Главная » Марки автомашин » Компрессор турбинный

Компрессор турбинный


Чем отличается турбина от компрессора и что лучше?

Увеличение мощности автомобиля — тема не новая, но всегда актуальная. Чтобы решить эту проблему у автовладельца есть два варианта — установить компрессор или турбину. Оба устройства призваны увеличить продуктивность работы двигателя, но каждое имеет свою нюансы и особенности. Ниже рассмотрим, чем отличается турбина от компрессора и установка какого именно устройства будет нужна в конкретных случаях.

Немного теории

Для начала стоит разобраться, каким именно способом увеличивается мощность силового агрегата. Сперва банальное описание, как функционирует ДВС: работает он на воздушно-топливной смеси, которая воспламеняется и сгорает в цилиндрах, обеспечивая мотор необходимой энергией для работы. Смесь состоит из двух компонентов — воздуха и топлива (дизель или бензин).

Для эффективного сгорания топливо-воздушной смеси в цилиндрах требуется определенное количество топлива и определенное количество воздуха. И если с подачей большего количества топлива особых проблем нет, то загнать в цилиндр больше воздуха уже не так просто.

Для решения этой задачи может использоваться турбина или компрессор, которые мы и рассматриваем в данной статье. И хотя оба этих устройства нагнетают воздух в двигатель, работают они по совершенно разным принципам.

Компрессор

Это устройство нагнетания воздуха механического типа, оно появилось раньше турбин, но до сих пор используется как производителями автомобилей, так и тюнинговыми автосервисами. Компрессор монтируется, можно сказать, «рядом с мотором» и напрямую не вмешивается в его конструкцию.

Существует три типа компрессоров: центробежный, роторный и винтовой. Основное отличие между ними заключается в способе сжатия воздуха и его подаче на впуск двигателя.

Принцип работы центробежного, роторного и винтового компрессора

Центробежный компрессор — это крыльчатка, которая вращается с большой скоростью и нагнетает воздух в корпус компрессора. Скорость вращения может достигать 50-60 тысяч оборотов в минуту. При этом воздух, который попадает в центральную часть крыльчатки, смещается к ее краю под действием центробежной силы. В результате воздух выходит из крыльчатки с высокой скоростью, но под низким давлением. Дальше, для повышения давления воздуха используется диффузор, который состоит из расположенных вокруг крыльчатки лопаток. Эти лопатки преобразуют быстрый поток воздуха с низким давлением в медленный поток воздуха, но большим давлением. Данный тип компрессора является самым распространенным и самым эффективным.

Роторный компрессор состоит из двух кулачковых валов, которые вращаются и нагнетают воздух во впускной коллектор. Роторные компрессоры, отличаются большими размерами и располагаются непосредственно над двигателем.

Винтовой компрессор состоит из двух роторов, похожих на набор червячных передач. В результате их движения воздух оказывается  между лопастями, таким образом он сжимается и подается на впуск двигателя. Винтовой ротор требует высокой точности при производстве, поэтому он достаточно дорогой.

Какой бы не была конструкция компрессора, он всегда навешивается на ременную передачу коленчатого вала, а значит для сжатия воздуха он использует энергию самого двигателя.

Плюсы компрессора:

Минусы компрессора:

Турбина

Принцип работы турбины

В отличие от компрессора, турбина «встраивается» в двигатель, использует его масло и функционирует от выхлопных газов, то есть происходит «вмешательство» в систему выпуска.

Принцип работы турбины следующий: газы поступают на выпуск двигателя, далее идут на горячее колесо турбины (раскручивая его), энергия вращения передаётся на холодное колесо, которое начинает быстро вращаться и нагнетать воздух на впуск двигателя.

Плюсы турбины:

Минусы турбины:

Фактически, главный и единственный плюс турбины — это внушительное увеличение мощности двигателя, дальше идут одни минусы. 

Читайте также: Что такое TSI двигатель.

Что лучше турбина или компрессор?

На самом деле всё зависит от того, какой именно эффект нужен автовладельцу, а это всегда строго индивидуально. Можно подвести следующие итоги.

Турбина. Даёт огромный прирост мощности двигателя, вплоть до 40%. Актуально для ралли-заездов или для поклонников стритрейсинга. Правда, придётся серьёзно потратится, как на покупку самого устройства, так и на его монтаж, настройку и техобслуживание. Плюс нужно мириться с большим расходом масла, туролагом и частыми ремонтами.

Компрессор. Подходит водителям, которым не нужна такое внушительное повышение мощности двигателя. При этом автовладелец не хочет иметь проблем с обслуживанием оборудования, поскольку компрессор используется по принципу «поставил, настроил и забыл» — его срока эксплуатации хватит на весь период пользования машиной. Да и стоимость самого устройства в разы ниже.

Поделиться ссылкой

Похожие статьи

avtonov.com

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором

 

Турбореактивный двигатель (ТРД) – это наиболее известный и востребованный тип газотурбинных двигателей (ГТД), который широко используется в гражданской и военной авиации. ТРД, как и все остальные виды ГТД, относятся к тепловым машинам, а это значит, что выработанная ими энергия получена в результате сжигания топлива. Именно эти двигатели стали первыми газотурбинными двигателями, которые заменили собой поршневые в авиастроении.

История ТРД берет начало в 30-х годах, когда в СССР и Европе были проведены исследования и созданы первые опытные образцы турбореактивных двигателей для самолетов: отечественные АЛ, немецкий HeS3B, английский W. Вскоре интерес к ним проявили и авиаконструкторы из США и Японии. Первый советский турбореактивный истребитель ЯК-15, оснащенный двигателем РД-10 появился сразу после Второй Мировой Войны – в 1946 году. С тех пор практически все военные самолеты летали именно на реактивных двигателях.

Устройство и принцип работы реактивного двигателя

Все модели двигателей семейства ГТД имеют схожее строение, а их работа основывается на вращении турбины, что и дало название всему семейству. Строение турбореактивного двигателя с одной стороны проще, чем у других видов, но с другой имеет ряд особенностей. Итак, ТРД состоит из компрессора, камеры (или нескольких камер) сгорания, турбины и сопла. Другие виды ГТД имеют еще и дополнительные валы, выполняющие определенную полезную работу, но в данном случае их нет, что и упрощает конструкцию, а также снижает вес.

Принцип работы ТРД соответствует принципу работы всех ГТД. Компрессор втягивает воздух, сжимает его и направляет в камеру сгорания. В ней воздух перемешивается с впрыснутым форсунками топливом, образуя топливный заряд, который при сгорании расширяется. Расширенные газы направляются в сторону турбины, вращая ее, а остатки неиспользованной энергии выходят через сужающееся сопло, образуя реактивную тягу, которая и является движущей силой. Турбина, вращаясь, приводит в движение компрессор, связанный с ней механически.

Теперь более подробно о каждой составляющей ТРД. Турбореактивные двигатели отличаются между собой по типу компрессоров, которые в них устанавливаются. Они могут быть осевыми, центробежными или комбинированными. В данной статье будут рассматриваться ТРД с осевым компрессором.

Элементы двигателя

Осевой компрессор

Осевой компрессор представляет собой вал с подвижными дисками, на концах которых закреплены рабочие лопатки, называемый ротором, а между этими дисками находятся неподвижные направляющие лопатки, закрепленные на внутренней стороне корпуса, — статор. Ротор работает, как обычный вентилятор, только лопастей у него больше и скорость вращения выше. Поток воздуха, пройдя через подвижные лопатки, закручивается, и чтобы его выровнять, используется статор. Неподвижные лопатки статора тормозят воздух и придают ему нужный вектор движения, направленный вдоль оси вала. Именно поэтому компрессор и называется осевым.

Каждая пара рабочих и направляющих лопаток формирует одну ступень компрессора. Таких ступеней обычно несколько (их число может достигать 15) и расположены они одна за другой. В результате получается чередование подвижных и неподвижных лопаток, расположенных вдоль вала. Одна ступень увеличивает давление воздуха в незначительной степени, но при прохождении всех их оно достигает нужного значения. Уменьшение скорости на статоре увеличивает давление и температуру, так что на следующую ступень воздух поступает уже сжатым и нагретым. С каждой последующей ступенью давление и температура в компрессоре повышаются. Количество ступеней определяется при проектировании двигателя и зависит от требуемого значения степени сжатия в камере сгорания.

Для получения большего значения величины давления корпус компрессора может постепенно сужаться, что дополнительно увеличивает напор внутри и контролирует осевое направление движения потока. С этой же целью ротор может иметь конусную форму, а в некоторых случаях сечение канала сужается путем комбинирования конусной формы и корпуса, и ротора.

Компрессор может быть одно- или многокаскадным. Первый тип представляет собой ротор и статор с необходимым числом ступеней. Он используется в обычных турбореактивных двигателях. Многокаскадный компрессор – это два и более узла, каждый из которых оснащен своей приводной турбиной. Его использование позволяет более точно и эффективно управлять режимами работы двигателя и настраивать их под определенную нагрузку. Такие компрессоры нашли применение как на обычных, так и на двухконтурных ТРД.

Если сравнивать осевой и цетробежный компрессоры, более эффективным считается первый. КПД осевого компрессора может достигать 90%, к тому же он более легкий и компактный и имеет большую производительность. Именно поэтому авиаконструкторы чаще отдают предпочтение именно ему.

