Обороты турбины двигателя: Какие обороты турбины двигателя

Содержание

6 простых советов по его правильной эксплуатации

Я, субъект персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27 июля 2006 года № 152 «О персональных данных» предоставляю ООО «Мега групп» (далее — Оператор), расположенному по адресу 115191, г. Москва, Духовской переулок, дом 17, стр. 15, согласие на обработку персональных данных, указанных мной в форме веб-чата и/или в форме заказа обратного звонка на сайте в сети «Интернет», владельцем которого является Оператор.

Состав предоставляемых мной персональных данных является следующим: ФИО, адрес электронной почты и номер телефона.
Целями обработки моих персональных данных являются: обеспечение обмена короткими текстовыми сообщениями в режиме онлайн-диалога и обеспечение функционирования обратного звонка.
Согласие предоставляется на совершение следующих действий (операций) с указанными в настоящем согласии персональными данными: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу (предоставление, доступ), блокирование, удаление, уничтожение, осуществляемых как с использованием средств автоматизации (автоматизированная обработка), так и без использования таких средств (неавтоматизированная обработка).

Я понимаю и соглашаюсь с тем, что предоставление Оператору какой-либо информации о себе, не являющейся контактной и не относящейся к целям настоящего согласия, а равно предоставление информации, относящейся к государственной, банковской и/или коммерческой тайне, информации о расовой и/или национальной принадлежности, политических взглядах, религиозных или философских убеждениях, состоянии здоровья, интимной жизни запрещено.
В случае принятия мной решения о предоставлении Оператору какой-либо информации (каких-либо данных), я обязуюсь предоставлять исключительно достоверную и актуальную информацию и не вправе вводить Оператора в заблуждение в отношении своей личности, сообщать ложную или недостоверную информацию о себе.
Я понимаю и соглашаюсь с тем, что Оператор не проверяет достоверность персональных данных, предоставляемых мной, и не имеет возможности оценивать мою дееспособность и исходит из того, что я предоставляю достоверные персональные данные и поддерживаю такие данные в актуальном состоянии.
Согласие действует по достижении целей обработки или в случае утраты необходимости в достижении этих целей, если иное не предусмотрено федеральным законом.
Согласие может быть отозвано мною в любое время на основании моего письменного заявления.

ИНТЕРЕСНОЕ О ТУРБИНАХ

Главная \ ИНТЕРЕСНОЕ О ТУРБИНАХ         

Что такое турбины и для чего они нужны?

Основная задача турбин – это повышение мощности двигателя автомобиля. При помощи турбины можно значительно повысить мощность авто.

Сейчас повысить мощность автомобиля можно с помощью: чип тюнинга двигателя, расточки цилиндров, применения фильтров нулевого сопротивления, полировки впускного/выпускного каналов, установки баллонов закиси азота. При использовании данных технических изменений можно неплохо повысить мощность авто. Существенно же повысить мощность автомобиля возможно при использовании турбин.
видео 1

Принцип работы турбины.

Принцип работы турбокомпрессора прост: через выпускной коллектор отработанные газы попадают в корпус турбины, в которой установлено турбинное колесо, которое приводится в движение. На одной оси с турбинным колесом установлено компрессорное колесо, которое в свою очередь сжимает воздух и падаёт его в впускной коллектор двигателя. Из всего этого следует, что обороты турбины очень высоки и напрямую зависят от мощности двигателя, скорость вращение турбины достигает 150.000 оборот в минуту и более.

При использовании турбины, в двигатель поступает воздух под высоким давлением, что позволяет увеличиться мощности автомобиля по отношению к объему двигателя и количеству топлива.

Наиболее эффективными являются турбокомпрессоры высокого давления. Отличие в конструкции от обычных турбин в том, что турбины повышенного давления имеют клапан, который устраняет избыточное давление на высоких оборотах.

Так же большинство турбокомпрессоров оснащены интеркулером. Основная задача интеркулера – охлаждение воздуха. Так как турбина работает на больших оборотах, воздух в ней нагревается, тем самым понижается содержание кислорода и плотность воздуха. Интеркулер справляется с этой проблемой.

Одной из проблем турбин всегда была небольшая задержка реакции (инерции), но сейчас эти недостатки уже практически устранены. С появлением двух параллельно расположенных турбин, одна из которых предназначена для работы на высоких оборотах, другая на низких, инерция турбины была значительно уменьшена. Так же, появились турбины, в которых стало возможно изменять угол наклона ротора, что в свою очередь так же позволяет бороться с проблемами связанными с задержкой в реакции. Хорошо уменьшена инерция в турбокомпрессорах с керамическими лопастями ротора, за счет того, что вес их меньше чем у стандартных аналогов.

Для того чтобы турбина на вашем автомобиле проработала дольше, нужно соблюдать такие правила:

Во время производите проверку воздушных и масляных фильтров.

При запуске двигателя, рекомендуется в течение минуты подержать его на холостых оборотах при минимальном нажатии педали газа.

Используйте двигатель и оборудование в таком режиме, чтобы не укорачивать срок службы турбокомпрессора.

Турбина является неотъемлемой частью множества двигателей, и настоящие ценители мощности понимают, что без турбины никуда, тем более те, кто любит погонять на скорости.

Преимущества турбокомпрессорного двигателя.

Соотношение «масса/мощность» у двигателя с турбокомпрессором выше, чем у атмосферного.

Двигатель с турбокомпрессором менее громоздок, чем атмосферный двигатель той же мощности.

Кривая крутящего момента двигателя с турбокомпрессором может быть лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации. При этом, например, водитель тяжелого грузовика должен будет намного реже переключать передачи на горной дороге, и само вождение будет более «мягким».

Двигатель с турбокомпрессором почти невосприимчив к значительной перемене высоты, тогда как атмосферный на большой высоте теряет мощность.

Двигатель с турбокомпрессором обеспечивает лучшее сгорание топлива. Подтверждением тому служит уменьшение потребления топлива грузовиками на больших пробегах.

Поскольку турбокомпрессор улучшает сгорание топлива, он также способствует уменьшению токсичности отработавших газов.

Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, работает более стабильно, чем его атмосферный аналог той же мощности, а будучи меньшим по размеру, он производит меньше шума. Кроме того, турбокомпрессор играет также роль своеобразного глушителя в системе выпуска.

Эксплуатация и сервис турбокомпрессора.

Турбокомпрессор работает в тяжелых условиях: высокая температура отработавших газов и большая частота вращения вала. Масло, подаваемое в турбокомпрессор для смазки и охлаждения, забирается из масляной системы двигателя, необходимо, чтобы оно было всегда чистым и соответствовало требованиям, предъявляемым изготовителем двигателя.

Турбокомпрессор на протяжении эксплуатации не требует дополнительного ухода и обслуживанию не подлежит. Капитальный ремонт турбокомпрессора проводится одновременно с капитальным ремонтом двигателя.

Срок службы турбокомпрессора совпадает со сроком службы двигателя, если только нет других указаний в инструкции по пользованию двигателя/транспортного средства, предоставленного изготовителем двигателя/транспортного средства.

Без необходимости не проводите демонтаж турбокомпрессора.

Не проводите на турбокомпрессоре никаких ремонтов и изменений, а также регулировок механизма перепуски газа.

Установку турбокомпрессора проводите согласно инструкции по установке или доверьте эту работу специализированному ремонтному предприятию, имеющему лицензию на данный вид выполняемых работ.

Руководствуйтесь рекомендациями, данными в инструкции по обслуживанию двигателя/ транспортного средства, изданной изготовителем двигателя/транспортного средства.

Проводите замену масла в соответствии с рекомендациями изготовителя двигателя.

Проводите замену/обслуживание оборудования для очистки масла в соответствии с инструкциями изготовителя двигателя.

проводите правильный контроль давления смазочного масла в соответствии с инструкциями изготовителя двигателя.

Проводите правильный контроль/замену оборудования для очистки воздуха в соответствии с инструкциями изготовителя двигателя.

Поврежденные трубопроводы подачи и стока масла, либо поврежденные трубопроводы, подсоединенные к впуску/выпуску турбины, немедленно замените.

Не давайте высокую нагрузку двигателя сразу после запуска. Производите запуск на режиме холостого хода. ВНИМАНИЕ: Перед остановкой двигателя с турбокомпрессором нельзя делать перегазовку. Необходимо перейти на холостой режим работы двигателя, дать поработать на нем 2 минуты и затем только остановить двигатель.

Ремонт турбокомпрессора возможен только в условиях специализированной мастерской квалифицированным персоналом.

Обслуживание турбокомпрессора.

Если автомобиль нуждается в ремонте, а все признаки указывают на то, что неисправность связана с турбокомпрессором, важно точно установить, поврежден турбокомпрессор или нет. Чтобы новый турбокомпрессор, установленный вместо неисправного, работал долгое время, необходимо придерживаться следующих правил:

содержать турбокомпрессор в чистом виде;

регулярно проверять герметичность соединений воздушного тракта перед турбокомпрессором и за ним, при необходимости подтянуть хомуты;

регулярно проверять герметичность соединений трубопроводов подвода и слива масла турбокомпрессора;

не допускать продолжительной работы дизеля на холостом ходу во избежание насасывания смазочного масла в компрессор, так как в режиме холостого хода возможно разрежение в корпусе компрессора.

ВНИМАНИЕ: При работе в условиях сильной запыленности (пахота, уборка и др.) необходимо ежедневно продувать сжатым воздухом фильтрующий элемент воздухоочистителя.

Установка турбокомпрессора

Чтобы быть уверенным в качестве приобретаемого нового турбокомпрессора, рекомендуется покупать его у официальных дилеров производителя.

Прежде всего, необходимо выяснить причину поломки старого турбокомпрессора. Осмотрите систему впуска и систему выпуска турбокомпрессора, чтобы убедиться в отсутствии посторонних предметов, включая частицы прокладок. Имейте в виду, что мелкие частицы могут вызывать серьезные повреждения ротора, если они попадут в рабочую зону при работе на больших оборотах. Убедитесь, что все пылезащитные колпачки удалены из турбины. При установке на двигатель убедитесь, что грязь или посторонние предметы не попадут в полости турбокомпрессора.

При установке нового или отремонтированного турбокомпрессора на двигатель, должна быть произведена замена масла и масляного фильтра. Мы также рекомендуем проверить воздушный фильтр и заменить его, если это необходимо. Используйте только смазочные материалы, рекомендуемые для турбодвигателей.

Необходимо использовать только новые прокладки для уплотнения воздушной системы и подсоединений выхлопа к турбокомпрессору. КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УПЛОТНЯЮЩИХ ИЛИ СОЕДИНЯЮЩИХ СОСТАВОВ (ГЕРМЕТИКОВ) ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ МАСЛЯНЫХ КАНАЛОВ. Проверьте линию подачи масла и дренажные трубки на отсутствие повреждений и сужений сечения, деформаций или любых других сомнительных признаков. Если есть какие-либо сомнения, то замените детали. В некоторых случаях трубки необходимо менять.

1. Установите турбокомпрессор на двигатель. Не используйте герметики на входном отверстии и выхлопном фланце турбины. Все болты (гайки) крепления турбокомпрессора должны быть затянуты моментами, указанными в технической документации на двигатель.

2. Заполните входное отверстие масляного канала чистым моторным маслом перед подсоединением трубки подачи масла к турбокомпрессору. Несколько раз вручную проверните крыльчатку, чтобы масло попало на подшипники. Повторите данную операцию, пока масло не потечет из отверстия масляного канала.

3 . Перед подсоединением шланга слива масла проверните двигатель до получения устойчивого потока масла из канала дренажа, таким образом, предотвращая масляное голодание турбокомпрессора при запуске двигателя.

4. Перед запуском двигателя необходимо отключить подачу топлива и прокрутить двигатель стартером в течение 20…30секунд, для того, чтобы заполнилась масляная система.

5. Дайте поработать двигателю на оборотах холостого хода по крайней мере три минуты после установки турбокомпрессора. Это предотвратит повреждение подшипников и будет достаточным для того, чтобы удалить остаточные загрязнения из системы смазки и корпуса подшипника.

6. Проверьте отсутствие утечек масла, охлаждающей жидкости, выхлопных газов и воздуха. Турбокомпрессор — высокоточный механизм, изготовленный с очень жесткими допусками. Чтобы обеспечить долговечную и оптимальную работу, нужно придерживаться рекомендуемых изготовителем сервиса и обслуживания.

7. Одновременно с ремонтом турбины необходимо заменить катализатор или его удалить. Забитый катализатор приведёт к поломке турбокомпрессора.

8. После капитального или текущего ремонта мотора рекомендуемо сделать первую замену масла после 100 км, вторая замена масла после 1000 км. Предупреждение!

Категорически запрещается вращать вал турбокомпрессора без масла!!

Запрещается на работающем двигателе перекрывать вход воздуха в компрессор — это приведет к поломке турбокомпрессора!

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ: При эксплуатации необходимо придерживаться следующих правил:

нельзя глушить двигатель после работы под нагрузкой. Необходимо дать двигателю поработать на холостом ходу 20….120 секунд в зависимости от нагрузки

необходимо избегать резких ускорений на холодном двигателе

запрещается эксплуатация двигателя без воздушного фильтра, так как могут быть повреждены лопатки турбокомпрессора

запрещается эксплуатация двигателя с уровнем масла ниже минимума

Регулярно (согласно требованиям к эксплуатации автомобиля) необходимо менять масло и масляный фильтр. Качество масла и масляный фильтр должны соответствовать марке автомобиля и двигателя. При эксплуатации двигателя особое внимание должно уделяться системе выхлопа и катализатору. Повышенное сопротивление выхлопным газам приводит к преждевременному выходу турбокомпрессора из строя.

Использование неоригинальных или восстановленных турбокомпрессоров

Покупая восстановленный турбокомпрессор у дилера, почему бы вам не подумать о приобретении нового турбокомпрессора. Компании, продающие восстановленные турбокомпрессоры, как правило, предлагают гарантию и всевозможные заверения о качестве продукта лишь для того, что бы осуществить сделку.

Проблема с восстановленными турбокомпрессорами заключается, как правило, в использовании некачественных и неоригинальных запчастей. Каждодневно турбокомпрессор подвергается высоким температурам и напряжению, что приводит восстановленный турбокомпрессор при использовании неоригинальных запчастей в опасное разрушающее оружие не только для автомобиля, но и для его владельца. К сожалению, сейчас не приходится говорить о порядочности ремонтных мастерских, которые всячески пытаются снизить свои расходы на материалы. Так как качественно восстановленный турбокомпрессор с оригинальными запчастями приближается к цене нового.

Оригинальные турбины изготовлены из материалов высочайшего качества, восстановленные турбины изготовлены из повторно используемых компонентов. Любая попытка восстановить турбокомпрессор и использование сменных деталей связана с трудностями из-за технической сложности турбин и приводит к потенциальным серьёзным проблемам, таким как:

Конфликт с системами управления двигателя;

Низкое значение потока/давления ухудшающие реакцию турбокомпрессора и общую производительность;

Повышение выхлоп CO2;

Перенасыщение топливом горючей смеси, приводящее к нагреванию до чрезмерно высоких температур, что может повредить как турбину, так и двигатель;

Высокие значение потока/давления, приводящие к превышению допустимой скорости вращения вала турбины, разрыву крыльчатки и повреждению двигателя;

Чрезмерный наддув двигателя вызывающий его физическое повреждение.

Покупая восстановленные, или поддельные турбокомпрессора вы уменьшаете мощность двигателя, увеличиваете расход топлива и содержание CO2 в выхлопных газах.

При необходимости замены турбины используйте только оригинальные турбины!

Какие обороты для турбированного мотора самые оптимальные — Лайфхак

  • Лайфхак
  • Эксплуатация

Фото из открытых источников

Автопроизводители все чаще применяют на своих машинах наддувные моторы, ведь они легче, чем «атмосферники», экологичнее и мощнее. Однако до сих пор многие водители спорят о том, какие обороты турбодвигателя наиболее оптимальны и менее вредны для агрегата. Портал «АвтоВзгляд» разобрался в вопросе.

К современному наддувному мотору предъявляются очень строгие требования. Из-за жестких экологических норм он должен заводиться сразу и прогреваться в движении. А еще у него должны быть высокие рабочие характеристики, чтобы сразу включиться в городской трафик. Ресурс самого агрегата тут вторичен.

Вот поэтому инженеры настраивают все системы впрыска так, чтобы мотор моментально откликался на нажатие педали газа. Из-за этого турбодвигатель обладает достаточной тягой уже почти от оборотов холостого хода. А пик крутящего момента начинается от 1500 об/мин и продолжается до 4000—5000. В этом диапазоне у двигателя самая большая отдача.

Если брать конкретные моторы, то сначала надо посмотреть на их характеристики. Прежде всего интересует график с двумя кривыми — нарастание мощности и крутящего момента. Наибольшая эффективность мотора достигается между максимумом крутящего момента и максимумом мощности.

Фото из открытых источников

Так какие же обороты наиболее оптимальны? Чтобы движок быстрее прогрелся, держите их в диапазоне 1100—1300 об/мин. Этого хватает для того, чтобы детали шатунно-поршневой группы и турбина нагрелись до рабочих температур, а масляный насос прокачал смазку через всю систему. Так уменьшается риск образования задиров в цилиндрах из-за того, что масляная пленка слишком тонкая. А еще в подобном режиме быстрее всего прогревается рабочая жидкость в автоматической трансмиссии. Не забывайте, что коробка передач тоже нуждается в прогреве, иначе с ней возникнут проблемы.

В движении по трассе наиболее оптимальными считается диапазон от 1800 до 2000 об/мин. В этом режиме двигатель выдает ровно столько, сколько нужно для движения с заданной скоростью и с минимальным расходом топлива. Считаем, что это идеальный режим с точки зрения долговечности, ведь силовой агрегат практически не нагружен, а масло равномерно распределено по всей системе.

Ну а разгонять мотор до 5000—6000 об/мин мы советуем лишь на обгонах, да в тех случаях, когда надо прочистить двигатель от сажи и других отложений.

250441

250441

Глоток свежего воздуха – турбина ДВС

Почти на каждом дизельном двигателе, в том числе и с установленной системой bosch имеется турбонагнетатель.

В теории турбина, это воздушный насос, закачивающий больше воздуха в дизельный двигатель. Большое количество воздуха позволяет дизельному двигателю, развивать большую мощность и  при этом уменьшая расход топлива.

