I. Състав и принцип на STC система за свръхзареждане
Технологията Sequential TurboCharging (STC) е усъвършенствана техника за турбокомпресор, която интегрира два или повече турбокомпресора, за да работят паралелно. Тъй като натоварването и скоростта на дизеловия двигател се увеличават, тези турбокомпресори се активират последователно въз основа на предварително зададени работни условия [1]. Тази технология специално адресира предизвикателствата за съвпадение и производителност между традиционните дизелови двигатели и турбокомпресори, като има за цел значително да подобри ефективността и икономичността на двигателя при условия на ниска скорост и високо натоварване, като същевременно оптимизира общата изходна мощност и емисиите.
1. Състав на STC система за свръхзареждане
STC е енергийно ефективна и високоефективна технология за компресор, използвана предимно в дизелови двигатели за големи кораби, тежкотоварни превозни средства и индустриални приложения.
Задвижващият дизелов двигател PA6 използва тази технология, включваща система за управление STC и два паралелни турбокомпресора за изгорели газове от първа степен за поетапно компресиране.
Сред двата турбокомпресора за отработени газове на дизеловия двигател PA6-STC:
- Този, който е директно свързан към изпускателния колектор на колона А, служи като първичен турбокомпресор, наричан турбокомпресор на колона А.
- Този, свързан към изпускателния колектор на колона B, действа като контролиран турбокомпресор, известен като турбокомпресор в колона B.
По време на работа на дизеловия двигател отработените газове задвижват единия или и двата турбокомпресора на първи етап на отработените газове, които компресират входящия въздух, повишавайки входящото налягане и температура. Този процес повишава ефективността на горене и подобрява мощността и ефективността на дизеловия двигател.
Системата за управление на STC се състои от четири пневматични дроселови клапи, STC контролер и кутия за електромагнитен клапан за откриване на дроселна клапа. Той непрекъснато следи критични параметри като скорост на дизеловия двигател, натоварване и температура на отработените газове. Въз основа на тези параметри системата управлява работата на турбокомпресорите. По-конкретно:
- Газовият клапан е монтиран на входа на турбината на турбокомпресора на B-колоната.
- Въздушният клапан е монтиран на изхода на компресора на турбокомпресора на B-колоната.
- Байпасният клапан (за предотвратяване на пренапрежение на турбокомпресора) е монтиран между изхода на компресора и входа на турбината.
- Изпускателният клапан (за предотвратяване на прекомерно налягане в цилиндъра при ниска температура) е монтиран във всмукателната система преди двигателя.
Контролерът STC е основният компонент на системата за управление, отговорен за събирането на данни за скоростта на турбокомпресора, налягането на форсиране, скоростта на дизеловия двигател, позицията на резервоара за гориво и нулевото положение на резервоара за гориво [2]. Той контролира отварянето и затварянето на четирите бътерфлай клапи, позволявайки на турбокомпресора на B-колоната да бъде включен или изключен според нуждите, като по този начин отговаря на изискванията за производителност на дизеловия двигател при различни условия на натоварване.
2. Принцип на работа на турбокомпресора за отработени газове
Турбокомпресорът за отработени газове на дизеловия двигател PA6-STC се състои основно от центробежен компресор и турбина за отработени газове, както е показано в напречното сечение на турбокомпресора за отработени газове (Фигура 1). Тези компоненти са монтирани на един и същ основен вал и функционират като високоскоростна въртяща се машина, способна да достигне скорости на въртене от десетки хиляди оборота в минута или по-високи.
Принципът на работа на системата за компресор STC включва високотемпературния, високоскоростен отработен газ, изпускан от цилиндрите на дизеловия двигател, навлизащ в корпуса на входа на турбината без водно охлаждане през пръстена на дюзата, за да се разшири. Това разширение преобразува топлинната енергия в механична енергия, задвижвайки турбината да се върти и на свой ред върти работното колело на коаксиалния компресор. След това отработените газове се охлаждат от корпуса на изхода на турбината с водно охлаждане, преди да бъдат изхвърлени в атмосферата.
Компресорът засмуква свеж въздух през всмукателната система и го компресира. Сгъстеният високоскоростен въздух преминава през дифузора за допълнително херметизиране и след това протича през междинния охладител за охлаждане и понижаване на налягането. Накрая охладеният въздух навлиза във всмукателния колектор на дизеловия двигател и се подава към цилиндрите, постигайки целта на свръхзареждане. Този процес позволява на дизеловия двигател да поема повече въздух и да изгаря повече гориво, като по този начин повишава мощността и топлинната ефективност.
3. Основен принцип на системата за управление на STC
Системата за компресор STC работи в два основни режима: 1TC (единичен турбокомпресор) и 2TC (двоен турбокомпресор), както е показано на фигура 2, схематичната диаграма на системата за компресор STC.
Когато дизеловият двигател работи при ниско натоварване, газовият клапан и въздушният клапан са затворени. В това състояние е активен само турбокомпресорът на колона А, докато турбокомпресорът на колона В е изолиран от затворените клапани и остава неактивен. Тази конфигурация се нарича режим на работа 1TC (единичен турбокомпресор) [3-4]. По време на този режим изгорелите газове от цилиндрите на A-колона и B-колона са достатъчни, за да отговорят на оперативните изисквания на турбокомпресора на A-колона, осигурявайки оптимална работа на главния двигател при условия на ниско натоварване. Това повишава изходната мощност и горивната ефективност на задвижващия дизелов двигател при ниски натоварвания, като същевременно намалява температурата на отработените газове и разхода на гориво.
Когато двигателят достигне условия на високо натоварване, газовият клапан и въздушният клапан се отварят, позволявайки на турбокомпресора, управляван от B-колона, който преди не е работил, да се включи успоредно с турбокомпресора от A-колона. Това води до едновременно работещи паралелни турбокомпресори от A-колона и B-колона, което е обозначено като режим на работа 2TC (двоен турбокомпресор). Тъй като натоварването и скоростта на дизеловия двигател се увеличават от ниско на високо и достигат предварително определен праг, системата преминава от режим 1TC към 2TC. Обратно, когато натоварването и скоростта намалят, системата превключва обратно от режим 2TC към 1TC. Байпасният и изпускателният клапан се активират при специфични условия на работа на дизеловия двигател или при прехода между режимите 1TC и 2TC.