[wowslider id="1"]
НАШИТЕ УСЛУГИ

Турбокомпресори

Турбокомпресора е известно още като турбо, или турбина с принудителна индукция. Това е вид устройство, което увеличава ефективността и мощността на двигателя с вътрешно горене и вкарва допълнително сгъстен въздух в горивната камера. Това подобрение спрямо мощността на двигателя с естествен аспиратор се дължи на факта, че турбокомпресорът може да вкарва повече гориво в горивната камера, отколкото атмосферното налягане. Първоначално турбокомпресорите са били известни като турбо компресори, когато всички принудителни индукционни устройства са били класифицирани като свръхзарядни. Днес терминът суперзаряден обикновено се прилага само за механично задвижвани устройства с принудителна индукция. Ключовата разлика между турбокомпресори и компресор е, че компресора се задвижва механично от двигателя, чрез ремък, който е свързан с коляновия вал. Докато турбокомпресорът се захранва от турбина, която се задвижва от отработените газове на двигателя.

Компресори и турбокомпресори

В сравнение с механично задвижвания, турбокомпресорите са по-ефективни, но по-малко отзивчиви. Twin турбокомпресора се отнася до двигател, както със компресор, така и с турбокомпресори. Производителите често използват турбокомпресори в двигатели за камиони, автомобили, влакове, самолети и строителна техника. Най-често се използват при двигателите с вътрешно горене. Турбокомпресорите с принудителна индукция датират от края на 19 век, когато през 1885 г. Готлиб Даймлер патентова техниката на използване за задвижвана помпа за предаване на въздух в двигател с вътрешно горене през 1885 г. Първото търговско приложение на турбокомпресора е през 1925 г. Когато Алфред Бючи успешно инсталира турбокомпресори на десетцилиндровите дизелови двигатели, увеличавайки мощността от 1300 на 1860 киловата или 1,750 до 2500 к.с. Този двигател е използван от германското министерство на транспорта за два големи пътнически кораба.

Производство на турбокомпресори

Дизайнът Алфред Бючи е лицензиран и няколко производители на турбокомпресори започват да произвеждат турбокомпресори, които се използват в морския, железопътния и големи стационарни приложения. Турбокомпресорите са били използвани на няколко двигателя на самолети по време на Втората световна война. Производителите на автомобили и камиони започват изследвания на двигатели с турбокомпресор през 50-те години на миналия век. Първите автомобили с турбокомпресор са краткотрайният Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, представен през 1962 г. След нефтената криза от 1973 г. и измененията на Закона за чистия въздух от 1977 г. турбокомпресорът става все по-често срещан при автомобилите. Тоест като метод за намаляване на разхода на гориво и емисиите на отработени газове. За разлика от турбокомпресорите, компресорите се задвижват механично от двигателя. Ремъците, веригите, валовете и зъбните колела са често срещани методи за захранване на компресорно устройство, което поставя механично натоварване на двигателя.

Недостатъци при турбокомпресорите

Друг недостатък на някои компресорни устройства е по-ниската адиабатна ефективност в сравнение с турбокомпресорите. Адиабатната ефективност е мярка за способността на компресора да компресира въздух, без да добавя излишна топлина към този въздух. Дори при идеални условия процесът на компресия винаги води до повишена изходна температура. Обаче по-ефективните компресори произвеждат по-малко излишна топлина. Компресорите предават значително повече топлина на въздуха от турбокомпресорите. По този начин, за даден обем и налягане на въздуха, при турбото въздухът е по-хладен и в резултат на това по-гъст. Съдържа повече кислородни молекули и следователно повече потенциална мощност от въздуха с презареждане. На практика приложението на разликата между двете може да бъде драматично. Като турбокомпресорите често произвеждат 15% до 30% повече мощност въз основа единствено на разликите в адиабатната ефективност. Обаче, поради пренос на топлина от горещия ауспух, се получава значително прегряване.

Ефективност при турбокомпресори

За сравнение, турбокомпресорът не поставя директно механично натоварване на двигателя. Въпреки че турбокомпресорите оказват обратно налягане на отработените газове върху двигателите, увеличавайки загубите от изпомпване. Това е по-ефективно, тъй като макар повишеното налягане да облага данъчния ход на буталото. Голяма част от енергията, задвижваща турбината, се осигурява от все по-разширяващите се отработили газове. Които в противен случай биха се губили като топлина през изпускателната тръба. За разлика от презареждането, основният недостатък на турбокомпресора е това, което се нарича „лаг“ или „време на макарата“. Това е времето между търсенето на увеличение на мощността, когато дроселът се отваря и турбокомпресора, осигурява повишено налягане на всмукването. Закъснение на дросела възниква, защото турбокомпресорите разчитат на натрупването на налягане на отработените газове, за да задвижват турбината.

