Применение механической схемы
Механические нагнетатели воздуха с целью увеличения мощности силового агрегата использовались на транспортных средствах еще в 30-х годах. Тогда такие устройства именовались компрессорами. В настоящее время их преимущественно называют турбокомпрессорами, о которых, собственно пойдет речь дальше. Стоит отметить что механических конструкций такого плана достаточно много, но несмотря на это разработка новых модификаций актуальна и сейчас.
На выше представленном рисунке показаны нагнетатели воздуха со стандартной конструкцией механического типа. Такие турбокомпрессоры отличаются простой конструкционной схемой и не сложны в эксплуатации.
Однако существуют и не совсем обычные нагнетатели воздуха, разработанные различными компаниями. Одним из них является – волновой нагнетатель воздуха «Comprex» разработанный компанией Asea-Brown-Boweri. Ротор данного турбокомпрессора обладает аксиально размещенными ячейками. При вращательных движениях ротора в камеры попадает воздух, после этого она подходит к отверстию в корпусе и через него в ячейку попадают горячие отработанные газы из силового агрегата. Взаимодействуя с холодным воздухом образовывается волна давления, которая движется с высокой скоростью, за счет чего воздух вытесняется в отверстие выпускного трубопровода, к которому камера за этот промежуток времени успевает подойти. Так как ротор все время крутится отработанные газы в данное отверстие не попадают, а выходят по ходу движения ротора в следующее. Такие нагнетатели применялись многими производителями автомобильных транспортных средств, к примеру, Mazda их применяет на некоторых моделях машин с 1987 года.
Еще одной интересной разработкой выступает спиральный нагнетатель – G40. Впервые она были использована немецким производителем автомобилей Volkswagen в 1985 году.
В 1988 году появилась новая модификация спирального нагнетателя воздуха G-60, которая обладала более высокой мощностью и применялась на автомобилях Corrado и Passat.
Конструкционно такие нагнетатели состоят из двух спиралей, первая из которых стационарна и выступает в качестве части корпуса. Вторая спираль играет роль вытеснителя и размещена между двумя витками первой. Данная спираль крепится на валу. Вал в действие приводится за счет ременной передачи силового агрегата с отношением одного к двум.
Принцип работы такой конструкции довольно прост и заключается в следующем: во время вращения вала спираль находящиеся внутри корпуса осуществляет колебательные движения и между ними образовываются серповидные полости, движущееся к центру и тем самым перемещают воздух с периферии в мотор под низким давлением. При этом количество подаваемого сжатого воздуха напрямую зависит от частоты вращения вала мотора.
Такая схема нагнетателя имеет два важных преимущества: достаточно высокий КПД и износоустойчивость (за счет отсутствия трущихся конструкционных элементов).
Принцип работы
Механический нагнетатель автомобиля управляется размещённой на дросселе заслонкой. Она работает на высоких оборотах и открывается тогда, когда на трубопроводе закрыта заслонка. Воздух поступает в коллектор свободно. При небольших оборотах заслонка дросселя открыта под небольшим углом. При этом заслонка трубопровода открывается в полной мере, возвращая в компрессор часть воздуха. Главная функция интеркулера заключается в снижении уровня температуры воздуха до 10° для повышения степени сжатия.
Передача крутящего момента осуществляется посредством:
- Шестеренчатой передачи;
- Цепи;
- Ремня (с клиньями, зубьями либо плоский);
- Прямого привода (при установке нагнетателя на фланец вала).
Основной минус ремней заключается в коротком эксплуатационном сроке и риске проскальзывания. В случае применения шестерни создаётся дополнительный шум, и увеличиваются габариты оборудования.
Что такое компрессор
Далеко не все автовладельцы знают, что такое компрессор и чем турбина отличается от компрессора . Итак, компрессор – это механический нагнетатель воздуха, который вешается возле двигателя, при этом не вмешиваясь в его строение. На сегодняшний день, есть три типа компрессора: винтовой, роторный и центробежный.
Понять, что лучше компрессор или турбина , поможет перечень всех плюсов и минусов компрессора.
Преимущества компрессора:
- Компрессор эффективно нагнетает воздух и повышает мощность на 10%;
- Устройство отметилось своей надежностью и прочностью конструкции;
- Не требует особого ухода;
- Не препятствует работе и не вмешивается в строение двигателя;
- Отсутствует дефект «турбо-яма»;
- Не работает при высоких температурах;
- Компрессор можно установить собственноручно;
- Не нуждается в масле, что используется для смазки двигателя.