Основные характеристики, принцип работы и устройство

Турбина устанавливается между воздушным трубопроводом и трубой выхлопа. Как только выхлопные газы покидают двигатель, попадая в турбину они начинают ее раскручивать и вращают компрессор, который нагнетает воздух в двигатель. Масло, подаваемое на турбину, производит смазку турбины.

На практике, турбина очень эффективный агрегат, собранный инженерами  с точностью до сотых доли миллиметра.

Турбина и компрессор смонтированы в едином кожухе, с поддерживаемой системой подшипников. Сама  турбина работает за счет давления отработанных газов двигателя.

Отработанные газы входят в отсек турбины, раскручивают ее и покидают через выходной трубопровод.

Температура выхлопных газов может достигать 950 °C, что означает использование в производстве турбины высокотемпературных сплавов.

Скорость и нагрузка на дизельный двигатель определяет, с какой скоростью будет вращаться турбина. При работе двигателя на холостом ходу, турбина работает на самых минимальных оборотах.  Чем большее количество выхлопных газов проходит через турбину, тем быстрее скорость ее вращения. На максимальных оборотах, ее скорость может достигать  240 тыс. об /мин.

  • Компрессорное колесо с лопатками  соединено с турбиной единым закаленным стальным  валом и вращается за счет вращения турбины.
  • Воздух засасывается за счет вращения компрессионного колеса и при этом сжимается от очень высокой скорости вращения.
  • Турбокомпрессор преобразует высокоскоростной воздушный поток с низким давлением в высокоскоростной поток с высоким давлением.
  • Поступающий в турбину воздух, проходя через нее, нагревается до 200 °C.

Увеличение температуры увеличивает плотность, что в свою очередь уменьшает мощность двигателя. Поэтому воздух, перед тем как попасть в двигатель из турбокомпрессора, охлаждается в специальном радиаторе  — интеркулере.

Соединяющий турбину и компрессор вал, работает в системе опорных подшипников и смазывается маслом из системы смазки двигателя. Масло играет одновременно роль охладителя турбины, забирая тепло от подшипников.

  С двух сторон кожуха установлены уникальные масляные сальники, разработанные специально для высоких температур. Сальники предотвращают попаданию масла в компрессор и турбину.

Турбина с электронной начинкой

При больших оборотах турбины, может произойти перегазовка двигателя. Поэтому сейчас изготавливают управляемые турбины с подключением в одну электронную систему управления работы двигателя.

Турбина современного грузового автомобиля очень сложный агрегат, включенный в одну систему с ТНВД. Для улучшения работы дизельного двигателя производители устанавливают так называемые варьированные турбины.

В зависимости от завода — изготовителя турбины, в них используются подвижные створки или подвижные сопла, давая турбине подстраиваться под работу двигателя. Это позволяет намного более эффективно использовать выхлопные газы  и изменять воздушный поток, чтобы получить желаемую скорость в диапазоне работы двигателя.

Данная технология позволяет двигателю эффективно работать при различных режимах. Увеличивая экономию топлива и улучшая характеристики торможения двигателем.

Ранее выпускавшиеся варьированные турбины использовали вакуум для изменения положения сопел или заслонок. Большинство современных моделей использует электронное оборудование и имеет собственный процессор.

Знания и точность – ремонт турбин

В любом случае работа таких турбин осуществляется в согласованной связке с ТНВД. Сложность  варьированных турбин не позволяет производить их ремонт в неспециализированных мастерских с отсутствием специального оборудования и мастеров должной квалификации.

Это закономерно относиться и к ремонту тнвд bosch дизельных двигателей грузовиков. Только опытные специалисты смогут произвести ремонт и настройку сложной системы ТНВД и турбины.

Не рискуйте своим автомобилем, отдавая его в руки ненадежных механиков с малопригодным оборудованием.

Если у вас возникла необходимость в ремонте турбины или ремонте тнвд бош, обращайтесь только к настоящим профессионалам.

Ремонт тнвд бош, двигателей, турбин – мы №1 по праву.

Турбина в авто

Что такое турбина и какие проблемы могут возникнуть в ее работе?

Турбина — это вспомогательное устройство для повышения мощности двигателя, используя те же выхлопные газы, которые выпускает двигатель. В турбине есть так называемые «лепестки» (лопасти), они при вращении создают давление, которое поступает обратно в камеру сгорания, тем самым увеличивая детонацию и мощность двигателя. Соответственно, чем больше давление в турбине, тем мощнее двигатель. Давление в турбине измеряют в барах. 1 бар — это приблизительно 1 атмосфера или 1 кгс/см2.

Иногда выхлопных газов, исходящих из двигателя, становится недостаточно и появляются провалы в работе турбины. Это называется — турбояма. При давлении на педаль акселератора двигатель не успевает докручиваться из-за того, что турбина не подает достаточного давления в систему. Так появляется турбояма. Вращается турбина от выхлопных газов, и обороты могут достигать 150 тысяч в минуту. Соответственно, двигатель и турбина связаны и зависимы друг от друга. А что произойдет, если турбина будет «дуть» очень сильно? Выдержит ли двигатель? Конечно же турбину не устанавливают, не предусмотрев запас прочности двигателя. У турбированного двигателя усиленные комплектующие, другая система впуска и выпуска, и, помимо этого, в турбине предусмотрен клапан. Клапан этот выпускает избыточное давление, тем самым сохраняя двигатель от подрыва.

За состоянием автомобиля и его комплектующих каждый водитель должен внимательно следить, проходить техосмотры и постоянно ухаживать за авто. Ведь каждая деталь играет важную роль в работе транспортного средства. Не стоит забывать и о таком важном процессе, как страхование авто. Процедура эта в настоящее время очень упрощена и есть возможность оформить полис ОСАГО онлайн. Во Владивостоке полис ОСАГО можно приобрести либо в офисе страховой компании, либо через интернет. Например, на сайте strahovkaru.ru можно рассчитать стоимость ОСАГО во Владивостоке и оформить покупку онлайн.

Но зачастую турбояма появляется не только от работы турбины, а и от того, что машина ехала слишком медленно и обороты двигателя были очень низкими. Водитель, желая внезапно ускориться, резко нажимает на педаль газа, а двигатель не раскручивается. Поэтому, чтобы активировать турбину, нужны большие обороты двигателя. Наверняка вы замечали, что при старте на драг-рейсинге машины попросту чуть ли не разрываются перед тем, как загорится зеленый свет светофора. Все это для того, чтобы не появилась турбояма и двигатель не потерял мощности при старте и использовал всю мощность турбины.

На дизелях и бензиновых машинах турбояма происходит почти аналогично. Турбояма мешает динамичной езде и доставляет неприятные ощущения водителю. Эта проблема еще не решена полностью. Есть лишь альтернативные решения, которые хоть как-то устраняют эту проблему.

Не нужно сразу менять турбину при появлении турбоям. Нужно изменить режим работы двигателя, проводя чип-тюнинг, при котором двигатель будет подстраиваться под работу турбины. Ставят дополнительную вторую турбину, которая будет компенсировать работу первой. Такие движки называются битурбо («biturbo»). А некоторые производители авто используют дополнительные емкости с воздухом для подачи его в турбину.

На правах рекламы

Скорость вращения турбины автомобиля


Интересная статья о турбинах — бортжурнал Subaru B4 ☆RSK TwinTurbo MT 280hp☆ 2002 года на DRIVE2

Когда люди говорят о гоночных машинах или мощных спортивных авто, рано или поздо всплывает тема турбин(турбо компрессоры также устанавливают на больших дизельных моторах). Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного увеличения его размеров/веса, что является основным преимуществом которое сделало турбины столь популярными.

В данной главе вы узнаете о том как турбокомпрессор увеличивает отдачу двигателя работая в экстримальных условиях. Также вы узнаете как вестгейты, керамические крыльчатки турбин и шарикоподшипники помогают турбокомпрессорам выполнять свою работу еще лучше. Турбокомпрессоры — тип усиленной впускной системы. Они сжимают воздух во впускном тракте. Преимущество сжатия воздуха в том что двигатель получает возможность «запихнуть» в камеру сгорания больший объем воздуха, а большему кол-ву воздуха нужен больший объем топлива. Таким образом мы получаем больше мощности от каждого взрыва в каждом циллиндре. Турбированный двигатель производит больше мощности по сравнению с таким же НЕ турбированным двигателем. Турбина может значительно улучшить соотношение мощность/вес для вашего двигателя.

Для раскрутки/буста турбина использует поток выхлопных газов которые вращают крыльчатку турбины, которая в свою очередь соединена(находится на том же валу) с крыльчаткой аэро компрессора. Скорость вращения турбины может достигать150тыс. об./мин что почти в 30 раз быстрее скорости вращения самого двигателя. Естественно что при таких условиях работы, температура турбины тоже очень высока.

Основы.

Одним из верных способов увеличения мощности двигателя является увеличение объема газо-бензиновой смеси которое он может сжечь. Этого можно достичь увеличив кол-во циллиндров, или сделать имеющиеся циллиндры больше. Иногда подобные изменения могут не дать должного эффекта, в отличие от турбины, которая является более простым, компактным решением для увеличения мощности, особенно если речь идет о производителях тюнинговых решений.

Турбины позволяют двигателю сжигать большее кол-во газо-топливной смеси путем большего нагнетания ее в имеющуюся камеру сгорания. По сравнению с обычным двигателем, турбина может нагнетать до 50% больше газотопливной смеси в камеру сгорания. Установкой турбины можно достичь 40-го % прироста мощности двигателя. Справедливо ожидать 50-ти процентного прироста мощности, но все не так замечательно, и вот почему. Установка турбины накладывает определенные ограничения на выпускную систему, тк выхлопные газы проходят через крыльчатку турбины, тем самым увеличивается сопростивление потоку выхлопных газов, что в свою очередь отнимает часть КПД от взрывов в циллиндрах которые происходят одновременно.

Турбокомпрессор и двигатель.

Турбокомпрессор устанавливается на выпускном коллекторе. Выхлопные газы раскручивают крыльчатку турбины которая работает по принципу газотурбинных двигателей. Вал турбины соединен с валом воздушного компрессора который схематически находится между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания двигателя.

Поток выхлопных газов проходящих сквозь крыльчатку турбины, разгоняет ее. Чем больше давление выхлопных газов оказываемое на крыльчатку турбины, тем быстрее она раскручивается.

На другом конце вала турбины установлен воздушный компрессор который нагнетает воздух в камеру сгорания. Компрессор работает по принципу центрифуги — он раскручивает воздух от центра к краям крыльчатки по ходу вращения.

Тк вал турбины раскручивается до огромных скоростей(150тыс об./мин.), необходимо обеспечить его надежную поддержку/закрепление. Большая часть подшипников взорвалась бы на таких скоростях, по этому в большей части турбокомпрессоров используется жидкий подшипник(маслянный клин). Данный тип подшипника поддерживает вал на тонком слое масла которое подается под давлением вокруг него(между валом и стенкой подшипника). Это делается по 2-м причинам:1.Масло охлаждает вал и прилегающие части турбокомпрессора

2.Этот метод позволяет избежать большой силы трения между валом и стенками подшипника турбокомпрессора

Конструкция турбокомпрессора.

Одной из главных проблем связанных с использованием турбокомпрессоров является то что они не могут моментально обеспечить рабочее давление наддува(буст) когда вы нажимаете на педаль акселератора. Проходит определенное время до того как турбина разгонится и начнет обеспечивать рабочее давление наддува. Это явление называется лаг(задержка), то есть мы ощущаем лаг когда давим на педаль акселератора, затем спустя определенное время(лаг) машина выстреливает вперед.Для уменьшения турбо лага необходимо уменьшить силу инерции вращающихся частей, главным образом путем уменьшения их веса. Это позволит турбине и компрессору разгоняться быстрее, и раньше опеспечивать рабочее давление наддува. Одним из верных способов уменьшения силы инерции турбины и компрессора является уменьшение размера самого турбокомпрессора. Не большой турбокомпрессор обеспечит рабочее давление наддува на низких оборотах двигателя значительно быстрее, но не сможет обеспечить нормальное давление наддува на высоких оборотах, когда двигателю необходим значительно больший объем воздуха.Также для небольших турбокомпрессоров существует опасность слишком быстрого вращения на высоких оборотах двигателя, когда большой объем выхлопных газов проходит сквозь турбину.Большие турбокомпрессоры могут обеспечить достаточное давление наддува на высоких оборотах двигателя, но им присущь больший турбо лаг тк их турбина и компрессор имеют больший вес и как следствие разгоняются дольше. К счастью есть несколько способов побороть эту проблему.У большинства автомобильных турбокомпрессоров есть вестгейт, который позволяет использовать небольшие турбокомпрессоры для уменьшения лага, а также предотвращает их слишком быстрое вращение на высоких оборотах двигателя. Вестгейт — это клапан который позволяет проходить потоку выхлопных газов в обход крыльчатки турбины. Вестгейт распознает давление наддува.Если давление слишком высоко это может означать что турбина вращается слишком быстро, в этом случае вестгейт отводит(открывает клапан) часть потока выхлопных газов от крыльчатки турбины, что позволяет снизить скорость вращения турбины.В строении некоторых турбокомпрессоров вместо жидких подшипников(маслянного клина) используются шарикоподшипники. Но это не обычные подшипники — это супер точные подшипники созданные с использованием передовых технологий/материалов призванных допустить их использование на таких скоростях и температурах присущих турбокомпрессорам. Такие подшипники позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем в обычных жидких подшипниках. Также шарикоподшипники позволяют использовать меньший и более легкий основной вал, что тоже положительно сказывается скорости раскручивания вала, и уменьшении турбо лага.

Керамическая крыльчатка легче стальной, используемой в большинстве турбокомпрессоров. Это тоже позволяет турбине раскручиваться быстрее, что в свою очередь помогает уменьшить турбо лаг.

Компоненты турбокомпрессора.

В строении некоторых турбосистем используются два турбокомпрессора. Меньший турбокомпрессор раскручивается до рабочего давления наддува значительно быстрее, уменьшает лаг, пока больший турбокомпрессор раскручивается и срабатывает на высоких оборотах обеспечивая большее давление наддува.Когда воздух сжимается — он подогревается и расширяется. Собственно часть от общего увеличения давления турбокомпрессором — результат нагрева воздуха до его попадания в камеру сгорания. Для того чтобы увеличить мощность двигателя необходимо «впихнуть» в камеру сгорания как можно больше молекул воздуха, а не просто воздух под большим давлением.

Интеркулер способствует увеличению мощности двигателя путем охлаждения сжатого воздуха который поступает из компрессора, перед его попаданием в камеру сгорания. Это означает что турбокомпрессор способен обеспечить определенное давление наддува, а та же система с интеркулером способна обеспечить то же давление наддува, но уже охлажденного сжатого воздуха(в котором больше молекул чем в НЕ охлажденном воздухе).

Основные термины:Порог наддува(Boost threshold) — минимальные обороты двигателя при которых создается положительное давление наддува во впускном коллекторе, при максимальной нагрузке на двигатель.

Турболаг — время между «тапкавпол» и моментом когда турбокомпрессор опеспечивает рабочее давление наддува.

Какая турбина САМАЯ лучшая? Нет лучшей турбины. Как правило все тюнинговые турбины делятся на эти несколько классов:1.Турбины позволяющие немного увеличить мощность двигателя2.Турбины позволяющие значительно увеличить мощность двигателя

3.Быстро раскручивающиеся турбины

Что необходимо заменить для установки тюнинговой турбины? Как правило для установки тюнинговой турбины необходимо заменить топливный насос, форсунки, и программу управления двигателем.(отсебятина: и, как мне кажется — выхлопную систему)

Существует ли какой-нить метод доработки турбины, который не потребует других доработок? Существует. К стоковой турбине можно применить процедуру port&polish(шлифовка и полировка внутренней поверхности улиток турбокомпрессора). Также на короткое время можно установить буст контроллер, но по большому счет установка бустконтроллера глупая затея.

Какая турбина лучше всего подходит для небольшого увеличения мощности двигателя? Наиболее широко применяемые турбины для этих целей: VF30/VF34 и 16G

Какая турбина лучшая в классе «быстрораскручивающихся» турбин? Наиболее широко применяемые турбины для этих целей: стоковые турбины с отшлифованными и полированными внутренними поверхностями улиток.

Выбераем турбу:

Для того чтобы сделать правильный выбор, сначала необходимо определить какой именно ТИП турбин больше всего подходит для ваших нужд. По этому мы обсудим самые распространенные типы турбин. Собственно здесь представленна базовая информация, не стоит использовать ее как ОСНОВНОЙ источник информации для выбора турбины, тк существует еще куча факторов влияющих на подобный выбор. Для более верного выбора проконсультируйтесь с продавцом турбин, или мастерами тюнинга(в таких конторах как Плеяда, или Альпина).Обычная турбина.Обычная турбина в сущности насос который «запихивает» воздух под давлением во впускную систему двигателя, в результате наддув сжатого воздуха поздоляет увеличить мощность двигателя, к чему, как правило мы и стремимся. Но не стоит забывать что больше мощности даст больше тепла, и внутренние компоненты двигателя должны соответствовать уровню тюнинга. Замена стоковой турбины на большую — самый простой, быстрый, дешевый и правильный метод. Обычно для подобных замен на турбовых версиях субар используют следующие турбины: VF-30/34/22 и 16/18/20G. Подобный тюнинг еще называют Bolt-on.Твинскролловая турбинаТвинскролловая турбина может быть установлена только с равнодлинным выпускным коллектором. Это обусловлено внутренним устройством данной турбины, а также требованием чтобы давление потока выхлопных газов на крыльчатку турбины было всегда одинаковым, что позволит твинскролловой турбине раскручиваться быстрее по сравнению с обычной турбиной такого же размера. Данное требование(установка равнодлинного выпускного коллектора) является обязательным к исполнению, не позволяйте сбить вас столку недобросовестной рекламой твинскролловых турбин. Если сравнить твинскролловую турбину в характеристике которой указано 500 CFM(Кубических футов в минуту — это характеристика воздушного потока прогоняемого в единиху времени конкретным воздушным компрессором), и обычную турбину в характеристике которой указаны те же 500CFM, твинскролловая турбина раньше обеспечит рабочее давление наддува. Ну и собственно если вы выбрали 2-е подходящие по размерам турбины, одна из которых твинскролловая, другая обычная — твинскролл будет лучшим выбором если вы готовы смириться со значительными затратами на выхлопную систему, и предпочитаете турбину которая раскручивается быстрее обычной.В отличие от установки обычной более производительной/большей турбины — твинскролл требует больше затрат. В основном из-за необходимости использования равнодлинного выпускного коллектора, ап-пайпа другой конструкции, и возможно другого картера(тк в равнодлинном коллекторе трубы идущие от правой половины двигателя — длиннее, и если оставить стандартный картер — коллектор просто не встанет) и маслоуловителя. Куирт Крафорд из «Crawford Performance» недавно провел эксперимент, на Легасе с твинскролловой турбиной GT32. Он заменил равнодлинный коллектор на обычный, а также доработанный ап-пайп на стоковый, и замерил результаты. По ошушениям и на основе полученных результатов он обнаружил ухудшение отклика турбины на 750 об/мин, то есть увеличился лаг. Это должно послужить уроком для всех кто считает что установка твинскролловой турбины возможна и без лишних затрат на выпускную систему.

