SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELCUPRINS:Capitolul 1: INTRODUCERE1.1. Generalitati privind M.A.I.1.2. Principiile de functionare ale M.A.I.1.3. Generalitati privind consumul de combustibilCapitolul 2: BILANTUL ENERGETIC AL MOTORULUI TERMICCapitolul 3: SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNA3.1. Necesitatea supraalimentrii motoarelor navale3.2. Clasificarea sistemelor de supraalimentare3.3. Particularittile umplerii la motoarele supraalimentate3.4. Msuri constructive aplicate la MAI supraalimentate3.5. Procedeele de alimentare ale turbinelor cu gaze3.6. Supraalimentarea motoarelor n patru timpi3.7. Supraalimentarea motoarelor n doi timpi3.8. Particularittile supraalimentarii MAC navale n doi timpi3.9. Determinarea parametrilor turbosuflanteiPag. 1SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELCapitolul 1INTRODUCERE1.1. GENERALITI PRIVIND M.A.I.Motorul cu ardere intern cu piston (M.A.I.) este cel mai utilizat ca main principal sau auxiliar n sistemele de propulsie navale actuale. Motorul termic este agregatul care transform energia chimic a unui combustibil n lucru mecanic prin intermediul evoluiilor unui fluid numit de lucru sau motor. Definiia anterioar descrie la modul general principiul de funcionare al M.A.I. Trebuie menionat faptul c eliberarea energiei chimice a combustibilului se realizeaz printr-o reacie de oxidare, reacie cu caracter exoterm.M.A.I. este motorul termic al crui fluid motor este reprezentat de produsele arderii, iarevoluiileacesteia se realizeaz prin intermediulunui perete mobil numit piston a crui micare rectilinie-alternativ n interiorul unui cilindru este transformat n micare derotaie dectre mecanismul bielmanivel. Din cele doudefiniii rezult c obinerea lucrului mecanic presupune parcurgerea urmtoarelor succesiuni de procese: procesul de admisie realizeaz umplerea cu ncrctur proaspt a cilindrului; procesulde comprimare creaz condiiile de presiune i temperatur necesare aprinderii; procesul de ardere transform energia chimic a combustibilului n cldur; procesul de destindere transform cldura n lucru mecanic; procesul de evacuare realizeaz golirea cilindrului de produsele arderii.Succesiunea de procese prezentate anterior reprezint un ciclu motor. Ciclul motor poate fi realizat pe durata a dou rotaii ale manivelei i avem M.A.I. n patru timpi, sau pe durata unei singure rotaii a manivelei i avem M.A.I. n doi timpi.ncrctura proaspt este reprezentat de aer sau de amestec combustibil-aer. nprimavariantcombustibilul esteintrodusncilindruprininjecie, formarea amestecului combustibil aer avnd loc imediat dup injecie. Odat format amestecul el se autoaprinde acesta fiind un motor cu aprindere prin compresiune (M.A.C.).n a doua variant amestecul carburant se formeaz n afara cilindrului aprinderea realizndu-se prin intermediul unei scntei produse de o bujie, rezult deci c avem un motor cu aprindere prin scnteie (M.A.S.).Pag. 2SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIEL1.2.PRINCIPIILE DE FUNCIONARE ALE M.A.I.n domeniul naval se utilizeaz M.A.I. n patru timpi i M.A.I. n doi timpi. M.A.I. patru timpi cuaspiraienaturalpeduratacelor dourotaii pistonulexecut patru curse : Cursa de admisie punctul mort superior punctul mort inferior (PMS PMI);Pistonul pornetedinPMSmoment ncaresupapadeadmisieestedeschis. Deplasarea pistonului conduce la mrirea volumului ocupat de fluidul motor ducnd la scdereapresiunii subceaatmosferic. Datoritacestei diferenedepresiunectre interiorul cilindrului pornete o coloan de aer prin galeria de admisie. Deci admisia se desfoarnormal. OdatajunsnPMI supapadeadmisienusenchidedeoarece aerul se mic accelerat i ineria sa i permite s intre n cilindru i dup ce n acesta ncepe i cursa urmtoare. Supapa de admisie se va nchide cu ntrziere fa de PMI. Cursa de comprimare (PMI PMS);Prima fraciune din cursa de comprimare este reprezentat de finalul procesului de admisie. nchiderea supapei de admisie are loc atunci cnd presiunea din cilindru este egalcupresiuneaatmosferic. nmomentul nchiderii supapei deadmisiencepe procesul de comprimare, proces n care are loc injecia combustibilului ce favorizeaz formarea amesteculuin caz M.A.C. sau este produs scnteia de ctre bujie n caz M.A.S. Cursa de destindere (PMS PMI);Prima fraciune din cursa de destindere este reprezentat de finalul procesului de ardere pe durata cruia sa nregistrat o cretere a presiunii, deci procesul de ardere are o durat maimic decto curs ise desfoar n vecintatea PMS. Deschiderea supapei deevacuarecuavans fadePMI reprezintavantajul cpresiuneadin cilindru este mai mare dect cea din mediul ambiant, drept care diferena de presiune asigur evacuarea rapid a celei mai mari pri din produsele arderii. Totuicu avansfadePMSsedeschide supapa deadmisie,acest lucrufiind necesar pentru a avea o seciune de curgere de arie relativ mare n momentul n care ncrctura are condiiile necesare de umplere ale cilindrului. Cursa de destindere este singura curs ce produce lucru mecanic. Cursa de evacuare (PMI PMS);Pe durata ntregiicurse pistonulgoleste cilindrul, procesulde evacuare avnd o durat mai mare dect a cursei. Supapa de evacuare nu este nchis n PMS deoarece presiunea din cilindru este mai mare dect presiunea atmosferic, aceast diferen de Pag. 3SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELpresiune permind evacuarea produselor de ardere. nchiderea supapeide evacuare are loc cnd presiunea din cilindru este mai mare dect cea atmosferic.M.A.I. patru timpi supraalimentatprincipiul este asemntor; difer diagrama de pompaj (poriuneadindiagramaferentcurselor deadmisiei evacuare). Astfel la M.A.I. patru timpi supraalimentat presiunea din timpul cursei de admisie este mai mare dect presiuneadintimpul cursei deevacuarei ambelemai mici dect presiunea ncrcturii proaspete. Deci aerul vaptrundencilindruimediat dupdeschiderea supapei de admisie.Lafel cai laprimul tipexistoperioadcndsupapadeadmisiei ceade evacuaresunt deschisesimultan. Acest processenumetebaleiaj; nedorit laM.A.I. patru timpi cu aspiratie natural deoarece presiunea produilor de ardere este mai mare dect presiunea admosferic i presiunea ncrcturii proaspete.M.A.I. doi timpi ciclul motor esterealizat pedurataunei rotaii timpncare pistonul execut dou curse. Au fost suprimate cursa de admisie i cea de evacuare. Cursa de comprimare (PMI PMS);Proces de admisie (o fraciune) i proces de evacuare (o fraciune);Proces de evacuare (o fraciune);Proces de comprimare; Proces de ardere; Cursa de destindere (PMS PMI);Proces de ardere (o fraciune);Proces de destindere;Proces de evacuare (o fraciune);Proces de evacuare (o fraciune) i proces de admisie (o fraciune).Fraciuneadincursadecomprimareesteunprocesdeevacuareancrcturii proaspete numit i post-evacuare. Din momentul nchiderii ferestrei deevacuare ncepe procesul de comprimare care sfrete atunci cnd are loc injecia combustibilului sau declanarea scnteii electrice a bujiei. Ultima fraciune din cursa de comprimareestereprezentatdefazainiialaprocesului dearderececontinui dup PMS, n prima parte a cursei de destindere.1.3.GENERALITATI PRIVIND CONSUMUL DE COMBUSTIBIL Existnumeroaseci pecaresepoateajungelareducereaconsumurilor de combustibili la bordul navelor si la economisirea resurselor energetice.Unele dintre aceste msuri se iau de ctre constructori, care se ntrec n obtinerea de performante, altele de ctre personalul de deservire.Pag. 4SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELCile cele mai eficiente pentru reducerea consumului de combustibil sunt urmtoarele: asigurarea unor combustibili ct mai perfecti; eliminarea pe ct posibil a pierderilor de cldur prin izolatii termice; utilizarea cldurii reziduale a gazelor evacuate de motoare la actionarea turbosuflantelor de supraalimentare si caldarinele cu gaze arse; utilizarea cldurii continut n apa de rcire a motoarelor, ca agent nclzitor pentru evaporarea apei de mare n cazul generatoarelor de ap dulce; arderea n cldri a rezidurilor de combustibil si lubrifianti; utilizarea cldurii reziduale a gazelor de evacuare pentru prenclzirea apei de alimentare, aerului de combustie, supranclzirii aburului; eliminarea pierderilor de combustibil n procesul de decantare si centrifugare; exploatarea ct mai rational a agregatelor astfel: motoarele principale s functioneze n regimulstabilit ca fiind celmai economic, evitndu-se suprancrcarea si mersul cu sarcini reduse; motoarele auxiliare s nu functioneze cu sarcini reduse; cnd nava se afl la cheu, necesarul de energie electric s fie redus; solutia bransrii la mal este cea mai economic, dac exist asemenea instalatii; totodat, motoarele auxiliare ale navelor sunt scutite de uzuri inutile.Construireademotoarecusupraalimentareridicatsi injectii corespunztoare, solutie modern si rentabil n construirea navelor de mare capacitate, ajungndu-se n prezent s se realizeze presiuni medii efective n jur de 20 daN/cm2si puteri specifice pn la 6000 CP/cil., ceea ce a condus la realizarea de motoare de circa 50000 CP si chiar mai mult, de turatii lente.Pag. 5SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELCapitolul 2BILANTUL ENERGETIC AL MOTORULUI TERMICDistributiaenergiei disponibile, obtinutprinardereacombustibilului, nenergie util si energie pierdut pe diferite ci, reprezint bilantul energetic ala motorului termic, bilant care, obisnuit, se determin pe cale experimental. Bilantul energetic poatefi exprimat nunitti absolute, Q[KJ h], nmrimi specifice q [KJ Kw h] si n procente din energia introdus. Dat fiind faptul c n cazul motorului termic se lucreaz cu energie sub aspect termic, bilantul energetic al motorului termic se obisnuieste a fi denumit bilant termic. Expresiile bilantului termic: absolut, specific si relativ fiind:pd pg pr u intQ Q Q Q Q + + + [KJ/h] (2.1)pd pg pr u intq q q q q + + + [KJ/Kwh] (2.2)pd pg pr u' q ' q ' q ' q % 100 + + + (2.3)n care:Qint debitul de energie termic introdus n motor prin debitulde combustibil cu care este alimentat motorul;Qu debitul de energie util, echivalent lucrului mecanic dezvoltat de motor;Qpr debitul de energie termic pierdut prin instalatia de rcire a motorului;Qpg debitul de energie termic pierdut prin gazele evacuate din motor;Qrd debitul de energie termic pierdut pe alte ci (convectie, radiatie). Bilantul termicabsolut estefolosit cndsepuneproblemaanalizei modului de utilizare a energiei termice la un anumit motor, n timp ce bilantul termic specific ca si bilantultermic relativ suntutilizateatt pentrua analiza modulde folosire aenergiei termice ct sipentru a se compara, din punct de vedere