Недостатки:
- Не обладает такой производительностью, как турбина;
- Является устаревшей моделью, поэтому на большинстве автомобилей снята с производства.
Обычно компрессор устанавливается на ременную передачу от коленвала двигателя, а это значит, что производительность зависит от оборотов: малые обороты – малая производительность, большие обороты – высокая. Следовательно, нагнетание воздуха компрессором, так же как и производительность, является ограниченным.
Что лучше выбрать механический нагнетатель воздуха или турбокомпрессор
Увеличение скоростных показателей своего автомобиля – весьма актуальный вопрос для многих владельцев транспортных средств. Сегодня данную задачу можно решить многими способами, но наибольшим спросом пользуется установка механического нагнетателя воздуха или турбо компрессора. Так какой из этих двух вариантов лучший? На данный вопрос попробуем ответит в данной статье.
Для этой цели изначально нужно разобраться с принципом работы механического и газового компрессора.
Принцип и особенности работы механической схемы
Таких устройств существует несколько видов:
- Объемный нагнетатели воздуха. Такие установки подают воздух в силовой агрегат одинаковыми порциями в независимости от скоростного режима, что является преимуществом при езде на низких оборотах мотора;
- Механические схемы внешнего сжатия воздуха. Такие компрессоры прекрасно подходят там, где есть необходимость в большом количестве подаваемого воздуха на невысоких оборотах мотора. Недостатком такого подхода является наличие возможности создания обратного оттока воздуха, так как компрессор сам по себе не обеспечивает нужного давления. К тому же такие установки имеют низкий КПД;
- Установки внутреннего сжатия. Их применение актуально на высоких оборотах силового агрегата, к тому же эффект обратного оттока воздуха гораздо меньший. Недостатками таких схем выступают: достаточно высокая стоимость (по причине высоких требований относительно материала исполнения) и возможность заклинивания, особенно в случае перегрева;
- Динамические нагнетатели воздуха. Такие установки работают лишь по достижению определенного количества оборотов, но при этом их КПД гораздо выше в сравнении с выше наведенными установками.
Поскольку механические нагнетатели воздуха функционируют за счет коленчатого вала мотора посредством дополнительного привода, обороты компрессора напрямую зависят от оборотов силового агрегата.
Особенности работы турбокомпрессора
Такие нагнетатели воздуха функционируют за счет энергии, полученной от выбросов отработанных газов. По своей сути турбокомпрессор – сочетание центробежного компрессора и самой турбины (колеса, оснащенного лопатками).
Принцип его действия заключается в следующем: отработанные газы с большой скоростью вращают турбину, которая вмонтирована на валу. На другом конце вала вмонтирован центробежный насос, основная задача которого заключается в нагнетании большого количества воздуха в цилиндры.
В современных компрессорах с целью охлаждения воздуха, который подается в турбину, применяют интеркулер.
Принцип работы турбины
Большинство транспортных средств оснащаются четырёхтактными моторами, функционирование которых находится под управлением системы впускных/выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл современного силового агрегата, как следует из названия, включает четыре такта, или эпизода, в результате которых коленвал двигателя совершает два полных оборота.
Рассмотрим эти такты детальнее:
- во время впуска поршни двигаются вниз, при одновременном попадании в камеру сгорания ТВС (у дизельных моторов в КС поступает только воздух);
- такт компрессии предполагает сжатие топливовоздушной смеси;
- на такте расширения происходит поджог сжатой смеси искрой, генерируемой в определённый момент свечой зажигания (у дизельных агрегатов воспламенение происходит самопроизвольно в результате нагнетания солярки под более высоким давлением). В результате горения происходит взрывоподобное расширение смеси, преобразующейся в тепло и выхлопные газы;
- такт выпуска характеризуется освобождением выхлопа с одновременным движением поршня вверх под действием давления выхлопных газов.
Не вдаваясь в подробности, отметим, что такая схема работы мотора предполагает возможность увеличения его эффективности следующими способами:
- увеличением объёма КС и всего двигателя;
- ростом оборотов коленвала;
- установкой турбонаддува.
Первый метод можно реализовать по двум независимым направлениям: посредством увеличения размеров цилиндров или добавлением новых цилиндров. Оба способа применимы, но исключительно за счёт роста массы и габаритов силового агрегата. То есть это явно выраженный экстенсивный тип развития.