Еще одной важной особенностью установки твинскролловых турбин(и, соответственно равнодлинного коллектора) является изменение звука выхлопа. Равнодлинный коллектор сильно меняет звук выхлопа убирая столь популярное урчание опозитного двигателя. Для яростных поклонников родного звука субаровского мотора — только это может сыграть не в пользу установки твинскролла.

Взято с www.sti-club.su. Автор перевода: empty3000.Оригинал NASIOC форум:

forums.nasioc.com/forums/showthread.php?t=1218459

Как работает турбокомпрессор.

Воспользуйтесь строкой поиска, чтобы найти нужный материал

Главная Авто Как работает турбокомпрессор. Турбокомпрессоры часто применяются в дизельных автомобилях. Турбина может существенно увеличить мощность автомобиля, без особого увеличения веса, этот факт делает её очень популярной. Давайте вкратце рассмотрим как это происходит.В процессе горения участвует кислород,  а турбокомпрессор позволяет сжимать воздух,  поступающий в цилиндр. Таким образом, становится возможно больше воздуха поместить в цилиндр, а больший объём воздуха позволит большему количеству топлива сгореть. Теоретически, теперь каждый цилиндр может отдать больше мощности при сгорании топлива и увеличить соотношение мощность-вес двигателя.Турбокомпрессор, используя энергию отработавших газов, раскручивает турбину, которая раскручивает воздушный насос. Скорость вращения турбины достигает 150 000 оборотов в минуту,  что примерно в 30 раз превышает скорость вращения двигателя автомобиля.

Работа двигателя с турбокомпрессором .

Самый простой способ увеличить мощность двигателя, это увеличить количество воздуха и топлива, поступающего в двигатель. Один из способов это добавление цилиндров, или увеличение их объёма. Иногда, внести такие изменения нет возможности и проще установить турбину.Турбокомпрессор позволяет двигателю сжигать больше топлива,  «упаковывая» больше воздуха в уже имеющийся цилиндр. Типичное значение увеличения давления составляет от 6 до 8 фунтов на квадратный дюйм. При нормальном атмосферном давлении 14,7 фунта на квадратный дюйм, несложно подсчитать, что мы получаем прирост воздуха,  поступающего в двигатель, более 50%.Теоретически мы ожидаем получить прирост мощности около 50%. В реальной жизни можно получить от 30 до 40%. Одной из причин такого несовпадения является то, что для раскрутки турбины требуется энергия.

 

Устройство турбокомпрессора.Турбокомпрессор крепится к выпускному коллектору двигателя. Выхлопные газы раскручивают турбину, которая работает как газотурбинный двигатель.Турбина соединена валом с компрессором, который располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор — это тип центробежного насоса, который втягивает воздух своими лопастями и толкает его наружу. Он увеличивает давление воздуха, поступающего в цилиндр. Выхлопные газы проходят через лопасти турбины, заставляя её вращаться, и чем больше выхлопных газов проходит через лопасти, тем больше скорость вращения.Для вращения со скоростью 150 000 об/м вал должен хорошо поддерживаться.Большинство подшипников просто не выдержат таких скоростей и разрушатся, поэтому используются гидравлические подшипники. Это тип подшипника в котором непосредственную нагрузку от вала воспринимает тонкий слой жидкости. Таким образом, решается два вопроса:  первый — это охлаждение вала и остальных частей турбогенератора, второй — это уменьшение трения между валом и другими частями.

Основные части турбокомпрессора.

Одна из проблем связанная, с турбокомпрессором состоит в том, что он не обеспечивает мгновенное увеличение мощности при нажатии на педаль газа. Один из способов уменьшить это отставание — это уменьшить инерцию вращающихся частей,  в основном за счёт уменьшения их массы и размера. Это позволит турбине и компрессору быстрее ускоряться. Меньший турбокомпрессор будет обладать лучшей приёмистостью на низких оборотах двигателя, но не будет в состоянии дать значительный прирост на высоких оборотах. Также существует опасность разрушения турбины и компрессора на слишком больших оборотах.Большинство автомобильных турбокомпрессоров оснащены перепускными клапанами (wastegate),  который позволяет использовать турбокомпрессор меньшего размера, сокращая задержку и предотвращая слишком быстрое вращение на высоких оборотах. Wastegate — это клапан, который позволяет выхлопным газам обходить турбину,  он чувствителен к давлению наддува. Если давление становится слишком высоким, это показатель того, что турбина вращается слишком быстро, таким образом, перепускной клапан создаёт путь для обхода выпускными газами, лопастей турбины.Некоторые турбокомпрессоры используют шариковые подшипники для поддержки вала турбины. Но это необычные шариковые подшипники, это высоко прецизионные шариковые подшипники, сделанные из улучшенных материалов, способные справиться с высокой скоростью и температурой. Они позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем гидродинамические подшипники, применяемые в большинстве турбокомпрессоров.Они также позволяют слегка уменьшить и облегчить используемый вал,  что позволяет турбине быстрее ускоряться,  ещё больше уменьшая отставание.Керамические лопасти турбины легче чем металлические,  применяющиеся в большинстве турбокомпрессоров,  они тоже способствуют более быстрому ускорению и уменьшению задержки.

 

В некоторых двигателях применяют два турбокомпрессора разных размеров. Меньший раскручивается очень быстро, тем самым уменьшая отставание,  а больший схватывает на более высоких оборотах, чтобы обеспечить больший прирост мощности.При сжатии давление воздуха увеличивается,  а температура повышается. Чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо увеличить количество молекул воздуха в цилиндре, необязательно повышая давление. Интеркулер — это система для охлаждения нагнетаемого воздуха, является дополнительным компонентом,  который выглядит как радиатор. Входящий воздух движется через герметичные проходы внутри охладителя, в то время как холодный воздух, нагнетаемый лопастями вентилятора, обдувает радиатор. Интеркулер дополнительно увеличивает мощность двигателя, охлаждая нагнетаемый турбиной воздух, прежде чем он попадёт в двигатель.Турбокомпрессор помогает двигателю работать на высоте, где воздух менее плотный. Обычные двигатели будут иметь пониженную мощность на больших высотах, потому что в двигатель на каждом такте будет поступать меньше кислорода.На старых авто с карбюратором, автоматически увеличивается подача топлива при увеличении воздуха,  поступающего в цилиндры. В современных инжекторных двигателях то же есть такой механизм, он основан на анализе выхлопных газов с помощью датчиков кислорода, так же известных как лямбда-зонд.Если турбокомпрессор поставить на инжекторную машину, система топливоподачи может не обеспечить достаточное количество топлива. Причин может быть две: либо программное обеспечение не позволит сделать это, либо топливный насос. 

А вы знаете что…

средняя температура возле турбинного колеса: в дизельных двигателях 800 градусов Цельсия, а в бензиновых 1000 градусов! Такой температуры хватит чтобы расплавить стекло! ротор турбокомпрессорного двигателя нового поколения может вращаться со скоростью до 220000 об./мин. Для примера ротор реактивного двигателя самолёта Боинг 747 крутится со скоростью 7000 об./мин.

Турбокомпрессор раскручивается с 20000 до 150000 менее чем за 1 сек.  

Источник: http://auto.howstuffworks.com/turbo.htm

Основы турбонаддува

Вернуться

Основные принципы работы турбодвигателя.

Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливовоздушной смеси, попадающей в цилиндры. При прочих равных, двигатель большего объема пропустит через себя больше воздуха и, соответственно, выдаст больше мощности, чем двигатель меньшего объема. Если нам требуется, чтобы маленький двигатель выдавал мощности как большой или мы просто хотим, чтобы большой выдавал еще больше мощности, нашей основной задачей станет поместить больше воздуха в цилиндры этого двигателя. Естественно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, увеличив продувку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы даже можем оставить количество воздуха прежним, но поднять степень сжатия нашего мотора и перейти на более высокий октан топлива, тем самым подняв КПД системы. Все эти способы действенны и работают в случае, когда требуемое увеличение мощности составляет 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность мотора — самым эффективным методом будет использование турбокомпрессора. Каким же образом турбокомпрессор позволит нам получить больше воздуха в цилиндрах нашего мотора? Давайте взглянем на приведенную ниже диаграмму: — Воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и попадает на вход турбокомпрессора (1) — Внутри турбокомпрессора вошедший воздух сжимается и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, что несколько снижает его плотность. — Из турбокомпрессора воздух поступает в интеркулер (3) где охлаждается и в основной мере восстанавливает свою температуру, что кроме увеличения плотности воздуха, ведет еще и к меньшей склонности к детонации нашей будущей топливовоздушной смеси. — После прохождения интеркулера воздух проходит через дроссель, попадает во впускной коллектор (4) и дальше на такте впуска — в цилиндры нашего двигателя. Объем цилиндра является фиксированной величиной, обусловленной его диаметром и ходом поршня, но так как теперь он заполняется сжатым турбокомпрессором воздухом, количество кислорода зашедшее в цилиндр становится значительно больше чем в случае с атмосферным мотором. Большее количество кислорода позволяет сжечь большее количество топлива за такт, а сгорание большего количества топлива ведет к увеличению мощности выдаваемой двигателем. — После того как топливо-воздушная смесь сгорела в цилиндре, она на такте выпуска уходит в выпускной коллектор (5), где этот поток горячего (500С-1100С) газа попадает в турбину (6) — Проходя через турбину, поток выхлопных газов вращает вал турбины на другой стороне которого находится компрессор, и, тем самым совершает работу по сжатию очередной порции воздуха. При этом происходит падение давления и температуры выхлопного газа, поскольку часть его энергии ушла на обеспечение работы компрессора через вал турбины. В зависимости от конкретного мотора и его компоновки под капотом, турбокомпрессор может иметь дополнительные встроенные элементы, такие как Wastegate и Blow-Off. Рассмотрим их подробнее: Блоуофф (перепускной клапан) — это устройство установленное в воздушной системе между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой с целью не допустить выход компрессора на режим surge. В моменты, когда дроссель резко закрывается, скорость потока и расход воздуха в системе резко падает, при этом турбина еще некоторое время продолжает вращаться по инерции со скоростью не соответствующей новому упавшему расходу воздуха. Это вызывает циклические скачки давления за компрессором и слышимый характерный звук прорывающегося через компрессор воздуха. Surge со временем приводит к выходу из строя опорных подшипников турбины, ввиду значительной нагрузки на них в этих переходных режимах. БлоуОфф использует комбинацию давлений в коллекторе и установленной в нем пружины чтобы определить момент закрытия дросселя. В случае резкого закрытия дросселя блоуофф сбрасывает в атмосферу возникающий в воздушном тракте избыток давления и тем самым спасает турбокомпрессор от повреждения. Представляет собой механический клапан установленный на турбинной части или на выпускном коллекторе и обеспечивающий контроль за создаваемым турбокомпрессором давлением. Некоторые дизельные моторы используют турбины без вейстгейтов. Тем не менее, подавляющее большинство бензиновых моторов обязательно требуют его наличия. Основной задачей вейстгейта является обеспечивать выхлопным газам возможность выхода из системы в обход турбины. Пуская часть газов в обход турбины, мы контролируем количество энергии газов, которое уходит через вал на компрессор и, тем самым, управляем давлением наддува, создаваемым компрессором. Как правило, вейстгейт использует давление наддува и давление встроенной пружины, что бы контролировать обходной поток выхлопных газов.

Встроенный вейстгейт состоит из заслонки, встроенной в турбинный хаузинг (улитку), пневматического актуатора, и тяги от актуатора к заслонке.

Внешний гейт представляет собой клапан, устанавливаемый на выпускной коллектор до турбины. Преимуществом внешнего гейта является то, что сбрасываемый им обходной поток может быть возвращен в выхлопную систему далеко от выхода из турбины или вообще сброшен в атмосферу на спортивных автомобилях. Все это ведет к улучшению прохождения газов через турбину ввиду отсутствия разнонаправленных потоков в компактном объеме турбинного хаузинга.