alrandamentului efectiv, un motor cu altul.Termenii din egalitatea (2.1) pot fi determinati astfel:i intH C Q [KJ/h] (2.4) n care C[Kg h] este consumul orar de combustibil;e uP 3600 Q [KJ/h] (2.5)Pag. 6SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELunde Peste[Kw]este puterea efectiv n regimulde functionare la care se efectueaz bilantul termic:r int ies r prC ) t t ( G Q [KJ/h] (2.6)n care Gr [Kg h] este debitul de fluid folosit pentru rcirea motorului; Cr [KJ Kg grd] este cldura specific a fluidului de rcire.Fig.2.1. Bilantul termic al motorului principal prevzut cu turbosuflant de supraalimentare si cazan de recuperare a clduriiDebitul de cldur pierdut prin gazele arse:( )0 p g p g e e pgT ' C A T ' ' C M P c Q [KJ/h] (2.7)n care:Mg[Kmol Kg]estenumrul de kilomoli degaze rezultatedin arderea unui Kgde combustibil; A[Kmol Kg]estenumrul dekilomoli deaer necesar pentruardereaunui Kgde combustibil;p p' C , ' ' C [KJ Kmolgrd]este cldura specific medie molar a gazelor, respectiv a aerului;Tg, T0 [K] este temperatura gazelor arse, respectiv temperatura aerului.Pag. 7SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELDebitul de cldur pierdut pe alte ci( )pg pr u int pdQ Q Q Q Q + + [KJ/h] (2.8)Debitul de energie, Qpd, include urmtoarele pierderi: pierderile mecanice care nu au trecut n apa de rcire si nici n uleiul de ungere; energia echivalent arderii incomplete a combustibilului; energia transmis n mediul nconjurtor; energia cinetic a gazelor dac nu se foloseste; energiacorespunztoareerorilor decalcul, saucaresedatorescdeterminrilor experimentale.Distributia debitelor de energie termic pentru un anumit regim de functionare a unui motorestereprezentatgrafic nfig.2.1.naceast figur esteartatschema desfsuratabilantului termicncaredebiteledeenergietermicsunt divizaten componente care corespund situatiei reale.Pag. 8SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELCapitolul 3SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERN3.1. NECESITAEA SUPRAALIMENTARII MOTOARELOR NAVALEPuterea unui anumit motor este cu att mai mare cu ct lucrul mecanic realizat ntr-un ciclu este mai mare si cu ct ciclul motor s-a efectuat ntr-un interval de timp ct mai scurt. Dar lucrul mecanicrealizat ntr-uncicluseobtineprinardereaunei anumite cantittide combustibil, care necesit o anumit cantitate de aer.Deci, puterea unui anumit motor vacrestecucrestereacantittii decombustibil ars, ntr-unciclu, care necesit cresterea masei de aer existent n cilindru la sfrsitul procesului de umplere. Masa de ncrctur proaspt existent n cilindrii la sfrsitul umplerii va fi:n 60 z i V Ma s a (3.1.1)n care:a[Kg/m3] reprezint densitatea aerului.Sporirea masei de aer n decursul umplerii cilindrilor, prin cresterea densittiia n vedereamririi cantittiide combustibilars pentru un ciclu, n scopulcresteriiputerii motorului se numeste supraalimentare.Mrirea puteriiMAI poate fi obtinut si prin cresterea dimensiunilor cilindrilor si a numrului acestora, precum si prin cresterea turatiei.Dimensiunile cilindrilor la MAI navale au ajuns la mrimi maxime, care improbabil ar mai fi dezvoltate n viitor. Numrul de cilindrii a ajuns, de asemenea, la maxim: 12 la motorul n linie, 18 la motorul n V si pn la 42 de cilindrii la motoarele de tipul n X sau n stea. Si ca turatie MAI navale sunt oarecum definitivate, n sensul c exist n prezent motoare lente, semirapide si rapide, iar evolutia ulterioar a turatiei nu poate constitui un factor important de crestere a puterii. Datorit celor artate, celmaiextins simaieficace procedeu de mrire a puterii este cresterea maseide aer n cilindriimotorului, prin care s se poat arde n mod eficient o cantitate sporit de combustibil, deci prin supraalimentare. 3.2. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE SUPRAALIMENTARESistemele de supraalimentare aplicate la MAI navale pot ficlasificate dup dou criterii: presiunea aerului;Pag. 9SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIEL modul de actionare al agregatului de supraalimentare.Dup primul criteriu, se disting sisteme de supraalimentare: cu presiune mic (1,21,5) bar; cu presiune medie (1,52) bar; cu presiune mare (23,5) bar; cu presiune foarte mare (ps > 3,5 bar).Dup modul de actionare a suflantei sunt cunoscute urmtoarele tipuri: cu actionare mecanic (Fig. 3.2.1,a); cu actionare cu turbin cu gaze (Fig. 3.2.1, b); cu actionare mixt (Fig. 3.2.1, c).Fig. 3.2.1. Schemele de supraalimentare aplicate la MAC navaleSupraalimentarea de presiune micse ntlneste la motoarele construite anterior, avndpnla150Kwpecilindru. Deremarcat faptul claantrenareamecanica suflantei sauapompei deaer, presiuneaaerului desupraalimentareselimiteazla ps=(1,51,6)bar, deoarece la presiuni mai mari, puterea consumat pentru antrenarea agregatului de supraalimentare devine extrem de mare, ceea ce reduce economicitatea motorului.Supraalimentarea de presiune mediese realizeaz cu o suflant antrenat de o turbincugaze. Suflantaestemontatpeacelasi arborecurotorul turbinei si este denumit turbosuflant. Turbina valorific o parte din energia gazelor arse evacuate din motor, astfel cpentruactionareasuflantei nuesteconsumatputeredelamotor. Pentru a se mri eficacitatea supraalimentrii este necesar rcirea aerului ntre suflantsi motor. ntruct prinsupraalimentareadepresiunemedienmecanismul bielmanivel se dezvolt eforturi mrite si presiuni relativ sporite pe cuzinetii bielelor Pag. 10SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELsi ai arborelui cotit, laproiectareasi constructiaacestor motoareseimpunsolutii constructive si tehnologice corespunztoare.Supraalimentareadepresiunemareesterealizatprincomprimareaaerului n dou trepte si rcirea lui intermediar. Prima treapt de comprimare se realizeaz cu o turbosuflant, iar adouatreaptpoatefi realizatcuopompdeaer cupiston, antrenat de motor; sistemul este ntlnit la MAC n doitimpi. Sistemulpoate avea a doua treapt de comprimare tot cu turbosuflant ca si prima treapt si este ntlnit la MACsemirapidenpatru timpi; ntretreptele decomprimareaerul este rcit. La motoarele cu supraalimentare de presiune mare, organele mecanismului motor trebuie dimensionate corespunztor pentru a rezista solicitrilor mari la care sunt supuse.Fig. 3.2.2. Grupul de supraalimentare, compus din turbin suflant.Supraalimentarea de presiune foarte mare, fiind la nceputul introducerii ei este n curs de experimentare, la unele MAC semirapide n patru timpi. Sistemele realizate sunt cu comprimare n dou trepte, cu turbosuflante si rcirea aerului dup fiecare treapt de comprimare.Existmai multeposibilitti deasociereacompresorului careproduceaerul de supraalimentare, cu motorul Diesel. Astfel, n functie de modul de antrenare al compresorului, se deosebesc: motoare cu antrenarea independent a compresorului de supraalimentare; motoare cu antrenarea compresorului de supraalimentare de la arborele cotit al motorului; motoare cu antrenarea compresorului de supraalimentare de la o turbin care foloseste energia gazelor de ardere evacuate din cilindrii motorului, cunoscute si sub denumirea de motoare cu supraalimentare prin grup turbocompresor sau prin turbosuflant; motoare cu antrenare mixt sau compound.Pag. 11SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELnFig. 3.2.3searatschemamotorului Diesel cuantrenareaindependenta compresorului de supraalimentare. Astfel, motorul electric 6 antreneaz compresorul de supraalimentare 4,careaspir aeruldinafar (mediulambiant) prin conducta 5 sil refuleazlapresiunemritnmotorul 2, princonducta3. Gazeledeardere, dup iesirea din cilindrii sunt evacuate n atmosfer prin teava de esapament 1.Prin actionarea compresorului de supraalimentare de ctre un motor independent, reglareapresiunii si acantittii deaer debitatnmotorul Diesel sepoateefectua independent de regimul de exploatare al motorului (sarcin, turatie etc.).Acest sistemdesupraalimentareestedinaceastcauzcudeosebireindicat, pentru cercetrile ce sunt de efectuat la bancul de probe n scopul rezolvrii problemei acordrii functionrii celor dou masini motorul principal si compresorul.Fig. 3.2.3. Schema motorului Diesel cu antrenarea independent a compresorului de supraalimentarenFig. 3.2.4searatschemamotorului Diesel cuantrenareacompresorului de supraalimentaredelaarborelecotit al motorului. Compresorul 6esteantrenat dela arborele cotital motorului 2prinintermediul unuitrendeangrenareformat dinrotile dintate 3 si 4. Aspiratia aerului se face prin conducta 7, iar refularea la presiune sporit prin conducta 5. Gazele de ardere sunt evacuate din motorul 2 prin teava de esapament 1.Fig. 3.2.4. Schema motorului Diesel cu antrenarea mecanic a compresoruluide supraalimentarePag. 12SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELDatorit faptului c o parte din puterea suplimentar obtinut prin supraalimentarea motorului este consumat pentru antrenarea compresorului, cstigul final de putere este relativ redus. Pedealtpartesporesteconsumul specificdecombustibil raportat laputerea efectivdezvoltatdemotor. Compresorul fiindantrenat demotor, fiecrei turatii a motorului i va corespunde o turatie a compresorului, independent de sarcina motorului. n felul acesta, apar situatii n care la sarcini partiale, cantitatea de aer livrat cilindrilor este prea mare n raport cu cantitatea redus de combustibil injectat, ceea ce conduce ntr-un final la o exploatare neeconomic (n domeniul sarcinilor partiale) caracterizat n special printr-un consum specific de combustibil ridicat. Folosireasistemului desupraalimentareprincompresor antrenat delaarborele cotit al motorului se adopt numai pentru motoare Diesel de putere mic si nu prezint interes pentru domeniul naval.nFig. 3.2.5searatschemamotorului Diesel cusupraalimentarepringrup turbocompresor. Estesistemul folosit cuprecderenconstructiamotoarelor Diesel navale. Energia necesar antrenriicompresorului este furnizat de gazele de ardere evacuate, din motor.Fig. 3.2.5. Schema motorului Diesel cu supraalimentare prin grup turbocompresorModul defunctionareesteurmtorul: gazeledeevacuareevacuatedincilindrii motorului 2, trec prin conducta 1 spre turbina cu gaze 5 care antreneaz compresorul 6; aerul este aspirat de compresorul 6 prin conducta 7 si refulat n cilindrii motorului 2 prin conducta 4.Seobservcturbina5si compresorul 6formeazunagregat distinct, fr legtur cinematic cu motorul, ceea ce este deosebit de avantajos din punct de vedere functional. Considernd c se mreste cantitatea de combustibil injectat n cilindrii, cantitatea de energie cuprins n gazele de ardere evacuate din motor va creste corespunztor, ceea ce