Содержание
турбина или компрессор? — АВТОгид
В наше время очень актуально увеличивать скоростные показатели своего автомобиля. Наиболее распространенные варианты — это установка компрессора или турбины. Что лучше выбрать для автомобиля: компрессор или турбину? Попробуем разобраться в этой статье: преимущества и недостатки этих агрегатов.
Компрессор
Существуют объемные нагнетатели, они подают воздух в двигатель равными порциями независимо от скорости, что дает преимущества на низких оборотах.
Компрессоры внешнего сжатия очень хорошо подходят там, где требуется много воздуха на низких оборотах. Минус — это то, что давления он сам не создает и может создать обратный поток. Его сжатие имеет довольно низкий КПД.
Компрессоры внутреннего сжатия довольно хороши на высоких оборотах и имеют намного меньший эффект обратного потока. Из-за высоких требований к изготовлению имеют высокую цену, а при перегреве имеют шанс заклинивания.
Динамические нагнетатели работают при достижении определенных оборотов, но зато с большой эффективностью.
Компрессоры работают от коленчатого вала двигателя с помощью дополнительного привода. И поэтому обороты компрессора зависят от оборотов двигателя.
С компрессором намного проще при установке и эксплуатации. Работает он на низких и на высоких оборотах. Также он не требует больших усилий или затрат при ремонте, так как, в отличие от турбины, компрессор — независимый агрегат.
Чтобы настроить компрессор, не нужно больших усилий или каких-либо профессиональных знаний, все настраивается топливными жиклерами. У приводных нагнетателей (компрессор) давление не зависит от оборотов, и поэтому автомобиль очень четко реагирует на нажатие педали газа, а это довольно ценное качество, когда машина разгоняется. Еще они очень просты в своей конструкции.
Турбина
Турбина работает за счет энергии отработавших газов. Турбокомпрессор — это комбинирование турбины и центробежного компрессора.
Выхлопные газы с большей скоростью вращают колесо турбины на валу, а на другом конце вала находится центробежный насос, который нагнетает больше воздуха в цилиндры.
Чтобы охладить сжатый турбиной воздух, используют дополнительный радиатор — интеркулер.
Чтобы настроить турбину, понадобится хороший специалист для настройки под топливную смесь.
Каковы недостатки?
Турбина хорошо подходит для обогащения кислородом топливной смеси. Но все же имеет свои минусы:
— турбина — это стационарное устройство и требует полной привязки к двигателю;
— на малых оборотах она не дает большой мощности, а только на больших способна показать всю свою мощь;
— переход с малых оборотов до высоких называется «турбо-ямой», чем большую мощность имеет турбина, тем больше будет эффект «турбо-ямы».
В наше время уже имеются турбины, отлично работающие на высоких и на низких оборотах двигателя, но и цена у них, соответственно, приличная.
При выборе компрессора или турбины многие отдают предпочтение турбонаддуву, независимо от цены.
Есть недостатки и у компрессоров: моторы, оборудованные нагнетателями с механическим приводом, имеют большой расход топлива и меньший КПД в сравнении с турбиной.
Разница в цене
Также имеются большие различия в цене. Любая мощная турбина популярного производителя будет иметь большую стоимость и будет дорога в обслуживании. И к тому же, для ее установки требуется немало дополнительного оборудования. Компрессору же нужен только дополнительный привод.
Материал подготовил Т. Баятов
Компрессор или турбина — что лучше? Особенности нагнетателей
С каждым годом автопроизводители стараются улучшить не только дизайн, но и технические характеристики машин. Доработки касаются всех аспектов, в том числе и двигателя. Сейчас уже несколько десятилетий на многие авто устанавливаются различные типы нагнетатели. Они призваны улучшить мощность и крутящий момент мотора.
Существует два типа нагнетателей. Это компрессор и турбина. Что лучше? Разница, плюсы и минусы обоих агрегатов – в нашей статье.
Назначение
Как мы уже сказали ранее, эти устройства призваны улучшить технические характеристики двигателя. Их функция заключается в принудительном нагнетании воздуха во впускной коллектор ДВС. Кислород попадает в камеру в больших объемах, за счет чего увеличивается отдача и коэффициент полезного действия. Но чтобы разобраться, что лучше – компрессор или турбина, рассмотрим каждый механизм по отдельности.
Особенности компрессора
Это механический нагнетатель, который бывает нескольких типов:
- Винтовой.
- Роторный.
- Центробежный.
Компрессоры стали устанавливать на автомобили задолго до появления турбин – примерно в 50-60-х годах прошлого века. Сейчас же подобные агрегаты практически не используются. Последними производителями, которые устанавливают компрессоры, является «Мерседес» и «Ренж Ровер».
Плюсы и минусы
Что лучше – компрессор или турбина? Автомобили с компрессором имеют несколько плюсов:
- Надежность. Устройство подобного механизма очень простое, а потому поломки практически исключены.
- Отсутствие провалов при резком разгоне.
- Отсутствие необходимости в дополнительном охлаждении и смазывании.