Шарикоподшипниковые турбины Garrett требуют значительно меньше масла чем втулочные аналоги. Поэтому установка маслянного рестриктора на входе в турбину крайне рекомендована, если давление масла в вашей системе превышает 4 атм. Слив масла должен быть заведен в поддон выше уровня масла. Поскольку слив масла из турбины происходит естественным путем под действием гравитации, крайне важно, чтобы центральный картридж турбины был ориентирован сливом масла вниз. Частой причиной выхода из строя турбин является закоксовка маслом в центральном картридже. Быстрая остановка мотора после больших продолжительных нагрузок ведет к теплообмену между турбиной и нагретым выпускным коллектором, что в отсутствии притока свежего масла и поступления холодного воздуха в компрессор ведет к общему перегреву картриджа и закоксовке имеющегося в нем масла. Для минимизации этого эффекта турбины снабдили водяным охлаждением. Водные шланги обеспечивают эффект сифона снижая температуру в центральном картридже даже после остановки двигателя, когда нет принудительной циркуляции воды. Желательно также обеспечить минимум неравномерности по вертикали линии подачи воды, а также несколько развернуть центральный картридж вокруг оси турбины на угол до 25 градусов. Правильный подбор турбины является ключевым моментом в постройке турбомотора и основан на многих вводных данных. Самым основным фактом выбора является требуемая от мотора мощность. Важно также выбирать эту цифру максимально реалистично для вашего мотора. Поскольку мощность мотора зависит от количества топливовоздушной смеси, которая через него проходит за единицу времени, определив целевую мощность, мы приступим к выбору турбины способной обеспечить необходимый для этой мощности поток воздуха. Другим крайне важным фактором выбора турбины является скорость ее выхода на наддув и минимальные обороты двигателя, на которых это происходит. Меньшая турбина или меньший горячий хаузинг позволяют улучшить эти показатели, но максимальная мощность при этом будет снижена. Тем не менее, за счет большего рабочего диапазона работы двигателя и быстрого выхода турбины на наддув при открытии дросселя в целом результат может быть значительно лучше, чем при использовании большей турбины с большой пиковой мощностью, но в узком верхнем диапазоне работы мотора. Втулочные турбины были самыми распространенными в течение долгого времени, тем не менее, новые и более эффективные шарикоподшипниковые турбины используются все чаще. Шарикоподшипниковые турбины появились как результат работы Garrett Motorsport во многих гоночных сериях. Отзывчивость турбины на дроссель в значительной степени зависит от конструкции центрального картриджа. Шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают на 15% более быстрый выход на наддув относительно их втулочных аналогов, снижая эффект турбо-ямы и приближая ощущение от турбо-мотора к атмосферному большеобъемнику. Шарикоподшипниковые турбины также требуют значительно меньшего потока масла через картридж для смазки подшипников. Это снижает вероятность утечек масла через сальники. Такие турбины менее требовательны к качеству масла и менее склонны к закоксовке после глушения двигателя. Trim это общепринятый термин, используемый при описании турбинного или компрессорного колеса турбины. Например, вы часто могли слышать фразу У меня стоит турбина GT2871R с 56 Trim. Так что же это такое? Trim это величина, показывающая соотношение между индюсером (inducer) и эксдюсером (exducer) турбинного или компрессорного колеса. Еще более точно, это соотношение их площадей. Диаметр индюсера — это диаметр колеса крыльчатки в той ее части, где воздух входит в крыльчатку, а эксдюсер это диаметр колеса, где воздух из него выходит. Конструкция турбины такова, что индюсер компрессорного колеса меньше чем его эксдюсер, а турбинного — наоборот: Например: Турбина GT2871R (Garrett part number 743347-2) имеет компрессорное колесо с: Диаметр индюсера: 53.1мм Диаметр эксдюсера: 71.0мм Таким образом Trim для него будет: Trim крыльчатки, как компрессора, так и турбины напрямую влияет на ее производительность. Чем больше величина trim тем, как правило, больший поток воздуха может пройти через крыльчатку. A/R (Area/Radius) описывает геометрическую характеристику компрессорного или турбинного хаузинга. Технически A/R означает отношение сечения канала хаузинга, деленое на расстояние от центра вала до центра этого сечения: Значение A/R имеет разное влияние на производительность турбинной части и компрессорной. A/R компрессора практически не влияет на его производительность. Как правило, хаузинги с большим A/R применяются для оптимизации отдачи в приложениях с малым наддувом, а хаузинги с меньшим A/R компрессора используются для больших значений наддува. A/R турбины, наоборот, значительно влияет на ее производительность, определяя ее способность пропустить тот или иной поток воздуха. Использование меньшего A/R увеличивает скорость потока в турбинном хаузинге, приходящего на турбинное колесо. Это дает возможность увеличить отдачу турбины на низких нагрузках, приводит к более быстрому отклику на дроссель и снижает значение минимальных оборотов двигателя, требуемых для выхода турбины на рабочий наддув. Тем не менее, меньший A/R приводит к тому, что газ попадает на крыльчатку практически по касательной, что уменьшает максимальный поток газа который турбинное колесо способно пропустить. Это также увеличивает подпор газа перед турбиной, ухудшает продувку мотора на высоких оборотах, повышает EGT и как результат всего этого снижает максимальную пиковую мощность. При выборе конкретного хаузинга для вашего мотора, в любом случае приходится идти на компромисс балансируя между ранним наддувом и пиковой мощностью. Также надо учитывать внутреннюю конструкцию хаузинга. Далекая от оптимальной форма канала, неточности литья, возможные переходы с прямоугольного сечения на круглое — все это, в определенной, мере влияет на эффективность горячего хаузинга. Опытным путем установлено что, например, турбинные хаузинги TiAL с круглым входом имеют лучшую аэродинамику и при том же A/R обеспечивают лучшую продувку на верхах по сравнению с традиционными чугунными хаузингами с прямоугольным входом. Также при выборе A/R следует принимать во внимание эффективность всего выпускного тракта после турбины. Использование прямоточных выхлопных систем большого сечения позволяет использовать чуть меньший А/Р турбины и при той же пиковой мощности получить более ранний выход на наддув. В основном все турбоколлекторы делятся на два типа: литые log-style и трубные сварные: Дизайн турбоколлектора довольно сложный процесс т.к. очень много факторов должно быть принянто во внимание. Ниже приведены общие советы для достижения максимальной производительности: — Старайтесь использовать максимально возможный радиус поворотов, т.к. как каждый крутой изгиб ранера поглощает часть полезной энергии потоков газа. — Добивайтесь равной длины ранеров для избежания перекрестного наложения выхлопных импульсов. — Избегайте резких изменений сечения — В сводах ранеров избегайте резких углов для сохранения направления и скорости потока — Для лучшей отзывчивости турбины избегайте больших объемов коллектора, для большей пиковой мощности, наоборот, может быть использован больший объем коллектора — Оптимально выбирайте длину ранеров и объем коллектора в зависимости от объема мотора и диапазона оборотов на которых необходимо получить наилучшую отдачу Литые коллектора чаще всего применяются в заводских гражданских компоновках, в то время как сварные трубные коллекторы чаще применяются в спортивных вариантах моторов. Оба вида имеют свои достоинства и недостатки. Литые коллекторы обычно весьма компактны и более дешевы при массовом производстве. Трубные коллекторы могут быть изготовлены в малых сериях или единичных экземплярах для конкретного случая и не требуют такой сложной предварительной организации производства как литые. Правильно разработанный и изготовленный трубный коллектор обеспечивает длительный срок эксплуатации и значительное улучшение производительности по сравнению с литым log-style коллектором. Твинскольный коллектор может быть как литым так и сварным трубным и используется в паре с соответствующим твинскольным турбинным хаузингом. Назначение такой конструкции в разделении цилиндров, чьи рабочие циклы могут пересекаться между собой и для лучшего использования выхлопного импульса каждого цилиндра. Наример, на 4-х цилиндровом моторе с порядком работы цилиндров 1-3-4-2, цилиндр #1 начинает свою фазу выпуска пока еще не закончена выпускная фаза в цилиндре #2, и его выпускной клапан открыт, а в зависимости от величины перекрытия, в этот момент может быть открыт и впускной клапан цилиндра #2. В нетвинскрольном коллекторе импульс высокого давления из цилиндра #1, попав в коллектор, сбивает течение потока цилиндра #2 не позволяя ему хорошо продуться в своей начальной стадии впуска. Также при этом, сам поток из цилиндра #1 теряет часть своей энергии. Правильной компоновкой твинскрольного коллектора, в данном случае, будет сгруппировать цилиндры #1 и #4 в одной половине коллектора, а цилиндры #2 и #3 — в другой. Пример твинскрольного турбинного хаузинга: Более эффективное использование энергии выхлопных газов в твинскрольных системах ведет к улучшению отзывчивости турбины на малых оборотах и большей мощности на больших. Прежде чем приступить к обсуждению степени сжатия и давлению наддува, важно понять, что такое кнок или детонация. Детонация — это опасный процесс, вызванный спонтанным быстротекущим сгоранием топливновоздушной смеси в цилиндрах. Этот процесс вызывает резкие и большие по величине всплески давления в камере сгорания ведущие со временем к механическому разрушению поршневой группы и износу вкладышей. Основными факторами, вызывающими детонацию являются: — Естественная склонность самого мотора к детонации. Поскольку все моторы имеют свои конструкционные особенности, нет простого и однозначного ответа как лучше. Форма камеры сгорания, расположение в ней свечи зажигания, диаметр цилиндра и степень сжатия, качество распыла топлива — все это влияет на склонность или, наоборот, устойчивость конкретного мотора к детонации. — Внешние условия. В турбомоторах параметры всасываемого турбиной воздуха, его температура и влажность, а также параметры воздуха, который попадает в цилиндры после турбины, влияют на склонность к детонации. Чем выше наддув, тем больше температура воздуха, поступающего в цилиндры, и тем больше вероятность возникновения детонации. Интеркулер с хорошей эффективностью охлаждения сжатого воздуха значительно помогает в борьбе с детонацией. — Октановое число топлива. Октан — это величина показывающая стойкость топлива к возникновению детонации. Октан типовых гражданских бензинов находится в диапазоне 92-98 единиц. Специальные спортивные виды топлива имеют октан 100-120 и выше единиц. Чем выше октан, тем более стойким является топливо к возникновению детонации. — Настройки блока управления. Угол зажигания и соотношение воздух/топливо значительным образом влияет на склонность или устойчивость мотора к детонации в различных режимах. Теперь, когда мы разобрались с общими факторами связанными с детонацией, поговорим о степени сжатия. Степень сжатия (СЖ) определена как: Где: CR — степень сжатия Vd — объем цилиндра Vcv — объем камеры сгорания СЖ заводских моторов будет разной для атмосферного и турбомотора. Например стоковый мотор Honda S2000 имеет СЖ равную 11.1:1, в то время как турбомотор Subaru WRX имеет СЖ 8.8:1. Существует много факторов влияющих на максимально допустимую СЖ. Нет одного простого ответа какой она должна быть. В общем случае, СЖ должна быть выбрана максимально возможной для предотвращения детонации, с одной стороны, и обеспечения максимального КПД двигателя, с другой. Факторами влияющими на выбор СЖ в каждом конкретном случае являются: октановое число применяемого топлива, давление наддува, температура воздуха в предполагаемых режимах эксплуатации, форма камеры сгорания, фазы клапанного механизма и противодавление в коллекторе. Многие современные атмосферные моторы имеют хороший дизайн камеры сгорания и большую стойкость к детонации, что при правильной настройке блока управления позволяет устанавливать на них турбонаддув не меняя заводскую степень сжатия. Обычной практикой при турбировании атмосферных моторов является увеличение мощности на 60-100% относительно заводской. Тем не менее, для значительных значений наддува требуется уменьшение заводской СЖ. AFR или соотношение воздух/топливо. При обсуждении вопроса настройки двигателя, выбраный AFR, наверное, наиболее часто встречающийся вопрос. Правильный AFR имеет крайне высокое влияние на общую производительность и надежность мотора и его компонентов. AFR определен как соотношение количества воздуха зашедшего в цилиндр к количеству зашедшего в него топлива. Стехиометрическая смесь это смесь при которой происходит полное сгорание топлива. Для бензиновых двигателей стехиометрией является соотношение 14.7:1. Это означает что на каждую часть топлива приходится 14.7 частей воздуха. Что означают понятия бедная и богатая смесь? Более низкие значения AFR означают меньшее количество воздуха относительно топлива и такая смесь называется богатой. Аналогично, большие значения AFR означают больше воздуха относительно топлива и называются бедной смесью. Например: 15.0:1 = бедная 14.7:1 = стехиометрическая 13.0:1 = богатая Бедная смесь ведет к повышению температуры горения смеси. Богатая — наоборот. В основном атмосферные моторы достигают максимальной отдачи на смеси, несколько богаче стехиометрии. На практике ее держат в диапазоне 12:1…13:1 для дополнительного охлаждения. Это хороший AFR для атмосферного мотора, но он может в некоторых случаях быть крайне опасным в случае с турбомотором. Более богатая смесь снижает температуру в камере сгорания и повышает стойкость к детонации, а также снижает температуру выхлопных газов и увеличивает срок службы турбины и коллектора. Реально при настройке существует три способа борьбы с детонацией: — уменьшение давление наддува — обогащение смеси — использование более позднего зажигания. Задачей настройщика является поиск наилучшего баланса этих трех параметров для получения максимальной отдачи и ресурса турбомотора. Эта и следующая часть будут несколько сложнее первых двух, в них мы рассмотрим составляющие компрессорной карты, как оценить соотношение давлений и массовый расход воздуха вашего двигателя, а так же как рисовать точки на компрессорной карте для правильно подбора турбокомпрессора. И…положите рядом с собой калькулятор — он вам понадобится при изучении этой и следующей статьи 🙂 Для начала обозначим и разъясним некоторые термины, с которыми нам придется столкнуться в этой статье: Понятие абсолютного и относительного давления. Под абсолютным давлением мы будем понимать давление относительно полного вакуума. Соответственно оно может быть только больше или равным нулю. На Земле на уровне моря оно принято равным одной атмосфере или 1атм. Под относительным давлением мы будем понимать давление относительно атмосферного. Соответственно оно может быть как положительным так и отрицательным, в зависимости от того больше или меньше оно чем атмосферное. Давайте рассмотрим их на примере давления во впускном коллекторе двигателя. Все наверняка видели в своей жизни приборы показывающие наддув. Такие приборы показывают именно относительно давление. На двигателе, работающем на холостом ходу, они показывают разряжение -0.65..-0.75атм. На наддуве мы можем видеть значения 1.0…2.0 и выше атмосфер. Всё это значения относительного давления. Абсолютные значения будут всегда на 1.0 больше, поскольку мы должны добавить одну атмосферу атмосферного давления, относительно которой прибор и показывает свои значения. Т.е. на ХХ абсолютное давление будет равно +0.25..+0.35, а на наддуве, соответственно 2.0..3.0. Компрессорная карта это график, описывающий конкретные характеристики компрессора в различных режимах его работы. Среди этих характеристик мы разберем: эффективность компрессора, диапазон массового расхода воздуха, возможности работы на разных давлениях наддува, а так же скорость вращения вала турбины. Ниже приведена типичная компрессорная карта с названиями ее составляющих. Рассмотрим их по порядку: По вертикальной оси у нас расположен Pressure Ratio, или соотношение давлений, величина, описываемая как отношение абсолютного давления на выходе из компрессора к абсолютному давлению на его входе: PR = Pcr/Pin Где: PR — соотношение давлений Pcr — абсолютное давление на выходе компрессора Pin — абсолютное давление на входе компрессора *Очень грубо говоря эта величина просто показывает во сколько раз компрессор сжал воздух. Как рассчитать Pressure Ratio: К примеру мы хотим рассмотреть ситуацию работы компрессора при 0.7 атм наддува в коллекторе. Для начала вспомним что наддув это относительное давление, а мы везде оперируем только абсолютным. Поэтому сразу добавляем к нему 1.0 атмосферного давления и дальше имеем в виду что у нас 1.7атм абсолютного давления в коллекторе . В нашем случае, при нормальном атмосферном давлении на входе в турбину, соотношение давлений будет таким: PR = Pcr/Pin = 1.7/1.0 = 1.7 Но на самом деле все несколько сложнее. В виду наличия в системе воздушного фильтра давление на входе в компрессор, как правило, несколько меньше атмосферного. В зависимости от размера и качества фильтра оно может быть меньше на 0.02-0.10атм. Допустим у нас оно меньше атмосферного на 0.05атм. Тогда наша формула приобретет следующий вид: PR = 1.7/(1.0-0.05) = 1.7 / 0.95 = 1.79 Повторим еще раз — для вычисления Pressure Ratio нам надо знать наддув для которого мы его считаем и разряжение на впуске перед компрессором. После этого PR = (1.0 + давление на выходе компрессора) / (1.0 — разряжение на впуске) В случае спортивной машины без воздушного фильтра, мы можем принять наш делитель всегда равным единице и просто считать PR = 1 + ДавлениеНаВыходе. По горизонтальной оси у нас расположен массовый расход воздуха. Это величина, показывающая, массу воздуха, проходящую за единицу времени через компрессор и, соответственно, дальше через двигатель. Исторически это величина на компрессорных картах выражается в lb/min или по-русски в фунтах воздуха за минуту времени. Фунт это 0.45кг, а минута это 60 секунд 🙂 Поскольку, как мы уже проходили, мощность двигателя напрямую зависит от количества топливо-воздушной смеси которая проходит через него, массовый расход, это, одна из главных характеристик которую мы можем получить, изучая компрессорную карту. При прохождении через мотор 1 фунта воздуха в минуту, современные моторы вырабатывает в среднем 9-11 лошадиных сил мощности. Соответственно даже беглый взгляд на компрессорную карту может нам сказать, на какую потенциальную мощность мы можем рассчитывать с этой турбиной. На приведенном выше примере, область работы компрессора заканчивается примерно на 52 фунтах, соответственно эту турбину грубо можно сразу оценить на 500лс. Граница Surge это крайняя левая линия компрессорной карты. Работа компрессора левее этой границы, т.е. за пределами обозначенной компрессорной картой, связанна с нестабильностью воздушного потока, всплесками и провалами наддува. Длительная работа компрессора в таком режиме приводит к преждевременному выходу его из строя в виду большой переменной нагрузки на подшипники и крыльчатку компрессора. Турбина может попасть в режим Surge в одном из двух случаев. Первый самый распространенный — при резком закрытии дросселя, когда массовый расход воздуха через мотор резко падает, но турбина все еще вращается достаточно быстро. Это мгновенно перебрасывает нас влево по компрессорной карте в зону Surge. Но быстрое срабатывание Blow Off клапана восстанавливает расход воздуха через турбины, выпуская избыток наддутого воздуха в атмосферу. Второй случай — возникновение Surge на режиме полной нагрузки, обычно на низких оборотах, когда турбина только начинает выходить на наддув. Он значительно более опасен, поскольку может продолжаться относительно долго, особенно на высоких передачах. Как правило, это связанно со слишком большой скоростью вращения турбины и большом создаваемом давлении в компрессоре, при относительно малом общем расходе воздуха через мотор. Обычно наблюдается на гибридах с маленькой горячей частью, маленьким A/R горячей части и большой компрессорной частью. Еще одним способом, помогающим снизить вероятность попадания компрессора в зону Surge является использование компрессорного хаузинга с так называемым Ported Shroud. Фактически это обводные воздушные каналы, встроенные в компрессорный хаузинг: Благодаря этим каналам удается сместить границу Surge левее по компрессорной карте, за счет того что часть воздуха может выйти из компрессора назад во впуск. Это позволяет при прочих равных использовать больший компрессор на меньшей турбинной части без возникновения эффекта Surge. Ниже приведено сравнение двух компрессорных карт: с обычным компрессорным хаузингом и со встроенными обводными каналами: Видно, что есть довольно значительная область карты красного цвета, которая является рабочей для турбины с портированным компрессорным хаузингом, но при этом находится левее границы Surge карты синего цвета, соответствующей обычному хаузингу. Как это выглядит в реальной жизни? Ниже приведено фото двух турбин 30й серии, первая 3071 без Ported Shroud, вторая 3076 с заводским Ported Shroud Так же бывает возможность доработки заводского компрессорного хаузинга под Ported Shroud, если с завода он не был изготовлен. Например в случае GT3582R это выглядит так: Посмотрим еще раз на нашу компрессорную карту и рассмотрим последние три составляющих: Предельная граница эффективности, Зоны эффективности компрессора и Скорость вращения турбины Как линия Surge ограничивает карту слева, так граница эффективности ограничивает ее справа. Garrett на своих картах указывает область работы компрессора до 60-58% эффективности. Все, что находится правее этой границы, будет иметь эффективность ниже 58% и использование компрессора в этой области теряет смысл. За этим пределом начинается неоправданно большой нагрев сжимаемого компрессором воздуха, а скорость вращения турбины выходит за допускаемые производителем значения. Мы видим концентрические замкнутые линии, расходящиеся из центральной области карты. Возле каждой такой линии подписано значение эффективности компрессора внутри области очерченной этой линией. Самая маленькая область в центральной части соответствует максимально возможной эффективности компрессора. По мере удаления от центра мы будем попадать в области все меньшей и меньшей эффективности пока не упремся либо в предел по Surge слева, либо в предел по производительности справа. Линии, обозначенные на карте как скорость вращения турбины, показывают с какой скоростью будет вращаться вал турбины в этой области. Значения выражаются в оборотах вала за минуту времени. С ростом скорости вращения турбины у нас увеличивается давление и/или расход воздуха через компрессор. Как видно, эти линии начинают сходиться в области границы зоны эффективности и, как уже было сказано выше, за пределами этой области скорость вращения турбины быстро увеличивается за пределы допустимого. На этом мы заканчиваем рассмотрение компрессорной карты и теперь, понимая что на ней изображено, в следующей главе мы перейдем к изучению процесса подбора турбины под конкретный мотор. По материалам Garrett TurboTech.

Перевод и адаптация Oleg Coupe (TurboGarage)

Как установить турбину? Как выбрать турбину — Техно теория

Турбирование двигателей внутреннего сгорания — самый эффективный способ увеличения их мощности. Каждая вновь приобретенная лошадиная сила, полученная после установки турбочарджера, получается дешевле, нежели при других путях апгрейда мотора.

автор: Алексей Романов

Всем про это известно…

На самом деле не высокая эффективность доработки моторов посредством турбин стала поводом обратиться к теоретическим основам этой процедуры. Тем более, в условиях сегодняшнего состояния экономики ожидаемая дешевизна приобретенных «лошадей», вычисляемая главным образом за счет их количества, нивелируется размером общих вложений.

Просто на протяжении довольно долгого времени (последние пару лет уж точно) все многочисленные публикации о доработках автомобилей на тему турбирования преподносят в несколько однобокой манере. Подробнейшие повествования о поэтапной подготовке двигателя с разбором технологических операций и оценки конструктивных особенностей каждой детали, выбираемой для кривошипно-шатунного механизма, цилиндропоршневой группы, ГРМ и т. д., подойдя к теме турбирования, как правило, странным образом обрываются примерно так: «Параметры кастом турбосистемы остались засекреченным know-how ее изготовителя».

А когда речь идет о конструкциях турбосистем с различной принципиальной схемой, чаще всего особенности их работы подлежат рассмотрению только относительно друг друга. О характеристиках же, влияющих на величину отдачи силового агрегата, нет ни слова. То, как все работает расписано досконально, а о том, сколько вырабатывает та или иная замечательная конфигурация — ничего.