conduce la mrirea turatiei turbinei si implicit a compresorului. Rezultatul va fi Pag. 13SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELcresterea presiunii aerului de supraalimentare, respectiv a cantittii de aer introdus n cilindrii, necesar arderii cantittii sporite de combustibil injectat. Dac n loc de a mri cantitatea de combustibil injectat n cilindrii, se procedeaz la o reducere a acesteia, cantitatea de energie continut ngazele de ardere evacuate din motor va scdea si ca atare turatia turbinei respectiv a compresorului se va micsora.Presiunea aerului de supraalimentare se va reduce n mod corespunztor si n felul acesta si cantitatea de aer refulat n cilindrii motorului.Din cele expuse se deduce c grupul turbocompresor al motoarelor cu supraalimentare, arecapacitateadeaseautoreglanfunctiederegimul delucru momentan al motorului, ceea ce constituie un mare avantaj.Pentru o mai bun ntelegere a montajului motor grup turbocompresor se arat n Fig. 3.2.6 un desen mai putin schematizat, pentru un motor Diesel n patru timpi. La ridicarea supapeide evacuare 12 gazele de ardere trec prin conducta 4 spre turbina2agrupului turbocompresor; dupceauexpandat nturbina2, gazelede ardere sunt evacuate prin teava de esapament 1. Rotorul 3 al turbinei 2 si rotorul 7 al compresorului 6 sunt montate pe arborele comun 11.n faza de alimentare, cnd pistonul 10 se deplaseaz din PMI spre PME, supapa de admisie 13 fiind deschis, aerul aspirat la presiunea atmosferic p0 prin deschiderea 8 este refulat de compresorul 6 la presiunea de supraalimentare p0, prin conducta 9 n cilindrul 5.Nivelulmaxim ce poate fiatins n ceea ce priveste supraalimentarea motoarelor pringrupturbocompresor, estelimitat desolicitriletermicemaximeadmisibileale pieselor de motor si de turbin ce vin n contact cu gazele de ardere. Singura cale pentru mentinerea solicitrilor termice n limitele admisibile, energia gazelor de ardere ce evolueaz n cilindrii motorului si n turbin fiind deosebit de mare, constnintensificarea transferului decldurprinperetii cilindrilor, chiulaselor si statoarelor de turbin, ceea ce se obtine prin sporirea vitezeide circulatie a apeide rcire a baleiajului spatiuluide ardere cnd pistoanele se gsesc n vecintatea PMI, prin suprapunerea deschiderii supapelor de evacuare si de admisie.Pag. 14SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.2.6. Schema sectiunii prin cilindrul unui motor Diesel n patru timpi prevzut cu grup turbocompresorn Fig. 3.2.7 se arat schema motorului Diesel cu antrenare mixt a compresorului pentru producerea aerului de supraalimentare. Compresorul 7 este antrenat simultan de ctre turbina de gaze 4 si de la arborele cotit al motorului 2prinintermediului trenului deangrenaje6; aspiratiaaerului din atmosfersefaceprinconducta8, iar refulareaaerului comprimat spremotorul 2 folosind conducta 1. Legtura ntre turbina 4 si conducta de evacuare a motorului 2 se faceprinteava5, gazeledearderedupceaulucrat nturbinsunt eliminaten atmosfer prin teava de esapament 3Fig. 3.2.7. Schema motorului Diesel cu antrenare mixt a compresorului de supraalimentare, prin turbin si de la arborele cotitPag. 15SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELSistemul cu antrenarea mixt a compresorului de supraalimentare conform schemei din Fig. 3.2.7 este cu deosebire indicat pentru motoarele cu ardere intern, n cazul n care presiunea mediului ambiant este sczut, iar solicitarea termic ridicat.Spre deosebire de motoarele supraalimentate discutate mai sus, caracterizate prin aceea cfolosesc unsingur compresor deaer, semai deosebesc constructii de motoare Dieselsupraalimentate care folosesc dou compresoare. Schema unui astfel de motor este artat n Fig. 3.2.8. Fig. 3.2.8. Schema motorului Diesel cu precomprimarea aerului de supraalimentarede ctre grupul turbocompresorAerul aspirat prin conducta 8 este comprimat ntr-o prim treapt n compresorul 9 actionat de turbina 2, dup care urmeaz comprimarea sa n a doua treapt folosind compresorul 11. Actionarea compresorului 11 are loc de la arborele cotit al motorului 5 prin intermediul rotilor dintate 6 si 7. Refularea aerului din compresorul 9 n compresorul 11 se face prin conducta 10, iar refularea final n motorul 5 prin conducta 4. Turbina 2 primeste gazele evacuate din motor prin conducta 3 si le elimin n atmosfer prin teava de esapament 1.n cazul motorului din Fig. 3.2.8 treapta I de comprimare precomprimare este realizat de grupul turbocompresor 2 si 9, iar treapta a doua de compresorul 11 actionat mecanic de la arborele motorului 5. Exist si montaje la care succesiunea se desfsoar invers. Astfel n cazul motorului supraalimentat a crui schem se arat n Fig. 3.2.9, aerul ptrunde mai nti printeava14ncompresorul 11actionat delaarborelemotorului 4prinintermediul rotilor dintate 12 si 13 (precomprimare), dup care trece prin conducta 9 n compresorul 5 actionat de turbina 2 (comprimare final). Refularea aeruluin cilindrii motorului are loc prin conducta 7. Alimentarea turbinei 2 cu gazele de ardere evacuate din motorul 4 se face prin conducta 3, iar eliminarea gazelor din turbin prin teava de esapament 1.Datorit existentei conductei suplimentare 6 si 10 precum si a valvulei 8, motorul 4 poate fialimentatcu aer sub presiune siseparat,fie numaide la compresorul5, fie folosind numai compresorul 11.Pag. 16SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.2.9. Schema motorului Diesel cu precomprimarea aerului de supraalimentarede ctre compresorul actionat de la arborele motorului3.3. PARTICULARITATILE UMPLERII LA MOTOARELE NAVALE SUPRAALIMENTATEAnaliznd diagrama indicat de pompaj a unui motor n patru timpi supraalimentat (Fig. 3.3.1) se observ c datorit pierderilor gazodinamice, presiunea din cilindru pa att n decursul, ct si la sfrsitul umplerii este mai mic dect presiunea aerului de supraalimentare ps.Fig. 3.3.1. Diagrama de pompaj a unui MAC, n patru timpi, supraalimentat.Pag. 17SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELPentru ca aerul s ptrund n cilindrii motorului trebuie ca presiunea din colectorul de umplere s fie mai mare dect presiunea gazelor din cilindri. Realizareaacestei conditii impuneca, lamotoarelesupraalimentate, avansul la deschidere al supapei de evacuare s fie mrit. Prin aceast msur se mbuntteste evacuarea gazelor, inclusiv functionarea turbinei cu gaze, care va dispune de o cantitate sporit de energie, ceea ce va avea ca efect cresterea sensibil a presiunii aerului de supraalimentare. Momentul nchiderii supapei de evacuare trebuie corelat cu momentul deschiderii supapei de umplere, tinnd seama de necesitatea realizrii unui baleiaj corespunztor, prin care s se asigure evacuarea fortat a gazelor arse si rcirea peretilor cilindrilor, a capului pistonului, al chiulaseisi a supapeide evacuare, cerinte impuse de solicitrile termice mai ridicate la care sunt supuse aceste organe. La MAC n patru timpi supraalimentate, suprapunerii deschiderii supapelor, se afl ntre limitele (90 150) 0RAC, comparabil cu (40 60) 0RAC ct se foloseste la MAC cu aspiratie natural.Pentruafolosi ct mai rational fenomenul deumplereinertial, ntrziereala nchiderea supapei de umplere trebuie s fie mai mare dect ntrzierea la nchidere a supapei de admisie a MAC cu aspiratie natural.Eficacitateaprocesului debaleiaj poatefi mritprincrestereadiferentei dintre presiuneaaerului pssi presiuneadincolectorul deevacuarepeduratasuprapunerii deschiderii supapelor. n Fig. 3.3.2 este artat, n functie de unghiul RAC, variatia presiuni gazelor din cilindru(curba1), dincolectorul deevacuare(curba2) si dincolectorul deumplere (curba 3) pentru un motor n patru timpi supraalimentat. n Fig. 3.3.3 sunt date aceleasi curbe de variatie a presiunii, ns pentru un motor n doi timpi. La ambele motoare, cresterea presiunii n colector, la deschiderea supapelor sau orificiilor deevacuaresi destindereagazelor ncolectorul deevacuare, genereaz variatii de presiune care se manifest sub forma unor unde care se deplaseaz de la un capt la altul al colectorului.Pag. 18SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.3.2. Variatia presiunii n cilindru, n colectorul de evacuare si n colectorul de baleiaj, n decursul schimbului de gaze la un motor n patru timpi, supraalimentat.Fig. 3.3.3. Variatia presiunii n cilindru, n colectorul de evacuare, n colectorul de baleiaj, n decursul schimbului de gaze la un motor n doi timpi supraalimentat.Conform celor dou figuri, la fiecare motor exist o durat de timp, respectiv un unghi de rotatie al arborelui cotit, n decursul creia presiunea n cilindru este mai mare dect presiunea n colectorul de evacuare, dar mai mic dect presiunea din colectorul de umplere. n decursul acestei durate, procesul de baleiaj se poate desfsura n conditii bune ceeaceimpunestabilireapozitiei si aextinderii ei peciclu, nscopul determinrii momentelordenchideresi adeschiderii supapelorsauaferestrelordeevacuaresi baleiaj.Pag. 19SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIEL3.4. MASURI CONSTRUCTIVE APLICATE M.A.I. SUPRAALIMENTATEo Pentru a se mri sectiunea de trecere a canalelor de evacuare si de umplere, la MACnpatrutimpi supraalimentate, seprevd, lafiecarecilindru, ctedou supape de evacuare si dou de umplere. o Pentru se mri coeficientul de umplere se intervine asupraprofilului cameisupapelor respective n scopul obtinerii unui timp-sectiune ct mai mare. n acest fel se poate asigura umplerea suplimentar a cilindrului, pe baza inertiei coloanei de aer, realizndu-se o suprapresiune de (0,1 0,2) bar.o Lungimeacolectorului deumpleretrebuiestabilitdinconditiacaundelede presiunecareseformeaznacest colector sfavorizezeumplereacilindrilor. Colectoruldeevacuare trebuie astfel construit nctvariatiile depresiune,care apar n cilindru si n acest colector, s influenteze favorabil procesul de baleiaj.o Unalt factor de influent asuprabaleiajului si aumplerii cilindrului l constituie raportul dintrevolumul colectorului deevacuaresi volumul unui cilindru. S-a constatat c prin reducerea acestui raport impulsurile de presiune n colectorul de evacuare cresc (curba 1) ceea ce conduce la cresterea presiunii aerului, pssi la mrireadiferentei depresiunepI, cuefectefavorabileasupraprocesului de baleiaj. Dac acest raport creste, impusurile de presiune se reduc, de asemenea se reduce si diferenta de presiune, pII < pI.3.5. PROCEDEELE DE ALIMENTARE ALE TURBINELOR CU GAZEn cadrul montajelor de supraalimentarecare folosesc grupuriturbocompresoare se deosebesc dou procedee de alimentare a turbinelor cu gazele de ardere evacuate din motor: procedeul de alimentare cu