Consideratii generale

291.3.4. Ciclurile teoretice de functionare a motoarelor navale

supraalimentate Supraalimentarea (SA) este procedeul de umplere fortat a cilindrilor motorului cu ncrctur proaspt (aer pentru MAC, amestec carburant pentru MAS), n scopul cresterii puterii si randamentului termic. Ciclurile teoretice ale motoarelor navale supraalimentate sunt cicluri cu destindere prelungit si evacuare la presiune constant. Acestea se realizeaz cu ajutorul agregatului de turbosupraalimentare (TSA), compus din turbin, actionat de gazele de evacuare din motor, aceasta la rndul ei antrennd suflanta (compresorul centrifugal). Schema generic a procedeul de supraalimentare este descris pentru un M4t n figura 1. Dup modul de functionare a turbinei cu gaze a grupului de supraalimentare, se disting dou categorii: motor supraalimentat cu turbin de impuls (TI); motor supraalimentat cu turbin de presiune constant (TPC). 1.3.4.1. Ciclul teoretic al motorului supraalimentat cu turbin de impuls

Se caracterizeaz prin faptul c presiunea gazelor ce actioneaz turbina este variabil si scade continuu pe msura realizrii destinderii. Aceasta se poate realiza prin evacuarea gazelor din cilindrii motorului separati prin mai multe colectoare, iar gazele de evacuare sunt dirijate spre o turbin cu mai multe intrri sau spre mai multe turbine (fig. 2). Turbina de impuls utilizeaz direct energia cinetic a gazelor de evacuare.

Ciclul teoretic al motorului mentionat se prezint n figura 3; acesta se compune din urmtoarele evolutii elementare: acyzba, ciclul motor propriu-zis; bfoa-b, ciclul din turbin; o-a comprimarea n suflant; z-b destinderea n motor;

Fig. 2 a-c comprimarea n motor; b-f destinderea n turbin; c-y-z ardere; f-o evacuare la presiune constant. Pentru acest ciclu avem:

1== of pp . (1) Randamentul termic al acestui ciclu se obtine din expresia randamentului termic al ciclului generalizat prin particularizrile din (1):

( )111

11

1

1 +

= pp

kp

kt k

k

impsa. (2)

De aici, pentru randamentul ciclului cu aport de cldur la volum constant se face particularizarea

1= , obtinndu-se:

Fig. 1

P 1 P 2 P 3 P 4P 5 P 6 P 7 P 8 P 9 P 10 P 11 P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17 P 18 P 19 P 20 P 21 P 22 P 23

Procese, caracteristici i supraalimentarea motoarelor cu ardere intern navale

30 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 8 P 9 P 10 P 11 P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17 P 18 P 19 P 20 P 21 P 22 P 23 P 24 P 25 P 26 P 28 P 29 P 30 P 31 P 32 P 33 P 34 P 35 P 36 P 37 P 38 P 39 P 40 P 41 P 42

1

111

1

1

= p

kp

kvt

k

impsa, (3)

iar pentru cel al ciclului motor cu aport de cldur la presiune constant se face particularizarea : 1= p

111 = k

pt impsa

. (4) Observatie: Randamentul termic al ciclului motorului nesupraalimentat cu aport de cldur la volum constant si evacuare tot la volum constant are aceeasi expresie cu randamentul termic

al MSA cu aport de cldur la presiune

constant, n ipoteza c ambele realizeaz acelasi raport de comprimare . n relatiile (2), (3) si (4), este un raport total de comprimare, definit prin:

>=== cc

a

a

o

c

ot V

VVV

VV , (5)

n care c este raportul de comprimare al suflantei (compresorului). Deoarece

1>c si 1> , avem inegalitatea evident:

1>t , (6)