Камера сгорания

Камера сгорания газотурбинных двигателей в основном представлена 3 типами. Камера сгорания представляющая собой «кольцо», которое охватывает корпус мотора, или же отдельные трубы, называемые жаровыми, а вот гибрид этих двух КС, так называемый трубчато-кольцевая камера сгорания использовалась в переходный момент от трубчатой КС к кольцевой КС и редко где встречается. Поверхность камеры сгорания имеет своеобразную перфорацию для эффективного сжигания топлива и воздушного охлаждения. В ней расположены форсунки, подающие топливо (в самолетах это авиационный керосин). При контакте с сжатым горячим воздухом оно воспламеняется, в результате чего образуются расширенные газы с высоким зарядом энергии.

Трубчатая КС Кольцевая КС

Основная функция камеры сгорания, это подвод тепловой энергии к воздушному потоку, получаемой в результате химической реакции окисления топлива кислородом воздуха, то есть попросту его сгорания. Дополнительная энергия подводимая к потоку, проходящему через камеру сгорания в частности и всецело через двигатель, позволяет уравновесить потери, и разогнать этот поток в сопле с целью получения достаточной тяги для придания движения двигателю и как следствие, летательному аппарату.

Турбина

Турбина – это «компрессор наоборот»: если лопасти компрессора вращаются, чтобы затягивать воздух в корпус, то лопасти турбины вращаются, потому что на них воздействуют расширенные газы. По своей структуре турбина практически не отличается от компрессора, имея неподвижные лопатки статора и подвижные ротора. Но в ее случае статор находится впереди, а ротор – за ним (сначала поток газов выпрямляется, а затем попадает на рабочие лопатки). Ступеней у турбины меньше, обычно их количество не более 4-х, а то и меньше; есть даже одноступенчатые модели. Работает турбина следующим образом: из камеры сгорания расширенные газы попадают на рабочие лопатки и вращают их. Поскольку основная и единственная задача турбины ТРД – вращение компрессора, ей достаточно небольшого количества ступеней. Излишек энергии, не потраченный на вращение турбинного ротора, в прямом смысле слова «вылетает в трубу», то есть в сопло, обеспечивая реактивную тягу.

Сопловой аппарат

Сопла ТРД тоже бывают разными. Они могут иметь переменное сечение, сужаясь к выходу, а могут сначала сужаться, а затем расширяться. В некоторых моделях самолетов можно регулировать сечение сопла и направление тяги, могут быть устройство реверса или отклонения вектора тяги, различные шумопоглощающие устройства или  приспособления для снижения инфракрасной заметности. Сопловой аппарат это так же и форсажная камера.

Основная задача сопла — это формирования необходимых параметров потока газа, выходящего из двигателя. Срабатывание энергии газа в поступательную энергию двигателя и движение самолета. Сопла для реактивных двигателей бывают 2 видов, в зависимости от расчетной скорости полета самолета. Для двигателей самолетов, летающих с дозвуковой скоростью применяют сопло со сужающимся сечением к срезу сопла. Сопло для двигателей сверхзвуковых самолетов применяют уже с расширяющимся сечением к срезу сопла, так называемое сопло Лаваля.

1 — обычное жесткое сужающееся сопло, 2 — сопло Витошинского, 3 — сопло Лаваля

В современной авиации из соображений наибольшей оптимальности работы двигателей на всех режимах полета самолета (максимального приближения к расчетному режиму), то есть обеспечения большой тяги с минимальными потерями, сверхзвуковые сопла делаются регулируемыми.

Система управления двигателем

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, турбореактивный двигатель – это сложная система, которой практически полностью управляет «умная» автоматика. Пилот определяет нагрузку с помощью одного только рычага, тогда как многочисленные датчики и регуляторы выполняют остальную работу, настраивая двигатель на нужный режим работы.

Преимущества и недостатки

Турбореактивными двигателями с осевым компрессором оснащаются большинство самолетов с ТРД. К ним относятся большинство современных гражданских самолетов, а также военные истребители и бомбардировщики. Такое широкое применение объясняется наличием у турбореактивного двигателя ряда преимуществ, выгодно выделяющих их среди других видов моторов. Во-первых, их конструкция наиболее простая среди ГТД, во-вторых, они имеют компактные габариты и малый вес, в-третьих, они менее шумные, чем турбовинтовые (ТВД) или турбовальные (ТВаД) двигатели. Но главным их преимуществом является возможность преодолевать звуковой барьер, что особенно важно в военной авиации.

К недостаткам ТРД можно отнести их «прожорливость». Среди моторов семейства ГТД они занимают первое место по расходу топлива, так что порой намного выгоднее заменить их теми же ТВД. Это объясняет то, что они редко используются на самолетах с низкими скоростями, летающими на дальние расстояния. Еще один недостаток – их дороговизна. Достаточно представить, в каких условиях работает турбина, чтобы понять: обыкновенные материалы не смогут выдержать таких нагрузок. Для изготовления лопастей турбин используются сверхпрочные жаростойкие материалы, способные выдержать «адские» условия работы, а стоят они, соответственно, немало.

В последнее время традиционные турбореактивные двигатели начали вытесняться другими своими подвидами, например, двухконтурными ТРД. Прогресс не стоит на месте, а авиаконструкторы постоянно борются за повышение мощности и эффективности моторов в комплексе с уменьшением их веса, что так важно для авиации. И все же ТРД рано списывать со счетов – они по-прежнему востребованы, о чем свидетельствует их широкое применение.

Небольшое видео, представленное ниже про работу турбовентиляторного двигателя, продемонстрирует работу турбореактивного двигателя с осевым компрессором, т.к. принцип у них одинаков.

zewerok.ru

Компрессоры турбинные - Справочник химика 21

    Каждая компрессорная установка включает в себя собственно компрессор, обычно двух- или трехкорпусный, редуктор, двигатель, межсекционные охладители газа и сепараторы влаги, маслосистему, систему управления и КИП, а также систему уплотнения вала, предотвращающую утечки сжимаемого газа в, машинный зал (кроме воздушной машины). Корпуса компрессоров, турбин, промежуточных редукторов монтируют на общей раме. [c.401]

    Обкатка насосов, компрессоров, турбин, автоматики [c.333]

    В случае использования для привода компрессора турбины или паровой машины они работают в конденсационном режиме, а чаще всего с противодавлением, отдавая при этом мятый пар в ту же систему, куда идет отработавший пар других агрегатов. В последнем случае при наличии достаточного количества потребителей отработавшего пара установка будет экономичнее, чем привод компрессора от электродвигателя. [c.18]

    Подшипники Передний ко.мпрессора Задний компрессора Турбины [c.449]

    Детали корпусов самолетов, компрессоров, турбин, газоходов двигателя. До 450° С. сплавы ВТ5 и ВТ5-1 от -196° С [c.41]

    Коллектор (см. рис. 1.95иметь большую степень поджатия (осевые компрессоры, турбины). Если степень поджатия должна быть небольшой (вентиляторы) и радиальные габариты патрубка существенно ограничены, рекомендуется использовать патрубок, в котором кольцевой коллектор образуется одной криволинейной поверхностью [c.129]

    Двигатели внутреннего сгорания, станки, компрессоры, турбины [c.28]

    Существует множество других устройств, предназначенных для полной или частичной герметизации подвижных узлов. К таким устройствам относятся широко распространенные лабиринтные и щелевые уплотнения, применяемые в компрессорах, турбинах, газодувках, вращающихся барабанах, сушилках и др. Лабиринтное уплотнение состоит из ряда последовательно расположенных в сопряженных деталях выступов и впадин (канавок). Уплотнение достигается созданием гидравлического сопротивления в результате дросселирования утечки жидкости или газа при прохождении через ряд узких зазоров. [c.74]

    Замена воздуха кислородом позволила бы упростить технологическую схему получения азотной кислоты и исключить из нее компрессоры, турбины, приводы, некоторые теплообменники и другие аппараты. Однако стоимость кислорода еще велика, поэтому способ пока не нашел применения. [c.73]

    Вследствие протекания процессов, характеризуемых составляющими уравнения механической энергии р (V ) и (т уг), жидкость может быть нагрета (или охлаждена) без подвода энергии извне. Следовательно, когда мы говорим об изотермической системе , в действительности имеются в виду такие условия, при которых в результате выделения (или поглощения) тепла за счет указанных выше процессов температура существенно не изменяется. Переход механической энергии во внутреннюю, определяемый членом р (у- )> вызывает заметное изменение температуры при внезапном расширении или сжатии газов, например в компрессорах, турбинах и ударных трубах. Диссипация энергии, характеризуемая членом (т приводит к измеримым изменениям температуры только в высокоскоростных потоках, в которых градиенты скорости велики, например при полете с большой скоростью, при экструзии и в слое смазки. Один пример подобного нагрева обсуждается в разделе 9.4 (стр. 253). [c.85]

    При непосредственном перепуске газа через дроссельный клапан энергия сжатого газа теряется. Эту энергию можно использовать, перепуская газ через расширительную турбину (турбодетандер), колеса которой насаживают непосредственно на вал компрессора. Турбина в этом случае размещается в общем корпусе с компрессором. Антипомпажная турбина, однако, повышает потери от трения и вентиляции при эксплуатации компрессора в области устойчивой работы, усложняет конструкцию машины и повышает стоимость компрессора. Поэтому анти-помпажную турбину устанавливают только в том случае, если центробежный компрессор большую часть времени работает с антипомпажным регулированием, что случается весьма редко. [c.181]