Отчеты о проделанной тюнерами работе (рассказы о доработанных машинах — подавно) тоже не отличаются информативностью. В них практически не встречается хотя бы перечисление руководящих принципов выбора турбочарджеров. Обычно все ограничивается лишь наименованием установленной модели без обоснования предпочтений. Вместо этого можно прочесть фразы типа: «про турбирование всем все известно». Поддавшись силе подобных выражений, можно легко впасть в заблуждение о степени своей информированности, подобно Кисе Воробьянинову в одной из экранизаций «12 стульев», уверовавшему в знание им немецкого языка. Заблуждения и неточности вообще имеют свойство укрепляться в сознании человека, порой приобретая свойства аксиом.

Вот, к примеру, если спросить любого, более-менее сведущего в технике человека, о том, чему равна мощность двигателя, то с огромной долей вероятности в ответ получим: «Мощность равна произведению крутящего момента и оборотов коленвала». Услышав и запомнив нехитрую формулу, тюнер-новичок проведет немало времени, подставляя известные параметры в это уравнение, удивляясь величине получаемых искомых. И только потом к нему придет осознание необходимости присутствия в уравнении фундамента инжиниринга — коэффициента. То есть, изначально сообщение о равенстве содержало неточность. Хоть это и не назвать большой ошибкой, но все-таки лучше сюда подходит понятие эквивалентности.

Как установить турбину? Как выбрать турбину — Техно теория

Естественно, долгое отсутствие элементов турбо теории в периодических автомобильных изданиях ни в коем случае не отразилось на среднем уровне знаний в тюнинговой среде. Те, кто дорабатывал таким образом двигатели, подтвердят, что для осуществления своих планов совсем не обязательно уметь щелкать как орехи дифференциальные уравнения, логарифмы и прочие мудреные формы вычислений из программы высшей или самой обычной математики. Необходимые для решения подобной задачи навыки, скорее, ближе к арифметике, а довольно большая их часть и вовсе сродни простейшей геометрии (даже не начертательной). Провести две пересекающиеся под углом 90 градусов прямые на графике — задача не из разряда затруднительных. Огромное количество, опять же, коэффициентов, полученных благодаря системным лабораторным исследованиям для замещения ими сложных функциональных зависимостей параметров газодинамических процессов, еще более упрощают решения задачи подбора турбочарджера. Но, все же, держа в голове постоянно прибавляющееся количество вновь пристрастившихся к тюнингу, повторить теоретические аспекты не будет лишним.

Турбина — формула мощности

Совсем не просто так в предыдущей главе была упомянута формула мощности мотора. Если вести разговор именно только о турбочарджере, принимая все работы по необходимому укреплению и совершенствованию деталей двигателя как уже свершившийся факт, то именно мощность служит точкой отсчета, с которой начинается выбор размеров турбосистемы. Конечно, желание снять побольше сил обязательно будет ограничено способностью двигателя выдерживать повышенные нагрузки. Поэтому мечтая о «лошадях», несмотря на то, что для получения их умопомрачительного количества обязательно найдется подходящий турбокомпрессор, нужно помнить и таком понятии как ресурс.

Из связи крутящего момента с давлением на поршень и геометрией цилиндра не трудно увидеть, что наибольшие резервы роста мощности без кардинального пересмотра конструкции двигателя лежат в повышении давления при рабочем ходе. Давление это, конечно, зависит от эффективности процесса сгорания топлива, но в большей степени на него оказывает влияние масса топливовоздушной смеси, заключенная в объеме цилиндра. Поскольку состав смеси колеблется в крайне ограниченных пределах, ее количество полностью описывается расходом воздуха через двигатель.

По расходу воздуха в качестве основного критерия и степени повышения давления выбирают одну из двух ставных частей турбочарджера — компрессорную. Определение же пара метров турбинной части исходит из того, что величина давления в компрессоре зависит от результирующей линейной скорости бесконечно малого объема воздуха на наружной кромке лопатки компрессорного колеса. Иначе говоря, она зависит от диаметра последнего и скорости вращения, которая задается турбиной. Если от компрессора в большей степени зависят пиковые значения мощности турбированного мотора, то от турбины – характеристики выхода на различные режимы работы. Поэтому задача подбора турбо системы двуедина. Приступая к рассмотрению претендентов на место под капотом, сначала нужно определиться не только с уровнем желаемой мощности, но и с тем, как машина будет эксплуатироваться. Причем второе, пожалуй, даже важнее, что совпадает с общим правилом для всех систем как при тюнинге, так и при проектировании автомобиля в целом.

Как установить турбину? Как выбрать турбину — Техно теория

Автомобиль в большинстве случаев является многофункциональным средством передвижения. Но даже строя машину под определенные цели (будь то повседневные городские или пригородные поездки, соревнования на лучшее время круга, преодолеваемого с постоянной крейсерской скоростью, дрэг-битва, дрифт, или же перевозка грузов) при подборе турбо-чарджера придется искать компромисс в величинах турбо-лага, температуры, скорости выхода на рабочий режим, крутящего момента и мощности на низах.

Правильный выбор обеспечит низкое сопротивление системы, малозаметную турбо-яму, низкую температуру топливного заряда и низкое давление в выпускном коллекторе. Но каков бы ни был выбор, все равно придется пожертвовать либо моментом на низах, либо максимумом мощности вверху. Впрочем, для устранения этих недостатков существуют проверенные решения, досконально расписанные в статьях о конструктивных схемах турбо систем. Сегодня разговор не о них.

Обратный инжиниринг

В автомобильной науке множество условностей и допущений. Можно, конечно, относиться к ним пренебрежительно, называя обратным инжинирингом (это когда решение подгоняется под результат при помощи коэффициентов), но на протяжении многих десятилетий такая методика давала достойный результат. Современные методы вычисления, подкрепленные возможностями компьютерной техники, позволяют досконально проработать все нюансы конструкции. Однако при тюнинге столь громоздкие вычисления не оправданны, поскольку технологические возможности самостоятельных изысканий ограничены. Ну, в самом деле, как в непромышленных условиях, например, модифицировать инконелевое колесо турбины, даже если благодаря собственным расчетам удалось найти резервы для повышения отдачи мотора. При тюнинге обычно расчеты выполняют для определения параметров выбора из уже существующих типоразмеров, и для этого достаточно упрощенной схемы расчетов, которой пользовались инженеры до появления электронных средств вычислений.

Какой нужен размер турбины? Выбор турбины.

Раз выбор режимов является приоритетным, то вопреки правилу, устоявшемуся у составителей учебных программ, описание поиска оптимальных размеров турбо компрессора стоит начать с его турбинной части, но перед этим рассмотрим некоторые общие положения.

Турбина призвана раскручивать компрессорную часть до тех скоростей, которые смогут обеспечить в ней желательные величины потока воздуха и давления наддува. Маленькая турбина будет раскручиваться быстрее, чем большая, при той же самой энергии выхлопных газов. Потом, правда, такая турбина создаст большее ограничение потоку выхлопа, а оно вызовет противодавление в выпускном коллекторе – неприятный побочный эффект. Это не означает поиск компромисса. Размер турбинной части, даже когда основной целью выбора является обеспечение максимально возможной скорости раскрутки, должен сохранять уровень противодавления на минимуме.

Давление в выпускном коллекторе служит хорошим показателем успешности того насколько хорошо турбинная часть подобрана для конкретного двигателя. Чем меньше показания манометра, установленного в выпускном коллекторе, тем больше мощности мотора. Давление в выпускном коллекторе не должно превышать давление наддува приблизительно в 2,5 раза.

Резвый отклик турбины на педаль газа, ранний подхват, и, как следствие, ощутимые показатели избытка на впуске, которые расхваливает какой-нибудь производитель турбин малого размера, порадуют только владельцев тихоходных пикапов для перевозки печатной продукции от склада до торгового ларька. Для легкового автомобиля даже при обычном городском режиме с рваным ритмом передвижения такие турбо-малютки становятся проблемой, отбирая уже на оборотах чуть выше средних до 20% мощности.

Процесс выбора турбинной части во многом заключается в оценке двух параметров: размера турбины и отношения A/R. Размер турбины вообще можно оценивать по диаметру ее выходного отверстия (рис.1). Хотя такой подход, конечно же, грубоват, но все же дает представление о потенциале потока выхлопных газов, пропускаемых турбиной. Выбор турбины, в отличие от компрессора, в большей степени основывается не на прямых вычислениях, а на результатах измерений (как самостоятельных, так и накопленных предшественниками и инженерами в лабораториях).

По графику зависимости расхода воздуха в компрессоре от размера выходного диаметра турбинной части (рис.2), построенного по усредненным статистическим результатам тестирования и испытаний существующих турбодвигателей, можно начать рассмотрение группы чарджеров, подпадающих под интересующий диапазон расхода. Более простая формула для вычисления расхода (в сравнении с приведенной выше) будет приведена в главе, посвященной подбору компрессоров. у производителей турбо-китов имеются собственные графики подобных зависимостей, лучше характеризующие их продукцию. Но в любом случае оценка по этому показателю очень приблизительна.

Отношение A/R

В то время как габарит турбины приблизительно отражает ее способность переваривать поток выхлопных газов, оценка отношения A/R — инструмент более точного подбора ее основных конструктивных размеров. Параметр А, называемый площадью разгрузки, представляет собой площадь сечения конусного канала, организованного по периметру улитки. Параметр R в отношении A/ R — расстояние от оси турбинного колеса до линии центра сечений конусного канала улиточной части. Отношение A/ R постоянно по всей окружности турбины (рис. 3) :

Al/ R1=A2/ R2=A3/ R3=A4/ R4=A5/ R5.

Соотношение A/R применимо и для компрессорной, и для турбинной частей чарджера. Компрессорный A/ R незначительно влияет на производительность турбо системы, хотя увеличение его часто применяют для некоторого повышения давления при малом расходе у чарджеров небольших размеров.

На компрессорах с большим расходом, наоборот, иногда его уменьшают, раздвигая тем самым границы пика наддува. Гораздо важнее для характеристик системы турбинный A/R. Размер А- существенный фактор, поскольку он определяет скорость, с которой выхлопные газы выходят из конусной части улитки на лопатки колеса. Это имеет непосредственно е отношение к скорости вращения турбины. Чем площадь разгрузки меньше, тем она выше. Необходимо помнить, что площадь разгрузки также влияет и на силу противодавления, стремящуюся вернуть вы хлоп обратно в камеру сгорания.

Параметр R тоже существенно сказывается на скорости вращения турбины. Принципиальная зависимость такая же: чем меньше R, тем скорость выше. Но что более весомо, увеличение R дает на валу крыльчатки больший крутящий момент. Это объясняется довольно просто: чем больше рычаг приложения сил (в нашем случае от выхлопных газов), тем больший момент получаем на оси. Выбирать лучше турбину с большим диаметром турбинного колеса, если позволяют условия.

Если ошибочно выбрана турбина со слишком большим значением A/R, то рост давления наддува будет происходить слишком вяло. A/R должно быть настолько большим, чтобы не было препятствий для скорости вращения, достаточной для получения, в конечном счете, необходимого давления в компрессоре.

Если A/ R слишком мал, то реакция турбины на переменные условия режимов движения автомобиля будет столь быстрой, что управление машиной станет казаться трудным и нервным. Это также отразится на снижении мощности в верхней трети диапазона оборотов двигателя.

На рис.4 изображена примерная зависимость давления наддува компрессора от давления на в ходе в турбинную часть при разных значениях A/R. Более точные цифры, служащие отправной точкой выбора отношения A/R, можно получить только путем измерений давления в выпускном коллекторе и давления наддува на впуске непосредственно на двигателе.

Trim

Еще один пара метр, характерный для турбинной и компрессорной части, — соотношение входного и выходного диаметров крыльчаток, обозначаемое в спецификациях как Trim. В компрессоре входной диаметр меньше, а в турбине, наоборот, поток газов в ходит в контакт сначала с лопастями колеса большего диаметра. Тем не мене, Trim в обоих случаях считается как меньший диаметр, деленный на больший. Часто в документации результат деления умножают на 100. Характеризовать Trim как конусность не совсем корректно, поскольку у колес с разной шириной при одинаковом соотношении диаметров фактическая конусность будет разной. Поэтому лучше придерживаться именно понятия Trim.

Для компрессоров меньшее значение Trim означает более быструю раскрутку, но расход у них меньше, нежели у компрессоров с более высоким значением соотношения диаметров колес. Кроме этого, высокий Trim означает, что турбо подхват будет резче. Именно на резкость реакции в первую очередь влияет этот показатель и у турбинных колес.

Сколько нужно количество лопаток на колесе?

Существуют формулы и для определения количества лопаток на колесе, но результаты вычислений сегодня имеют лишь познавательный эффект, так как за десятилетия сложилась достаточно устойчивое суждение об их численности в зависимости от диаметров колес. Для колес компрессора, если наружный их диаметр не превышает 80 мм, количество лопастей не может быть больше 12-14 для соблюдения условия 3-5 миллиметрового расстояния между входными кромками лопаток у основания наименьшего диаметра. На большем диаметре, естественно, возможно размещение большего количества лопастей. Увеличение их числа приводит к повышению КПД за счет уменьшения зон срыва потока и протечек на периферии. Но с определенного момента начинают расти потери на трение, и КПД перестает повышаться.

В общем случае, с увеличением числа лопаток на колесе сужается диапазон эффективной работы компрессора. Для повышения эффективности с сохранением широты диапазона прибегают к переменному по диаметру количеству лопаток. На меньшем диаметре число лопаток иногда даже уменьшают для сдвига границы помпажа в область меньшей производительности. Уменьшение производится укорочением или подрезкой лопастей на расстоянии 5-10 мм от входных кромок. Лопатки могут быть укорочены как все, так и через одну.

Раньше конструкторы старались сохранять равенство диаметров колес турбины и компрессора, считая, что это лучший способ обеспечить равную результирующую линейную скорость газов на кромках крыльчаток с обеих сторон чарджера. Собственно, это еще и облегчало задачу расчета, так как при таком подходе предполагался и одинаковый расход газов через обе улитки. Но разница в температурах и, соответственно, в плотности выхлопных газов и воздуха все-таки разрушает подобное равенство. Из уравнения степени понижения давления в турбине (одного из тех, что используются для проектирования турбины с чистого листа) следует, что диаметры и число лопаток турбинных колес меньше примерно на 10-15%, что подтверждают стендовые показатели.

 

«Питер — АТ»
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Сколько мощности даёт турбина? | Turbo Magic |

Турбокомпрессор представляет собой вращающийся агрегат, применяемый для увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания. Основными частями конструкции являются: турбина, компрессор и вал, на котором установлены первые два элемента. Ротор турбины приводится в движение выхлопными газами. Работа ротора компрессора позволяет сжимать воздух, поступающий во впускную систему. Сколько же процентов мощности добавляет турбина, и какие преимущества дает устройство?

Особенности турбокомпрессора

Турбокомпрессор является частью системы привода различных транспортных средств. Задача турбины – повысить эффективность и мощность двигателя за счет нагнетания дополнительного воздуха в камеру сгорания и, таким образом, увеличить количество топлива, подаваемого в камеру сгорания, что невозможно при атмосферном давлении.

Обязательно стоит учесть в работе турбины эффект «турбо лага». Известно, что турбокомпрессор приводится в движение выхлопными газами. За счет снижения частоты вращения и скорости двигателя количество выхлопных газов также уменьшается. В этом случае, если резко нажать на педаль газа, то вал турбонагнетателя, на котором расположены роторы, не наберет достаточно высоких оборотов. Затем создается «турбо-лаг». Это период между нажатием газа и достижением конечного давления наддувочного воздуха для соответствующих оборотов двигателя. При этом реакция двигателя на нажатие педали газа задерживается.

Когда турбина в машине работает на полную мощность, можно почувствовать специфический рывок и легкий толчок в сиденье. Производители считают это нежелательным. Чтобы избежать подобной ситуации, рекомендуется заправлять автомобиль полностью.

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Перенасыщение автомобильной промышленности турбокомпрессорами связано с тем, что турбины позволяют увеличить мощность авто, что снижает затраты на его эксплуатацию.

К преимуществам турбокомпрессоров можно отнести:
  • Повышается КПД двигателя. Это происходит в результате увеличения его мощности при уменьшении расхода топлива.
  • При установке турбокомпрессора повышается эффективность двигателя. В результате модели с подобным устройством имеют меньший размер и вес.
  • Турбина не нагружает двигатель, поскольку приводится в движение энергией выхлопных газов.
  • Происходит значительное сокращение выбросов вредных химических веществ из выхлопных газов в атмосферу. 
  • Можно реально сэкономить. При использовании бензиновых двигателей с турбокомпрессором расход топлива снижается примерно на 30%, а в дизельных моторах – на 40%. 
  • Турбокомпрессор автоматически подстраивается под текущие условия работы двигателя. Например, компенсируется недостаток воздуха при движении на большой высоте. 
К недостаткам этого устройства в первую очередь относится:
  • Длительная работа при высоких температурах. Температура может достигать 1000 градусов по Цельсию. Кроме того, резко увеличивается количество оборотов – 100 000 об / мин. Все это создает огромную нагрузку на турбину.
  • Высокая цена авто с турбиной в основном связана с ценой материалов, из которых изготавливаются компоненты. 
  • Ремонт турбокомпрессора требует высокой точности из-за сложной структуры его конструкции. 
  • Поэтому автомобили, оснащенные турбокомпрессором, дороже, чем без него.

Показатели мощности

После появления на рынке первых моделей авто с установленными турбокомпрессорами, среди автовладельцев ведется спор о целесообразности применения турбонаддува. Главное достоинство турбины – несомненное преимущество в мощности и, как следствие, реальная экономия финансов. 

Если опираться на статистические данные, то наибольшие показатели мощности дают двигатели с турбонаддувом в болидах Формулы-1. На каждый литр объема мотора можно получить до 300 лошадиных сил (л/с). Когда показатели давления в устройстве достигают более 5 атмосфер двигатель спокойно достигает значений в 900 л/с с одного литра объема мотора. В принципе, американские спортивные автомобили современности с объемом двигателя в 8,2 литра способны достичь значений в 7 000 л/с.

Среди автолюбителей возникает вопрос о происхождении подобной мощности, ведь обычное авто без турбины может выдать в среднем 60 л/с. Проблема заключается в том, что серийные автомобили рассчитаны на передвижения по городу на низких оборотах крутящего момента. Конструкция мотора не позволяет развить максимальные показатели мощности или скоростного режима. Но в цилиндры заложен намного больший потенциал, который и позволяет реализовывать дополнительное устройство. При этом нет нужды в увеличении объемов двигателя.