gaze la presiune constant; procedeul de alimentare cu gaze la presiune variabil ( sau procedeu cu impuls). n Fig. 3.5.1 se arat variatia presiunii gazelor de ardere la evacuarea din cilindrii motoarelor Diesel ph n functie de unghiul de rotire al arborelui cotit .n cazul adoptrii procedeului de alimentare a turbinei cu gaze la presiune constant, se procedeaz la o egalizare a valorii momentane a presiunii ph la o valoare invariabil, notat n Fig. 3.5.1 prin ph. Realizareapracticaacestei conditii seobtineprindirijareagazelor deardere evacuatedinfiecarecilindru, ntr-unrezervor deegalizareal presiunilor, dupcare gazele trec spre turbina grupului de supraalimentare.Pag. 20SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.5.1. Variatia presiunii gazelor de ardere la evacuarea din cilindrii unui motor Diesel Cil. 1, 2, 3 curbele de variatie ale presiunii la iesirea din fiecare cilindru; 4 curba rezultant; 5 linia presiunii egalizate. nFig.3.5.2 se arat schemaunuimotor Dieselsupraalimentat cu6cilindrii,la care alimentareacugazeaturbinei grupului turbocompresor sedesfsoar dup procedeul la presiune constant. Gazele de ardere evacuate din cilindrii 1 la 6 sunt dirijati prin intermediul conductei colectoare 7 spre rezervorulde egalizare 8. Rezervoruleste astfeldimensionat, nct capacitatea sa s permit o egalizare rapid a presiunii gazelor, care trec n continuare spre turbina 9 a grupului de supraalimentare. Eliminarea gazelor din turbin are loc prin teava de esapament 10. Compresorul 12, antrenat de turbina 9, aspir aerul din teava 11 si l refuleaz prin conducta 13 si rcitorul 14 cu serpentina de rcire 15 n conducta de supraalimentare 16. n cazul adoptrii procedeului de alimentare a turbinei cu gaze la presiune variabil respectivaprocedeului cuimpulssefolosescmai multeconductecolectoarecare asigur legtura direct dintre diferitele grupe de cilindrii cu turbina grupului de supraalimentare. La unele constructii de motoare prevzute cu mai multe grupuri turbocompresoare, colectoarele pot dispare complet. n aceast situatie fiecare cilindru este legat printr-o teav cu turbina unuia din grupurile de supraalimentare. Procednd n felul acesta, se creeaz posibilitatea de a folosi n turbin pentru producerea lucrului mecanic, pe lng energia potential a gazelor de ardere evacuate din motor si energia lor cinetic.Aceasta este deosebit de interesant n cazul motoarelor n doi timpi, la care dup cum se stie, nivelul energiei potentiale este mult mai sczut dect la motoarele n patru timpi, ca urmare a cantittii mari de aer cuprins n gazele de ardere evacuate.Pag. 21SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.5.2. Schema motorului Diesel supraalimentat, cu alimentarea cu gaze a turbinei grupului turbocompresor la presiune constant. n Fig. 3.5.3 se arat schema unui motor Diesel, cu sase cilindrii, supraalimentat, la carealimentareacugazeaturbinei grupului turbocompresor serealizeazdup procedeul la presiune variabil. Celedouconductecolectoare7si 8leaggrupuriledecilindrii 1-4-5si 2-3-6 nemijlocit cu turbina 9, care antreneaz compresorul 12. Aerul este aspirat de compresorul 12 prin teava 11 si refulat prin conducta 13 si rcitorul 14 cu serpentina de rcire 15, n conducta de supraalimentare 16. Eliminarea gazelor din turbina 9 are loc prin teava de esapament 10.121 2 3 4 5 678910 1113141516ApaFig. 3.5.3. Schema motorului Diesel supraalimentat cu alimentarea turbinei grupului turbocompresor cu gaze la presiune variabil.Pag. 22SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELCercetrile efectuate cu privire la procedeul cu impuls n scopul utilizrii cu ct mai putinepierderiaenergiei cineticecuprins ngazeledeardereevacuatedincilindrii motorului, a dus la adoptarea executieicu mai multe turbine, fiecare fiind legat la un grup de cilindrii. Astfel, n Fig. 3.5.4, grupul de cilindrii 2-4-5 este legat nemijlocit prin conducta 7 de turbina9careantreneazcompresorul 10, iar grupul decilindrii 2-3-6estelegat nemijlocit prin conducta 8 de turbina 15 care antreneaz compresorul 16.Compresoarele 10 si 16 lucreaz n paralel, primul refulnd prin conducta 11 iar al doileaprinconducta17dealimentarecuaer 14. nainteaconductei 14 estemontat rcitorul 12 cu serpentina de rcire 13.Fig. 3.5.4. Schema motorului Diesel supraalimentat prevzut cu dou grupuri turbocompresoare care lucreaz dup procedeul cu impuls.Varianta cea mai modern si totodat cea mai eficient, sub aspect energetic, n cazuladoptriiprocedeuluicu impuls, prevede eliminarea complet a colectoarelor si folosirea de teviscurte ce leag direct fiecare cilindru cu turbina respectiv. Schema unui astfel de montaj este artat n Fig. 3.5.5 pentru un motor n doi timpi.Fig. 3.5.5. Schema motorului Diesel n doi timpi supraalimentat, prevzut cu tevi de evacuare scurte.Pag. 23SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELGazele de ardere evacuate din cilindrii motorului sunt dirijate prin intermediul tevilor scurte1ctreturbinele2alecelor dougrupuri desupraalimentare; gazeleiesdin turbinprinconductele3. Aerul aspirat decompresoarele5princonductele4este refulat prin tevile 6 sircitoarele n colectorulaeruluisupraalimentat 8 de unde trece prin racordurile 9 n cilindrii motorului.Gruparea cilindrilor care evacueaz gazele de ardere n aceeasi turbin, se va face tinnd seama c amplitudinile undelor de presiune ale proceselor pulsatorii de evacuare din cilindri s nu se suprapun, mai precis fazele acestor unde s fie ct mai decalate.Astfel, considerndunmotor Diesel cusasecilindri, nzestrat cudougrupuri turbocompresoare, avndmanivelelearborelui cotit decalatecu1200, iar ordineade aprindere fiind 1-3-5-6-4-2-1, prin gruparea evacurii cilindrilor dup schema 1-5-4 si 3-6-2, se va obtine un decalaj ntre undele de presiune de 240 0, ceea ce este suficient de marepentruevitareasuprapunerilor. nfelul acesta, sunt createconditiilepentruo utilizareeficientaenergiei cineticeagazelor dearderenceledougrupuri de supraalimentare.3.6. SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR IN PATRU TIMPILa motoarele Dieseln patru timpisupraalimentateprin grupturbocompresorse foloseste procedeulde alimentare a turbineicu gaze la presiune variabil, adic cu impuls.nFig. 3.6.1searatdiagramap-Vteoreticamotorului Diesel npatrutimpi supraalimentat prin grup turbocompresor, astfel: M nceputul umplerii izobare a cilindrului cu aer la presiunea p0, superioar ca valoare presiunii atmosferice p0; N sfrsitul umplerii izobare si nceputul comprimrii aerului n cilindru; O*- sfrsitulcomprimrii aerului, injectarea combustibiluluisi nceputul arderii izocore; P sfrsitul arderii izocore si nceputul arderii izobare; Q sfrsitul arderii izobare si nceputul expansiunii gazelor de ardere; R sfrsitul expansiunii si nceputul evacurii izocore a gazelor de ardere; Ssfrsitul evacurii izocoresi nceputul evacurii izobareagazelor de ardere, la presiunea ps; T sfrsitul evacurii izobare a gazelor de ardere din cilindru.Aria L3 din Fig. 3.6.1, delimitat de conturul N, O*, P, Q, R, N, corespunde lucruluimecanic util principal dezvoltat la nivelul cilindrilor pe ciclu; la acestea se adaug lucrulmecanic util secundarL4reprezentat prin aria delimitat de conturul M, N, S, T, M. n consecintlucrul mecanic total utilpe cilindru n cazul motoarelor Diesel supraalimentate prin grup turbocompresor este L5 = L3 + L4.Pag. 24SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.6.1. Diagrama p V teoretic a motorului cu supraalimentareprin grup turbocompresor.Pentru comprimarea aeruluide la presiunea p0la presiunea p0(Fig. 3.6.1) este necesar cacompresorulgrupului desupraalimentares primeasc si sconsumeo cantitate de energie reprezentat n diagrama p-V prin aria U, N, W, X, U.n acest scop turbina grupului de supraalimentare trebuie s preia si s transfere o cantitate de energie din gazele de ardere evacuate din motor, reprezentat prin aria Y, Z, Z, X, Y; conditia esential este ca aria Y, Z, Z, X, Y = aria U, N, W, X, U. nrealitate, datoritcantittii deaer consumatnprocesul debaleiaj cese desfsoar cnd pistonulse afl n zona PMI,aria corespunztoare lucruluimecanic dezvoltat de turbin trebuie s fie mai mare si anume Y, Z*, Z*, X, Y.3.7. SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR IN DOI TIMPIn cazul motoarelor n doi timpi fr supraalimentare, aerul de baleiaj este livrat de una sau mai multe pompe sau, mai exact, compresoare de tipul cu piston actionate prin intermediul unor transmisii mecanice de la arborele cotit. ncercrile efectuate de a spori presiunea aerului refulat de aceste compresoare, n scopul supraalimentrii cilindrilor nu a condus la rezultatele dorite, surplusul de energie obtinut fiind consumat pentru actionarea compresoarelor de nalt presiune.Tendinta de a spori puterea motoarelor n doi timpi fr modificarea dimensiunilor maxime si preocuparea asigurrii unei utilizri ct mai eficiente a energiei cuprinse n combustibilul injectat aconduslaadoptareasi laacestetipuri demasini asolutiei Pag. 25SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELsupraalimentripringrup turbocompresor, folosind n acestscop energiacuprinsn gazele de ardere evacuate din cilindru.Primelencercri defolosireagrupurilor turbocompresoarelamotoarelendoi timpisupraalimentateau pus n evidentoserie de greutti,cauzate n principalde urmtorii factori:Cantitatea de aernecesar pe ciclu la motoruln doitimpieste mult maimare dect cea necesitat de motorul n patru timpi; ca atare sunt necesare grupuri de supraalimentare de dimensiuni sporite;Solicitareatermicamotorului Diesel ndoi timpi estemai maredect ceaa motorului n patru timpi, astfel nct se necesit cantitti de aer de baleiaj sporite. Aceasta are ca urmare o micsorare a temperaturii gazelor de ardere evacuate din motor si, implicit, o reducere corespunztoare a energiei disponibile ce se foloseste de turbina grupului de supraalimentare. Datorit energiei relativ sczute continut n gazele de ardere evacuate grupurile de supraalimentare trebuie s se caracterizeze prin randamente ridicate, ceea ce nu a putut fi realizat dect treptat.Ceea ce este esential n cadrul motoarelor Diesel n doi timpi supraalimentate este de a obtine o folosire ct mai eficient a energiei gazelor de ardere evacuate din motor.Spre deosebire de motorul n patru timpi, la care se utilizeaz pentru supraalimentarenumai procedeul desupraalimentarecugazeaturbinei lapresiune variabil, la motoarele n doi timpi se folosesc ambele procedee, att cel cu alimentare la presiune variabil, respectiv cu impuls, ct si cel cu alimentare la presiune constant.Preferinta pentru unul sau cellalt sistem este n functie de gradul de supraalimentare, particularittile constructive ale motorului propriu-zis, conditiile de exploatare, etc.n legtur cu alegerea unuia sau celuilalt sistem, n functie de gradul de supraalimentare, sunt utile indicatiile date n Fig. 3.7.1, n care se arat variatia raportului Ev/Ec n functie de g, unde:Ecvaloareaenergiei gazelor dearderenainteaturbinei ncazul adoptrii procedeuluicu presiune constant;Evvaloareaenergiei gazelor dearderenainteaturbinei ncazul adoptrii procedeului cu presiune variabil.nconsecint, dacsetineseamanumai deindicatiiledinFig. 