Влияние типоразмера силовой турбины на показатели работы турбокомпаундного двигателя

     Основной тенденцией в развитии машиностроения и, в частности, двигателестроения является повышение экономичности, надежности и долговечности. Кроме того, для современных дизелей существует проблема экологической чистоты, одним из элементов которой является термическая чистота, что подразумевает под собой степень выброса в атмосферу неиспользованной теплоты сгоревшего топлива, способной произвести полезную работу. Одним из путей решения этих проблем может быть турбокомпаундирование двигателей, т.е. когда наряду со свободным турбокомпрессором устанавливается соединенная с коленчатым валом газовая турбина, и мощность создается не только в цилиндрах двигателя, но и в силовой турбине. Читайте новые обзоры авто на сайте онлайн-журнала "Авто Новости России". Независимые обзоры авто помогут выбрать настоящий автомобиль своей мечты.

 При применении силовой турбины на двигателе ТКД-31 на база автотракторного дизельного двигателя 6ЧН12/14 с турбокомпрессором ТКР-11 изначально задавался диаметр рабочего колеса силовой турбины 110 мм, по аналогии с диаметром рабочего колеса турбины турбокомпрессора. Однако в этом случае частота вращения ротора силовой турбины на номинальном режиме работы ТКД-31 составляет , что обуславливает сложность передачи мощности от силовой турбины на коленчатый вал двигателя, имеющий частоту вращения 2000 мин ^–1. Понизить частоту вращения ротора силовой турбины и, тем самым, уменьшить передаточное отношение редуктора, влияющее на его КПД и на КПД всей установки в целом, возможно за счет увеличения диаметра рабочего колеса силовой турбины. С целью поиска оптимальной конструкции силовой турбины оптимизации подвергались три варианта силовой установки с диаметрами рабочих колес силовой турбины 0,11м, 0,125м и 0,14мм.

   С увеличением типоразмера снижается частота вращения ротора силовой турбины, увеличивается максимальный КПД силовой турбины и улучшается топливная экономичность силовой установки. Так увеличение диаметра колеса силовой турбины с 100 мм до 125мм позволяет снизить частоту вращения ротора с 3900 мин ^–1 до 32000 мин ^–1, при этом снижается удельный эффективный расход топлива. Дальнейшее увеличение диаметра рабочего колеса силовой турбины до 140мм не приводит к существенному снижению удельного эффективного расхода топлива по сравнению с вариантом силовой турбины с диаметром рабочего колеса 125 мм. Поэтому, несмотря на возможность снижения частоты вращения ротора силовой турбины до 30180 мин ^–1, а также учитывая вопросы надежности и долговечности лопаток рабочего колеса, предпочтение было отдано силовой турбине с диаметром колеса 125 мм, у которой максимальный эффективный КПД достигает 0,78, а требуемое передаточное отношение редуктора  15. По результатам оптимизации была спроектирована и изготовлена силовая турбина ТС–125 с диаметром рабочего колеса 125 мм, применение которой позволяет снизить удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме работы на 8 г/кВт ч.