    У газотурбинной установки с замкнутым циклом (фиг. 36) процесс сгорания заменен подводом тепла извне. Воздух, расширившийся в турбине, охлаждается и снова сжимается в компрессоре. Давление воздуха, участвующего в рабочем процессе закрытого цикла, значительно выше, чем в процессе открытого, например, за компрессором Рд. = 50 атм, следовательно, его объем уменьшается, что, в свою очередь, вызывает уменьшение размеров компрессора, турбины и регенератора. Удельная мощность в этом случае несколько ниже, [c.45]

    Трансформаторы тепла, применяемые в теплоэнергетике, осуществляют обратные круговые процессы различными путями. Здесь применяют установки с компрессорами (турбинными и ротационными), с электроприводом и приводом от паровой турбины, пароструйные компрессоры и термохимические трансформаторы тепла [43]. [c.11]

    В этих условиях все углеводородные компоненты масла и тем более смолистые вещества в той или иной степени могут вступать в реакции окисления. Направление и скорость окисления и дальнейших сложных химических превращений компонентов масла зависит от химического состава масла, условий эксплуатации и главным образом от температуры. С точки зрения химического состава наиболее стабильными являются масла, не содержащие в заметных количествах смолистых, сернистых и кислородных соединений и состоящие в основном из смеси малоциклических нафтеновых, ароматических и смешанных (гибридных) нафтеново-ароматических углеводородов с длинны ш боковыми цепями предельного характера. С точки зрения условий эксплуатации наиболее быстро и глубоко протекают всевозможные реакции окисления и уплотнения на сильно нагретых (200—300 °С) деталях поршневой группы двигателей внутреннего сгорания и воздушных компрессоров. Турбинные й трансформаторные масла нагреваются в условиях эксплуатации только до 60—80 °С, однако их стабильность должна быть также очень высока, учитывая весьма длительный срок эксплуатации единовременной загрузки этих масел. [c.197]

    Для обычно применяемого в центробежных компрессорах турбинного масла марки 22 плотность масла р = 0,87 кг/м , а теплоемкость с = 1,89 кДж/(кг-К). Прн числе упорных колодок 2 = 10 и повышении температуры масла в упорной части подшипника АТ — 15 К [c.282]

    В большинстве случаев осевые вентиляторы (а также насосы, компрессоры, турбины) рассчитываются на постоянные по радиусу циркуляцию и осевую скорость без учета потерь давления и их изменения по радиусу. Если это не будет оговорено специально, речь далее будет идти только о таких вентиляторах. В некоторых случаях целесообразен расчет вентиляторов (и особенно компрессоров) на переменную циркуляцию по радиусу, а также с учетом изменения по радиусу потерь давления, что приводит к изменению по радиусу и осевой составляющей скорости. [c.67]

    На конструкции промышленных неавиационных энергосиловых установок оказали влияние конструкции авиадвигателей. Причем для изготовления наиболее ответственных узлов и деталей (диски и лопатки осевых компрессоров, турбины, топливно-масляные системы, система регулирования и др.) неавиационных энергосиловых установок пользуются часто услугами фирм-изготовителей авиадвигателей. [c.36]

    Энтропия. Расчеты энтропии системы необходимы при определении ее энтальпии и основаны на втором законе термодинамики. Энтропия 5р любого реального процесса всегда должна быть больше нуля. Если бы 8 была равна нулю, то это означало бы, что процесс совершается без трепия. Такие процессы называются обратимыми. В расчетах обычно принимают, что в механизмах, совершаюш их работу (насосах, компрессорах, турбинах), процессы являются адиабатическими и обратимыми. В этих случаях, согласно второму закону термодинамики, 52 = 5 , поэтому такие процессы называют также изоэнтропийными. Идеальные, или теоретические, значения работы приводятся к реальным значениям с помош ью к. п. д. [c.106]

    Очищенные нефтяные масла практически пе содержат нестойких непредельных соединений, и поэтому при хранении, в отличие от крекинг-продуктов, они достаточно стабильны. Иначе обстоит дело в рабочих условиях, когда нефтяные масла подвергаются воздействию кислорода воздуха при повышенных температурах и каталитическом влиянии материала смазываемых машин и механизмов. В этих условиях все углеводородные компоненты масла и тем более смолистые вещества в той или иной степени могут вступать в реакции окисления. Направление и скорость окисления и дальнейших сложных химических превращений компонентов масла зависит от химического состава масла, условий эксплуатации и главным образом от температуры. С точки зрения химического состава наиболее стабильными являются масла, не содержащие в заметных количествах смолистых сернистых и кислородных соединений и состоящие в основном из смеси малоциклических нафтеновых, ароматических и смешанных (гибридных) нафтеново-ароматических углеводородов с длинными боковыми цепями предельного характера. С точки зрения условий эксплуатации наиболее быстро и глубоко протекают всевозможные реакции окисления и уплотнения на сильно нагретых (200—300° С)-деталях поршневой группы двигателей внутреннего сгорания и воздушных компрессоров. Турбинные и трансформаторные масла нагреваются в условиях эксйлуатации только до 60—80 С, однако их стабильность должна быть также очень высока, учитывая весьма длительный срок эксплуатации единовременной загрузки этих масел. [c.193]

    Коэффициент полного сопротивления С,а осекольцевого диффузора с прямолинейными образующими (см. 1.8.3.1 пп. 82, 83), расположенного за лопаточным венцом осевых турбомашин (вентиляторов, компрессоров, турбин), при свободном выходе движущейся среды в большой объем определяется по экспериментальным данным, полученным С. А. Довжиком и В. И. Морозовым [199] и приведенным на диаграмме 1.8.9-9 в виде зави имости от угла а[ при различных 02 для диффузоров с А = 0,688 и, равным 0,5 и 1,0. [c.455]

    Для преобразования динамического давления за выходным лопаточным венцом осевых турбомашин (вентиляторов, компрессоров, турбин) широко используются кольцевые диффузоры, которые выполняют как с прямолинейными образующими (осекольцевой диффузор, рис. 1.136), так и с криволинейными образующими (радиально-кольцевой диффузор, диаграмма 1.8.3-20) или комбинированными (осера-диально-кольцевой диффузор, диаграмма 1.8.3-20). [c.202]

    Замена воздуха кислородом в производстве азотной кислоть позволит упростить технологическую схему ее получения вслед ствие исключения из нее компрессоров, турбин, приводов, некото рых теплообменников и других аппаратов. Однако этот способ покг не нашел применения в промышленности, так как стоимость кис лорода еще высока. [c.284]

    Под компрессоры, турбины, насосы завод-изготовитель, как правило, подставляет литые или сварные опоры — фундаментные плиты или рамы, обеспечивающие такое сопряжение с фундамен-то.м и оборудованием, при котором достигается наиболее равномерное распределение нагрузок. Важным назначением опор под машины является снижение уровня шума и вибраций. С этой целью система оборудование — опора — фундамент должна проектироваться с учетом требований ГОСТ 12.1.003—76 Шум. Общие требования безопасности и ГОСТ 12.1.012—78 Вибрация. Общие требования безопасности . В процессе эксплуатации необходимо контролировать целостность и жесткость опор, их прочное крепление к фундаменту, состояние узлов виброизоля-ции (резиновых, пружинных, комбинированных). Детали, потерявшие необходимую упругость, должны своевременно заменяться, пружины смазываться и подтягиваться согласно инструкции и т. д. [c.93]

    Особые требования предъявляют к приемке под монтаж машинных залов, т. е. помещений, где размещаются сложные машины и механизмы — поршневые и турбинные компрессоры, турбины, центрифуги, автоматические линии и т. п. В этих пОлМещениях до начала монтажа должны быть закончены черные полы, внутренняя штукатурка, остекление, установка дверных проемов и врезка замков. Если монтируют оборудование в зимнее время, то помещение отапливают с поддержанием в нем необходимой температуры. [c.78]

    В действующих формах плана материально-технич. снабжения пар. х-ва предусматривается, что при представлении расчетов потребностп в технологич. оборудовании указываются сроки ввода в действие или окончания реконструкции соответствующих объектов, общее количество требующегося оборудования по наименованиям и тинам согласно утвержденным проектам, ожидаемое наличие оборудования к началу года, полу-чениоо по плану поставок предыдущих пор йодов, и, наконец, испрашиваемое количество иа предстоящий год, в т. ч. для обеспечения пусковых объектов. Наряду с технологич. оборудованием аналогичный порядок расчетов нотробиости применяется в отношении кислородных и холодильных установок, компрессоров, турбинных воздуходувок и газодувок, насосов разных типов и назначений, подъемно-транспортного оборудования. [c.329]

    Посещение завода "Хиросима Шипярд Энжине" фирмы "Мицубиси Хэви Индастрис Лтд", изготовляющего нефте- буровые установки, морские суда, металлургическое оборудование, аппараты для химической промышленности, компрессоры, турбины и др. [c.22]

chem21.info

Турбокомпрессоры

Получение азота. Изготовление, сборка, тестирование и испытание турбокомпрессоровпроизводится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию различные турбокомпрессоры.

Наряду с поршневыми компрессорами в промышленности используются также центробежные компрессоры или турбокомпрессоры. Нагнетание газа в них происходит путем передачи газовому потоку кинетической энергии от вращающихся лопаток рабочего колеса, которая переходит затем в потенциальную энергию давления газа. Центробежные компрессоры, в сравнении с поршневыми аналогами, обычно развивают меньшее давление, но способны обеспечивать большую производительность, что позволяет им занимать свою нишу в промышленном компрессорном оборудовании.