3.7.1, pentru alegereasistemului dealimentarecugazeaturbinei, sepoateformulacpentru g 30% este mai eficient solutia alimentrii cu impuls. Pentru cazurile n care g = 30 70 % solutia optim este greu de definit.ncazul ncareg>70%avantajul revinesolutiei cualimentarelapresiune constant.Pag. 26SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.7.1. Variatia raportului energiilor functionare n sistemul cu impuls / functionare n sistemul la presiune constant n functie de gradul de supraalimentare.n functie de modul de asociere al pompelor de baleiaj cu grupurile de supraalimentare se deosebesc dou solutii fundamentale: montajul n serie; montajul n paralel.Fiecare poate s fie de tipul cu alimentarea turbinei cu gaze la presiune constant sau variabil, respectiv cu impuls. ncazulmontajului nserie, cunoscut si subdenumireademontaj saucuplajCurtis, aerul este comprimat succesiv n compresorul grupului de supraalimentare, apoi n pompa de baleiaj, care refuleaz n cilindrii motorului. Aceeasi cantitate de aer trece prin compresorul grupului de supraalimentare si prin pompa de baleiaj.n Fig. 3.7.2. se arat schema montajului n serie. Gazele de ardere evacuate din cilindriimotorului4 ptrund prin conducta 3 n turbina 2, dup care sunt eliminate n atmosfer prin teava de esapament 1. Turbina 2 antreneaz compresorulcentrifug 6, care refuleaz aerulaspirat din atmosfer prin teava 5 n conducta 7 sircitorul8 n pompa de baleiaj cu piston 9.Din pompa 9 aerul trece prin conducta 10 spre colectorul de baleiaj.Pag. 27SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.7.2. Schema motorului Diesel n doi timpi supraalimentat, cu legtura n serie ntre compresorul grupului turbocompresor si pompe de baleiaj cu piston.Considernd motoarele care folosesc prtile inferioare ale pistoanelor si cilindrilor motori pentru producerea aerului de baleiaj, se arat n Fig. 3.7.3 schema unui motor Diesel supraalimentat, la care s-a adoptat legtura n serie ntre compresorulgrupului de supraalimentare si spatiile inferioare ale cilindrilor precumsi procedeul de alimentare a turbinei la presiune variabil.Fig. 3.7.3. Schema motorului Diesel n doi timpi cu legtura n serie ntre compresorul grupului de supraalimentare si spatiul inferior al cilindrului motor.Pag. 28SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELAerul care ptrunde prin teava 1 n compresorul2 al primei trepte de comprimare este refulat prin conductele 3 si 5 si rcitorul 4 n colectorul 6. ncursaderidicareapistonului motor 11dinPMEctrePMI crendu-seo subpresiune n compartimentul inferior 8, acesta este umplut de aerul sub presiune ce seaflncolectorul primei treptedecomprimare6, diferentadepresiunentrecele dou spatii 6 si 8 mentine deschis supapa 7 pe toat durata deplasrii pistonului 11.Comprimarea aerului n cea de-a doua treapt, provocat de coborrea pistonului motor 11 din PMI ctre PME. n momentul n care presiunea n compartimentul inferior 8 depseste valoarea presiunii din colectorul celei de-a doua trepte de comprimare 10, supapa9esteridicatdepescaunul ei, aerul ptrundencolectorul 10, iar prin ferestrele de baleiaj 12 n spatiul cilindrului motor 13. Amestecul de gaze de ardere si aer de baleiaj este evacuat n cilindrul 13 n cursa de ridicare a pistonului 11, prin ferestrele de evacuare 14 si conducta 15, n turbina 16.Eliminarea gazelor din turbina 16 se face prin teava de esapament 17.Deoarece debitul pompelor de baleiaj, att n cazul pompelor clasice ct si n cazul utilizrii pentru acest scop a spatiului inferior al cilindrilor motorului, variaz instantaneu cu turatia, solutia asocierii n serie este avantajoas pentru manevre si porniri. Pedealtparte, ncazul ncareseavariazgrupul turbocompresor, existenta pompelor debaleiaj asigurfunctionarea ncontinuare amotorului, binenteles la sarcin redus.Pentru a avea asigurat functionarea n orice situatie, cantitatea de aer de baleiaj pe ciclu trebuie s depseasc volumul util al cilindrilor motorului; acest lucru implic, chiar dactoateprtileinferioarealecilindrilor sunt folositecapompedebaleiaj, suplimentarea acestora cu o pomp de baleiaj obisnuit, ceea ce nseamn, binenteles, o sporire a gabaritului motorului precum si un consum mrit de combustibil.Osolutiecareeliminprimul incovenient cel al gabaritului sporit constn folosirea ca pomp de baleiaj suplimentar a unei pompe volumice cu rotoare dintate.nFig. 3.7.4searatschemamontajului nparalel; compresorul grupului de supraalimentare si pompadebaleiaj antrenat delamotor refuleaz simultan n colectorul debaleiaj. Aerul aspirat decompresorul 6printeava5esterefulat prin conducta 7, rcitorul 8 si conducta 9 n colectorul de baleiaj al motorului 4. Concomitent, refuleaz n acelasi colector prin conducta 10, pompa de baleiaj 11, care aspir aerul prin teava 12. Gazele de ardere evacuate din cilindrii motorului 4 sunt dirijateprinconducta3spreturbina2, undedupces-audestinssunt eliminaten atmosfer prin teava de esapament 1.Pag. 29SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.7.4. Schema motorului Diesel n doi timpi cu functionarea n paralel a compresorului grupului de turbosupraalimentare si a pompei de baleiaj antrenata de arborele cotit.n Fig. 3.7.5 se arat varianta alimentrii n paralel, la care unul din compresoare este antrenat de turbina care foloseste energia gazelor de ardere evacuate din motor, iar cellalt independent. Aerul aspirat de compresorul6 prin conducta 5 trece prin conducta 7 n rcitorul 10; n acelasi rcitor refuleaz prin conducta 11 si compresorul 12, care este antrenat de motorul electric 13 si aspir aerul prin teava 8.Fig. 3.7.5. Schema motorului Diesel n doi timpi cu functionarea n paralel a compresorului grupului de supraalimentare si a suflantei de baleiaj cu antrenare independent.n cazul folosirii prtilor inferioare ale cilindrilor motori ca pompe de baleiaj, montajul respectiv este artat n Fig. 3.7.6. Pag. 30SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELAerul este aspirat de compresorul 2 prin teava 1 si refulat prin conductele 3 si 5 si rcitorul 4 n colectorul 6. n acelasi colector este refulat si aerul comprimat n compartimentul 17, prin actiunea prtii inferioare a pistonului 10; aerul este aspirat prin racordul 16 si supapa 18, iar refularea se face prin supapa 19. Din colectorul 6, aerul sosit pe cele dou ci trece prin ferestrele de baleiaj 7 n cilindrul 8. Evacuarea gazelor de ardere din cilindrul 8 are loc prin ferestrele de evacuare 9; ele trec prin conducta 11, rezervorul de egalizare 12 si conducta 13 n turbina 14, de unde sunt apoi eliminate prin teava de esapament 15. Turbina 14 este alimentat cu gaze la presiune constant.Fig. 3.7.6. Schema motorului Diesel n doi timpi supraalimentat la care pompa de baleiaj format n partea inferioar a cilindrului functioneaz n paralel cu compresorul antrenat de turbin.La montajuln paralel, compresorulsipompa de baleiajcu piston (separat sau format din partea inferioar a cilindrului motor), respectiv suflanta rotativ de baleiaj, refuleaz aerul n motor la aceeasi valoare a presiunii; debitele pot fi n schimb diferite.Pentru aceeasivaloare a presiunii aeruluide baleiaj, montajuln paralelprezint fat de solutia asocierii n serie, dimensiuni de gabarit mai mici si puteri de antrenare a pompelor de baleiaj mai reduse.ncazul folosirii drept pompedebaleiaj aspatiilor inferioareacilindrilor, sunt necesare numai o parte din numrul total al acestora din urm. Datorit acestui fapt, dotarea motorului cu o pomp de baleiaj suplimentar, cum este cazul la montajul n serie, nu mai este necesar.n scopul asigurrii functionrii motoarelor la care pompele de baleiaj sunt formate din partea inferioar a cilindrilor si care folosesc montajul n paralel, se recomand n Pag. 31SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELcazul avarierigrupului turbocompresor deoarece numrul de pompe de baleiajeste redus dotarea instalatiei cu un compresor de avarie de dimensiuni reduse.Ideea renuntrii la un astfel de compresor de avarie a dus la solutia montajului mixt serie paralel. ntr-un astfel de caz, o parte din prtile inferioare ale cilindrilor folosite ca pompe de baleiajsunt legate n serie cu compresorulgrupuluide supraalimentare,iar restulde spatii inferioare lucreaz cu acesta din urm n paralel.nFig. 3.7.7searatschemamotorului Diesel ndoi timpi supraalimentat, cu montaj mixt serie paralel si alimentarea turbinei cu gaze la presiune constant.Aerul aspirat de compresorul 1 al grupului de supraalimentare prin teava 28 este refulat prin conducta 2, rcitorul 3 si conducta 4, n colectorul inferior 5. Din colectorul inferior 5 aerul trece prin supapa 24 n spatiul pompei de baleiaj 6, fiind apoi refulat prin actiunea pistonului11 n colectorulsuperior 7 prin supapa 26. Din colectorul7 aerul trece prin ferestrele de baleiaj 8 n cilindrul 9. Compresorul 1 si pompa de baleiaj format din partea inferioar a cilindrului 9 sunt legate ca atare n serie.Concomitent, colectorul 7 este alimentat cu aer sub presiune si de ctre pompa de baleiaj format din prtile inferioare ale cilindrului 15 si pistonului 17. Aerul este aspirat n acest caz din atmosfer prin racordul 12 si supapa 23 n compartimentul 13 si refulat prin supapa 25 n colectorulsuperior 7. Din colectorul7 aerultrece prin ferestrele de baleiaj 14 ncilindrul 15. Compresorul 1si pompadebaleiaj format dinprtile inferioare ale cilindrului 15 si pistonului 17 debiteaz deci n paralel.Gazele deardere suntevacuate din cilindrii9 si15 prin conductele18 si19 n rezervorulde egalizare 20, de unde trece prin conducta 21 n turbina 22. Eliminarea gazelor din turbina 22 se face prin teava 29.Dup cum se observdinFig.3.7.7,ntreceledou colectoare5 si7 exist si posibilitateaunei legturi directeprinfolosireasupapei 27. Aceastsupapintrn functiune n cazurile n care cantitatea de aer refulat de compresorul 1 al grupului de supraalimentare este prea mare, depsind capacitatea de absorbtie a pompei de baleiaj format din prtile inferioare ale cilindrului9 sipistonului 11; aeruln surplus trece n astfel de situatii direct dinspatiul 