- Низкая вероятность перегрева.
- Большой ресурс двигателя.
Отвечая на вопрос, что лучше – компрессор или турбина, стоит рассмотреть и недостатки первого механизма. Главный минус заключается в низкой производительности компрессора. Так, агрегат может увеличить мощность не больше, чем на 10 процентов. На сегодняшний день это очень маленький показатель, ради которого производители не решаются усложнять конструкцию авто и делать его дороже.
А все потому, что приводится в действие механизм благодаря шкиву коленчатого вала. То есть эффективность компрессора напрямую зависит от вращения шкива. А так как обороты каждого двигателя ограничены, КПД механического нагнетателя не будет слишком высоким.
Особенности турбонагнетателя
Что лучше – компрессор или турбина? Теперь рассмотрим особенности турбонагнетателя. Подобный механизм не зависит от коленвала. Он работает по другому принципу.
Крыльчатка вращается за счет хода выхлопных газов. В турбине есть холодная и горячая часть. Газы двигаются сквозь последнюю, заставляя работать крыльчатку холодной части. Количество оборотов в минуту у нее в разы больше, чем у механического нагнетателя. Отсюда и производительность. Как показывает практика, за счет наддува можно увеличить мощность до 40 процентов, практически без потери ресурса.
Таким образом, главное преимущество турбины – это ее производительность. Вдобавок, есть возможность чип-тюнинга, что позволяет увеличить мощность мотора еще на пару процентов. Но недостатки очевидны.
Так как возрастает мощность двигателя, растет и нагрузка на кривошипно-шатунный механизм. Из этого следует, что детали должны быть надежными. Но не всегда это так, особенно на чипованных ДВС.
Часто КШМ не выдерживает таких нагрузок, а потому ресурс мотора снижается в разы.
Нормой для турбированных двигателей считает ресурс в 150 тысяч километров (если брать во внимание современные TSI). Также турбина часто любит подъедать масло. Его расход составляет от одного литра на 10 тысяч километров (и это на исправном двигателе). Вдобавок, масло должно быть высокого качества. Иначе ресурс двигателя будет еще меньше.
У двигателей с компрессором таких проблем нет. Они не требуют масла и не так нагружают двигатель. Соответственно, любой компрессорный мотор будет ресурснее турбированного.
Но, как показывает статистика, все больше производителей предпочитают использовать именно второй тип наддува. Особенно это касается дизельных агрегатов. Они имеют более прочное строение, а рабочие обороты не такие высокие, как у бензиновых. Однако, спустя 250 тысяч километров, и с ними случаются проблемы.
Что лучше выбрать?
Итак, давайте подведем итоги. Что лучше – механический компрессор или турбина? Однозначного ответа на этот вопрос нет.
Каждый выбирает, исходя из требований и предпочтений. Если в приоритете ресурс, стоит ограничиться компрессором и довольствоваться 10 процентами дополнительной мощности. Но если хочется максимальной отдачи, здесь выбор будет очевидным – только турбина. Однако всегда нужно помнить, что такой двигатель внезапно может «закончиться» – потребует ремонта турбины либо деталей КШМ.
Рассмотрим выбор с точки зрения тюнинга. Что лучше на ВАЗ – компрессор или турбина? Многие выбирают второй вариант, поскольку ресурс вазовских движков и так незначительный.
Какой тип турбомашин легче спроектировать с точки зрения аэродинамики, компрессор или турбину?
Блог о том, что нового, примечательного и будущего в турбомашиностроении
В мире аэродинамики существует несколько ответвлений и подотраслей различных видов аэродинамики. В целом область аэродинамики можно разделить на внешнюю и внутреннюю аэродинамику. Внешняя аэродинамика представляет собой внешнее обтекание изолированного тела, типичным примером которого является обтекание секции крыла самолета или, возможно, вокруг автомобиля.
Обычно существуют условия окружающей среды в дальнем поле, когда изолированное тело движется через поле (или вы можете рассматривать это как жидкость, движущуюся по телу). Внутренняя аэродинамика рассматривается как поток, движущийся через некоторое замкнутое пространство или проход, ярким примером которого является поток через турбомашины, такие как компрессор или турбина. Существуют и другие способы классификации аэродинамического потока, такие как дозвуковой поток (число Маха <0,8, включая несжимаемый поток с низким числом Маха, скажем, число Маха <0,3), трансзвуковой поток (число Маха около 1, скажем, от 0,8 до 1,2). ), сверхзвуковой поток (число Маха > 1,2) и даже гиперзвуковой поток (число Маха > 5). Конструкция турбомашин охватывает первые три типа режимов течения, от дозвукового до сверхзвукового. Таким образом, в целом аэродинамика турбомашин представляет собой преимущественно внутренний поток в диапазоне чисел Маха.
Рассматривая турбомашины, дальнейшее естественное разрушение можно охарактеризовать в общей картине по компонентам, конструкции компрессора и турбины, где компрессоры, вентиляторы, воздуходувки и насосы подпадают под общую категорию устройств, добавляющих энергию жидкости, в то время как турбины извлекать энергию из жидкости.