Турбокомпрессоры обычно применяются в энергетике и металлургии для подачи больших объемов воздуха и топочных газов. В химической промышленности их применяют как для подачи реакционных газов в аппараты, так и для продувки емкостей, трубопроводов и т.д. Нефтяная и газовая промышленности также имеют множество путей использования таких компрессоров: закачка газа в пласт, улавливание попутного нефтяного газа, сжатие и транспортировка газообразных углеводородов, а также выравнивание давления перед подачей в газопровод. Этот вид оборудования часто применяется для сжатия и подачи водяного пара, а также хладагентов в теплообменном оборудовании.

В качестве наглядного примера современного агрегата можно привести вариант многоступенчатого турбокомпрессора. Газ, перед тем как попасть в сам компрессор, проходит входной фильтр, где происходит его очистка от твердых и жидких примесей, способных оказать коррозионное, абразивное или иное негативное воздействие на детали. Далее газ поступает на входной направляющий аппарат. Данный механизм снабжен поворотными направляющими лопатками, положение которых может изменяться. Выполняя роль дроссельной заслонки, входной направляющий аппарат может регулировать подачу газа, а также он способствует увеличению КПД всего компрессора, обеспечивая дополнительную закрутку потока в направлении, совпадающем с направлением вращения рабочего колеса.

Затем газовый поток поступает на рабочее колесо первой ступени, где происходит первое увеличение его давления. Попадая на лопатки, газ испытывает давление с их стороны и отбрасывается в радиальном направлении, увеличивая свою скорость, после чего попадает на диффузор, где вихревое движение замедляется, за счет чего происходит переход кинетической энергии газа в потенциальную энергию давления. В ходе сжатия газ неизбежно нагревается, и для отвода излишка тепла из потока после первой ступени он направляется в охладитель.

Охлажденный до нужной температуры газ далее поступает на вторую ступень сжатия, которая также снабжена охладителем, как и третья. Промышленные турбокомпрессоры обычно представляют собой агрегат, в котором непосредственно компрессор объединен общим или сборным корпусом с охладителями, а также с другими дополнительными элементами, такими как система смазки, фильтрами и т.д. Проходя последовательно все ступени сжатия, на выходе получается газовый поток с необходимым давлением. Все рабочие колеса разных ступеней приводятся в движение от одного приводного вала, с которым через зубчатую передачу соединены валы, на которых расположены сами колеса.

Выше был рассмотрен пример трехступенчатого компрессора, однако возможность передавать мощность с приводного вала сразу на несколько рабочих валов открывает широкие возможности по использованию компрессоров. Так применяются комбинированные компрессоры, способные одновременно сжимать несколько газовых потоков. Это достигается установкой нескольких рабочих колес, сжимающих разные не пересекающиеся между собой потоки, на компрессоре, имеющем несколько входов и выходов, каждый для своего газа.

Каждый вал в конструкции турбокомпрессора опирается на пару подшипников и оснащен уплотнениями, обеспечивающими герметичность, и предотвращает как утечку рабочей среды, так и попадание в нее смазочного вещества, если компрессор предусматривает ее. Это особенно важные узлы для современного технологичного турбокомпрессора, поскольку от них во многом зависит много существенных параметров, таких как надежность, экономичность и срок эксплуатации. Хорошо себя зарекомендовали самоустанавливающиеся подшипники скольжения, поскольку они способны подстраиваться под изменения нагрузок, вызванных сменой режима работы компрессора.

Что касается уплотнений, то в условиях длительной эксплуатации может наблюдаться значительный износ деталей вследствие трения. По этой причине хорошим выбором будет лабиринтное уплотнение, ключевой особенностью которого является отсутствие контакта между уплотняемыми деталями: валом и корпусом. Ряд подвижных и неподвижных колец, в зависимости от места установки, создают в зоне уплотнения каналы сложной формы с постоянно меняющимся проходным сечением, что создает эффект многократного дросселирования.

В целом же весь набор дополнительного оборудования, включая привод, стараются объединить с компрессором в один агрегат, поскольку это значительно облегчает его монтаж и обслуживание. Кроме того, такой комбинированный вариант оказывается более компактным, что особенно важно в отношении громоздких промышленных турбокомпрессоров. Также агрегат может, в случае необходимости, дополняться блоком контроля и управления, с помощью которого можно как проводить постоянный мониторинг показателей турбокомпрессора, так и управлять процессом сжатия и задавать входные и выходные рабочие параметры.

Персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) всегда готов предоставить дополнительную техническую информацию по турбокомпрессорам.

Вакуумные компрессорные системы, вакуумные компрессорыВентиляторы. Турбовентиляторы. Расчет и подбор вентиляторовВинтовые компрессорыДожимная компрессорная станцияКомпрессорные установки для кислого газа, водорода, агрессивных газов, коксового газа, кислородаМембранные компрессорыОсновные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессораПоршневые компрессорыПередвижные компрессорыРасчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудованияРотационные воздуходувкиПаровые турбины Shin Nippon Machinery (SNM)ТурбодетандерыЦентробежная компрессорная установкаЦентробежные воздуходувки и газодувкиЦентробежные компрессорыУстановки для получения азотаУстановки для получения сжатого воздуха

Классификация компрессоровЛопастные компрессорыОбъемные компрессорыПрименение винтовых компрессоровПрименение поршневых компрессоровПрименение центробежных компрессоровРоторные компрессорыСмазка цилиндров поршневых компрессоровВинтовые компрессорные установкиМембранные компрессорыОсновные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессораПередвижные дизельные (винтовые) компрессорыПоршневые компрессорыРасчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудованияСравнительный анализ компрессоровЦентробежные компрессоры. Азотные компрессоры

www.intech-gmbh.ru

Предназначение турбокомпрессора, как он устроен и принцип его работы

Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.

Но увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.

Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.

Устройство турбокомпрессора

Устройство турбокомпрессора:1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.

Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).

Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.

Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.

Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.

Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер — радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.

В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.

Принцип работы

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.

Принцип работы турбокомпрессора

Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.

При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.

  1. Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).
  2. После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).

Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:

Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.

Турбина с изменяемой геометрией:1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров). Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.

Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя.

При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.

Преимущества и недостатки применения турбонаддува

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.

2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.

3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.

4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.

5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.

6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

Как работает турбина — видео:

О недостатках

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.

Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Загрузка...

avto-i-avto.ru

Приводной компрессор или нагнетатель воздуха. Установка своими руками

После того как я описал «форсировку» двигателя. Многие начали мне задавать вопрос о приводном компрессоре или нагнетателе воздуха. Ведь его реально можно поставить на наш родной ВАЗ. Сегодня я хочу рассказать про это устройство более подробно, а именно как он работает и можно ли его установить своими руками …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Вообще идея компрессоров стара как мир. Еще в 1900 годах предлагались такие устройства, чтобы увеличить мощность двигателя,  по средствам нагнетания дополнительного воздуха в цилиндры. Давайте выведу небольшое определение.

Приводной компрессор (или нагнетатель) – это узел который устанавливается на двигатель автомобиля, создает дополнительное нагнетание воздуха в камеры сгорания, что при небольшой переделки впрыска топлива дает дополнительную мощность, иногда до 30%.

Если сказать простыми словами, что получается – чудес, как говорится не бывает, если хотите увеличить мощность значит нужно сжигать больше топлива, однако чтобы его эффективно окислять ему нужно больше кислорода. Если утрировать этим то и занимается компрессор. То есть вы увеличиваете подачу топлива, например — ставите новую прошивку в ЭБУ, устанавливаете компрессор и получаете – мощность. Все просто.

ТУРБО – НЕ ТУРБО

Если кратко, то сейчас есть много конструктивных разновидностей компрессоров. Одни работают используя энергию отработанных газов (ТУРБО), другие — используя привод (НЕ ТУРБО). Именно про вторые мы сегодня и будем говорить. Кстати что лучше турбина или компрессор можете почитать по ссылке.

Если разобрать конструкцию таких узлов, то можно выявить определенное сходство строения. А именно такие компрессоры работают от привода, который не требует вмешательства в штатные системы двигателя, а именно в смазку и систему отработанных газов, что очень важно! Такая конструкция действительно очень проста – устанавливается прямая связь с «коленвалом», что позволяет отлично взаимодействовать двигателю и нагнетателю, при разгонах. То есть чем выше обороты, тем быстрее вращается «коленвал», а соответственно раскручивает нагнетатель! Благодаря такому взаимодействию практически нет такого явления как  «турбояма». Также дополнительным плюсом можно отметить отсутствие работы при больших температурах, как у ТУРБО вариантов, а это значит, что ресурс намного увеличивается – ведь здесь не нужно остывать «турбине», то есть не обязательны «турботаймеры» или «бустконтроллеры», просто глушим машину и работа прекращается. Сайт autoflit.ru рекомендует действовать точно также. Кому интересно заходите.

Типы приводных компрессоров

Настало время поговорить про устройства именно «приводных версий». Сейчас различают всего три вида: — это роторные, винтовые и центробежные. Первые два варианта нагнетают воздух при помощи определенных цилиндрических роторов или «лопастей», последний работает как кулер, то есть нагнетает лопастями.

Роторные типы

Компрессоры, которые применяются достаточно широко. Основной плюс это средняя цена, большой строк службы, высокая частота подаваемого воздуха, плавность и стабильность работы, быстрый отклик на частоту вращения коленчатого вала.