5 n spatiul 7.Pag. 32SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.7.7. Schema motorului Diesel n doi timpi supraalimentat de tipul cu montaj serie-paralel si procedeu de alimentare cu gaze a turbinei la presiune constant.n Fig. 3.7.8 se arat schema motoarelor n doi timpi supraalimentate, functionnd la orice sarcin numai prin folosirea grupului de turbocompresor. Astfel de motoare corespund sub aspectul general al constructiei, motoarelor n doi timpi fr supraalimentare, singura deosebire constnd n aceea ca compresorul, n loc s fie actionat mecanic de la arborele cotit al motorului, este pus n functiune de turbina alimentat cu gazele de ardere evacuate din cilindri. Aerul aspirat de compresorul 2 prin teava 1 este refulat prin conducta 3, rcitorul 4 si conducta 5 n colectorul 6. Din acest colector aerul comprimat trece, dendat cepistonul 9aeliberat ferestrele de baleiaj 7 ale cilindrului 8, n spatiul acestuia din urm. Gazele de ardere sunt evacuate din cilindrul 8 prin supapa de evacuare 10 si conducta 11 n turbina 12. Eliminarea gazelor din turbin se face prin teava de esapament 13.Solutia prezentat n Fig. 3.7.8 a fost adoptat de anumite uzine n cazul motoarelor cu baleiaj n echicurent si anume de Burmeister & Wain pentru constructiile cu supap de evacuare side Doxford pentru constructiile cu pistoane nopozitie.O conditie esential la astfel de montaje este aceea a folosirii unor grupuri turbocompresoare cu randament foarte ridicat si a utilizrii optime a energiei cuprinse n gazele de ardere evacuate din cilindri.Pag. 33SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELFig. 3.7.8. Schema unui motor Diesel n doi timpi supraalimentat functionndnumai cu grup turbocompresor.nFig. 2.7.9searatdiagramap-Vteoreticamotorului Diesel ndoi timpi cu supraalimentare prin grup turbocompresor.Linia AB reprezint curba politropic a comprimrii aerului aspirat din atmosfer de compresorul grupului de supraalimentare. Dreapta BC corespunde proceselor de baleiaj si de umplere a cilindrilor cu aer la presiunea de supraalimentare. n realitate, datorit pierderilor inerente de presiune ce apar n timpul procesului de baleiaj, presiunea de supraalimentare n cilindri la nceputul fazei de compresiune va fi ceva mai mic. Punctul nceputului compresiunii n cilindri motori va fi deci D n loc de B; presiunea aeruluin cilindri motorila nceputulfazeide compresiune este notat n diagrama din Fig. 3.7.9 prin p0.Puterea necesar pentru antrenarea compresoruluicorespunde n reprezentarea p-V, ariei ABCFA. Lucrul mecanic L dezvoltat de motor pe cilindru, este redat de aria D, G, H, I, K, D; aceast arie se micsoreaz pe msur ce presiunea de supraalimentare este mai mare, astfel nct la proiectarea motoarelor Diesel n doi timpi supraalimentate, alegerea valorii presiunii p0 constituie o problem esential.Gazele de ardere evacuate din cilindrul motorului expandeaz, nainte de a intra n turbinagrupului desupraalimentare, pnlaopresiuneegalcup0; transformarea termodinamic respectiv este dat de portiunea curb KM. Teoretic, expansiunea n turbin trebuie s se desfsoare conform curbei MN. n realitate ns, datorit transformrii unei prti a energiei cinetice cuprins n gazele de ardere evacuate n cldur, ceea ce conduce, n final, la cresterea temperaturii amestecului de gaze de ardere naintea turbinei, punctul figurativ M se deplaseaz spre dreapta n P, iar curba MN este nlocuit de curba PQ.Pag. 34SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELLucrul mecanicdezvoltat deturbinestereprezentat ndiagramap-Vprinaria EPQEF > aria CBAFC; la circa sarcin de cele dou arii sunt egale (p0 2 Kgf/cm2).nconsecint, lasarcini partialemai reduseputereadezvoltatdeturbineste insuficient pentru antrenarea compresorului.3.8. PARTICULARITATILE SUPRAALIMENTARII M.A.C. NAVALE IN DOI TIMPIParticularittile functionale si constructive ale motorului n doi timpi, determinate de lipsa curselor de pompaj, ale motorului n patru timpi, la supraalimentarea cu turbosuflant (cu rotatie liber), conduc la: pornirea dificil si functionarea instabil a motorului la turatii reduse; consum mare de aer de baleiaj; reducereatemperaturii gazelor arsedatorit amestecrii lor cu aerul de baleiaj; nruttirea baleiajului la cresterea presiunii la evacuare.Pentru nlturarea acestor neajunsuri au fost aplicate trei solutii:A. Folosirea instalatiei de supraalimentare cu turbosuflant, cu rotatie liber,actionat numai prin gazele arse evacuate din motor. Avantajele acestui sistem constau n:- simplitatea constructiei;- gabarit redus al turbosuflantei;- legtura functional ntre sarcina motorului si turatia arborelui turbosuflantei.Ca dezavantaje se pot mentiona:- lipsa debitului de aer la pornire;- debitul de aer insuficient la turatii reduse ale arborelui motor.Datorit acestor lipsuri sistemul s-a extins ndeosebi la MAC n patru timpi. Pentru aplicarea la MAC n doi timpi instalatia trebuie completat cu o electrosuflant, care s asigurebaleiajul si umplereacilindrilor laporniresi scompletezedebitul deaer al turbosuflantei la regimurile de functionare cu turatii reduse ale arborelui motor.B. Instalatie de supraalimentare n paralel la care aerul este debitat ntr-un colectorcomun, att de suflant, ct si de pompa de aer. La acest sistem debitul incomplet al suflantei este completat de debitul pompei de aer actionat de motor. n acest scop se pune problema stabilirii dimensiunilor optime ale pompei de aer, caresrealizezedebitul necesar, pentruacompletadebitul turbosuflantei, att la pornire ct si alte regimuri de ncrcare ale motorului, sau nlocuirea pompei de aer cu o electrosuflant, care s intre n functiune numai cnd este necesar.C. Instalatiadesupraalimentarensuccesiune, cucomprimareaaerului ndou trepte. Pag. 35SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELn acest caz suflanta actionat de turbina cu gaze si pompa de aer actionat de motor functioneaznsuccesiune; daccomprimareasefacentr-osingurtreapt, suflanta si pompa de aer vor functiona n paralel. Sistemul permiterealizareaunei presiuni mari aaerului desupraalimentare, o umplere mai bun a cilindrilor si prin aceasta se asigur o suplete mare a motorului, la trecerea de la un regim de functionare la altul.Instalatia de supraalimentare cu dou trepte de comprimare poate firealizat, la primatreaptcuturbindeimpuls, iar laadouatreaptcuturbindepresiune constant. Comprimarea se face n succesiune, iar aerul este rcit dup fiecare treapt decomprimare. Sistemul esteaplicat lamotoarecupresiuni efectivemari (pc 2025)bar.Schemele de principiu ale instalatiilor de supraalimentare prezentate au fost aplicate pe diferite motoare navale.La motoarele n doi timpi, FIAT, se aplic instalatia de supraalimentare n succesiune.Motoarele n doi timpi, GOTAVERKEN, folosesc tot schema de supraalimentare cu comprimare n succesiune.Schema de supraalimentare n succesiune este aplicat si la motoarele n doi timpi SULZER, la care aerulaspirat din mediulnconjurtor dup comprimarea acestuia n suflant, trece prinrcitor ncolectorul deaer A,deunde, princlapetiideaspiratie, ptrunde n cavitatea inferioar a fiecrui cilindru, B, realizat ca pomp de aer. Dup comprimare n cavitatea B, aerul este refulat n spatiul C, de unde ptrunde n cilindrul motorului pentru realizarea baleiajului sia supraalimentrii cilindrului. La diferite regimuri defunctionarealemotorului lacareturbosuflantanupoateasiguradebitul deaer necesar pentru baleiaj si supraalimentare este pus n functiune automat electrosuflanta E. puterea necesar pentru actionarea suflantei fiind de circa 0,2% din puterea MP.Lamotoarelendoi timpi, MANnscopul cresterii presiunii medii efectivesi a simplificrii constructiei instalatiei de supraalimentare s-a trecut la suflante antrenate de turbine de presiune constant. Prin aceast solutie s-a simplificat constructia motorului, s-arenuntat lafolosireacavittii inferioareacilindrului capompadeaer, s-aredus numrul de turbosuflante pentru un motor si s-a simplificat colectorul de evacuare.Pentrufunctionarealaregimuri desarcinredusprecumsi pentrupornires-a prevzuto electrosuflant,care intr n functiune automatcnd se reduce presiunea aerului de supraalimentare. Puterea pentru actionarea suflantei este de circa 0,8% din puterea MP.La motoarele n doi timpi, BURMEISTER&WAIN, initial s-au folosit pentru supraalimentare turbosuflante, cu turbine de impuls. ntruct aceste motoare functioneaz cu baleiaj-evacuare n echicurent, debitul de aer refulat de turbosuflant asigur toate regimurile de functionare ale motorului, fr a mai fi Pag. 36SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELnecesar o pomp de aer actionat de motor. Pentru pornire este prevzut o electrosuflant. Datefiindavantajelepecareleauturbinelecugazelapresiune constant, nultimul timpmotoareleB&W, aufost dotatecuturbosuflanteavnd turbin de presiune constant si electrosuflant pentru pornire.Trebuie remarcate realizrile obtinute prin experimentarea instalatiilor de supraalimentare cu dou turbosuflante, montate n succesiune. Astfelcercetrile efectuate de SEMT-Pielstick, care a aplicat asemenea instalatii pe motoarele PA4-200, au artat c puterea motorului a fost mrit cu 43%, mentinnd aceeasi turatie si aceeasi presiune maxim de ardere (pz 130 bar).3.9. DETERMINAREA PARAMETRILOR TURBOSUFLANTEII. Stabilirea parametrilor suflanteiPentrusuflantacurotatieliberputereanecesarpentruantrenareasuflantei trebuiesfieegalcuputereadezvoltatdeturbinacugaze; deoarececeledou masini au arborii cuplati direct, turatiile celor dou rotoare vor fi egale. Deci:PS = PT (3.9.1)nS = nT (3.9.2)Putereanecesarpentruantrenareasuflantei poatefi determinatconsidernd debitul care trebuie realizat si presiunea aerului de supraalimentare. Debitul poate fi determinat considernd cantitatea de aer necesar pentru arderea unui kilogram de combustibil si pentru baleiajul cilindrului:3600' A P C3600' A CBa 0 a e e a 0 ea [Kg/s] (3.9.3)Debitul deaer poatefi deasemeneadeterminat considerndcantitateadeaer necesar pentru umplerea cilindrilor:60nV z i Ba v s s a (3.9.4)Pag. 37SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELPresiunea aerului la iesirea din suflant se admite, sau se stabileste prin adoptarea raportului de crestere a presiunii n suflant:ascpp (3.9.5)unde ps, pa[N/m2] este presiunea aerului la iesirea din suflant, respectiv presiunea la intrarea n suflant.Presiunea aerului la intrarea n suflant va fi:a 0 ap p p (3.9.6)ncarepareprezintpierdereadepresiunedatoritrezistentelor gazodinamicea traseului de aspiratie a suflantei.Lucrul mecanic consumat pentru comprimarea unui kilogramdeaer, n mod adiabatic, va fi:1]1

