Регулируемый перепуск газов

Регулируемый перепуск газов минуя турбину реализуется путем установки клапана перепуска вместо дросселя в байпассном канале. Простейшим способом регулирования перепуска газов можно считать дискретное регулирование, осуществляемое полным открытием либо закрытием перепускного клапана в зависимости от скоростного и нагрузочного режима работы двигателя, давлений во впускном и выпускном трубопроводах, температуры газов перед турбиной и т.д. Однако, подобная система регулирования наддува обладает недостаточной гибкостью и не позволяет получить необходимые на сегодняшний день показатели экономичности и токсичности силового агрегата. Поэтому, в настоящее время, получают все большее распространение системы с непрерывным регулированием перепуска газа минуя турбину. Рассмотрим принципы работы подобной системы на примере ТКР WGT фирмы Honeywell - Garrett, США (рис.10.5) [20].

Отработавшие в цилиндре газы из выпускного трубопровода 8 попадают на вход в турбину 1. В случае, если частота вращения коленчатого вала  менее n _кр = 0,4 n _{e nom}, электронный блок управления (ЭБУ) посредством электропневматического преобразователя 5 подает разрежение от вакуумного насоса 4 на пневматический исполнительный механизм 6. Исполнительный механизм закрывает перепускной клапан 3 и газы из выпускного трубопровода в полном объеме расширяются на турбине, обеспечивая максимальный уровень давления наддува на текущем скоростном режиме. В случае, если  превышает , т.е. (), то ЭБУ посредством электропневматического преобразователя и пневматического исполнительного механизма изменяет подъем перепускного клапана таким образом, чтобы расход газов через байпасный канал компенсировал избыточное поступление ОГ к турбине, что позволяет поддерживать постоянное давление наддува p_k во всем диапазоне скоростных режимов от режима максимального крутящего момента до режима номинальной мощности. Для выработки управляющего сигнала используют отношения показаний датчиков давления: p_k / p_o, p_k / p_ok, p_k / p_t, p_t / p_ot (или их разности), где p_o, p_ok, p_k, p_t, p_ot – давления, соответственно, атмосферное, на входе в компрессор, наддува, перед турбиной и на выходе из турбины.

Общий вид турбокомпрессора WGT с системой регулируемого перепуска показан на рис. 10.6.

На рис. 10.7. приведена схема регулирования наддува перепуском газов минуя турбину в ТКР фирмы Эбершпехер Бош для автотранспортных двигателей мощностью 55…368 кВт (75…500 л.с.).

Общий вид клапана регулируемого перепуска газов минуя турбину в сборе с пневматическим исполнительным механизмом приведен на рис. 10.8, а на рис.10.9 показан пример регулирования перепуска газов минуя турбину не через байпасный канал в корпусе турбины, а с использованием скримера.

Перепускаемый газ иногда используют для эжектирования основного потока газа на выходе из рабочего колеса турбины.  Несмотря на достаточно высокую гибкость регулирования турбонаддува путем регулируемого перепуска газов минуя турбину данный метод не лишен недостатков. Одним из них является перепуск ОГ с высокой температурой за турбину, что приводит к недостаточному использованию энергии ОГ и, следовательно, к ухудшению показателей двигателя.

       10.3.2. Изменение парциальности подвода газа к колесу турбины

   При парциальном подводе газа к рабочему колесу турбины предполагается разделение его движения на два и более потоков. Существуют различные способы разъединения потока по подводящим каналам и соответствующие методы изменения парциальности подвода газа к колесу турбины. Наибольшее применение получило изменение парциальности подвода газа дросселированием его на входе в турбину. Дросселирование газа на входе предполагает перекрытие части проходного сечения безлопаточного соплового аппарата (БСА) турбины с целью ограничения расхода газов через турбину на частичных режимах. При этом создается местное сопротивление, вследствие чего и уменьшается расход газа через турбину ТКР. Изменяя величину проходного сечения второго канала можно добиться изменения мощности турбины и, следовательно, либо поддерживать постоянное давление наддува, либо, при необходимости, повысить его, обеспечив при этом устойчивую работу агрегата наддува. Примером изменяемого парциального подвода газа к колесу турбины является турбокомпрессор VST (BWST, США) [32], приведённый на рис. 10.10.

БСА турбины 3 разделён на два подводящих канала – основной и дополнительный. В процессе работы системы регулирования пневмопривод 5 перемещает регулирующую заслонку 4, осуществляя регулирование площади проходного сечения дополнительного канала. Рассмотрим работу системы регулирования ТКР VST б подробнее по рис. 10.11 [29].

На режимах малых частот вращения  (рис. 10.11.а) регулирующая заслонка 5 находится в закрытом положении, подвод газов на рабочее колесо турбины 1 осуществляется только через основной подводящий канал 2, благодаря чему поддерживается достаточно высокая степень расширения газов на турбине p_t. При повышении частоты вращения коленчатого вала до величин, превышающих частоту вращения на режиме максимального крутящего момента  (рис. 10.11.б) исполнительный механизм через тягу управления 6 открывает регулирующую заслонку, проходное сечение дополнительного подводящего канала 3 увеличивается, что приводит к увеличению расхода газа через турбину. При этом, увеличение частоты вращения коленчатого вала не приводит к существенному росту p_t, что позволяет поддерживать давление наддува практически постоянным. Дальнейшее повышение частоты вращения коленчатого вала  (рис. 10.11.в) приводит к перемещению заслонки 5, при котором открывается байпасный канал 4, что позволяет осуществить регулируемый перепуск газов минуя турбину и сохранить постоянное давление наддува на скоростных режимах, близких к номинальной частоте вращения коленчатого вала. 

Существенным недостатком регулирования наддува этим способом является уменьшение работоспособности газов (увеличение энтропии и понижение давления не связанное с совершением механической работы, характерное для процессов дросселирования) обусловленное потерями на преодоление местного сопротивления. В некоторых случаях эти потери могут оказаться значительными, однако относительная простота и компактность системы, подобной примененной на ТКР VST, показывают возможную перспективность этого метода регулирования наддува на малоразмерных двигателях.