Воздух в этой системе не сжимается, он как бы заходит внутрь, а дальше в двигатель его нагнетают лопасти, которые сделаны в виде ротора. Поэтому они получили название – компрессор с внешним сжатием. Минусом является то, что при повышении давления на впуске, падает КПД.

Строение чаще всего состоит из двух роторов, на впускном и выпускном окне, смотрим фото. Располагаются они поперечно.

Недостатками этой конструкции можно назвать:

1) КПД зависит от зазоров между валами и другими деталями.

2) Самый большой нагрев из всех других типов.

3) Сильный шум и вибрацию валов.

4) Не особо сильное давление около 0,7 бара максимум.

Если подвести итог становится понятно, что этот тип далек от идеала. Некоторые могут задать вопрос —  а почему лопасти винтовые? Тут есть две причины, первая это повышения давления воздуха и вторая уменьшения шума (хотя помогает мало).

Винтовой тип

Это более совершенная и надежная конструкция нагнетателя. Принцип работы здесь также прост – сжатие происходит за счет изменения объема полостей между корпусом и винтами вращения (своеобразными роторами). Воздух здесь движется диагонально. Большими плюсами этого варианта является высокое КПД до 85%, а также большое давление воздуха (от 1 бара в выше), достигается это большими оборотами иногда до 12 000 об. Именно из-за этого можно сделать корпус более миниатюрным. Нужно сказать этот вариант из-за надежности и небольшого корпуса часто используется на гоночных автомобилях.

Минусами можно назвать только сложное строение и ремонт, что увеличивает цену конечного продукта. Если такой приводной компрессор выходит из строя, то нужно ремонтировать на специализированых станциях, желательно производителя.

Как видно на конструкции два ротора, с зубчатыми спиральными зубьями. Их профили полностью соответствуют друг другу при соприкосновении, что делает конструкцию очень надежной.

Центробежный тип

Самые распространенные на двигателях внутреннего сгорания, работают при помощи так называемых лопастей или «лопаток». Если сравнить их двумя предыдущими, то этот тип самый компактный из всех, а также он прост в технологии изготовления, что удешевляет его конечную стоимость. Зачастую его могут путать с ТУРБО вариантом (который работает от выхлопных газов), из-за схожей конструкции, однако это совсем неправильно, это два совершенно разных устройства.

Принцип строения – состоит из входной части, рабочей (лопасти-лопатки) и диффузора, который может быть как лопаточный, так безлопаточный. Обязателен, для установки и воздухозаборник, сделанный в виде «улитки».

Воздух пройдя через специальный фильтр (кстати, также обязателен, иначе вся пыль будет внутри двигателя), попадает в специальный вход которое постепенно сужается (для минимальных потерь воздуха при подводе), далее следует к колесу. Рабочее же колесо устанавливается на специальном креплении, однако бывали случаи, когда размещалось и на самом валу. Далее через механическую передачу (привод), связывается с коленвалом.

Такие варианты самые распространенные на наших отечественных авто (в частности ВАЗ). Берут их за долговечность, небольшую цену, универсальность и компактность.

Минусами таких компрессоров является – низкий КПД при малых оборотах, зато на высоких мощность двигателя может вырасти до 30% от номинала. При оборотах от 4000, давление может достигать 0,5 – 0,6 бара.

Установка компрессора на ВАЗ

Что и говорить, в основном наш отечественный рынок состоит из продукции АвтоВАЗ, именно с него начинают молодые «тюнеры», поэтому самый распространенный вопрос – а можно ли установить на ВАЗ?

Конечно можно, причем последний — центробежный тип зачастую уже идет полным комплектом, для установки именно на наши автомобили, то есть так называемый «КИТ набор».

Монтирование системы достаточно простое. Однако для начала нужно установить увеличенную прокладку между блоком и головкой блока. Так советует производитель. Далее утрированная схема подключения:

1) Настраиваем фильтр воздухозаборника.

2) Крепим корпус на кронштейн

3) Подключаем  приводу коленвала.

4) Закрепляем приводной ремень

5) Пользуемся.

Сейчас небольшое видео для понимания.

Что можно добиться — как я писал выше, на высоких оборотах давление может достигать 0,5 — 0,6 бара. Если правильно настроить впрыск топлива прошить ЭБУ, либо перенастроить карбюратор, то можно добиться 30% на верхах! Это очень существенно.

На этом буду заканчивать, думаю моя статья была вам полезна.

avto-blogger.ru

Наддув, нагнетатели и немного истории

Автор: Владимир ЕгоровИсточник: icarbio.ru 42997 9 Готтлиб Даймлер

Наддув начал использоваться на практике, как только конструкторы определили важнейший автомобильный приоритет – высокую удельную мощность при возможно меньших габаритах мотора. Первым нагнетателем, появившемся на автомобильном двигателе (если не считать самых ранних поршневых компрессоров), стал принудительный или механический нагнетатель типа «Рутс» («Roots»), хорошо зарекомендовавший себя в промышленности. Это произошло в 1885 году [1], когда Готтлиб Даймлер запатентовал нагнетатель собственной конструкции, работавший по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя, а уже в 1911 г. принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи.

Наддув Повышение давления воздуха при впуске в двигатель внутреннего сгорания с целью увеличения количества подаваемого топлива и, соответственно, мощности снимаемой с единицы объёма двигателя. Нагнетатель (компрессор) Механизм для сжатия и подачи газов под давлением.

Однако быстрое решение задачи (литровая мощность действительно заметно увеличилась) оказалось не таким удачным, как представлялось вначале. Существенно возросший приток тепла, который несли отработавшие газы, преждевременно выводил из строя выпускные клапаны, поршни и систему охлаждения. Несоответствие конструкции и применявшихся материалов задержало развитие наддува на автомобиле.

Истребитель «SPAD» S.XIII»

Следующий шаг сделали авиационные двигателисты. Первым авиационным двигателем с механическим наддувом считается двухтактный ротативный двигатель «Мюррей-Вильята», на самолёте с которым в 1910 г. был установлен рекорд высоты в 5200 м. В 1918 г., на один из истребителей «SPAD» S.XIIIC» был установлен турбонаддувный агрегат «Рато» («Rateau»), который не дал преимуществ самолёту (в связи с недостатками его конструкции и недостаточной для привода турбины мощностью авиадвигателя первых модификаций «Испано-Сюиза» 8-й серии). Но уже в том же году турбонаддувным агрегатом «Рато» был оснащен более мощный чем «Испано-Сюиза» двигатель «Либерти» L-12», а в 1920 г. биплан «Lepere» с этим двигателем поднялся на рекордную по тем временам высоту - 10092 м. Важные исследования, проведенные совместно с металлургами, позволили наладить выпуск поршней, клапанов и подшипников, отвечавших более жестким требованиям. В итоге, наддув всерьез и надолго прижился в авиации.

Внедрению систем наддува не в небесах, а на земле помог автомобильный спорт, где требовались мощные и легкие моторы. Первыми разработали спортивные двигатели с наддувом «Daimler» (1921 г.), «Sunbeam» и «FIAT» (1922 г.). Именно итальянский гоночный «FIAT», выиграв в 1923 г. Большой приз Европы, открыл список побед системы-новинки. В следующем, 1924 г. компрессорные «Alfa Romeo» и «Daimler» завоевали, соответственно, Большой приз автомобильного клуба Франции и первое место в гонках Тарга Флорио в Италии. Уже первые нагнетатели повышали мощность на 50-70%. Например, у 2-литрового двигателя «Delage» после введения наддува мощность возросла со 125 до 190 л.с., т.е. на 52%!

Рассмотрим явление наддува подробнее. Так как подача необходимого количества топлива технических затруднений не вызывает, то мощность двигателя зависит, главным образом, от поступающей в цилиндры за единицу времени массы воздуха. Этот показатель, в свою очередь, связан с рабочим объемом мотора, частотой вращения коленчатого вала (предел здесь - допустимое значение средней скорости поршня) и объемным КПД (коэффициентом наполнения). Стало быть, при заданных условиях увеличить массу воздуха, проходящего через цилиндры, можно только через наддув. Нагнетая воздух в цилиндр принудительно, на современном двигателе можно без особых проблем получить 25%-ную прибавку к мощности, а с интеркулером мощность можно удвоить.

Высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию – это явление очень опасно для бензинового двигателя, так как ведёт к его катастрофическому износу. Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т.е. снижать степень сжатия.

«Mercedes-Benz» 540K»

Сниженная же степень сжатия отрицательно влияла на КПД и экономичность. В итоге приводные нагнетатели рекомендовались лишь для крайних случаев. В инструкции 1937 г. для легкового автомобиля «Mercedes-Benz» 540K» (на этой модели, кстати, карбюратор дополняли специальные клапаны, включавшиеся одновременно с компрессором) говорилось: «Включайте компрессор (при 1000 оборотов в минуту) только в случае острой необходимости, например, для быстрого проезда перекрестков, ускоренных разгонов, преодоления коротких крутых подъемов и т.д. Продолжительность работы мотора с компрессором не должна превышать 1 минуту, а при достижении 3400 об/мин отключите систему немедленно».

Несмотря на попытки «Lancia», «Volkswagen», «General Motors» в 70-80-е годы усовершенствовать нагнетатели, приводные компрессоры постепенно сошли со сцены. Сейчас они применяются в основном различными тюнинг-ателье и гаражными «умельцами» для форсирования двигателей и очень редко стоят на серийных автомобилях. Крупные автопроизодителям используют нагнетатели в том случае, когда необходимо создать ряд двигателей разной мощности без существенной переделки конструкции базового двигателя.