Рост числа оборотов коленвала возможен посредством увеличения количества тактов работы поршня, но и этот способ имеет жесткие ограничения по применимости, вызванными как техническими особенностями реализации, как и падением общего КПД мотора в силу неизбежного увлечения потерь, особенно на такте впуска.
Классическая схема работы ДВС предполагает использование воздуха, попадающего в двигатель самотёком. Применение турбонаддува позволяет подавать в цилиндры тот же объём воздуха, но в сжатом виде, то есть фактически увеличить количество кислорода в камере сгорания. А значит, в единицу времени можно подавать и больше горючего, что позволяет увеличить эффективность работы силового агрегата.
Конструктивно эта схема реализуется следующим образом: отработавшие газы, появившиеся в результате сгорания ТВС, направляются на лопасти ротора, вращая вал турбины. Это приводит в движение вал компрессорной установки, которая собственно, и отвечает за подачу в цилиндры атмосферного воздуха под давлением. По пути воздух, нагретый из-за эффекта сжатия, охлаждается интеркулером, что позволяет предотвратить ранее воспламенение горючей смеси по причине повышения её температуры.
Как видим, коленвал автомобиля и турбонаддув напрямую не связаны, однако в действительности скорость вращения коленчатого вала оказывает влияние на работу турбины. Дело в том, что при больших оборотах энергия выхлопа возрастает, что приводит к росту мощности турбокомпрессора.
А теперь рассмотрим, чем отличается механический компрессор от турбины.
009_MOTO_1110_072
Cамодельный нагнетатель, построенный на базе отечественного турбокомпрессора, у которого «горячую» часть заменил редуктор. Выемка на крыльчатке — следствие балансировки: металл срезали не с лопасти, а оттуда, где выемка не создаст завихрений воздушного потока. Наши «кулибины» применили редуктор «наизнанку» — и компактно и масло само расходится по зубцам за счет центробежной силы. Планшайба соединяет «улитку» и редуктор. В ней же установлен подшипник и сальник вала крыльчатки. Cамодельный нагнетатель, построенный на базе отечественного турбокомпрессора, у которого «горячую» часть заменил редуктор. Выемка на крыльчатке — следствие балансировки: металл срезали не с лопасти, а оттуда, где выемка не создаст завихрений воздушного потока. Наши «кулибины» применили редуктор «наизнанку» — и компактно и масло само расходится по зубцам за счет центробежной силы. Планшайба соединяет «улитку» и редуктор. В ней же установлен подшипник и сальник вала крыльчатки.
Приводные нагнетатели
Что лучше выбрать?
Итак, давайте подведем итоги. Что лучше – механический компрессор или турбина? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Каждый выбирает, исходя из требований и предпочтений. Если в приоритете ресурс, стоит ограничиться компрессором и довольствоваться 10 процентами дополнительной мощности. Но если хочется максимальной отдачи, здесь выбор будет очевидным – только турбина. Однако всегда нужно помнить, что такой двигатель внезапно может «закончиться» – потребует ремонта турбины либо деталей КШМ.
Рассмотрим выбор с точки зрения тюнинга. Что лучше на ВАЗ – компрессор или турбина? Многие выбирают второй вариант, поскольку ресурс вазовских движков и так незначительный.
В чем различия
- Главное отличие турбины от компрессора в том, что турбина это двигатель, в котором кинетическая энергия воды, пара или газа преобразуется в механическую энергию, обеспечивающую движение иди технологические процессы. Компрессор нужен, чтобы сжимать газ и подавать его под давлением, в том числе и для работы турбины.
- Рабочим телом в турбине может быть вода, газ или воздух. В компрессоре только газообразные вещества.
- Мощность турбины измеряется в киловаттах или лошадиных силах. Параметром, производительности компрессора является давление, которое может указываться в паскалях или атмосферах.
- Турбина может развивать мощность в зависимости от интенсивности подачи на ее лопатки рабочего тела. У компрессора мощность фиксированная.
- Турбина является технически более сложным устройством, чем компрессор.