Принцип на работа на турбокомпресори

В системи с променлив изход, като например автомобилни двигатели, налягането на отработените газове на празен ход. Ниските обороти на двигателя или ниския газ е обикновено недостатъчно за задвижване на турбината. Само когато двигателят достигне достатъчна скорост, турбинната секция започва да се размотава или да се върти достатъчно бързо. За да създаде всмукателно налягане над атмосферното. Комбинацията от компресор и турбокомпресор може да смекчи слабостите и на двете. Тази техника се нарича двойно зареждане. При бутални двигатели с естествен аспирационен поток всмукващите газове се изтеглят или „избутват“ в двигателя чрез атмосферно налягане. Запълващо обемната празнота, причинена от хода надолу на буталото, което създава зона с ниско налягане, подобно на изтегляне на течност с помощта на спринцовка. Количеството вдъхновен въздух, в сравнение с теоретичното количество.

Обемна ефективност при турбокомпресори

Ако двигателят може да поддържа атмосферно налягане, се нарича обемна ефективност. Целта на турбокомпресора е да подобри обемната ефективност на двигателя. Чрез увеличаване на плътността на всмукателния газ обикновено въздух, позволявайки повече мощност на цикъл на двигателя. Компресията на турбокомпресора се изтегля в атмосферния въздух и го компресира, преди да влезе във всмукателния колектор при повишено налягане. Това води до по-голяма маса въздух, който навлиза в цилиндрите при всеки ход на всмукване. Мощността, необходима за въртене на центробежния компресор, се получава от кинетичната енергия на отработените газове на двигателя. При приложения за турбокомпресори с бензинови двигатели налягането на усилването е ограничено. За да се запази цялата система на двигателя, включително турбокомпресора, в рамките на работния му обхват за термичен и механичен дизайн.

Принцип на работа при турбокомпресори

Прекаленото усилване на двигателя често причинява повреда на двигателя по различни начини, включително предварително запалване, прегряване на двигателя. Например, за да се избегне чукането на двигателя и свързаните с него физически повреди на двигателя. Налягането на всмукателния колектор не трябва да става твърде високо, поради което налягането във всмукателния колектор на двигателя трябва да се контролира по някакъв начин. Отваряне на геометрията позволява излишната енергия, предназначена за турбината, да я заобиколи и да премине директно към изпускателната тръба, като по този начин намалява налягането на усилването. Намалената плътност на входящия въздух се причинява от загубата на атмосферна плътност, наблюдавана с повишена височина. По този начин естественото използване на турбокомпресора е с двигатели на самолети. Докато самолетът се изкачва на по-голяма надморска височина, налягането на околния въздух бързо пада.

Закъснение на турбокомпресори

Закъснение на турбокомпресора е времето, необходимо за промяна на мощността в отговор на промяна на дросела. Забелязано като колебание или забавен отговор на дросела при ускорение във сравнение с двигател с естествен аспиратор. Това се дължи на времето, необходимо на изпускателната система и турбокомпресора да генерира необходимото усилване, което също може да бъде обозначено като навиване. Инерцията, триенето и натоварването на компресора са основният принос за изоставането на турбокомпресора. Суперкомпресорите не търпят този проблем, тъй като турбината се елиминира поради компресора, който се захранва директно от двигателя. На прага тласък на система турбокомпресор е долната граница на региона, в който оперира на компресора. Под определена скорост на потока компресорът произвежда незначително усилване. Това ограничава усилването при конкретна оборота, независимо от налягането на отработените газове. По-новите турбокомпресори и двигателни разработки постоянно намаляват праговете на усилване.

Основни компоненти при турбокомпресори

Турбокомпресорите започват да произвеждат мощност само когато определено количество кинетична енергия присъства в отработените газове. Без адекватен поток отработени газове за въртене на лопатките на турбината, турбокомпресорът не може да произведе необходимата сила, необходима за компресиране на въздуха, постъпващ в двигателя. Прагът на усилване се определя от работен обем на двигателя, обороти на двигателя, отваряне на дросела и размера на турбокомпресора. Работната скорост при която има достатъчно импулс на отработените газове, за да компресира въздуха, влизащ в двигателя, се нарича „праг на усилване на оборотите“. Намаляването на „прага на усилване на оборотите“ може да подобри реакцията на газта. Турбокомпресорът има три основни компонента: Турбината, която почти винаги е радиална входяща турбина. Компресорът, който почти винаги е центробежен компресор. Въртящият се модул на централния корпус.