Выбирая турбокомпрессор, автовладельцы задаются вопросом о том, насколько реально увеличится мощность мотора при установке турбины. Практика показывает, что с увеличением наддува на 1 атмосферу, можно ожидать повышение мощности в 2 раза или на 100%. Когда в параметры двигателя заложена норма в 100 л/с, покупка турбокомпрессора в 4 атмосферы выдаст показатели мощности примерно в 400 л/с. Важным моментом остается подготовленность авто к возросшей нагрузке. Предъявляются новые требования тепловому режиму, качеству масла, надежности элементов мотора.

Что касается выбора конкретного производителя, то стоит обратить внимание на КПД турбины.  Различные производители российских изделий, так же как и их коллеги на просторах СНГ, поставляют на рынок турбокомпрессоры с КПД в диапазоне от 45 до 75 %. При этом зарубежные аналоги отличаются большей надежностью и лучшими показателями увеличения мощности, но и стоимость их значительно выше.

Решив купить автомобиль с турбонагнетателем, несмотря на более высокую цену, нужно осознавать преимущества и недостатки использования такого решения в своем автомобиле. Поэтому очень важно соблюдать правила грамотной эксплуатации во время вождения.

 

 

 Вернутся к списку «Статьи и новости»

jet — Почему газотурбинные двигатели так долго раскручиваются?

Я не инженер (что может лучше подойти для ответа на этот вопрос) так что это из упрощенных вещей, которыми кормят пилотов:

Реактивным двигателям требуется гораздо больше времени для раскрутки (т.е. увеличения числа оборотов в минуту), чем для поршневых двигателей, особенно при низких оборотах, из-за соотношения давлений / увеличения воздушного потока, необходимого для предотвращения остановки / скачка / взрыва компрессора каждый раз при изменении настроек мощности.

Цикл реактивного двигателя (упрощенный) содержит компрессор, который нагнетает воздух в камеру сгорания, где он сгорает, а затем выдувает заднюю часть, вращая турбину, которая перемещает компрессор из того места, откуда мы начали.

Если вы «добавите больше мощности» (т. е. вложите больше топлива), потребуется некоторое время, чтобы это дополнительное топливо произвело большую тягу, что, в свою очередь, требует времени для ускорения турбины, что заставит компрессор вращаться быстрее, что, в конечном итоге, подайте больше сжатого воздуха в камеру сгорания, чтобы использовать все дополнительное топливо, которое вы залили на шаге 1.

Внезапное увеличение мощности повысит давление в камере сгорания настолько, что воздух, находящийся «вверх по потоку» (т. е. все еще находящийся в компрессоре), не захочет продвигаться вперед.Дополнительному давлению в камере сгорания не хватило времени, чтобы раскрутить турбину, поэтому теперь компрессору не хватает мощности, чтобы продолжать «проталкивать» сжатый воздух в камеру сгорания. Воздух начинает течь в обратном направлении (то есть из камеры сгорания в компрессор), двигатель дергается, все рушится.

Таким образом, существует задержка (электроника в наши дни, пилоты могут нажимать на рычаги управления так быстро, как им нравится), когда двигатели работают на низких оборотах, FADEC только добавляет немного дополнительного топлива, ждет, пока воздушный поток стабилизируется, затем добавляет еще немного и так далее.

Я думаю, что приведенный ниже график может объяснить это. Каждый раз, когда вы меняете число оборотов в минуту, вы увеличиваете коэффициент давления (т. е. перемещаетесь вверх по графику), а затем немного ждете увеличения массового расхода воздуха (т. е. перемещаетесь вправо). Если вы слишком сильно увеличите коэффициент давления, без сопутствующего массового расхода (который занимает некоторое время из-за инерции) вы войдете в линию помпажа.

То же самое происходит и при опускании катушки, хотя и более плавно.

Сравните это с поршневым двигателем, в котором вы помещаете в цилиндр больше воздушно-газовой смеси, это дает больший удар, ускоряет поршень быстрее, и уже на следующем цикле поршня вы теоретически можете получить максимальную мощность.

Сколько оборотов в минуту крутится реактивный двигатель?

Реактивный двигатель, возможно, является основой современной авиации. Не многие думают об этом, но реактивные двигатели являются жизненно важной частью нашего мира и того, как он работает.

Реактивные двигатели позволяли нам летать быстрее и дальше, чем старые винтовые авиалайнеры. Увеличенный диапазон между остановками для заправки сделал межконтинентальное путешествие более простым и быстрым. Мир стал более доступным, и теперь впервые стало возможным межконтинентальное путешествие в течение одного дня.

Реактивные авиалайнеры также принесли социальные изменения. Большие реактивные авиалайнеры могли перевозить больше пассажиров, а в сочетании с повышением эффективности использования топлива стоимость проезда снизилась. Теперь больше людей из разных социально-экономических слоев могли путешествовать по миру.

С технической точки зрения реактивный двигатель — это чудо техники. Независимо от того, интересуетесь вы авиационными технологиями или нет, большинство людей видели один из них и видели, как он вращается. Сидя в авиалайнере и наблюдая за вращением реактивных двигателей, возникает очевидный вопрос:

Сколько оборотов в минуту крутит реактивный двигатель?

💡

На больших современных авиалайнерах скорость вращения вентилятора реактивного двигателя составляет от 2500 до 4000 об/мин.Однако некоторые части двигателя вращаются во много раз быстрее.

Что такое реактивный двигатель и как он работает?

Когда мы говорим о реактивных двигателях, мы обычно имеем в виду воздушно-реактивные двигатели с турбинным двигателем и двигателем внутреннего сгорания. Это сложные машины и одна из самых дорогих частей самолета. Реактивные двигатели обычно устанавливаются под крыльями на современных авиалайнерах, а на некоторых старых самолетах они устанавливаются ближе к хвосту. Большинство самолетов, эксплуатируемых сегодня, оснащены двумя двигателями, а некоторые более крупные модели — четырьмя.Сегодня турбовентиляторные двигатели

являются наиболее распространенным типом на авиалайнерах. Обычно они устанавливаются под крыльями.

Проще говоря, реактивный двигатель работает, втягивая атмосферный воздух, сжимая его, смешивая с топливом и воспламеняя его. Сжатый воздух расширяется за счет тепла, и давление направляет воздух назад, толкая самолет вперед.

Ранние реактивные двигатели были относительно слабыми и неэффективными. За четыре десятилетия, между 1950-ми и концом 1990-х годов, типичный двигатель реактивного авиалайнера увеличил тягу с 5000 фунтов силы (de Havilland Ghost) до примерно 115.000 фунтов силы (Дженерал Электрик GE90). Более современные двигатели, такие как General Electric GE9X для Boeing 777X, могут производить 134 000 фунтов силы.

Надежность двигателя также улучшилась. Надежность снизилась с 40 отключений в полете на 100 000 летных часов до менее одного.

Краткий урок истории

Принципы, лежащие в основе реактивного двигателя и реактивной мощности, довольно стары.

Фактически, в древние времена водяные и ветряные мельницы использовали некоторые из тех же принципов работы турбин, что и реактивные двигатели.Когда в 13 веке китайцы изобрели пороховые фейерверки, они использовали другой принцип реактивного движения, поскольку горячие газы расширяются и толкают ракету вперед.

Англичанин Фрэнк Уиттл разработал раннюю версию реактивного двигателя в 1928 году. В последующие годы он усовершенствовал свою конструкцию и даже запатентовал ее. Однако правительство не проявило должного интереса.

Немецкий инженер Ганс фон Охайн начал работу над подобными конструкциями в 1935 году. Сотрудничество с Эрнстом Хейнкелем, который увидел в этой идее потенциал, привело к созданию двигателя Heinkel HeS 3 — первого в мире действующего реактивного двигателя.Heinkel установил HeS 3 на самолет Heinkel 178, став первым в мире реактивным самолетом.

Первым в мире коммерческим авиалайнером, оснащенным реактивными двигателями, стал De Havilland Comet. Фото с Викисклада.

К 1950-м годам производители самолетов в основном использовали реактивные двигатели в истребителях. Тем не менее, военные одобрили некоторые модели двигателей для первых гражданских реактивных авиалайнеров, таких как de Havilland Comet. Популярность выросла в 1960-х годах, и теперь большинство крупных авиалайнеров были реактивными. В 1970-х годах повышение эффективности использования топлива стало возможным благодаря изобретению турбовентиляторных двигателей с большой степенью двухконтурности — того же типа, который используется сегодня на современных реактивных авиалайнерах.

Устройство реактивного двигателя

Хотя существует множество типов реактивных двигателей, наиболее распространенным на больших реактивных авиалайнерах сегодня является турбовентиляторный. Он обеспечивает отличную топливную экономичность, относительно низкий уровень шума и высокий уровень тяги.

Турбореактивный двигатель состоит из множества различных частей. Проще говоря, турбовентиляторный двигатель работает следующим образом:

Схема поперечного сечения, показывающая, как работает турбовентиляторный реактивный двигатель.
  1. Всасывание : Передний вентилятор всасывает большое количество воздуха.Часть его идет на сердечник и процесс горения.
  2. Сжатие : Воздух сжимается в ступенях компрессора, повышая давление и температуру воздуха.
  3. Взрыв : Топливо смешивается со сжатым воздухом и воспламеняется на стадии сгорания. Воспламенение вызывает расширение воздуха, и сила направлена ​​назад.
  4. Удар : Горячий выхлоп от сгорания пробивается через турбину. Эта сила приводит в движение вентилятор и компрессор (из пунктов 1 и 2 выше).
  5. Байпас : Воздух, не направляемый на горение, обходит сердцевину двигателя без дальнейшей обработки. Ускоряемый мощным и быстрым передним вентилятором, этот воздух обеспечивает большую часть тяги двигателя, поскольку вентилятор направляет воздух назад.

Теперь на вопрос о том, сколько оборотов в минуту вращается реактивный двигатель, становится немного сложно ответить: потому что не все части двигателя вращаются с одинаковой скоростью. Иногда даже не в том же направлении. Турбовентиляторные двигатели имеют внутреннее ядро ​​с более высокими скоростями вращения, чем внешнее.Это как-то связано с тем, насколько высоким должно быть давление на данном конкретном этапе. Как правило, более высокие скорости вращения означают более высокое давление.

Сколько оборотов в минуту крутится реактивный двигатель?

Скорость вращения реактивного двигателя зависит от типа и модели.

Как мы установили ранее, в реактивном двигателе нет единой скорости вращения. Однако в данном случае мы сосредоточимся на наиболее заметной и, возможно, наиболее характерной части: переднем вентиляторе.

Передний вентилятор, пожалуй, самая характерная часть реактивного двигателя.Он быстро вращается, всасывая воздух и продвигая самолет вперед.

💡

На больших современных авиалайнерах скорость переднего вентилятора составляет от 2500 до 4000 об/мин.

Для сравнения, компрессор высокого давления и турбина будут работать со скоростью более 10 000 об/мин.

Вентиляторы большого диаметра обычно вращаются с меньшей скоростью, чем вентиляторы меньшего диаметра. Кроме того, большие вентиляторы двигателя обычно перемещают больше воздуха, что является отличным преимуществом, поскольку повышает эффективность.

Как правило, чем больше диаметр, тем ниже скорость вращения вентилятора.Другими словами, вентиляторы на более крупных двигателях вращаются медленнее, чем их меньшие братья и сестры. Работа вентилятора заключается в создании большой тяги для продвижения самолета вперед. Для этой работы им нужно бежать быстро, но не слишком быстро. Кончик лопастей не должен превышать скорость звука. В противном случае поток воздуха становится слишком нестабильным и малоэффективным. Следовательно, вентилятор большого диаметра должен вращаться медленнее, чем маленький, чтобы оставаться ниже скорости звука.

Примеры оборотов реактивного двигателя

Модель двигателя об/мин Заявка
Дженерал Электрик GE90 2261/2355 об/мин* Боинг 777
Дженерал Электрик GE9X 2355 об/мин Боинг 777X
Дженерал Электрик GEnx 2560/2835 об/мин* Боинг 787 Дримлайнер и 747-8
Роллс-Ройс Трент 1000 2683 об/мин Боинг 787 Дримлайнер
Роллс-Ройс Трент 7000 2683 об/мин Аэробус A330neo
Роллс-Ройс Трент XWB 2700 об/мин Аэробус А350
Роллс-Ройс РБ211 3900/4500 об/мин* Боинг 747-400, 757 и 767

* в зависимости от варианта.

Отображается ли число оборотов реактивного двигателя в кабине?

Как описано выше, не все части двигателя вращаются с одинаковой скоростью. Однако летному экипажу необходимо следить за оборотами двигателя. Для этого детали двигателя сгруппированы по тем, которые вращаются с одинаковой скоростью. Эти группы называются N1 и N2.

Поперечное сечение ТРДД. Группы N1 и N2 выделены.

N1 — это скорость вращения первой части компрессора и задней части турбины.N1 выражается в процентах от максимально допустимой скорости вращения. Группа N2 — это скорость вращения концевой части компрессора и передней части турбины. N2 также выражается в процентах от максимально допустимого числа оборотов в минуту.

Дисплеи двигателей в кабине показывают пилотам значения N1 и N2. Эти значения необходимы для безопасного управления самолетом.

Расположение индикаторов N1 и N2 на дисплее двигателя в кабине Боинга 737-800.

N1 указывает на «исправность» ступеней воздухозаборника и компрессора двигателя.Точнее, N1 указывает, сколько воздуха потребляют двигатели в целом.

Значение N2 указывает, какую мощность получают системы с приводом от двигателя. Такие системы, как гидравлические насосы, топливные насосы и генераторы, получают энергию от ступеней N2 двигателя.

Заключение

Реактивный двигатель — сложная машина. Его многочисленные части работают вместе, чтобы создать давление и тягу для самолета.

Он открыл мир для более быстрых и дальних путешествий без заправок.Повышение эффективности означало снижение затрат, и больше людей могли позволить себе авиабилеты.

Реактивные двигатели восхищают нас своими размерами, мощностью и важностью для авиации. Находясь в аэропорту, легко задаться вопросом:

Сколько оборотов в минуту крутится реактивный двигатель

Короткий ответ: передний вентилятор на больших современных авиалайнерах работает со скоростью от 2500 до 4000 об/мин. А из-за того, как работает реактивный двигатель, некоторые части двигателя вращаются еще быстрее.

Что такое N1 и N2 в авиационных газотурбинных двигателях? — Авиационная академия

Большинство пилотов примерно знакомы с принципами настройки мощности поршневых двигателей и даже с принципами настройки мощности поршневых двигателей, приводящих в движение винты постоянной скорости.Но для газотурбинных двигателей мощность выражается в терминах «N1» и «N2».

Поскольку ТРДД генерируют тягу, а не мощность (как это традиционно выражается), параметры мощности ТРД выражаются относительно пределов скорости вращения. Эти термины выражают мощность принципиально другим способом и требуют понимания механических концепций газотурбинных двигателей.

Итак, что означают N1 и N2 для газотурбинных двигателей?

N1 и N2 экспресс частота вращения газотурбинных двигателей в процентах от максимальной нормальной рабочей об/мин.N1 — скорость низкого давления золотник и служит основной настройкой мощности, а N2 — скорость высокого золотник давления, который указывает, имеют ли системы самолета достаточную мощность.

Чтобы лучше понять N1 и N2, нам нужно начать с основами газотурбинных двигателей. Далее в статье мы рассмотрим практические применения показаний N1 и N2. Давайте прыгать!

Как работают газотурбинные двигатели?

Типичные турбовентиляторные или турбореактивные двигатели состоят из 5 основные сечения: вход, компрессор/вентилятор, камера сгорания, турбина и сопло.

Воздух всасывается через впускное отверстие, проходит через вентилятор и компрессор для увеличения его давления, смешивается с топливом и сжигается в камере сгорания, выпускается через турбину и ускоряется через сопло для создания тяги.

Реактивный двигатель в разрезе
Источник изображения

В этом обсуждении компрессор и турбина являются интересующие компоненты.

Секция компрессора обычно состоит из двух секций, вентилятор и компрессор низкого давления и высокого давления компрессор.Так же и турбина состоит из секции высокого и низкого давления, секции высокого и низкого давления компрессоры связаны с их соответствующими аналогами турбины через концентрические и независимые приводные валы. Это означает что секции низкого давления и высокого давления вращаются независимо друг от друга еще один.

Механический Основным принципом газотурбинных двигателей является то, что секция(и) турбины способны извлекать достаточно энергии из выхлопных газов для привода компрессора секция(и), которые обеспечивают достаточное количество воздуха для сжигания, чтобы питать турбину.  

Это означает более легкий, более термодинамически эффективный турбины и компрессоры становятся более эффективными.

В зависимости от двигателя компрессоры и турбины высокого и низкого давления могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми. Есть несколько больших моделей турбовентиляторных двигателей, которые работают с тремя золотниками вместо обычных двух, хотя это обсуждение будет ограничено конструкциями с двумя золотниками.

Градиенты давления турбинного двигателя
Источник изображения

Для получения дополнительной информации о принципах работы турбины двигателей, обратитесь к серии сравнения двигателей из трех частей здесь:

Поршень vs.Турбовинтовой двигатель: безопасность, эффективность и производительность

Турбореактивный двигатель в сравнении с турбовентиляторным: безопасность, эффективность и производительность

Турбовентиляторный двигатель против турбовинтового: безопасность, эффективность и производительность

Что определяет N1 и N2?

N1 поворотный скорость вращения турбины низкого давления и золотника компрессора , выраженная как процент от максимального нормального рабочего оборота золотника.

N2 поворотный скорость вращения турбины высокого давления и золотника компрессора , выраженная как процент от максимального нормального рабочего оборота золотника.

Эти скорости будут отличаться друг от друга, так как каждая катушка вращается независимо от другой. Обычно в установившемся режиме работы N1 и N2 будут существенно различаться, особенно при более низких настройках мощности. Это важно, так как каждый золотник должен работать независимо, чтобы обеспечить надлежащие градиенты давления в двигателе.

Положение датчика турбинного двигателя
Источник изображения

Как пилоты используют N1 и N2 для установки мощности?

Применение N1 и N2 зависят от этапа полета и эксплуатационных требований различных системы, использующие двигатель для питания.  

Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, Pratt and Whitney В качестве эталона будут использоваться двигатели семейства PW306C/D, установленные на Citation. Различные двигатели могут требовать или указывать различные операционные процедуры, но концепции разумно переданы PW306C/D.