Плюсы и минусы турбины
Как мы уже сказали ранее, главный плюс данного агрегата – это колоссальное увеличение мощности. Обычный 120-сильный двигатель можно «раздуть» до 180. А если и этого мало, существует чип-тюнинг. Специалисты на программном уровне меняют дозировку топлива и другие настройки в электронном блоке управления. В результате турбина больше «раздувается», а машина получается еще более динамичной. Компрессор никогда не даст такие результаты. Но рассматривая отличие турбины от компрессора, стоит упомянуть о надежности. Нужно понимать, что мотор будет постоянно нагружен. В первую очередь, страдает ресурс. Если в случае с компрессором двигатель мог работать больше трехсот тысяч, то турбированные моторы выхаживают около 150. Далее начинаются ремонты, связанные как с поршневой системой, так и с самой турбиной. Особенно это касается «чипованных» экземпляров. Нужно знать меру. Не стоит гнаться за мощностью. Всему есть свой предел. Увеличивая мощность, мы всегда теряем в ресурсе
Здесь каждый выбирает сам, что для него важно
Чем турбина отличается от компрессора еще, так это обслуживанием. Так как двигатель подвергается нагрузкам, ресурс масла тоже снижается. На компрессорных и простых атмосферных моторах замену масла нужно делать раз в 10 тысяч километров. В случае с турбиной данную операцию нужно производить не реже, чем раз в 7, а в идеале каждые 5 тысяч километров. Причем масло нужно использовать не самое дешевое – говорят автолюбители. Чем турбина отличается от компрессора в этом плане? Также необходимо следить за уровнем. Турбированные двигателя любят подъедать масло еще с завода. Это норма для таких ДВС. В среднем расход составляет от двух литров на 10 тысяч километров. Езда с низким уровнем масла чревата ремонтами. Ремонт турбированного двигателя – это всегда большие капиталовложения. К тому же, нужно уметь найти знающего специалиста. Чем турбина отличается от компрессора еще? Следующий недостаток – это требовательность к качеству топлива. Это касается как бензиновых, так и дизельных турбированных авто.
Плюсы и минусы механических нагнетателей
Теперь обобщим все достоинства и недостатки.
Главные преимущества:
- Почти полное отсутствие потери мощности, при условии подключения системы к отдельному электроприводу;
- Лучше всего центробежные нагнетатели работают на высокой скорости, а винтовые на разгоне;
- Не высокая стоимость системы и простота её монтажа, обеспечивает отличное функционирование на незначительных оборотах и быстрое реагирование на любую манипуляцию с педалью газа.
Основные минусы:
- В случае установки на инжекторный либо Карбюраторный двигатель необходима дополнительная подготовка. Следует учитывать изменения уровня давления, проще говоря «железа», прошивку ЭБУ. Для предотвращения падения уровня мощности двигателя все мероприятия следует осуществлять одновременно.
- Некоторый уровень шума, создаваемый приводом. Износ деталей происходит крайне быстро, если система функционирует на высокой скорости.
- Механический наддув создаётся посредством вращательного момента коленвала. Уровень мощности на порядок меньше, чем у турбонаддува, расход топлива больше, отбирается до 30% производительности мотора.
Следует грамотно подбирать нагнетатель, учитывая при этом принцип, устройство и соответствие по:
- Особенностям смазки;
- Типу используемого привода;
- Рабочим режимам;
- Массе и габаритам;
- Уровню производительности.
В реальности зачастую покупают б/у либо новые механические нагнетатели, которые рассчитаны на определённую модель автомобиля. Они реализуются в комплекте с крепежом, ремнями, трубопроводом, приводом и инструкцией.
Приводные компрессоры
Роторный компрессор, Roots, Рутс
Первый вариант конструкции, который и сейчас можно встретить на некоторых автомобилях. Два встречно вращающихся ротора (двух- трех- или четырехлопастных) подают воздух во впускной коллектор, нагнетая в нем давление, а из коллектора воздух под напором поступает в цилиндры двигателя.
Винтовой компрессор, Lysholm, Лисхольм
Принцип действия несколько отличается от роторного: в корпусе расположены два встречно вращающихся винта сложной формы, которые захватывают воздух в канавки и транспортируют его к выпуску с одновременным сжатием. Производительность винтового компрессора намного выше, чем роторного, и он не создает турбулентности воздушного потока на высоких оборотах.
Такая конструкция требует высокой точности изготовления и качественных материалов, поэтому всегда стоила намного выше, чем роторная. Можно сказать, что винтовой компрессор относится к устройствам класса «люкс».
И роторный, и винтовой компрессоры работают без присутствия масла (за исключением подшипников валов). Корпус и сами вращающиеся детали разделены между собой микрозазорами, и по этой же причине не нуждаются в остаточном охлаждении после остановки двигателя.
