Сравнение двигателей с турбокомпрессором и двигателей с ПЦН

Если сравнить между собой мощности и удельные расходы топлива, получаемые на одном и том же двигателе при одинаковых высотностях, давлениях наддува Р_К

и составах смеси для случаев установки на этот двигатель ПЦН и турбокомпрессора, то второй способ наддува, как это видно из предыдущего, должен быть более выгодным.

Действительно, при работе на земле температура воздуха, поступающего в двигатель, при турбокомпрессорном наддуве значительно меньше, чем при ПЦН; снижение мощности двигателя, вызываемое увеличением противодавления на выпуске газов из цилиндров двигателя, меньше мощности, затрачиваемой на вращение крыльчатки нагнетателя. Таким образом, на земле при одинаковых давлениях наддува мощность двигателя с Т_К получается большей, чем для того же двигателя с ПЦН. С увеличением эффективной мощности при том же давлении наддува возрастает механический к. п. д. двигателя, а следовательно, уменьшается удельный расход топлива, т. е. возрастает экономичность двигателя.

На расчетной высоте температура воздуха Т_К на впуске в цилиндры при одинаковых к. п. д. ПЦН и нагнетателя ТК будет одна и та же. Поэтому эффективная мощность, развиваемая двигателем в обоих случаях, зависит от соотношения между мощностью, потребляемой ПЦН, и уменьшением мощности двигателя за счет увеличения противодавления на выпуске, необходимого для работы ТК. Это соотношение зависит от к. п. д. турбины и нагнетателя, и при низком его значении падение мощности двигателя за счет противодавления на выпуске может оказаться большим, чем мощность, потребляемая ПЦН.

Турбокомпрессорный наддув был предложен и испытан на двигателях в первой половине двадцатых годов. Однако, несмотря на ряд преимуществ, которыми обладал этот наддув по сравнению с наддувом от ПЦН, он был полностью вытеснен последним и до последнего десятилетия совершенно не применялся.

Это объясняется:

— низким общим коэффициентом полезного действия, которым обладали турбокомпрессоры, вследствие чего для получения достаточной высотности или больших наддувов приходилось повышать противодавление на выпуске до значений, превосходящих давление наддува;

— малой стойкостью материала лопаток газовой турбины в условиях работы при высокой температуре отработавших газов, требовавшей в некоторых случаях введения охлаждения газов перед турбиной;

— сложностью и пожарной опасностью установки;

— низкой приемистостью двигателя, обусловленной невозможностью быстро изменять число оборотов газовой турбины.

За последние 10—15 лет благодаря применению новых материалов удалось значительно повысить допустимую для надежной работы лопаток температуру газов перед турбиной (до 800÷850° С). Кроме того, значительное увеличение мощности двигателей и связанное с этим увеличение расхода газов в единицу времени позволило увеличить размеры газовой турбины. Все это вместе с достижениями в области конструирования и расчета газовых турбин и центробежных нагнетателей дало возможность значительно повысить к. п. д. турбокомпрессоров и использовать их для наддува поршневых двигателей.

Высотность поршневых двигателей с ПЦН ограничивается величиной в 6000—7000 м вследствие большой мощности, потребляемой нагнетателем. Доведение высотности до указанных выше величин сопровождается сильным падением механического к. п. д. двигателя и соответственно его экономичности. Применение ТК совместно с ПЦН небольшой высотности позволило довести высотность двигателей до величин, превышающих 10000—14000 м, и одновременно значительно увеличить экономичность силовой установки в целом.