигателя с отключенной группой цилиндров, оптимальное значение центрального угла секторной пластины находится в диапазоне 135-150°. При увеличении нагрузки на двигатель датчик 16 нагрузки замыкает цепь питания органа 14 перекрытия (электромагнитного клапана), который включает подачу рабочей жидкости из магистрали 15 в систему 13 отключения цилиндров и по трубопроводу 12 в рабочую полость гидроцилиндра 11. Последний поворачивает ось 10 с секторной пластиной 9 на угол 90°, устанавливая ее перпендикулярно торцу рабочего колеса 7 турбины (фиг. 2). В таком положении секторная пластина разделяет начальный участок выпускного патрубка турбины на две половины, образуя тем самым эжектор, что несколько улучшает топливную экономичность двигателя на режиме номинальной мощности при работе всех цИv индpoв. Формула изобретения 1. Дизель с импульсным турбонаддувом, содержащий две группы цилиндров с общим для обеих групп впускным ресивером и индивидуальными для каждой группы выпускными коллекторами, турбокомпрессор с выпускным патрубком, радиальнымрабоч.им ко лесом турбины и сопловым аппаратом, который разделен при помощи разделительнь1х лопаток на две секции и подключен каждои секцией к одному из выпускных коллекторов, и орган перекрытия магистрали подачи рабочей жидкости в выключатель подачи топлива, а в одну группу цилиндров и в привод клапанов газораспределения отключаемых цилиндров, огличаюи ийся тем, что, с целью повышения экономичности путем увеличения КПД турбины на режим работы с отключенными цилиндрами в результате устранения компрессорных течении в ее рабочем колесе, он снабжен органом частичного перекрытия выпускного патрубка турбокомпрессора и гидравлическим сервомотором для привода этого органа, причем гидравлический сервомотор подключен к магистрали подачи рабочей жидкости. а орган частичного перекрытия выполнен в виде поворотной секторной пластины, установленной на оси, примыкающей к торцу рабочего колеса. 2. Дизель по п. 1, отличающийся тем, что ось секторной пластины расположена в плоскости, проходящей через выходные кромки разделительных лопаток соплового аппарата, а поворотная секторная пластина установлена с возможностью перекрытия той части сечения, которая относительно этой плоскости лежит по одну сторону с сегментом, подключенным к коллектору отключенной группы цилиндров. 3. Дизель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что наружный радиус поворотной секторной пластины выполнен больше радиуса примыкающего к ней торца рабочего колеса, центральный угол сектора равен 135- 150°, а его крайняя по ходу вращения колеса радиальная кромка совмещена с плоскостью, проходящей через выходные кромки разделительных -лопаток соплового аппарата.

Ф 112.1

Изобретение относится к дизелям с импульсной системой турбонаддува и регулированием путем отключения цилиндров. Целью изобретения является повышение экономичности дизеля путем исключения компрессорных течений в колесе турбины турбокомпрессора на режимах с отключенной подачей топлива. Дизель выполнен с двумя группами цилиндров и отдельными для каждой группы выпускными коллекторами. Турбокомпрессор наддува выполнен с радиальным колесом 7, а его сопловой аппарат разделен при помощи разделительных лопаток на две секции, каждая из которых подключена к одному из коллекторов. В выпускном патрубке 8 турбины установлена секторная поворотная заслонка 9, частично перекрывающая при своем повороте часть его сечения. Гидравлический сервомотор 11 подсоединен трубопроводом 12 к органу 14 перекрытия магистрали 15 подачи рабочей жидкости в выключатель подачи топлива, в одну группу цилиндров и в привод клапанов газораспределения отключаемых цилиндров. При работе двигателя на частичных нагрузках датчик 16 подает сигнал на орган 14, при этом происходит отключение подачи топ„1ива в одну из групп цилиндров е дизеля и отключение их клапанов газораспределения, одновременно секторная пласС/) тина 9 поворачивается, перекрывая часть сечения. Создается эффект эжектирования газов из перекрытых каналов рабочего колеса 7 турбины, в результате чего исключается возможность возникновения компрессорных течений в колесе 2 з.п. ф-лы, 6 ил. 1C О5 00 О5 ел

7

0,10,9 LiJCag

0.5

0.3

fpuz,5

Р,.МПа

О

360180°(Ри.г.6