До колко обороти достигат турбокомпресорите

Много инсталации за турбокомпресори използват допълнителни технологии, като например отпадъчни канали, охлаждащи и изпускателни клапани. Енергията, осигурена за работата на турбината, се преобразува от енталпията и кинетичната енергия на газа. Корпусите на турбината насочват газовия поток през турбината, тъй като тя се върти с до 250 000 об / мин. Размерът и формата могат да диктуват някои експлоатационни характеристики на цялостния турбокомпресор. Често същият основен комплект турбокомпресори се предлага от производителя с множество варианти на корпуса на турбината, а понякога и на капака на компресора. Това позволява балансът между производителност, реакция и ефективност да бъде съобразен с приложението. Размерите на колелата на турбината и работното колело също диктуват количеството въздух или изпускателни газове. Които могат да преминат през системата, и относителната ефективност, при която те работят.

Twin-turbo – турбокомпресори

По принцип колкото по-голямо е турбинното и компресорното колело, толкова по-голям е дебитът на потока. Измерванията и формите могат да варират, както и кривината и броя на остриетата на колелата. Производителността на турбокомпресора е тясно обвързана с неговия размер. Големите турбокомпресори отнемат повече топлина и налягане, за да въртят турбината, създавайки изоставане при ниска скорост. Малките турбокомпресори се въртят бързо, но може да нямат същата производителност при високо ускорение. За ефективно комбиниране на предимствата на големите и малките колела се използват усъвършенствани схеми като двойни турбокомпресори. Турбокомпресори с двойно превъртане или турбокомпресори с променлива геометрия. Twin-turbo или bi-turbo конструкциите имат два отделни турбокомпресора, работещи или в последователност, или паралелно. При паралелна конфигурация и двата турбокомпресора се захранват с половината от изгорелите газове на двигателя.

Двойно действащи турбокомпресори

При последователна настройка, един турбокомпресор работи с ниски обороти, а вторият се включва с предварително определена скорост или натоварване на двигателя. Последователните турбокомпресори допълнително намаляват турбо закъснението, но изискват сложен комплект тръби, за да захранват правилно и двата турбокомпресора. Двустепенните променливи двойно турбо работят с малък турбокомпресор при ниски скорости и голям с по-висока скорост. Те са свързани в серия, така че налягането на усилване от един турбокомпресор се умножава по друго, откъдето идва и името „2-степенна“. Разпределението на отработените газове е непрекъснато променливо, така че преходът от използване на малкия турбокомпресор към големия може да се извърши постепенно. Двойните турбокомпресори се използват предимно при дизеловите двигатели. Например при би-турбо дизела, само по-малкият турбокомпресор работи с ниска скорост, осигурявайки висок въртящ момент при 1500-1700 об / мин.

Турбокомпресори с променлива геометрия

И двата турбокомпресора работят заедно в среден диапазон, като по-големият предварително компресира въздуха, който по-малкият допълнително компресира. Байпасен клапан регулира потока на отработените газове към всеки турбокомпресор. При по-висока скорост 2500 до 3000 оборота в минута работи само по-големият турбокомпресор. По-малките турбокомпресори имат по-малко турбо закъснение от по-големите, затова често се използват два малки турбокомпресора вместо един голям. Тази конфигурация е популярна при двигатели над 2,5 литра и във V-образни или боксерни двигатели. Турбокомпресорите с променлива геометрия или променливи дюзи използват подвижни лопатки за регулиране на въздушния поток към турбината, имитирайки турбокомпресор с оптимален размер по цялата крива на мощността. Лопатките са поставени точно пред турбината като набор от леко припокриващи се стени. Техният ъгъл се регулира от задвижване за блокиране или увеличаване на въздушния поток към турбината.

Интеркулер и турбокомпресори

За да компенсират повишаването на температурата, турбо компресорните агрегати често използват интеркулер между последователни етапи на усилване, за да охладят входящия въздух. Има две зони, върху които обикновено се монтират интеркулери. Той може да бъде монтиран отгоре, успоредно на двигателя или монтиран близо до долната предна част на автомобила. Настройките на интеркулерите с най-високо монтиране ще доведат до намаляване на турбо закъснението. Което се дължи отчасти на местоположението на интеркулера много по-близо до изхода на турбокомпресора и корпуса на дросела. Тази по-близка близост намалява времето, необходимо за преминаване на въздуха през системата, произвеждайки по-бързо мощност. Във сравнение с интеркулера за предно монтиране, който има повече разстояние за преминаване на въздуха, за да достигне изхода и дросела. Интеркулерите с предно монтиране могат да имат потенциал да осигурят по-добро охлаждане в сравнение с горния монтаж. Още актуална информация за историята на турбокомпресори можете да намерите в сайта на турбо компресори в София