Самая современная система с принудительным нагнетателем, установленная на моделях «Mercedes-Benz» С- и Е-класса практически не отличается от распространённых в 20-30-е годы роторно-шестеренчатых компрессоров типа «Рутс». Двигатель рабочим объемом 2,3 л комплектуется механическим компрессором фирмы «Eaton», усовершенствованной версией «Рутс» - винтообразных лопастей уже не две, а три или четыре. Привод осуществляется поликлиновыми ремнями от коленчатого вала двигателя. Особое покрытие лопастей, уменьшив трение, значительно улучшило КПД механизма. Подключается компрессор уже не водителем, а специальным электромагнитным сцеплением и только тогда, когда требуется резкое увеличение мощности. Степень сжатия уменьшена до 8,8. Четырехцилиндровый двигатель рабочим объемом 2,3 л развивает с компрессором 193 л.с. вместо 150 л.с. при 5400-5500 об/мин. Крутящий момент увеличивается с 220 до 270 Нм при 3750-3800 об/мин.

У нас в стране опыт применения механических нагнетателей на легковых автомобилях ограничился единичными экземплярами гоночных машин в 40-50-е годы.

Значительно более широкое распространение в мире получил наддув с турбонагнетателем, т.е. нагнетателем, приводимым турбиной, действующей на отработавших газах.

Ниже приведена классификация видов наддува ДВС.

Агрегатный наддув осуществляется с помощью нагнетателя. Он подразделяется на:

Безагрегатный наддув. К нему относят:

Отметим, что существуют некоторые разногласия в понятиях, и резонансный наддув иногда называют динамическим. В данной статье мы под динамическим наддувом будем понимать только увеличение давления на впуске за счет воздухозаборников особой формы.

Механический наддув

Механический наддув позволяет легко поднять мощность двигателя. Основным элементом в такой системе является нагнетатель, приводимый непосредственно от коленчатого вала двигателя. Механический нагнетатель способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки, увеличивая давления наддува строго пропорционально оборотам двигателя, что является важным преимуществом подобной схемы. Однако механический наддув имеет и существенный недостаток – он отбирает на свою работу часть мощности двигателя.

На видео ниже экстремальный трицикл «Rocket 2» с механическим наддувом.

Все виды механических нагнетателей можно подразделить на объемные («Рутс», «Лисхольм» и др.) и центробежные.

Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон»

Схема работы нагнетателя типа «Рутс»/«Итон»

Братья Рутс разработали свой нагнетатель еще в 1859 г. Он относится к объёмным роторным шестерённым машинам для подачи газовых сред. Первоначально он использовался как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Конструкция его была очень проста: две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые «шестерни», помещенные в общий кожух, перекачивают объемы воздуха от впускного коллектора до выпускного в пространстве между своими зубьями и внутренней стенкой корпуса.

В 1949 году другой американский изобретатель – Итон (Eaton) – усовершенствовал конструкцию: прямозубые «шестерни» превратились в косозубые роторы, а воздух стал перемещаться не поперек их осей вращения, а вдоль. Принцип работы при этом не изменился - воздух внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в другой объем, отсюда и название - объемный нагнетатель.

Нагнетатель «TVS»

В настоящее время совершенствование нагнетателей данного типа идёт по пути увеличения количества зубьев-лопаток, если первоначально в нагнетателе Итона было по две лопатки на роторе, то сегодня их число достигло четырёх – «Eaton» TVS» [2]. Увеличение числа лопаток позволяет сгладить основной недостаток нагнетателей типа «Рутс» – неравномерность подачи воздуха, создающую пульсацию давления. Кроме того, для тех же целей впускное и выпускное окно компрессора делают треугольным. Эти конструктивные ухищрения позволяют добиться того, что такие компрессоры работают достаточно тихо и равномерно. Компрессоры подобного типа имеют ещё один существенный недостаток. При выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда, поэтому наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления происходит дополнительный нагрев. В этой связи современные нагнетатели данного типа в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.

Механический наддув c нагнетателем «Рутс»/«Итон»

Сегодня современные технологические возможности вывели подобные компрессоры на очень высокий уровень производительности. Основные преимущества нагнетателей «Рутс» заключаются в простоте конструкции (малое количество деталей и малая скорость вращения роторов делают такие нагнетатели очень долговечными), компактности, эффективности на малых и средних оборотах двигателя, низком уровне шума по сравнению с центробежными компрессорами.

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель

Подобные нагнетатели получили в настоящее время наибольшее распространение, как в виде отдельного приводного компрессора, так и главным образом в составе турбонаддува.

Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки (порой с регулировкой угла атаки), призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму (воздухосборник, описывая окружность, постепенно расширяется в диаметре). Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается.

В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40  тыс. об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к 200 тыс. об/мин. И в том случае если привод осуществляется от двигателя посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Проблема шумности и ресурса элементов привода частично снимается введением дополнительного мультипликатора, который снижает КПД механического нагнетателя.

Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления (учитывая огромные нагрузки от центробежных сил). К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку в мощности на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

Центробежные нагнетатели очень популярны: сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие, более дорогие и сложные типы, особенно в сфере тюнинга. Недостатки данного типа нагнетателей известны: повышенные шум и износ, эффективная прибавка мощности только на высоких оборотах.

Нагнетатели типа «Лисхольм»

Схема нагнетателя типа «Лисхольм»

Следует также рассказать о винтовом нагнетателе или нагнетателе типа «Лисхольм» («Lysholm»). Компрессоры данного типа иногда используются для увеличения мощности двигателя. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 г. Он также как и «Рутс» относится к роторным объёмным нагнетателям. Два ротора с взаимодополняющими профилями захватывая поступающий воздух, начинают взаимное встречное вращение. Порция воздуха проталкивается вперед вдоль роторов. Роторы имеют между собой чрезвычайно малые зазоры - это обеспечивает высокую эффективность и довольно малые потери. Основное отличие винтового компрессора от объемных роторно-шестеренчатых нагнетателей – наличие внутреннего сжатия, следовательно, не возникает дополнительной турбулентности как у рутс-компрессоров. Это обеспечивает им высокую эффективность нагнетания практически на всей шкале оборотов двигателя. Для достижения больших значений давления может потребоваться охлаждение корпуса компрессора.

Нагнетатель типа «Лисхольм»

Основные плюсы нагнетателей типа «Лисхольм»: высокая эффективность (КПД порядка 70%), надежность и компактная конструкция. Кроме того, винтовые компрессоры довольно тихие при правильном проектировании и изготовлении. Здесь и кроется единственный их минус. Дело в том, что роторы этих компрессоров имеют очень сложную форму и, как следствие, дороги. По этой причине нагнетатели «Лисхольм» практически не встречаются в массовом автомобильном производстве. По той же причине и компаний, производящих эти прогрессивные нагнетатели, не так много.

Прочие типы нагнетателей

В 80-х годах прошлого столетия компания «Volkswagen» экспериментировала с довольно необычными спиральными нагнетателями. В автомобильном применении они более известны как «G-Lader». Сейчас это направление компанией VW свернуто. Идея спирального одноосевого нагнетателя также очень стара. В 1905 году изобретатель Леон Креукс подал заявку на патент. Первоначально предусмотренный в качестве паровой машины, такой нагнетатель имел два спиральных витка, расположенных один в другом. В течение десятилетий он совершенствовался и, в конце концов, превратился из первоначальной четырехструйной машины в восьмиструйную, которая была оснащена двумя камерами - внутренней и внешней - по обеим сторонам с углом разворота 180 градусов относительно друг друга. Но тогда о массовом производстве таких нагнетателей можно было только мечтать, потому что в то время еще отсутствовали соответствующее технологии и оборудование. Сложность производства заключалась также в том, что изготовление деталей должно было быть максимально точным, так как любое отклонение в структуре или качестве поверхности могло привести к значительному снижению КПД. Поэтому в качестве нагнетательного аппарата для автомобильного двигателя спиральный нагнетатель стал использоваться очень поздно. С середины восьмидесятых до 1992 года его серийно использовал лишь «Volkswagen» в моделях «Polo», «Corrado», «Golf» и «Passat». Однако ряд фирм (преимущественно немецких) продолжают производить такие компрессоры и сегодня.

Также спиральный нагнетатель имеет важные преимущества: высокий КПД (75,9% у прототипов) и низкий уровень шума, хорошее уплотнение (благодаря чему наличие давления наддува проявлялось уже на малых оборотах) и малые потери на трение.

Поршневые нагнетатели, самая распространенная схема обычных воздушных компрессоров в настоящее время, в автомобилях не прижились совсем. А вот на судовых моторах они использовались достаточно широко. Интересен метод нагнетания подпоршневым насосом. Здесь в качестве нагнетателя используется сам поршень, который при движении к НМТ (нижняя мертвая точка) выталкивает находящийся под ним воздух.

Схема шиберного нагнетателя

Следует упомянуть незаслуженно забытые в автомобилестроение шиберные, или лопастные, нагнетатели. Это довольно простые по конструкции и принципу действия машины. Цилиндрический корпус имеет два отверстия, как правило, растянутые во всю длину цилиндра и находящимися на одной его стороне, т. е. не строго друг против друга. Внутри корпуса находится ротор диаметром примерно в три четверти от внутреннего диаметра корпуса. Ротор смещен к одной из сторон корпуса, примерно посредине отверстий. В роторе несколько продольных канавок, в которых находятся шиберы (лопатки). При вращении ротора благодаря заложенному конструкцией эксцентриситету и шиберам, выдвигающимся за счет центробежных сил, воздух сперва всасывается в одну из долей, образованных парой соседних лопаток, а затем сжимается до момента подхода к выпускному отверстию.