Fig. 3

Fig. 4

31Consideratii generale

ceea ce indic si posibilitatea de mrire a randamentului termic al motorului prin supraalimentare. 1.3.4.2. Ciclul teoretic al motorului supraalimentat cu turbin de presiune

constant Se caracterizeaz prin faptul c evacurile din toti cilindrii motorului sunt dirijate spre un colector comun de dimensiuni mari. n acesta se realizeaz uniformizarea presiunii, deci turbina nu mai utilizeaz direct energia cinetic a gazelor la evacuare (fig. 4). n colectorul de presiune constant se produce o nclzire a gazelor de evacuare datorit frecrilor si turbinonrilor. Ciclul motor este reprezentat n figura 5; el este compus din: acyzb-a ciclul propriu-zis; arff-o-a ciclul din turbin. Observatie: Se constat c 2Q evacuat este mai mare ca n cazul 1.3.4.1, ceea ce nseamn c nivelul

valoric al randamentului este mai mic. Datorit frecrilor din colector, creste temperatura gazelor n fata turbinei (vezi Q din fig. 5). Randamentul termic al primului ciclu este dat de relatia randamentului ciclului mixt (paragraf 1.3.3.1):

( )111111

11

1 +=

= pp

kp

kt kQQ , (7)

de unde se obtine valoarea cantittii de cldur aprute n colector:

( ) ( ) 111 11 111 1 QkQQ ppk

pkt +

== . (8) Pentru al doilea ciclu, randamentul se obtine din relatia (4):

12 111

2 == kct QQ , (9)

de unde cldura evacuat pe ansamblul ciclului este:

( ) ( ) 12 11 1111 112 QkQQ ppk

p

ct kk +

== ,(10) iar de aici, randamentul termic al ntregului ciclu devine:

Fig. 5

Procese, caracteristici i supraalimentarea motoarelor cu ardere intern navale

32

( ) ( )111111 1

1

2.. +

== ppk

pk

ct kQ

Qctpressa

.

(11) n continuare, se obtin cazuri particulare, mai nti pentru ciclul teoretic cu aport de cldur la volum constant ( ): 1=

111

. = ktvt ctpressa , (12)

apoi si pentru ciclul cu aport de cldur la presiune constant ( 1= p ):

( )1111 1..

= kk

kt

pt ctpressa

. (13)

1.3.4.3. Comparatie ntre cicluri n ipoteza realizrii aceluiasi raport de comprimare si a aceleiasi cantitti de

cldur introduse pe ciclu Comparatia se realizeaz prin reprezentarea n diagrama T-s (fig. 6), cu:

==

constQconst

1 (14)

Se observ c:

ctpresimpimpimpQQQQ pmv

.2222 > (16) n figura 7 se prezint comparatia dintre randamentele termice ale ciclurilor motoarelor supraalimentate cu turbin de impuls (Atkinson) mixt, izocor si izobar, cu cele corespunztoare ale motoarelor nesupraalimentate, n functie de raportul de comprimare, parametrii fiind p si , constatndu-se superioritatea motoarelor supraalimentate.

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 6

P 1 P 2 P 3 P 4P 5 P 6 P 7 P 8 P 9 P 10 P 11 P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17 P 18 P 19 P 20 P 21 P 22 P 23

P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 8 P 9 P 10 P 11 P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17 P 18 P 19 P 20 P 21 P 22 P 23 P 24 P 25 P 26 P 28 P 29 P 30 P 31 P 32 P 33 P 34 P 35 P 36 P 37 P 38 P 39 P 40 P 41 P 42

Fig. 7

1.3.4. Ciclurile teoretice de functionare a motoarelor navale supraalimentate 1.3.4.1. Ciclul teoretic al motorului supraalimentat cu turbin de impuls Fig. 2 1.3.4.2. Ciclul teoretic al motorului supraalimentat cu turbin de presiune constant 1.3.4.3. Comparatie ntre cicluri n ipoteza realizrii aceluiasi raport de comprimare si a aceleiasi cantitti de cldur introduse pe ciclu