Синхронизация вращения валов выполнена с помощью шестеренчатой передачи от ведущего вала (соединенного ременным шкивом с коленвалом двигателя) к ведомому, позволяющей добиться высокой точности работы компрессора, без трения и перегрева.
Центробежный компрессор
В его конструкции используется только один вал, на котором закреплена крыльчатка. При вращении крыльчатка захватывает воздух из центра и отбрасывает его по периметру, откуда он поступает в напорный патрубок. Такая конструкция позволяет сделать компрессор негабаритным, легким, при этом не теряя в производительности.
Все приводные нагнетатели (компрессоры) объединены общими достоинствами: простота монтажа, эффективность при различной скорости оборотов, отсутствие перегрева и турболага (турбоямы) – типичной проблемы турбин.
А основной общий недостаток – привод от двигателя, в результате чего немного теряется мощность и увеличивается нагрузка на него. Но, несмотря на это, установка компрессора себя оправдывает: в среднем нагнетатель дает прирост 46% к мощности двигателя.
Подробнее о турбокомпрессорах
Вы удивитесь, но первые турбокомпрессоры появились в начале 20 века. Впервые их описал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи. Согласно его расчетам, довольно простой механизм мог развивать до 2 тысяч оборотов в минуту. При этом его производительность была очень высокой. В предыдущем разделе мы упомянули, что центробежные нагнетатели очень похожи на турбокомпрессоры. Но было упомянуто одно отличие: привод. Дело в том, что турбины приводятся в действие потоком выхлопных газов. Проще говоря, турбокомпрессор не отнимает у двигателя часть его мощности для осуществления работы.
Работа турбокомпрессора сводится ко все тому же сжатию воздуха и его подаче к двигателю. Эффективность компрессора во многом обусловлена тем, что он не имеет связи с коленчатым валом двигателя – его привод реализован по-другому. Вот как это выглядит:
- При работе двигателя он выбрасывает отработавшие газу через специальную систему;
- Часть газов перенаправляется на турбинное колесо;
- Колесо начинает вращаться внутри корпуса;
- Начавшее вращаться компрессорное колесо всасывает воздух;
- Воздух, проходя через фильтр, двигается по трубопроводу в цилиндры силового агрегата.
Как и в случае нагнетателей, в тандеме с турбокомпрессорами должен работать интеркулер. Он является тем самым охладителем наддувочного воздуха
Охлаждение здесь особенно важно, так как в турбине воздух нагревается достаточно сильно. Сама же турбина может обеспечить всасывание больших объемов воздуха – это главное ее достоинство
Среди других положительных моментов:
- Высокая производительность;
- Турбина не потребляет энергию двигателя;
- Относительная простота в ремонте и обслуживании.
Не обошлось и без недостатков. У турбин есть свой температурный режим. Они расходуют масло. Турбины имеют не самый большой эксплуатационный ресурс. У турбин есть эффект турболага (турбоямы). К тому же, сами по себе они очень требовательны к качеству топлива, масел и к качеству работы систем, обеспечивающих сгорание топлива и нормирование состава выхлопных газов. Недостатки кажутся существенными, но практика успела показать, что топливная экономичность и хорошие мощностные показатели стоят того, чтобы оснастить автомобиль турбокомпрессором.
Важно отметить, что некоторые автомобили используют систему «Би-Турбо» или «Твин-Турбо». Суть такой системы в том, что в тандеме с обычной турбиной может работать и более простая механическая
Последняя включается в работу только на низких оборотах, тем временем как основной турбокомпрессор подключается только при выходе на средние обороты. Это позволяет решить проблему возникновения турболага. Однако технологии не стоят на месте и на сегодняшний день лучшая реализация наддува двигателя предусматривает использование электротурбины. Она может быть единственной в автомобиле, но зачастую она является лишь частью системы «Би-Турбо».
Устройство
Механический нагнетатель во многом похож на турбонаддув. Обе системы нагнетают воздух. Но рассматриваемый вариант обладает важным преимуществом, поскольку имеет незначительную задержку в срабатывании, является менее энергозатратной и экономичной.
Конструктивно приводной нагнетатель состоит из:
- воздушного канала;
- нагнетателя;
- лопастей;
- диффузора;
- накопителя (улитка).
Есть и вспомогательные элементы, куда же без них.