1 T R1 kkLk1 kc 0 a adc[Kj/Kg] (3.9.7)n procesul real de comprimare a aerului n suflant intervin pierderi datorate: rezistentelor hidraulice; schimbului de cldur dintre peretii suflantei si aer; frecrile mecanice n lagre si altele.Gradul de perfectiune al procesului de comprimare n suflant este considerat prin randamentul adiabatic al suflantei:cadcadc' LL (3.9.8)undeLc[KJ/Kg] reprezintlucrul mecanicreal consumat pentrucomprimareaunui kilogram de aer, fr considerarea pierderilor mecanice.Tinnd seama si de pierderile mecanice ale suflantei, considerate prin randamentul mecanic al acesteia ms, se obtine lucrul mecanic efectiv necesar pentru comprimarea unui kilogram de aer,Pag. 38SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELsadcms adcadcmsccL L ' LL (3.9.9)unde s = adcms reprezint randamentul global al suflantei.Mrimile randamenteloradssimsdepind de tipulconstructiv alsuflantei, sau, n general al compresorului (pentrucompresor cupiston:adc=0,850,95, iarms= 0,750,85; suflant cu rotor; adc = 0,700,84, iar ms = 0,900,98).ncazul sistemului desupraalimentarensuccesiune, cucomprimareandou trepte, trebuie calculat lucrul mecanic efectiv necesar pentru comprimarea unui kilogram de aer n fiecare treapt:1 ms 1 adk1 k1 c 0 a 1 c11 T R1 kkL 1]1