Будучи качественно изготовленными, такие компрессоры нагнетали довольно большое давление. В сравнении с рутс-компрессорами они обладали более высоким КПД, меньше пропускали воздуха, практически не нагревали его и были менее шумными. Да и мощности двигателя они отнимали меньше. Хорошо сконструированный шиберный нагнетатель может быть на 50% более производительным, нежели рутс-компрессор. В силу своей конструкции самой большой проблемой шиберных машин были высокие фрикционные нагрузки между шиберами и корпусом. По мере износа КПД компрессора заметно падал из-за увеличения протечек воздуха. В связи с этой проблемой шиберные компрессоры делали низкооборотными, но довольно габаритными. Это стало практически непреодолимой проблемой, и шиберные компрессоры были забыты. В настоящее время появляются новые материалы и технологии, которые делают вновь востребованными старые технические решения и конструкции.

Турбонаддув

Схема турбонаддува

Турбокомпрессор или турбонагнетатель состоит из газовой и компрессорной турбин посаженных на один вал. Фактически компрессорная часть – это центробежный нагнетатель. Скорость вращения газовой турбины, благодаря энергии отработавших газов, очень высока (50-100 тысяч об/мин). Компрессор засасывает и сжимает воздух, подающийся затем во впускной трубопровод для приготовления горючей смеси. Степень сжатия приходится уменьшать и в этом случае, однако тепловой КПД такого мотора снижается незначительно и, более того, удельный расход топлива иногда даже падает. При высоком давлении наддува целесообразно охлаждать воздух после компрессора до поступления в цилиндры. В бензиновых двигателях температура воздуха в цилиндрах ограничена детонацией. Чем выше жаропрочность лопаток турбины (предел около 1000 °С) и чем большую температуру раскаленных выхлопных газов выдерживает этот материал, тем эффективнее работа турбонагнетателя. Нагрев выхлопных газов в дизелях доходит до 600 °С, а в бензиновых двигателях до 1000 °С, поэтому с точки зрения долговечности дизельная турбина дает лучшие результаты. Также увеличенный приток воздуха позволяет дизелю хорошо справляться с обедненными смесями, воспламенение которых при высоких температурах сжатия не вызывает никаких затруднений. Кроме того, дизели с турбонаддувом становятся менее «жесткими» в работе. Однако при быстром и резком увеличении мощности возникают проблемы. Из-за инерции турбокомпрессора подача воздуха отстает от подачи топлива, поэтому сначала дизель работает на обогащенной смеси с повышенной дымностью. Длительность этого периода зависит от момента инерции ротора турбокомпрессора, которую сводят к минимуму увеличением оборотности при уменьшении диаметра колес турбины.

Свои особенности у турбонаддува бензиновых двигателей. Здесь, как правило, экономия топлива достигается переходом на уменьшенный рабочий объем двигателя (при той же или большей мощности, обеспечиваемой турбонаддувом). Воспламенение бедных смесей бензина с воздухом происходит с трудом, поэтому необходимо регулировать количество подаваемого воздуха (а не топлива, как на дизеле), что особенно важно при высоких частотах вращения, когда компрессор работает с максимальной производительностью. Существует множество способов ограничения подачи воздуха при пиковых режимах. Рассмотрим систему регулирования «АРС» фирмы «SAAB», в которой для регулирования давления наддува применена электроника. За давлением наддува следит специальный клапан, контролирующий поток отработавших газов, идущих через перепускной канал мимо турбины. Клапан открывается при разрежении во впускном трубопроводе, величина которого регулируется дросселированием потока воздуха между впускным трубопроводом и входом в компрессор. Степень разрежения в перепускном клапане зависит от положения дроссельной заслонки с электроприводом, управляемым электронным устройством, получающим сигналы датчиков давления наддува, детонации и частоты вращения. Датчик детонации представляет собой чувствительный пьезоэлектрический элемент, установленный в блоке цилиндров и улавливающий детонационные стуки. По сигналу этого датчика ограничивается разрежение в управляющей камере перепускного клапана.

Система «АРС» заметно улучшает динамику автомобиля. Например, для быстрого обгона (или разгона) в условиях интенсивного движения двигатель переводится в режим работы с максимальным давлением наддува. При этом детонация в относительно холодном, работавшем на частичной нагрузке двигателе не может, естественно, возникнуть мгновенно. По истечении нескольких секунд, когда температуры возрастут и начнут проявляться первые тревожные симптомы, по сигналу датчика детонации управляющее устройство плавно снизит давление наддува. Применение системы «АРС» при сохранении значений крутящего момента двигателя по внешней характеристике поднимает степень сжатия с 7,2 до 8,5, уменьшая давление наддува с 50 до 40 кПа при 6-8% экономии топлива.

В последнее время совершенствование концепций наддува идет по пути создания регулирующих систем для повышения крутящего момента при низких оборотах двигателя, а также снижения инерционности. Существует несколько способов решения данной проблемы:

Турбина с изменяемой геометрией обеспечивает оптимизацию потока отработавших газов за счет изменения площади входного канала. Турбины с изменяемой геометрией нашли широкое применение в турбонаддуве дизельных двигателей, к примеру турбонаддув двигателя «TDI» от «Volkswagen».

Система с двумя параллельными турбонагнетателями (система «biturbo») применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.

При установке на двигатель двух последовательных турбин (система «twin-turbo») максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбонагнетателей на разных оборотах двигателя.

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический компрессор. С ростом оборотов подхватывает турбонагнетатель, а механический компрессор отключается. Примером такой системы является двойной наддув двигателя «TSI» от «Volkswagen».

После отказа от карбюраторов и переходе на электронный впрыск топлива особенно эффективным стал турбонаддув на бензиновых двигателях. Здесь уже достигнута впечатляющая топливная экономичность.

В целом же, следует признать, что турбонаддув, увеличивая тепловые и механические нагрузки, заставляет вводить в конструкцию ряд упрочненных узлов, усложняющих двигатель как в производстве, так и при техническом обслуживании.

Наддув «Comprex»

Также не хотелось оставить без внимания такой интересный способ наддува как «Компрекс» («Comprex»), разработанный фирмой «Браун энд Бовери» (Швейцария) заключающийся в использовании давления отработавших газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель. Получаемые при этом показатели двигателя такие же, как и в случае использования турбокомпрессора, но турбина и центробежный нагнетатель, для изготовления и балансировки которых требуются специальные материалы и высокоточное оборудование, отсутствуют.

Схема системы «Comprex»

Главная деталь в системе «Компрекс» - это лопастный ротор, вращающийся в корпусе с частотой вращения, втрое большей частоты вращения коленчатого вала двигателя. Ротор установлен в корпусе на подшипниках качения и приводится в движение клиновым или зубчатым ремнем от коленчатого вала. Привод компрессора типа «Компрекс» потребляет не более 2% мощности двигателя. Агрегат «Компрекс» не является компрессором в полном смысле слова, поскольку его ротор имеет только каналы, параллельные оси вращения. Эта система наддува является единственным выпущенным большой партией нагнетателем с волновым обменником давления. Он, как и механический нагнетатель, приводится в действие от распределительного вала, но использует полученную энергию лишь для синхронизации частоты вращения ротора с частотой вращения распределительного вала двигателя, а сжимает воздух энергия отработавших газов. Ротор имеет каналы параллельные оси его вращения, где поступающий в двигатель воздух сжимается давлением отработавших газов. Торцовые зазоры ротора гарантируют распределение отработавших газов и воздуха по каналам ротора. На внешнем контуре ротора расположены радиальные пластины, имеющие небольшие зазоры с внутренней поверхностью корпуса, благодаря чему образуются каналы, закрытые с обеих сторон торцовыми крышками.

В правой крышке имеются окна: а - для подачи отработавших газов от двигателя в корпус агрегата и г - для отвода отработавших газов из корпуса в выпускной трубопровод и далее - в атмосферу. В левой крышке имеются окна: б - для подачи сжатого воздуха в двигатель и д - для подвода свежего воздуха в корпус из впускного трубопровода е. Перемещение каналов при вращении ротора вызывает их поочередное соединение с выпускным и впускным трубопроводами двигателя.

При открывании окна а возникает ударная волна давления, которая со скоростью звука движется к другому концу выпускного трубопровода и одновременно направляет в канал ротора отработавшие газы, не смешивая их с воздухом. Когда эта волна давления достигнет другого конца выпускного трубопровода, откроется окно б и сжатый отработавшими газами воздух в канале ротора будет вытолкнут из него в трубопровод в к двигателю. Однако еще до того, как отработавшие газы в этом канале ротора приблизятся к его левому концу, закроется сначала окно а, а затем окно б, и этот канал ротора с находящимися в нем под давлением отработавшими газами с обеих сторон будет закрыт торцовыми стенками корпуса.