N1 является основным скорость набора мощности во время взлета, крейсерского полета и захода на посадку. N2 служит основным эталоном для определение достаточной мощности, подводимой к системам самолета, включая отбор воздуха систем, генераторов, гидравлических насосов, топливных насосов или другого оборудования с приводом от двигателя. аксессуары.

Чтобы проиллюстрировать практическое применение этих скоростей, рассмотрим общий профиль полета двигателя.

Запуск двигателя

Электростартер включен для привода высокого давления золотник для создания воздушного потока через двигатель. Топливо может быть введено путем активации FADEC при достижении минимального скорость вращения 9% N2. Стабильный, успешный запуск и холостой ход частично указываются значением N1, равным 57% (другая система показания подтверждают успешный старт). Во время стартовой последовательности нормальное развитие старта проверяется N1. вращение и ускорение, а также отключение стартера при 40% N2.

Системные тесты

Системы стравливания воздуха, необходимые для полета, такие как наддув и антиобледенительные системы проверяются по скорости N2 и Межтурбинная температура (ITT). А минимум N2 75% требуется для создания достаточного давления отбираемого воздуха и поток для обогрева противообледенительной системы для прохождения предполетной проверки. Проверки давления подтверждают изменения ITT в соответствии с выбором переключателя прокачки и минимальным изменением скорости N2, скорости N1 на контраст немного меняется, когда клапаны для стравливания воздуха закрываются и открываются.

Взлет, набор высоты, крейсерский режим и заход на посадку

После перевода дроссельной заслонки во взлетное положение пилот проверяет соответствие ошибки скорости N1 FADEC и индикации скорости N1. Пилот будет продолжать проверять скорость N1 показания соответствуют цели FADEC на протяжении всего полета. Скорость N2 отслеживается для проверки нормальной работы двигателя, но в целом не критичен для работы экипажа, за исключением необходимо провести перезапуск в полете. На этапе захода на посадку приблизительная скорость N1 от 60% до 65% используется для поддержания скорости захода на посадку при полете по траектории захода на посадку 3°.

Выключение

Экипаж проводит обычные процедуры остановки двигателя, откладывание выключения батарей и авионики до тех пор, пока скорость N2 не уменьшится. упал до 0%, чтобы обеспечить безопасное вращение двигателя и то, что топливо было должным образом отключаются FADEC.

Почему N1 используется для установки мощности?

Значение N1 двигателя указывает на исправность впускной и компрессорный отсек двигателя. Градиенты давления, обеспечивающие хорошие рабочие характеристики, определяется сглаживанием градиента давления вентилятором двигателя и низким компрессор давления.

N1 указывает на сколько энергии поступает в сопло, чтобы стать тягой, потому что это отражает скорость последней турбины низкого давления.

Напротив, N2 колеблется значительно меньше, даже при существенное снижение мощности. Два на это влияют факторы: вращающаяся масса и отбор энергии высоким давлением турбина.

Условно говоря, турбина высокого давления имеет меньше общая масса для ускорения, и он имеет самую высокую общую доступную энергию выхлопа чтобы разогнать эту массу, поэтому даже при холостых настройках мощности N2 остается относительно «закрутился.Эта механическая реальность делает N2 трудным для использования значением для установка мощности.

Почему N2 используется для управления системами?

Для PW306C/D отбираемый воздух отбирается на турбине высокого давления, а привод вспомогательных агрегатов связан с золотником высокого давления. Поэтому N2 становится значением, определяющим, будут ли системы с приводом от двигателя получают достаточную мощность для нормальной работы.  

Гидравлические насосы, топливные насосы, генераторы и генераторы переменного тока все требуют достаточной скорости вращения для нормальной работы.Точно так же количество отбираемого воздуха от двигателя является функцией скорости секции компрессора.

N2 также указывает на исправность цикла сгорания, потому что золотник высокого давления первым реагировать на изменения в камере сгорания через турбину высокого давления, N2 является отличный показатель нормального рабочего состояния.

Чем скорость турбовинтового двигателя отличается от скорости турбовентиляторного/турбореактивного двигателя?

Для целей данного обсуждения Pratt and Whitney PT6A будет рассматриваться в первую очередь из-за его повсеместного использования в турбовинтовых двигателях. рынок.Обсуждаемые основные концепции применимы в равной степени к большинству турбовинтовых двигателей.

Поскольку турбовинтовые двигатели создают тягу за счет пропеллера скорости N1 и N2 больше не применяются напрямую.

Вместо пропеллера RPM и крутящий момент используются для установки мощности, а N1 используется для контроля состояния системы. и управлять запуском двигателя (обратите внимание, что N1 и NG обычно являются взаимозаменяемыми значениями). для турбовинтовых двигателей).  

Критично, скорость N1 не привязана к высокому или низкому золотник давления, потому что турбина и компрессор работают независимо друг от друга. валы.

Скорость N1 измеряется на выходе из камеры сгорания в силовую турбину.   В PT6A эта скорость управляет давлением. предохранительный клапан, который помогает поддерживать соответствующий градиент давления внутри двигатель. Он также указывает, является ли двигатель правильно разгоняется во время запуска двигателя.

Крутящий момент измеряется на выходном валу турбины сечения, а в случае PT6A это функция давления масла. Обороты пропеллера — это выходная скорость винта. редуктор, также приводимый в движение валом турбины.

Для турбовинтовых двигателей двигателей, крутящий момент становится основным значением настройки мощности, поскольку выходная мощность двигателя напрямую ограничивается либо крутящим моментом, либо ITT.

Заключение

Турбовентиляторные и турбореактивные двигатели рассчитаны на нормальную работу в зависимости от скорости их вращения. В результате отслеживается работоспособность двигателя по скоростям вращения низкого давления и высокого давления катушки. Турбовентиляторы используют скорость N1, который измеряет скорость золотника низкого давления для установки мощности и N2, который измеряет скорость золотника высокого давления для управления производительностью вспомогательной системы.

Турбовентиляторные двигатели — обзор

6.7.2 Практический пример: Звук от вентилятора компрессора двигателя с большим байпасом

Вентилятор компрессора современного турбовентиляторного двигателя представляет собой хороший пример применения механизма взаимодействия тона и широкополосного шума в применение многолопастного рядного движителя. С конца 1990-х годов НАСА инвестировало в несколько аэроакустических измерений моделей физического масштаба, которые предоставили данные проверки для разработки вычислительных кодов ареоакустики, см. Ref.[285]. Мы отмечаем, что здесь представлены четыре принятых вклада в источники шума, создаваемого потоком в вентиляторах компрессора, см. Ganz et al. [286], Envia, Wilson и Huff [285], Envia и Nallasmy [287], которые контролируются аэроакустикой лопастей:

1.

Собственный шум ротора, который является значительным даже при чистом притоке и отсутствии границы воздуховода слой включает в себя тоны Гутина, толщинный шум, тоны и широкополосный звук, генерируемые взаимодействием ротора с искажением потока вверх по потоку, а также тоны и широкополосный звук, генерируемые взаимодействием следов ротора с телами, расположенными ниже по потоку, и широкополосный шум задней кромки.

2.

Взаимодействие ротора с входным пограничным слоем, на которое влияет зазор в конце ротора.

3.

Нестабильная неравномерность в зазоре воздуховод-наконечник, вращающаяся со скоростью, составляющей часть скорости вентилятора, по крайней мере, когда зазор между наконечником и нагрузка велики.

4.

Шум, создаваемый статором, на который существенное влияние оказывает распространение через вентилятор перед ротором, который состоит из тонов взаимодействия и широкополосного шума с турбулентными следами ротора и шумом задней кромки статора.

В этом подразделе мы рассмотрим прогнозирование широкополосного звука взаимодействия ротор-статор, излучаемого статорами в направлении выпуска; именно это направление наименее подвержено акустической блокировке расположенным выше по потоку ротором, см. Налласами и Энвиа [288]. Конфигурация, которую мы исследуем, показана на рис. 6.49 для двух альтернативных углов стреловидности лопастей статора, показанных в верхней части рисунка. Наклон и размах лопасти статора сложным образом влияют на тон и широкополосный шум.В случае тонов проекция конвекционных следов на пучности мод дакта осложняется закруткой и механикой прямого и обратного вращения мод Тайлера-Софрина в дакте, см., например, Envia and Nallasamy [287] и Эльхадиди и Атасси [76]. Соответственно, эти эффекты будут зависеть от количества лопаток ротора и статора. Как уже отмечалось, закрутка влияет не только на геометрию фронтов аэродинамических и акустических волн, но и на осевое распространение некоторых мод окружного и радиального вихря в следах за лопастями несущего винта, как указано в теоретической работе Керреброка [78]. ], Голубев и Атасси [279, 280] и Голубев [278].В случае широкополосного шума турбулентного всасывания эти эффекты подавляются модальным суммированием, но, тем не менее, было обнаружено, что качание (т. е. аналогично наклону гребного винта в морских приложениях) более эффективно подавляет шум, чем обеднение (т. е. аналогично перекосу гребного винта в морских условиях). морское применение). Анализ показывает, что это связано с тем, что обеднение может влиять на более высокие приведенные частоты (Эльдадиди и Атасси [76]) из-за большего количества мод канала, которые составляют акустическое поле, особенно широкополосное, на больших приведенных частотах для статора.

Рисунок 6.49. Общая компоновка и конфигурации ряда лопаток 22-дюймового компрессорного вентилятора НАСА (ссылки [287] и [288]) с иллюстрациями положения ротора и воздуховода, а также угла стреловидности лопастей статора (A) и угла наклона (B). Вентилятор вращается по часовой стрелке, глядя в сторону выхода; приток слева.

Расчет тонов взаимодействия лопаток зависит от деталей следа, завихрения и выравнивания мод, и это чувствительно к соответствующему расчетному моделированию распространения мод канала между рядами лопаток (см.г., Эльхадиди и Атасси [76]). и Лог и Атасси [193] и применение приблизительных граничных условий на входе и выходе воздуховода, например. [18,191,192]. Представленная теория слишком упрощена, чтобы сделать это точно, и поэтому, не вдаваясь в детали, было обнаружено, что уровни тонов, излучаемых этой моделью вентилятора двигателя (см. Энвиа и Налласами [287]), в целом хорошо представлены полной теорией с с учетом общего положительного влияния качания и наклона на снижение излучаемой звуковой мощности.

Физические свойства шума турбулентного поглощения канального статора после ротора, как исследовано Налласмани и Энвиа [288], Эльхаддиди и Атасси [76], Логом и Атасси [236, 239, 240], а также Атасси и Логом [237, 238], могут быть однако, полученный путем обращения к результатам последних разделов. Это связано с тем, что по аналогии со статистическим поведением структурных мод высокой плотности, глава 5 тома 1, модальной характеристикой, широкополосное форсирование многомодовой характеристики может быть менее чувствительным к деталям моделирования, чем случаи, включающие дискретное возбуждение частота-волновое число.Следует также отметить, что расчеты, сделанные Налласмани и Энвиа [288], были заимствованы из работы Вентреса [73,74], поэтому читатель должен понимать, что по своей сути эти методы развивались в течение многих лет.

Предметом нашего обсуждения является звук, излучаемый физической моделью вентилятора исследовательского компрессора, построенной НАСА и показанной на рис. 6.50. Мы обсудим поведение широкополосного звука в 22-дюймовом. диаметр (0,558 м) испытательного вентилятора, описанный с точки зрения моделирования потока Podboy et al.[289] и акустика Вудворда и др. [290] и Налласами и Энвиа [289]. Поскольку измерения проводились для пренебрежимо малого числа Маха поступательной скорости, важно учитывать интенсивность конечного числа Маха. Звук был измерен на выпускном конце компрессора и поэтому контролируется источниками на выходных направляющих лопатках. Звуковая мощность находится путем интегрирования звукового давления над выходной плоскостью кольцевого канала. С этой целью в канале с однородным осевым потоком с числом Маха M Гольдштейн [10] и (косвенно) Пирс [291] и Хоув [292] записывают линеаризованные члены первого и второго порядка конвективного акустического давления и скорость частицы, u , as

Рис. 6.50. 22-дюймовый компрессорный вентилятор НАСА, используемый для диагностики источника. Слева вверху — рисунок, показывающий направляющие лопатки радиального выхода (статора); вверху справа — фотография со снятым воздуховодом, показывающая базовую линию 54 радиальных направляющих лопаток. Теоретические и измеренные спектры звука представляют собой уровни звуковой мощности в полосе 1 Гц мощностью 10–12 Вт, излучаемые с выпускного конца воздуховода в условиях приближения. Справа для 54 радиальных лопаток; центр, 26 радиальных лопаток; слева, 26 стреловидных лопастей.

I(x,ω)=(p(x,ω)+ρ0Uzu(x,ω))(u(x,ω)+Mu(x,ω))*

где член давления задается одномерное линеаризованное уравнение импульса, а скорость задается как члены первого и второго порядка разложения по числу Маха.Другие аспекты поведения изоэнтропической линейной акустики из раздела 2.1.2 тома 1 остаются в силе, и мы имеем

I=⟨(p+ρ0Uzu)(u+Mu)*⟩I(x,ω)=(1+M2) ⟨pu⟩(x,ω)+Mρ0c0⟨p2⟩(x,ω)+ρ0c0M⟨u2⟩(x,ω)

В канале модальное акустическое давление и скорость частиц связаны уравнением количества движения

u (x,ω)=kmn(ωu(x,ω)±kmnU)zp(x,ω)ρ0

, где + и – относятся к среднему потоку вверх и вниз по течению. Таким образом, средняя интенсивность поперек канала равна

(6,151)I(ω)=∓M(1−M2)2(ω/Uz¯)kz[ω/c0±Mkz]2Φрад(x,ω)ρ0c0

, где Φrad(x,ω) – уравнение(6.150b) и k z равно уравнению. (6.121). Более полное решение, применимое к неравномерному течению в канале, было предложено Атасси [293].

На рис. 6.50, вверху слева показан вид сбоку канального компрессора НАСА, сконфигурированного для физической модели, описанной Налласами и Энвиа [288] для измерения широкополосного звука в аэродинамической трубе. Измерения звука производились с помощью микрофона, сканирующего вдоль боковой линии. На фотографии компрессора со снятым воздуховодом справа вверху показан 22-лопастной ротор со статором из 26 радиальных лопаток.Для демонстрации полученных выше формул мы рассматриваем звук, издаваемый в направлении выхлопа, поскольку звук в направлении вперед частично блокируется лопастями несущего винта. На этих рисунках условия захода на посадку представляют собой условия сброса дроссельной заслонки во время приземления; взлет — это режим полной тяги, сокращение — крейсерский режим после набора высоты.

Расчетные и измеренные уровни звуковой мощности, π(RT2−Rh3)I(ω)¯, приведены внизу рис. 6.50 и на рис.6.51 для 54 радиальных лопаток статора, 26 радиальных лопаток статора и для 26 стреловидных лопаток статора. Результаты измерений показывают небольшое снижение с уменьшением количества лопастей (~ 5 дБ на средних частотах) и увеличением размаха лопастей (~2 дБ). Теоретические результаты показывают в целом схожие тенденции с явными различиями, однако теория и измерения согласуются в прогнозировании увеличения скорости для заданной (базовой) конфигурации с 54 лопастями. Теория, использованная в этих иллюстрациях, обязательно была более всеобъемлющей, чем та, что представлена ​​в этой главе, включая конечную среднюю скорость в режимах воздуховода и моделирование реакции лопастей на порывы ветра как каскад, а не как отдельные лопасти.Однако у него есть некоторые общие важные черты со структурой используемого здесь моделирования. В частности, в формулировке использовалась та же самая свертка спектра волновых чисел турбулентности с формами мод канала, и использовалась аналогичная модель турбулентности.

Рисунок 6.51. Излучаемая широкополосная звуковая мощность Уровни спектра полосы 1 Гц Re 10 −12 Вт от выхода из воздуховода на взлете (12 656 об/мин, м =1,09), заходе на посадку (1060 об/мин, м =0,95) и сокращении ( 750 об/мин, м =0.672) условия. Линии с точками — это теоретические расчеты, сделанные с использованием 2-мерной каскадной теории, линии без точек — это измерения. Конфигурация с радиальным статором с 54 лопастями. Налласами и Энвиа [288].

Atassi and Logue [237,238] и Posson et al. [289] выполнили серию расчетов, в которых спектр турбулентности был либо гауссовским, либо липмановским, с использованием различной степени анизотропии. Оба обнаружили, что спектр гауссовых волновых чисел создает более узкую общую полосу пропускания по сравнению с частотным спектром мощности, и что спектр Лиепмана лучше соответствует измеренным формам спектра.Измерения масштаба длины не проводились, поэтому изотропная турбулентность была принята за основу для всех расчетов, сделанных Налласамаем и Энвиа [288] и Атасси и др. [237,238] с использованием трехмерного кольцевого каскада, а Поссон [294] с использованием теории полос, адаптированной из теории, разработанной Глеггом и Уолкером [235]. Однако в ходе тестов на анизотропию, сделанных путем допущения степени растяжения Бэтчелора-Прудмана в спектральной модели Липмана (см. главу 3 тома 1), было обнаружено, что рассчитанный звук очень чувствителен к анизотропии.Особенно это было заметно на низких частотах; это согласуется с наблюдениями, сделанными в разделе 5.3.4.2 в отношении шума поглощения турбулентности аэродинамического профиля. Поссон и др. [294] обнаружили, что расчетный уровень шума слегка чувствителен к распределению радиальной нагрузки, что было предложено за счет использования трехмерной поправки, корректирующей строгую двухмерную полосовую теорию, которая изначально использовалась для учета фактического распределения радиальной нагрузки, см. рис. 6.52. . Этот эффект кажется небольшим.

Рисунок 6.52.Уровни спектра широкополосной звуковой мощности в полосе 1 Гц относительно 10 −12 Вт от выхода из воздуховода для 26 радиальных ОГВ в условиях подхода (1060 об/мин, м =0,95). На этой иллюстрации сравниваются различные теоретические расчеты: Налласами и Энвиа [288], Атасси и Лог [237] и Поссон и др. [294] для случаев двухлопастного нагружения, как указано в тексте; «A» обозначает двухмерную базовую теорию полосы, а «B» обозначает использование трехмерной поправки для распределения радиальной нагрузки.

