Phương pháp hỗn hợp ghép nối tiếp: phụ thuộc vào phương của dòng khí tăng áp đi qua máy nén dẫn động cơ khí và máy nén dẫn động từ tua bin mà ta chia thành 2 loại:
- Ghép nối tiếp thuận: máy nén dẫn động cơ khí đứng sau máy nén dẫn động bằng tua bin khí. Khí tăng áp được máy nén dẫn động bằng turbine khí hút từ môi trường sau đó được dẫn tới máy nén dẫn động cơ khí và đi vào động cơ. Trong trường hợp này lưu lượng khí nạp phụ thuộc vào lưu lượng của cụm turbine –máy nén.
- Ghép nối tiếp nghịch: lúc này máy nén dẫn động cơ khí đứng trước, lưu lượng khí cung cấp cho động cơ phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động cơ khí, vì thế phụ thuộc vào chế độ tốc độ của động cơ và lưu lượng khí cung cấp cho một chu trình là không đổi.
Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp tăng áp hỗn hợp song song
1. Động cơ 2. Tua bin 3. Máy nén
4. Máy nén dẫn động cơ khí 5. Khớp nối 6. Sinh hàn
Phương pháp hỗn hợp song song: Khí tăng áp nạp vào động cơ được cung cấp đồng thời nhờ 2 máy nén. Hình thức này rất phù hợp cho động cơ tăng áp có áp suất tăng áp trung bình.
Ưu điểm của phương pháp hỗn hợp:
- Nhờ cách ghép nối này mà sự phân bổ phạm vi làm việc của hai hệ thống hợp lý hơn. Ở phạm vi tải trọng thấp của động cơ khi mà năng lượng khí xả còn thấp, chưa đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho máy nén (được dẫn động từ tua bin) để nén khí vào động cơ với áp suất và lưu lượng mong muốn thì khí tăng áp chủ yếu được cung cấp bởi máy nén dẫn động cơ khí. Khi năng lượng khí xả đã đủ lớn, người ta cắt nguồn năng lượng cung cấp cho máy nén cơ khí và chỉ có cụm năng lượng cung cấp cho cụm tăng áp bằng tua bin-máy nén tăng áp hoạt động.
- Phương pháp này cho phép động cơ khởi động tốt, gia tốc tốt nên rất thích hợp cho động cơ 2 kỳ.
- Phương pháp lắp nối tiếp được sử dụng nhiều trong trường hợp tăng áp có áp suất tăng áp cao, đặc biệt khi tải nhỏ.
Nhược điểm: phương pháp này có hình thức bố trí lắp đặt và cấu tạo phức tạp hơn phương pháp tăng áp cơ khí và phương pháp tăng áp TB-MN.
2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tổ hợp tua bin máy nén tăng áp2.3.1 Nguyên lý hoạt động 2.3.1 Nguyên lý hoạt động
Tổ hợp TB-MN tăng áp gồm 2 phần chính là máy nén li tâm và tua bin cùng các cơ cấu phụ như bạc đỡ, hệ thống bôi trơn và làm mát…. Để hiểu rõ hơn nguyên lý cấu tạo của hệ thống tăng áp bằng tổ hợp TB-MN của động cơ Diesel, ta xét hình 2.15.
Trong đó các thông số và kết cấu chính bao gồm:
po : Áp suất không khí A : Không khí vào bộ lọc
p1 : Áp suất vào máy nén V : Máy nén của tổ hợp TB-MN T1 : Nhiệt độ vào máy nén BC : Ống dẫn khí ra máy nén p21 : Áp suất ra máy nén CD : Sinh hàn gió tăng áp
p22 : Áp suất vào sinh hàn DE : Ống dẫn nối tới xúp páp nạp pR : Áp suất khí nạp vào xy lanh F : Vòi phun nhiên liệu
T1 : Nhiệt độ vào máy nén GH : Ống dẫn khí xả tới tua bin p3 : Áp suất khí xả trước tua bin T : Tua bin khí xả
T3 : Nhiệt độ trước tua bin I : Ống dẫn sau tua bin
p4 : Áp suất khí xả trước tua bin K* : Nồi hơi khí xả (động cơ lớn) T4 : Nhiệt động sau tua bin L : Bộ giảm âm và thu tia lửa
Theo sơ đồ hình 2.15, lượng khí xả của động cơ Diesel sau khi ra khỏi xy lanh có áp suất P3và nhiệt độ T3 sẽ đi qua tua bin có áp suất P4và nhiệt độ T4 rồi qua nồi hơi khí xả trước khi ra ngoài môi trường có áp suất Po và nhiệt độ To. Tại tua bin năng lượng của khí xả sẽ làm quay rôto tua bin tạo ra động năng dẫn động trục trực tiếp máy nén nạp không khí vào động cơ sau khi đi qua sinh hàn làm mát.
Áp suất và nhiệt độ không khí là Po, To qua lưới lọc P1,T1 đến sinh hàn P21, T21vào động cơ PR, TR.
Hệ thống tăng áp bằng tổ hợp TB-MN sẽ tận dụng nặng lượng khí xả ra khỏi xy lanh động cơ để dẫn động máy nén li tâm, tăng áp suất và lượng không khí nạp vào động cơ, tăng hiệu suất và quá trình cháy và nâng cao công suất của động cơ.
2.3.2 Máy nén li tâm
2.3.2.1 Nguyên lý hoạt động
Máy nén li tâm là một thiết bị cơ khí dùng để chuyển năng lượng cơ học của trục truyền cho cánh MN được cung cấp bởi TB thành năng lượng của dòng chảy.
Các bộ phận chính của máy Hình 2.16: Bánh cánh máy nén
nén tua bin là bánh cánh máy nén, ống tăng áp, khoang gió nạp và khoang gió tăng áp. Các bộ phận chính được nêu ở hình 2.19, cấu tạo của một TB-MN tăng áp. Thường có một bộ phin lọc giảm âm hoặc một nhánh hút được lắp đặt tới khoang gió nạp. Ban đầu bánh cánh đứng yên, khoảng không gian giữa các cánh được điền đầy không khí với nhiệt độ và áp suất môi trường. Chúng ta sẽ xét một phần tử nhỏ không khí tại bán kính r.
Hình 2.17: Chuyển động quay của bánh cánh máy nén U: Vận tốc vòng của bánh cánh máy nén