Саму же работы можно описать примерно так:
- по воздушному канала воздух попадает к нагнетателю;
- затем оказывается на лопастях;
- за счет центробежной силы происходит выброс воздуха непосредственно в кожух диффузора;
- после воздух оказывается в улитке.
Как раз тут и появляется та самая разница в давлении. Находясь под высоким давлением, воздух оказывается в цилиндрах. Там он сжимается, тем самым повышается температура. Чтобы охладить систему, применяется интеркулер.
Компрессор
Компрессор – данный механизм, также предназначен для подачи сжатого воздуха в двигатель, но свой привод он осуществляет от коленчатого вала.
Существует довольно много видов компрессора, но в автомобильной промышлености в основном используют класс именуемый механический нагнетатель.
Теперь на конкретных примерах сравним турбину и компрессор.
| Компрессор | Турбокомпрессор | |
| Способ привода | От коленчатого вала | За счет энергии отработанных газов |
| Прибавка к мощности | Низкие обороты | |
| Средние обороты | ||
| Высокие обороты | ||
| Задержка буста | Нет. Мощность компрессора пропорциональна мощности двигателя. | Имеется незначительная задержка именуемая турбоямой. |
| Расход мощности двигателя для собственного привода | Нет или незначительное. Расход мощности может появится в больших турбинах, за счет появления противодавления на выпускном коллекторе. | |
| Срок службы | Зависит от типа компрессора, но в любом случае негативно влияет на состояние коленчатого вала. | Длительный. Превышает срок службы двигателя при условии соблюдения правил эксплуатации. |
| Обслуживание | Каждые 10 тыс. км | Каждые 7 тыс. км |
| Стоимость | Средняя. Зависит от вида компрессора. | Дорогая. Зависит от двигателя. |
| Сложность установки | Простая. Могут справится в практически любом СТО. | Варьируется в зависимости от того, предусмотрена двигателем установка турбонаддува. Требуется специальные знания, если вы тюнингуете машину. |
| Расход топлива | Повышается | Понижается (при той же скорости, что у атмосферных аналогов) |
| КПД в зависимости от увеличения мощности двигателя |
Если вы до сих пор сомневаетесь в выборе, что лучше установить турбину или компрессор, то обратитесь к специалисту, который подробно распишет все «ЗА» и «ПРОТИВ» конкретно на примере вашего автомобиля.
Во многих современных машинах от холодильника до автомобиля, от корабля до самолета используются агрегаты, называемые турбинами и компрессорами.
турбина. Каждый из них имеет свое назначение и отличия. Без них трудно представить современное машиностроение, транспорт и энергетику.
То, что называется турбиной, по сути, является беспрерывно работающим ротационным двигателем
. Она представляет собой ротор или ее рабочий орган, который вращается под воздействием воды, пара или газа. В обобщенном виде их именуют рабочим телом. Такое воздействие осуществляется посредством закрепленных по окружности ротора лопаток или лопастей на которые падает поток рабочего тела. В результате кинетическая или внутренняя энергия рабочего тела преобразуется в механическую, вращая соединенные с ротором агрегаты. Сегодня турбина — обычное явление, однако только в XIX веке появились первые работоспособные образцы.
На современных турбинах имеются две главные части. Это подвижное рабочее колесо, состоящее из установленных на роторе лопаток. Именно оно напрямую создает вращение. К неподвижной части турбины относится сопловый аппарат, состоящий из лопаток, обеспечивающих рабочему телу необходимое направление потока при его воздействии на лопатки рабочего колеса. Этот поток может перемещаться вдоль или перпендикулярно валу турбины. Отдельным типом турбин выделяют турбокомпрессоры.
Для повышения эффективности турбин в условиях значительных тепловых перепадов могут создаваться турбины с несколькими контурами. Они могут иметь от одного до трех валов с разным расположением и оснащаться общим редуктором. Все турбины оснащаются регулятором безопасности, который в автоматическом режиме регулирует частоту вращения рабочего органа.
Сфера применения турбин чрезвычайно широка. Они являются составной частью приводов морских и воздушных судов, некоторых автомобилей, работают в различных гидронасосах и гидродинамических передачах. Турбины выступают приводами генераторов. вырабатывающих электрическую энергию на гидро, тепловых и атомных электростанциях. Все большее распространение получают турбинные устройства в двигателях внутреннего сгорания.