Подводя итог, можно сказать, что наибольшей и наиболее значительной неопределенностью в расчете шума поглощения турбулентности, по-видимому, является знание спектра волновых чисел турбулентности притока.Эта неопределенность может быть уменьшена либо физическими измерениями, либо моделированием соответствующих типов потока.

Как работают 4 типа газотурбинных двигателей

Прямой эфир из кабины экипажа

Газотурбинные двигатели прошли долгий путь с 1903 года. Это был первый год, когда газовая турбина производила достаточную мощность для поддержания своей работы. Дизайн был разработан норвежским изобретателем Эгидусом Эллингом, и он производил 11 лошадиных сил, что было огромным достижением в то время.

В наши дни газотурбинные двигатели бывают всех форм и размеров, и большинство из них производят много более 11 лошадиных сил. Вот 4 основных типа газотурбинных двигателей, а также плюсы и минусы каждого.

1) Турбореактивный двигатель

Heinkel He 178, первый в мире турбореактивный самолет

Турбореактивные двигатели

были первым изобретенным типом газотурбинного двигателя. И хотя они выглядят совершенно иначе, чем поршневой двигатель в вашем автомобиле или самолете, они работают по той же теории: впуск , сжатие, мощность, выпуск .

Как работает турбореактивный двигатель?

Турбореактивные двигатели работают за счет пропускания воздуха через 5 основных секций двигателя:

Шаг 1: воздухозаборник
Воздухозаборник представляет собой трубу перед двигателем. Воздухозаборник может показаться простым, но он невероятно важен. Задача воздухозаборника — плавно направлять воздух на лопатки компрессора. На малых скоростях ему необходимо минимизировать потери воздушного потока в двигатель, а на сверхзвуковых скоростях необходимо замедлить воздушный поток ниже 1 Маха (воздух, поступающий в ТРД, должен быть дозвуковым, независимо от того, с какой скоростью летит самолет ).

Этап 2: Компрессор
Компрессор приводится в действие турбиной в задней части двигателя, и его работа заключается в сжатии поступающего воздуха, что значительно увеличивает давление воздуха. Компрессор представляет собой серию «вентиляторов», каждый из которых имеет лопасти все меньшего и меньшего размера. Когда воздух проходит через каждую ступень компрессора, он становится более сжатым.
Этап 3: Камера сгорания
Далее идет камера сгорания, где действительно начинается волшебство.Воздух высокого давления соединяется с топливом, и смесь воспламеняется. Когда топливовоздушная смесь сгорает, она проходит через двигатель к турбине. Турбореактивные двигатели работают на очень обедненной смеси, примерно 50 частей воздуха на 1 часть топлива (большинство поршневых двигателей работают в диапазоне от 6 к 1 до 18 к 1). Одна из основных причин, по которой турбины работают с таким обеднением, заключается в том, что для охлаждения турбореактивного двигателя необходим дополнительный поток воздуха.
Этап 4: Турбина
Турбина — это еще одна серия «вентиляторов», которые работают как ветряная мельница, поглощая энергию проходящего через нее воздуха с высокой скоростью.Лопатки турбины соединены с валом и вращают его, который также соединен с лопатками компрессора в передней части двигателя. «Круг жизни» турбореактивного двигателя почти завершен.

Этап 5: Выхлоп (также известный как «Я ухожу!»)
Топливно-воздушная смесь, сгоревшая на высокой скорости, выходит из двигателя через выхлопное сопло. Когда высокоскоростной воздух выходит из задней части двигателя, он создает тягу и толкает самолет (или то, к чему он прикреплен) вперед.

Турбореактивный двигатель на вынос:

  • Плюсы:
    • Относительно простая конструкция
    • Возможность очень высоких скоростей
    • Занимает мало места
  • Минусы:
    • Высокий расход топлива
    • Громко
    • Низкая производительность на малых скоростях

2) Турбовинтовой двигатель

Прямой эфир из кабины экипажа

King Air с турбовинтовыми двигателями

Следующие три типа газотурбинных двигателей представляют собой все виды турбореактивных двигателей, и мы начнем с турбовинтовых.Турбовинтовой двигатель представляет собой турбореактивный двигатель, соединенный с воздушным винтом через систему зубчатых передач.

Как работает турбовинтовой двигатель?

Шаг 1 : Турбореактивный двигатель вращает вал, который соединен с коробкой передач.

Шаг 2 : Коробка передач замедляет вращение, и самая медленная передача соединяется с пропеллером

Шаг 3 : Пропеллер вращается в воздухе, создавая тягу, как у Cessna 172

  • Плюсы:
    • Очень экономичный
    • Наиболее эффективен на средней скорости 250-400 узлов
    • Наиболее эффективен на средних высотах 18 000–30 000 футов
  • Минусы:
    • Ограниченная скорость полета вперед
    • Системы зубчатых передач тяжелые и могут сломаться

3) Турбовентиляторный двигатель

Прямой эфир из кабины экипажа

Некоторые широкофюзеляжные турбовентиляторные двигатели могут развивать тягу более 100 000 фунтов

Турбовентиляторные двигатели

сочетают в себе лучшее из двух миров: турбореактивных и турбовинтовых.И вы, вероятно, увидите эти двигатели, когда отправитесь в аэропорт на следующий рейс.

Как работает турбовентиляторный двигатель?

Турбовентиляторные двигатели работают путем прикрепления канального вентилятора к передней части турбореактивного двигателя. Вентилятор создает дополнительную тягу, способствует охлаждению двигателя и снижает уровень шума двигателя.

Шаг 1 : Входящий воздух разделяется на два отдельных потока. Один поток обтекает двигатель (перепускной воздух), а другой проходит через сердцевину двигателя.

Этап 2 : Перепускной воздух проходит вокруг двигателя и ускоряется канальным вентилятором, создавая дополнительную тягу.

Этап 3 : Воздух проходит через турбореактивный двигатель, продолжая создавать тягу.

Турбовентилятор на вынос:

  • Плюсы:
    • Топливная экономичность
    • Тише турбореактивных двигателей
    • Они выглядят потрясающе
  • Минусы:
    • Тяжелее турбореактивных двигателей
    • Большая лобовая площадь, чем у турбореактивных двигателей
    • Неэффективен на очень больших высотах

ТРДД Pratt & Whitney F100 с форсажной камерой на F-16

4) Турбовальный двигатель

Вертолет Bell 206 с турбовальным двигателем

Турбовальные двигатели

в основном используются на вертолетах.Самая большая разница между турбовальными и турбореактивными двигателями заключается в том, что турбовальные двигатели используют большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги в задней части двигателя.

Как работает турбовальный вал?

Турбовалы

по сути представляют собой турбореактивный двигатель с большим валом, соединенным с его задней частью. А поскольку большинство этих двигателей используются на вертолетах, этот вал соединен с трансмиссией лопастей несущего винта.

Шаг 1 : Двигатель по большей части работает как турбореактивный.

Этап 2 : Приводной вал, прикрепленный к турбине, приводит в действие трансмиссию.

Этап 3 : Трансмиссия передает вращение от вала к лопасти ротора.

Шаг 4 : Вертолет, в основном неизвестными и магическими средствами, может летать по небу.

Вынос турбовального вала:

  • Плюсы:
    • Удельная мощность намного выше, чем у поршневых двигателей
    • Обычно меньше поршневых двигателей
  • Минусы:
    • Громко
    • Системы зубчатых передач, соединенные с валом, могут быть сложными и ломаться

4 типа двигателей, основанных на одной базовой концепции

Газотурбинные двигатели прошли долгий путь за последние 100 лет.И хотя турбореактивные, турбовинтовые, турбовентиляторные и турбовальные двигатели имеют свои различия, они производят мощность практически одинаково: впуск, сжатие, мощность и выпуск.


Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и тесты, которые помогут вам стать умнее и безопаснее пилота.


Турбинные двигатели (часть первая)

Авиационный газотурбинный двигатель состоит из воздухозаборника, компрессора, камер сгорания, турбинной секции и выхлопной трубы.Тяга создается за счет увеличения скорости воздуха, проходящего через двигатель. Турбинные двигатели — очень желательные авиационные силовые установки. Они отличаются плавностью хода, высокой удельной мощностью и используют легкодоступное реактивное топливо. До недавних достижений в области материалов, конструкции двигателей и производственных процессов использование газотурбинных двигателей в небольших / легких серийных самолетах было непомерно дорогим.

 

Сегодня несколько авиапроизводителей производят или планируют производить небольшие/легкие самолеты с газотурбинным двигателем.Эти небольшие самолеты с турбинным двигателем обычно вмещают от трех до семи пассажиров и называются очень легкими реактивными самолетами (VLJ) или микрореактивными двигателями. [Рис. 7-22]

Рис. 7-22. Эклипс 500 ВЛЖ.

Типы турбинных двигателей

Турбинные двигатели классифицируются по типу используемых в них компрессоров. Компрессоры бывают трех типов: центробежные, осевые и центробежно-осевые. Сжатие впускного воздуха достигается в центробежном двигателе за счет ускорения воздуха наружу перпендикулярно продольной оси машины.Осевой двигатель сжимает воздух за счет ряда вращающихся и неподвижных аэродинамических профилей, перемещающих воздух параллельно продольной оси. В конструкции с центробежно-осевым потоком используются оба типа компрессоров для достижения желаемой степени сжатия.

Путь, который проходит воздух через двигатель, и то, как вырабатывается мощность, определяют тип двигателя. Существует четыре типа авиационных газотурбинных двигателей: турбореактивные, турбовинтовые, турбовентиляторные и турбовальные.

Рекомендации по летной грамотности Справочник Рода Мачадо «Как летать на самолете» — Изучите основные принципы управления любым самолетом.Сделайте летную подготовку проще, дешевле и приятнее. Освойте все маневры чекрайда. Изучите философию полета «палка и руль направления». Не допускайте случайного сваливания или вращения самолета. Посадите самолет быстро и с удовольствием.

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель состоит из четырех секций: компрессора, камеры сгорания, турбинной секции и выхлопной. Секция компрессора пропускает входящий воздух с высокой скоростью в камеру сгорания.Камера сгорания содержит впускное отверстие для топлива и воспламенитель для сжигания. Расширяющийся воздух приводит в движение турбину, соединенную валом с компрессором, поддерживая работу двигателя. Ускоренные выхлопные газы двигателя обеспечивают тягу. Это основное применение сжатия воздуха, воспламенения топливно-воздушной смеси, производства энергии для автономной работы двигателя и выхлопа для движения. [Рис. 7-23]

Рис. 7-23. Турбореактивный двигатель. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Турбореактивные двигатели ограничены по дальности полета и выносливости.Они также медленно реагируют на применение дроссельной заслонки при низких скоростях компрессора.

Турбовинтовой

Турбовинтовой двигатель — это газотурбинный двигатель, приводящий в движение воздушный винт через редуктор. Выхлопные газы приводят в действие силовую турбину, соединенную валом, который приводит в движение узел редуктора. Понижающая передача необходима в турбовинтовых двигателях, потому что оптимальные характеристики воздушного винта достигаются на гораздо более низких скоростях, чем рабочие обороты двигателя. Турбовинтовые двигатели представляют собой компромисс между турбореактивными двигателями и поршневыми силовыми установками.Турбовинтовые двигатели наиболее эффективны на скорости от 250 до 400 миль в час и на высоте от 18 000 до 30 000 футов. Они также хорошо работают на низких скоростях полета, необходимых для взлета и посадки, и экономят топливо. Минимальный удельный расход топлива турбовинтового двигателя обычно достигается в диапазоне высот от 25 000 футов до тропопаузы. [Рис. 7-24]

Рис. 7-24. Турбовинтовой двигатель. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Турбовентиляторный двигатель

Турбовентиляторные двигатели были разработаны, чтобы объединить некоторые из лучших характеристик турбореактивного и турбовинтового двигателей.Турбовентиляторные двигатели предназначены для создания дополнительной тяги за счет отклонения вторичного воздушного потока вокруг камеры сгорания. Перепускной воздух турбовентилятора создает повышенную тягу, охлаждает двигатель и способствует подавлению шума выхлопных газов. Это обеспечивает крейсерскую скорость турбореактивного типа и меньший расход топлива.

Впускной воздух, проходящий через турбовентиляторный двигатель, обычно разделяется на два отдельных потока воздуха. Один поток проходит через ядро ​​двигателя, а второй поток обходит ядро ​​двигателя.Именно этот перепускной поток воздуха отвечает за термин «перепускной двигатель». Коэффициент двухконтурности турбовентилятора относится к отношению массового воздушного потока, проходящего через вентилятор, к массовому воздушному потоку, проходящему через сердцевину двигателя. [Рис. 7-25]

Рис. 7-25. Турбовентиляторный двигатель. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Турбовальный двигатель

Четвертый распространенный тип реактивного двигателя — турбовальный. [Рис. 7-26] Он передает мощность на вал, который приводит в движение что-то другое, кроме гребного винта.Самая большая разница между турбореактивным и турбовальным двигателем заключается в том, что в турбовальном двигателе большая часть энергии, производимой расширяющимися газами, используется для привода турбины, а не для создания тяги. Многие вертолеты используют турбовальный газотурбинный двигатель. Кроме того, турбовальные двигатели широко используются в качестве вспомогательных силовых установок на больших самолетах.

Рисунок 7-26. Турбовальный двигатель. [щелкните изображение, чтобы увеличить]

Приборы для турбинных двигателей

Приборы для двигателей, которые показывают давление масла, температуру масла, частоту вращения двигателя, температуру выхлопных газов и расход топлива, являются общими как для турбинных, так и для поршневых двигателей.Однако есть некоторые инструменты, которые уникальны для газотурбинных двигателей. Эти приборы показывают степень сжатия двигателя, давление нагнетания турбины и крутящий момент. Кроме того, большинство газотурбинных двигателей имеют несколько датчиков температуры, называемых термопарами, которые обеспечивают пилотам показания температуры в секции турбины и вокруг нее.

 

Степень сжатия двигателя (EPR)

Манометр степени давления двигателя (EPR) используется для индикации выходной мощности турбореактивного/турбовентиляторного двигателя.EPR представляет собой отношение давления нагнетания турбины к давлению на входе в компрессор. Измерения давления регистрируются датчиками, установленными на входе в двигатель и на выходе. После сбора данные отправляются на датчик перепада давления, показания которого отображаются на датчике EPR в кабине экипажа.

Конструкция системы EPR автоматически компенсирует влияние воздушной скорости и высоты. Изменения температуры окружающей среды требуют внесения поправок в показания EPR для обеспечения точных настроек мощности двигателя.

Температура выхлопных газов (EGT)

Ограничивающим фактором в газотурбинном двигателе является температура турбинной секции. Температуру турбинной секции необходимо тщательно контролировать, чтобы предотвратить перегрев лопаток турбины и других компонентов выхлопной секции. Одним из распространенных способов контроля температуры секции турбины является датчик температуры выхлопных газов. EGT — это рабочий предел двигателя, используемый для контроля общих условий работы двигателя.

Варианты систем EGT имеют разные названия в зависимости от расположения датчиков температуры.К обычным датчикам температуры турбины относятся датчик температуры на входе в турбину (TIT), датчик температуры на выходе из турбины (TOT), датчик межступенчатой ​​температуры турбины (ITT) и датчик температуры газа в турбине (TGT).

Измеритель крутящего момента

Выходная мощность турбовинтового/турбовального двигателя измеряется измерителем крутящего момента. Крутящий момент представляет собой крутящую силу, приложенную к валу. Измеритель крутящего момента измеряет мощность, приложенную к валу. Турбовальные и турбовальные двигатели предназначены для создания крутящего момента для привода воздушного винта.Измерители крутящего момента калибруются в процентах, футо-фунтах или фунтах на квадратный дюйм.

Н 1 Индикатор

Н 1 представляет собой скорость вращения компрессора низкого давления и отображается на индикаторе в процентах от проектных об/мин. После пуска скорость компрессора низкого давления регулируется турбинным колесом N 1 . Турбинное колесо N 1 соединено с компрессором низкого давления через концентрический вал.

Н 2 Индикатор

Н 2 представляет собой скорость вращения компрессора высокого давления и отображается на индикаторе в процентах от проектных об/мин. Компрессор высокого давления управляется турбинным колесом N 2 . Турбинное колесо N 2 соединено с компрессором высокого давления через концентрический вал. [Рис. 7-27]

Рис. 7-27. Двухконтурный осевой компрессор.

Летная грамотность рекомендует

Шарнирно-сочлененная лопасть ротора осевого турбомашинного двигателя для включения газотурбинного двигателя с регулируемой частотой вращения

Современные газотурбинные двигатели, как правило, оптимизированы для работы почти на фиксированной скорости с фиксированной геометрией лопаток для проектных условий эксплуатации.При изменении режима работы двигателя углы падения потока могут быть не оптимальными, а геометрия лопаток может привести к снижению нестандартных характеристик. Но если у нас есть возможность изменять угол наклона лопаток осевого компрессора/турбины в сочетании с регулируемыми лопатками статора, это может улучшить производительность за счет поддержания углов падения потока в оптимальном диапазоне для заданной геометрии лопаток при всех условиях эксплуатации. Поддержание углов падения потока в оптимальном диапазоне может предотвратить вероятность отрыва потока в проходе лопатки, а также уменьшить термические напряжения, возникающие из-за аэротермических нагрузок для применения в газовых турбинах с регулируемой скоростью.В этой статье обсуждается недавнее изобретение адаптируемой шарнирно-сочлененной лопатки ротора осевого компрессора или турбины, которое может существенно повлиять на разработку высокоэффективной газовой турбины с регулируемой скоростью для винтокрылых или наземных транспортных средств, которым может потребоваться оптимальная работа при различных условиях крутящего момента/скорости во время различных маневров. Исследовательская лаборатория армии США в партнерстве с Калифорнийским университетом в Сан-Диего и Университетом штата Айова провела высокоточный анализ взаимодействия статора и ротора для оценки преимуществ аэродинамической эффективности концепции шарнирно-сочлененной турбины с осевым потоком.Кроме того, было проведено исследование конструкции шарнирной лопатки ротора турбины или компрессора с использованием приводов на основе интеллектуальных материалов с использованием сплава с памятью формы (SMA). Представлено расчетное исследование взаимодействия текучей среды с конструкцией шарнирно-сочлененных лопаток ротора и статора турбины, а также концепция конструкции шарнирно-сочлененной лопатки ротора турбомашины с осевым потоком с использованием интеллектуального материала, такого как SMA.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.