[KJ/Kg] (3.9.10)si 2 ms 2 adk1 k2 c 1 s a 2 c11 T R1 kkL 1]1

[KJ/Kg] (3.9.11)ncare:c1sic2reprezintrapoarteledecrestereapresiunii nurmacomprimrii aerului n treapta nti, respectiv n treapta a doua;ad1siad2;ms1,ms2sunt randamentele adiabatice, respectiv mecanice; Ts1 [K] - temperatura aerului la intrarea n treapta a doua de comprimare.Raportul de crestere a presiunii n cele dou trepte de comprimare va fi:2 c 1 c1 ssa1 scpppp

,_

,_

(3.9.12)n care ps1 reprezint presiunea aerului dup comprimare n prima treapt.Distribuirea raportului total de crestere a presiunii c, pe cele dou trepte c1 si c2, trebuie astfel fcut nct s se obtin economicitate maxim la regimurile de functionare principale ale motorului.Pag. 39SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELPuterea necesar pentru actionarea suflantei:sadc ams adcadc asL B L BP [Kw](3.9.13)Puterearelativnecesarpentruactionareasuflantei, respectivcotapartedin puterea indicat a motorului, corespunztoare pentru realizarea supraalimentrii este:issPP (3.9.14)Cresterea temperaturii aerului ca urmare a comprimrii n suflant va fi obtinut din expresia lucrului mecanic Ladc = Cpc[Tad - To] (3.9.15)unde Cpc [Kj/Kg grd] reprezint cldura specific a aerului.Lucrul mecanic real de comprimare va fi:( )adcadc0 s pc cLT T C ' L (3.9.16)si adcadpc adcadc0 s sTCLT T T (3.9.17)Temperatura aerului la iesirea din suflant va fi:11]1

+ + ck1 kc0 S 0 S11 T T T T [K] (3.9.18)Pag. 40SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELII. Stabilirea parametrilor turbinei cu gaze.Turbina cu gaze, pentru actionarea suflantei, poate fi de presiune constant, sau cu impuls. n cele ce urmeaz se admite c se determin parametrii unei turbine de presiune constant.Debitulde gaze care trece prin turbin, Bg, trebuie s fie egalcu debitulde aer refulat de suflant, la care se adaug consumul de combustibil al motorului3600P cB ' C B Be ea e a g+ + [Kg/s] (3.9.19)sau( )3600' A 1P c Ba 0e e g + [Kg/s] (3.9.20)Dup datele experimentale Bg = (1,031,04)BA.Lucrul mecanic adiabatic care se obtine prin destinderea unui kilogram de gaze, de la presiunea pT naintea turbinei, pn la presiunea p0 dup turbin va fi:11]1

,_

11k 1 kT0T g11adTp' p1 T R1 kkL [KJ / Kg] (3.9.21)sau111]1

1k1T g11adTe1 k11 T R1 kkL[KJ / Kg] (3.9.22)unde: k1 1,35 este exponentul adiabatic mediu al gazelor n procesul de destindere; Rg[Kj/Kggrd]- constanta gazelorde evacuare; TT[K] - temperatura amesteculuide gaze la intrarea n turbin; e = pT/p0 - raportul de reducere a presiunii n turbin.Lucrul mecanic adiabatic, obtinut prindestindereagazelor nturbin, poatefi exprimat prin cderea adiabatic de entalpie, care va fi:Pag. 41SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIEL( )111]1

1k1T pTam 0 T pTam adTe1 k11 T ' ' C ' T T ' ' C H (3.9.23)unde: CpTam [Kj/Kg grd] este cldura specific a amestecului de gaze si aer la presiune constant, la intrarea n turbin.Randamentul adiabatical turbinei reprezintraportul dintrecdereadeentalpie real ctre cderea adiabatic de entalpie:adTadTHH (3.9.24)Pentruturbinelecuosingurtreapt, carelucreazcugazearse, evacuate, adT=0,750,85.Randamentul interioral turbinei, carecaracterizeazperfectiuneaprocesului de transformare a energiei gazelor n turbin si prin care sunt considerate toate pierderile,n afar de pierderile mecanice, va fi:adT uadTiadTiiTHHHHHH

,_

,_

(3.9.25)n care: u reprezint randamentul periferic; Ht [Kj/Kg] - cderea de entalpie interioar a turbinei.ConsiderndpierderilemecaniceprinrandamentulmT, seobtinerandamentulefectiv al turbinei:mT adT u mT iT T (3.9.26)Acest randament caracterizeaz transformarea cderiidisponibile de entalpie,n energiemecanic, carepoatefi receptionatlaarboteleturbinei. Mrimeaacestui randament se afl ntre limitele 0,72 0,82.Puterea turbinei cu gaze va fi:Pag. 42SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELT adT g TL B P [Kw] (3.9.27)Puterea relativ a turbinei cu gaze, pentru presiuni ale aerului de supraalimentare cuprinse ntre 1,3 3,0 bar, variaz ntre 0,15 0,30. Pentru turbosuflante cu rotatie liber trebuie ndeplinit conditia:S T (3.9.28)III.Interdependenta dintre presiunea gazelor arse si presiunea aerului de supraalimentare.n baza egalittii (3.9.28) se poate scrie:ms adcadc aT adT gL BL B (3.9.29)sau) 30 . 9 . 3 ( 1 1 '1 1 1 0 1 0 1111111]1

,_

111]1

,_

Din expresia (3.9.30) se poate determina presiunea gazelor arse naintea turbinei cu gaze (care functioneaz la p constant), astfel:11]1

,_

+

,_

11k 1 kT0s Tag0rag11k1 kasp' p1BBTTRRk1 k1 kk1pp (3.9.31)Notnd:ag11kRRk1 k1 kkC (3.9.32)si Pag. 43SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELms adc T0ragTTTBBC (3.9.33)se obtine:11]1

,_

+

,_

11k 1 kT0T Kk1 k0sp' p1 C C 1pp(3.9.34)Expresia (3.9.34) arat c presiunea aerului de supraalimentare ps depinde de:presiunea gazelor arse naintea turbinei pT; temperatura gazelor arse naintea turbineiTT.Randamentul total al suflantei:ms adc T TS (3.9.35)Randamentul total al turbosuflantei poatefi determinat tot dinconditiaegalittii dintre puterea turbinei si puterea suflantei, scris sub forma:( ) ( )ms adc0 s pe a T 0 T pT g1T T C B ' T T C B (3.9.36)de unde rezult:Ts0 T0 spTpcgams adc T TSTTC' T TT TCCBB (3.9.37)unde:pTpcgaCCBBC (3.9.38)Pag. 44SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR NAVALE CU ARDERE INTERNACRISTEA DANIELConformrelatiilor de mai sus, randamentul total al turbosuflantei este directproportional cu crestereatemperaturii aerului n suflantsi invers proportional cu reducerea temperaturii gazelor arse care trec prin turbin. La turbosuflantele folosite pentru supraalimentarea motoarelor navale TS=0,50,65.Fig. 3.9.1. Dependenta dintre presiunea gazelor pT si presiunea aerului pS pentru diferite mrimi CT.Considernd temperatura gazelor arse naintea turbinei situat ntre limitele TT800 1000 [K] siTS=0,40,6 factorulCTvariaz ntre 0,9 si1,2; n aceste conditii dependenta dintre presiunea gazelor arse si presiunea aerului de supraalimentare este prezentatn fig.3.9.1.,ncazulunormrimi(TT, T0siTS) impuse, pentru cresterea presiunii aerului de supraalimentare trebuie actionat asupra presiunii gazelor arse. Pag. 45