Технические науки/4. Транспорт

Смолин А.А., Кольб В.В.

 Омский автобронетанковый инженерный институт

Регулирования воздухоснабжения путем впрыскивания воды в выпускной трубопровод за турбину на режимах разгона

 

В ходе анализа различных работ выяснено, что с понижением температуры и давления газа после турбины работа адиабатического расширения газа в турбине повышается, т.е. в большей степени срабатывается теплоперепад, и соответственно эффективная мощность двигателя на режимах разгона будет увеличиваться с большей интенсивностью, а время переходного процесса уменьшаться. В связи с этим представляет интерес более детальное исследование влияния температуры и давления газа после турбины на индикаторные и эффективные показатели двигателя на режимах разгона [1].

Предложен способ регулирования воздухоснабжения методом впрыскивании воды в выпускной трубопровод за турбину на режимах разгона, с целью уменьшения температуры и давления газа за турбиной для большего срабатывания теплоперепада на турбине. Схема данного способа представлена на рисунке 1.

Теоретическое исследование по определению значений температуры и давления газа после турбины дизеля КАМАЗ проведены на математической модели процессов энергопреобразования с помощью модели (1-6) и программы впрыскивания воды в выпускной трубопровод, после турбины [1].

 


0

1 - выпускной коллектор; 2 турбина ТКР; 3- выпускной трубопровод;

4- устройство для впрыскивания воды; 5 -бачок с водой.

 

Рисунок 1–Принципиальная схема впрыскивания воды в выпускной коллектор

 

Математическое моделирование выполнено в программной среде Mathcad 7. Математическая модель представлена уравнением баланса энергии

                    ,                                (1)

где СРГ,СВ,СП - удельная теплоемкость газа, воды и водяного пара, кДж/кг К;

GГ, GВ - расход газа и воды, кг/с;

TS - температура кипения воды, 0С;

T0, ТГО - температура воды и газов на входе в систему, 0С;

r - теплота парообразования, кДж/кг К;

TE - температура парогазовой среды, 0С.

Из которого выводим, уравнение (72) уменьшения температуры газа после турбины при впрыскивании воды. Вывод уравнения представлен выражением (71).

                                          (2)

 

                                                (3)

общий расход парогазовой смеси представлен следующим уравнением,

                                                                                               (4)

для открытой системы уравнение принимает следующий вид,

                     ,                                  (5)

где R - газовая постоянная, кДж/кг К;

m - коэффициент расхода;

F - площадь проходного сечения на выходе, м2;

k - показатель адиабаты;

P0 - атмосферное давление, МПа;

V1 - скорость газа на выходе, м /с;

из которого можно вывести уравнение изменения давления газа.

                           .                                        (6)

Результаты математического моделирования представлены на рисунке 2.

С увеличением расхода впрыснутой воды давление и температура неуклонно снижаются. При расходе от 1 до 10 грамм давление снизится примерно на 0,02-0,03 МПа., а температура примерно на половину [2]. В этом случае данный эффект можно использовать для увеличения срабатывания теплоперепада на турбине в момент разгона, когда происходит разбалансировка в процессах воздухо - топливо подачи. Увеличение положительной работы будет достаточно для подкрутки турбины и сокращения времени выхода на частоту соответствующую установившемуся режиму, кроме того, можно ожидать улучшение очистки цилиндра от ОГ из-за снижения противодавления на выпуске.

Далее расчеты выполненные на уточненной математической модели применительно к объекту исследования в поле эксплуатационных режимов, присущим процессу разгона дизеля ЯМЗ-238В. Частота вращения коленчатого вала изменялась от 800 до 2100 мин-1, ЦПТ оценена коэффициентом подачи топлива и варьировалась от 0,1 до 1, при этом принудительно изменено падение температуры и давления за турбиной ее КПД. Определены показатели внутрицилиндровых процессов.

 


 

Рисунок 2–Изменение давления и температуры газа в зависимости от

количества впрыснутой воды

 

По результатам математического моделирования получены уравнения (7, 8),уменьшения температуры и давления газа в зависимости от количества впрыскиваемой воды.

                           ,                                        (7)

                           .                                        (8)

В результате расчетов с использованием математической модели получена серия выходных показателей и характеристик, обработка которых позволила оценить влияние температуры и давления газа за турбиной на основные показатели рабочего процесса дизеля КАМАЗ.

В ходе исследования выяснено, что изменение температуры и давления газа после турбины приводит к изменению, как внутрицилиндровых процессов, так и режима работы ТКР. При уменьшении температуры и давления газа после турбины соответственно уменьшается температура и давление остаточных газов их количество, что приводит к увеличению наполнения цилиндра свежим воздушным зарядом. Температура и давление воздуха в цилиндре в начале впуска незначительно снижается, но за счет увеличения адиабатического КПД турбины возрастает объёмный расход воздуха т.е. повышается плотность воздуха на впуске.

 

Литература:

1.   Петров К.Н. Результаты математического моделирования впрыска воды в выпускной коллектор / Воен. автомоб. ин-т. Рязань, 2002.- Деп. в ЦВНИ МО РФ, 28.02.2002, Инв. № В 4976.

2.   Ленин И.М. Теория автомобильных и тракторных двигателей - М.: Машиностроение, 1969. - 368 с.