При дальнейшем вращении ротора этот канал с отработавшими газами подойдет к окну г в выпускной трубопровод и отработавшие газы выйдут в него из канала. При движении канала мимо окон г выходящие отработавшие газы эжектируют через окна д свежий воздух, который, заполняя весь канал, обдувает и охлаждает ротор. Пройдя окна г и д, канал ротора, заполненный свежим воздухом, вновь закрывается с обеих сторон торцовыми стенками корпуса и, таким образом, готов к следующему циклу [3].

Описанный цикл весьма упрощен в сравнении с происходящим в действительности и осуществляется лишь в узком диапазоне частоты вращения двигателя. Здесь кроется причина того, что известный уже в течение долгого времени этот способ наддува практически не применяется в автомобилях. «Comprex» был серийно использован в дизельных моделях двух знаменитых марок: «Opel» в 2,3-литровом «Senator» и «Mazda» 626» в 2,0-литровом четырехцилиндровом моторе. Но «Opel» ставил компрекс-нагнетатели на свои модели всего год (до 1986 года), в отличие от компании «Mazda», которая поставляла свои двигатели с компрекс-наддувом до 1996 года, пока в июне 1997 года он окончательно не был снят с программы производства.

Свое преимущество компрекс-нагнетатель проявляет уже на низких оборотах двигателя, так как при этом ему вполне достаточно и малого объема отработавших газов для того, чтобы получить высокую степень сжатия. В этом и заключается важное отличие от турбонагнетателя, количество отработавших газов в котором находится в прямой зависимости от привода компрессора. Также применение агрегата наддува «Компрекс» вместо турбокомпрессора снижает шум двигателя, так как он работает при более низкой частоте вращения.

Электрический наддув

Система электрического наддува разрабатывалась фирмой «Controlled Power Technologies» (в настоящий момент вошла в состав подразделения силовых агрегатов компании «Valeo») в течение трех лет.

В отличие от турбонаддува, где центробежный нагнетатель приводят в действие выхлопные газы, или механического наддува, где нагнетатель связан с коленчатым валом двигателя, в системах с электрическим наддувом нагнетатель вращается электромотором. Обычно подобные системы являются комбинированными, так как использование электрического и турбонаддува совместно даёт существенный выигрыш, позволяя избежать турбоямы на низких оборотах двигателя.

Система электрического наддува «Controlled Power Technologies»
Она совмещает в одном устройстве электрический и турбонагнетатель.

Компания «Audi» недавно представила систему электрического наддува, работающую по схеме, отличной от схемы «Controlled Power Technologies». Система «Audi» (на рис. ниже) использует двойной наддув: обычная турбина работает на средних и высоких оборотах, а электрическая — на малых, исключая турбояму.

Система электрического наддува «Audi»

В «Audi» собираются снабдить электрическим наддувом собственные дизельные моторы. На заводе компании уже собран пробный образец трехлитрового V6 TDI с подобным двойным наддувом. В системе задействован компактный электродвигатель, способный быстро раскрутить турбину до высоких скоростей. Возникновение дополнительного потребителя никак не должно отразиться на общем уровне энергопотребления, так как потери на раскрутку турбины перекроются при помощи системы рекуперации.

Внимание к электрическому наддуву в последнее время проявляют также компании «Ricardo», «Ford» и «BMW». Последняя недавно получила патент на электротурбину собственной конструкции, а компания «Ford» работает совместно с «Controlled Powertrain Technologies» и «Valeo» над трёхцилиндровым двигателем «Hyboost» с электронаддувом. «Valeo» станет первым поставщиком комплектующих, который предложит на рынок целый спектр электрических нагнетателей.

На рынке тюнинга существуют и так называемые осевые электрические нагнетатели, которые, как правило, входят в систему динамического наддува (читайте ниже). Движение воздуха в них осуществляется в осевом направлении. Один или пара последовательных либо параллельных вентиляторов с электромоторчиком, будучи установленными в воздушном тракте, проталкивают воздух вдоль себя назад, в фильтр или уже после него во впускной коллектор. Если такая система преодолевает хотя бы сопротивление фильтрующих элементов, эффект уже неплохой.

Резонансный наддув (инерционный наддув)

Другое интересное решение, которое фактически не является искусственным методом нагнетания воздуха, — система резонансного наддува. Идея основана на том факте, что приходы волн сжатия к впускному клапану и волн разрежения к выпускному клапану способствуют продувке и очистке камеры сгорания от отработавших газов.

Система резонансного наддува

В первом случае нужно просто поймать волну сжатия, а именно так ведет себя воздух во впускном коллекторе при работе двигателя: чередование приливов и отливов. С изменением оборотов амплитуда этих колебаний меняется. И для того, чтобы поймать волну сжатия, необходимо менять длину впускного коллектора. Поначалу конструкторы пошли по довольно примитивному по смыслу, но довольно сложному по воплощению пути: несколько воздуховодов разной длины и клапана, открывающие тот или иной канал. В настоящее время эта идея нашла свое логическое воплощение в устройствах впускного коллектора переменной длины. Например, компания «BMW» применяет устройство, которое обеспечивает изменение длины впускного тракта. Разумеется, это не полноценная замена наддуву, но определенная выгода от этого есть. Давление наддува, создаваемое за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Плюсом системы резонансного наддува является то, что энергия мотора на ее привод практически не затрачивается.

Во втором случае энергию отработавших газов частично применяют для улучшения наддува двигателя, используя возникающие колебания их давления уже в выпускном трубопроводе. Использование колебаний давления состоит в том, что после открывания клапана в трубопроводе возникает ударная волна давления, со скоростью звука проходящая до открытого конца трубопровода, отражающаяся от него и возвращающаяся к клапану в виде волны разрежения. За время открытого состояния клапана волна может несколько раз пройти по трубопроводу. При этом важно, чтобы к фазе закрывания выпускного клапана к нему пришла волна разрежения, способствующая очистке цилиндра от отработавших газов и продувке его свежим воздухом. Каждое разветвление трубопровода создает препятствия на пути волн давления, поэтому наиболее выгодные условия использования колебаний давления создаются в случае индивидуальных трубопроводов от каждого цилиндра, имеющих равные длины на участке от головки цилиндра до объединения в общий трубопровод.

Внешняя скоростная характеристика
Внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля «Порше».

Скорость звука не зависит от частоты вращения двигателя, поэтому во всем ее диапазоне чередуются благоприятные и неблагоприятные с точки зрения наполнения и очистки цилиндров условия режима работы. На кривых мощности двигателя Ne и его среднего эффективного давления pe это проявляется в виде «горбов», что хорошо видно на рис. справа, где изображена внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля фирмы «Порше». Колебания давления используют также и во впускном трубопроводе: приход волны давления к впускному клапану, особенно в фазе его закрывания, способствует продувке и очистке камеры сгорания.

Если с общим выпускным трубопроводом соединяется несколько цилиндров двигателя, то число их должно быть не более трех, а чередование работы — равномерным с тем, чтобы выпуск отработавших газов из одного цилиндра не перекрывал и не влиял на процесс выпуска из другого. У рядного четырехцилиндрового двигателя два крайних цилиндра обычно объединяются в одну общую ветвь, а два средних цилиндра — в другую. У рядного шестицилиндрового двигателя эти ветви образованы соответственно тремя передними и тремя задними цилиндрами. Каждая из ветвей имеет самостоятельный вход в глушитель, или на некотором расстоянии от него ветви объединяются, и организуется их общий ввод в глушитель.

Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув)

Система динамического наддува (также называемого скоростным или пассивным наддувом) увеличивает давление на впуске двигателя. Рост давления во впускном коллекторе достигается за счет воздухозаборников особой формы, которые при увеличении скорости движения начинают буквально загонять воздух в двигатель.

Заметный эффект от пассивного наддува начинает проявляться при больших скоростях движения (более 150 км/ч), поэтому на обычных автомобильных двигателях система динамического наддува встречается крайне редко, но иногда применяется на спортивных мотоциклах и автомобилях, а также широко используется для наддува поршневых авиационных двигателей. Нередко пассивный наддув объединяют с другими видами наддува, делая воздухозаборник соответствующей формы.

На «тюнингованных» автомобилях часто выводят впускной тракт на капот или в решетку радиатора, т. е. в зону максимального давления, чем имитируют систему динамического наддува (ниже на рисунке приведена подобная система). Почему имитируют? Потому что пассивный наддув, как уже было написано выше, начинает работать только на высоких скоростях. Также при подобном «тюнинге» ставят «фильтр нулевого сопротивления», который плохо справляется с очисткой поступающего воздуха, что приводит к усиленному износу двигателя.

Динамический наддув
«Тюнинг». Впускной тракт выведен вместо фары.
«Инерционный» наддув
Разновидность динамического наддува. Внутри патрубка системы установлена крыльчатка, благодаря инертности (поэтому некоторые и наывают такой наддув «инерционным») вращения которой возникает завихрение поступающего воздуха, что обеспечивает его максимально быстрое проникновение в камеры сгорания и более полное их наполнение топливо-воздушной смесью. В общем, ерунда полная, на которую ведутся горе-тюнеры.

Преимуществом динамического наддува является то, что это самый дешевый способ относительно остальных.

Последнее обновление 15.11.2012Опубликовано 22.08.2010

Читайте также

Сноски

  1. ↺ По другим данным он запатентовал сам принцип использования наддува на автомобиле.
  2. ↺ О нагнетателе «TVS» на сайте компании «Eaton».
  3. ↺ Описание работы системы «Comprex» дано по книге Мацкерле Ю. «Современный экономичный автомобиль» (книга есть в библиотеке сайта).

Комментарии

icarbio.ru

Смотрите также