В соответствии с типом рабочего тела турбины подразделяются на паровые. газовые и гидротурбины. На их основе созданы газотурбинные и турбореактивные, турбовентиляторные двигатели. Почти все боевые корабли имеют турбинные двигательные установки. Они состоят из компрессора для нагнетания воздуха, камеры сгорания, газовой турбины и различного вспомогательного оборудования.
Принцип действия центробежного нагнетателя:
- воздух проходит по воздушному сужающемуся каналу и раскручивает лопасти крыльчатки.
- Раскрученные лопасти, ведомые центробежной силой, отбрасывают воздух на периферию кожуха.
- Там установлен диффузор, снижающий потери давления. Порой он имеет лопатки с регулируемым углом атаки.
- Через диффузор воздух выталкивается в воздушный окружающий туннель (иначе воздухосборник) в форме улитки. Данная форма не случайна. Поток воздуха движется по каналу, который изначально был узким, а под конец стал широким, тем самым меняется скорость и давление воздушной массы на необходимые.
Главный недостаток центробежного компрессора связан с базовым принципом, который приводит его в действие. Для работы ему необходимо огромная скорость вращения крыльчатки. Давление производимое компрессором равно квадрату скорости крыльчатки. Поэтому базовая скорость компрессора начинается от 40 тысяч оборотов за минуту и может достигать 200 тысяч. Понятно что для разгона на такую скорость ремень привода должен работать крайне быстро. Из-за чего от работы этого наддува появляется очень сильный шум и детали подвергаются быстрому износу. Частично проблема шума решается установкой дополнительного мультипликатора, при этом теряя часть КПД механического нагнетателя.
Огромная нагрузка накладывает высокие требования на качество материалов и точность обработки деталей нагнетателя.
К еще одному минусу данного механического нагнетателя можно отнести его инерционное действие, проявляющий себя в отставании срабатывании. На малых оборотах его эффективность ничтожна, но при увеличении оборотов происходит быстрый скачек в мощности. Из-за данной особенности центробежный нагнетатель устанавливают на машины, где требуется высокая мощность и скорость, взамен интенсивности разгона.
Что лучше выбрать механический нагнетатель воздуха или турбокомпрессор
Увеличение скоростных показателей своего автомобиля – весьма актуальный вопрос для многих владельцев транспортных средств. Сегодня данную задачу можно решить многими способами, но наибольшим спросом пользуется установка механического нагнетателя воздуха или турбо компрессора. Так какой из этих двух вариантов лучший? На данный вопрос попробуем ответит в данной статье.
Для этой цели изначально нужно разобраться с принципом работы механического и газового компрессора.
Принцип и особенности работы механической схемы
Таких устройств существует несколько видов:
- Объемный нагнетатели воздуха. Такие установки подают воздух в силовой агрегат одинаковыми порциями в независимости от скоростного режима, что является преимуществом при езде на низких оборотах мотора;
- Механические схемы внешнего сжатия воздуха. Такие компрессоры прекрасно подходят там, где есть необходимость в большом количестве подаваемого воздуха на невысоких оборотах мотора. Недостатком такого подхода является наличие возможности создания обратного оттока воздуха, так как компрессор сам по себе не обеспечивает нужного давления. К тому же такие установки имеют низкий КПД;
- Установки внутреннего сжатия. Их применение актуально на высоких оборотах силового агрегата, к тому же эффект обратного оттока воздуха гораздо меньший. Недостатками таких схем выступают: достаточно высокая стоимость (по причине высоких требований относительно материала исполнения) и возможность заклинивания, особенно в случае перегрева;
- Динамические нагнетатели воздуха. Такие установки работают лишь по достижению определенного количества оборотов, но при этом их КПД гораздо выше в сравнении с выше наведенными установками.
Поскольку механические нагнетатели воздуха функционируют за счет коленчатого вала мотора посредством дополнительного привода, обороты компрессора напрямую зависят от оборотов силового агрегата.
Особенности работы турбокомпрессора
Такие нагнетатели воздуха функционируют за счет энергии, полученной от выбросов отработанных газов. По своей сути турбокомпрессор – сочетание центробежного компрессора и самой турбины (колеса, оснащенного лопатками).
Принцип его действия заключается в следующем: отработанные газы с большой скоростью вращают турбину, которая вмонтирована на валу. На другом конце вала вмонтирован центробежный насос, основная задача которого заключается в нагнетании большого количества воздуха в цилиндры.
В современных компрессорах с целью охлаждения воздуха, который подается в турбину, применяют интеркулер.
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.
Источник
