Турбонагнітач
Турбонагнітач (турбокомпрессор) від латин. turbo-обертання - це прилад, який використовує перероблені гази(вихлопні гази) для збільшееня тиску всередині впускної камери.
Історія
На початку минулого століття швейцарський інженер Альфред Бюхи розробив перший пристрій нагнітання, що використовує як рушія енергію вихлопних газів. Будучи головним інженером науково-дослідного відділу компанії Sulzer Brothers, пан Бюхи в 1915 р. запропонував перший прототип турбодізеля.На жаль, він не був достатньо ефективним. Вже в 1917 р. обмежене число турбонагнітачів було випробуване на авіаційних моторах в умовах Першої світової війни. Це дозволило літаку забиратися вище, зберігаючи необхідну потужність мотора. Небагато чим пізніше за турбіну з’явилися і на суднових дизелях. У 1920 р. компанії Mercedes і Fiat починають свої дослідження в області турбонаддува.
Автомобільні турбонагнітачі спершу стали з’являтися на вантажівках. Перший такий мотор був побудований компанією Swiss Machine Works Saurer. В роки Другої світової війни турбонагнітачі широко використовувалися і в авіації, і на військовому транспорті. У 1952 р. автомобіль з турбодізелем вперше взяв участь в гонках.
Масове впровадження турбонагнітачів відбулося завдяки роботам Вільяма Вулленвебера кінця 50-х-начала 60-х років. Саме його конструкція є прародителем сучасних турбонагнітачів.
Принцип роботи
Вихлопні гази, проходячи в турбіну, приводять в обертання ротор. Колесо відцентрового компресора жорстко закріплене на осі ротора і обертається з тією ж швидкістю.Сама компресорна частина може бути різною по конструкції, але саме відцентровий тип став таким, що превалює. Чим більшою енергією володіють вихлопні гази, тим швидше обертаються колеса турбіни і, відповідно, компресори. Чим більше повітря подається в циліндри, тим більше палива може згоріти, тим вище потужність. При цьому частота обертання турбокомпресора може бути дуже і дуже високою - 150 тис. об/мин і більш. Колесо турбіни сполучене з валом зваркою тертям. Використання інших методів не дає необхідної точності з’єднання. Конструкція вал-турбіна повинна бути ідеально збалансована. Інакше, пам’ятаючи про високі швидкості крильчатки, навіть невелике биття приведе до гарантованої поломки. Вал в місці з’єднання з колесом зазвичай виконується порожнистим. Цей прийом дозволяє знизити тепловіддачу від колеса турбіни на вал і запобігти небажаному перегріву підшипників. Так вже виходить, що колесо турбіни, піддававшись прямій дії гарячих відпрацьованих газів, не несе такого великого теплового і, особливо, механічного навантаження, яку випробовує вал. Турбокомпресори виконують по декількох конструктивних схемах. І в основному відмінності цих підходів зводяться до розміщення опор кріплення валу. У турбонагнітачах саме вал і опори є украй уразливою ланкою. Піддававшись дії високих температур від вихлопних газів і серйозним механічним навантаженням, обумовленим високими швидкостями обертання роторів, ці опори представляють серйозну проблему для розробників. Зараз можна зустріти схеми з підшипниками кочення, але найбільшого поширення набули підшипники ковзання (наприклад, бронзові втулки і т.п. ). Як правило, втулки виконують плаваючими (тобто із зазором і щодо корпусу, і щодо самого валу).
До істотного недоліку турбонагнітача можна віднести те, що для його роботи необхідний певний тиск газу, який, однак, створюється тільки при більш високих обертах двигуна. Тому виникло поняття "турбоями". Щоб досягти оптимального ККД нагнітачів і при низьких оборотах, застосовується регулювання тиску вихлопних газів. Для боротьби з "турбоямами " використовують нагнітачі зі змінною геометрією турбіни. Вони додають двигуну додаткову потужність і допомагають знижувати кількість шкідливих викидів. Додаткове кільце з керованими лопатками напрямних дозволяє підтримувати потік вихлопних газів не тільки постійно, але і управляти їм. Так, на низьких оборотах, коли потік невеликий, поперечний перетин турбіни зменшується, що збільшує швидкість газів, що поступають на колесо, підвищуючи її потужність. На високих же оборотах лопаті повністю відкривають вхід газам, збільшуючи пропускну спроможність турбіни. Таке гнучке управління дозволяє не тільки розширити діапазон ефективної роботи турбонагнітача, але і істотно понизити споживання палива і шкідливі викиди.
Ключові компоненти турбокомпрессора
Він сккладається з трьох основних компонентів:
- Турбіна, яка завжди дає радіальний приплив(одноступінчаста осьова турбіна у великих дизельних двигунах).
- Компрессор, який є центробіжним компрессором.
- Центр обертання вузла.
посилання
- Большая советская энциклопедия - статья Турбокомпрессор.
- Ніцца, Карім (4 грудня 2000 року). "Як працюють турбокомпрессори".
- Николай С. (2005). Основи турбонадуву. Поняття ETI. ISBN 0-933283-14-8 .
- Jump up to: abA National Maritime Academy Presentation. Variable Turbine Geometry