Обращаясь к родственной аэродинамике, одно всеобъемлющее аэродинамическое различие между этими двумя категориями турбомашин заключается в том, что в категории компрессоров давление жидкости обычно увеличивается через компонент (за некоторыми исключениями), в то время как в турбине давление уменьшается (опять же, за некоторыми исключениями). Когда дело доходит до детального проектирования ступеней и лопаток, одним из результатов является то, что аэродинамические конструкторы компрессоров обычно работают с неблагоприятными (диффузионными) градиентами давления, когда уровни статического давления увеличиваются в направлении потока, в то время как аэродинамические конструкторы турбин работают с ускоряющими полями потока. , при этом статическое давление падает. С чисто аэродинамической точки зрения трудно утверждать, что работа с неблагоприятными градиентами давления и диффузионным потоком не является более сложной задачей, чем работа с ускоряющимся потоком. Соответствующие гидродинамические характеристики, такие как утолщение пограничных слоев, чувствительность к кривизне поверхности и чувствительность к условиям на входе, могут привести к возможному отрыву потока, если не к более высоким потерям и закупорке.
Поведение пограничного слоя с уменьшением C ∞ в направлении потока
В конструкции аэродинамических лопаток турбины ускорение потока обычно останавливает рост пограничного слоя и снижает чувствительность к изменениям, таким как поля скоростей потока вверх по потоку. В то время как различные подходы к аэродинамическому дизайну лопаточных рядов турбин (например, лопатки с передней или задней нагрузкой) по-прежнему могут влиять на вторичный поток и общие потери, улучшенная аэродинамика приводит к увеличению нагрузки на ступень и повышению производительности турбин. Действительно, при одинаковой степени сжатия компрессоры обычно имеют больше ступеней, чем турбины. Чтобы было ясно, даже аэродинамические поверхности турбин, где поток обычно ускоряется (или, по крайней мере, не рассеивается) на объемной основе от входа к выходу, могут иметь области локальной диффузии, возможно, в областях с локально высокой кривизной ниже по потоку от проходного сечения.
, или в непроектных условиях, и могут даже иметь области локального отрыва и повторного присоединения, но в целом разработчики аэродинамических профилей компрессоров решают эти вопросы, связанные с диффузионным потоком, гораздо более широко, чем разработчики турбин.
аэродинамический профиль турбины с областью локального разделения и повторного поступления
Но прежде чем бросить приз дизайнерам компрессора, возникает нечто большее, чем просто градиенты неблагоприятного давления. Возьмем, к примеру, газотурбинные двигатели с горячими секциями турбины и охлаждаемыми лопатками. Разработчику аэродинамической турбины могут потребоваться тонкие секции лопастей, но он часто использует относительно толстые секции лопаток в средней части хорды, чтобы обеспечить внутренние каналы для охлаждающего потока, а также толстые задние кромки лопастей, чтобы либо свести к минимуму растрескивание, либо обеспечить отвод охлаждающего потока по задней кромке, ведущий к негативным последствиям, таким как засорение и потери при смешивании на выходе из лопасти.
Все эти ограничения значительно усложняют достижение хороших аэродинамических нагрузок и характеристик лопасти. И добавление охлаждающих потоков, выбрасываемых на поверхность охлаждаемой лопатки турбины, не помогает аэродинамике, хотя, по крайней мере, и аэродинамический конструктор, и аналитик по охлаждению/теплообмену хотят, чтобы охлаждающий поток ложился и оставался прикрепленным к поверхности лопатки. , и не вызывать какого-либо нарушения или отделения пограничного слоя.
Итак, что труднее спроектировать с точки зрения аэродинамики, компрессор или турбину? Принципиально аэродинамика у компрессора жестче. В то время как современное программное обеспечение и инструменты для проектирования компрессоров, такие как CFD, сделали проектирование компрессоров менее рискованным, когда я думаю о проблемах аэродинамического проектирования турбомашин, я с большим уважением отношусь к разработчикам компрессоров из «старых дней» до современного компьютерного анализа (или до ). любой компьютерный анализ ), и замечательную работу, которую они проделали, чтобы получить хорошие или, по крайней мере, адекватные характеристики многоступенчатых осевых компрессоров, где им нужно было правильно разработать индивидуальный ряд лопаток, а также согласовать ступени на многих ступенях.
Требовались всесторонние испытания, а также хорошее фундаментальное понимание аэродинамики. Но аэродинамические конструкторы турбин не остаются в стороне, поскольку ожидания более высокой производительности и меньшего количества ступеней также подталкивают конструкторов турбин к пределу их возможностей. Аэродинамическая конструкция как компрессора, так и турбины представляет собой сложную задачу, и в обоих случаях требуется хорошая оценка аэродинамической конструкции.
Здесь, в Concepts NREC, мы имеем большой опыт проектирования как компрессоров, так и турбин, в инженерной группе, выполняющей проектные работы, и в группе программного обеспечения (CAE), разрабатывающей и поставляющей программное обеспечение для проектирования нашим клиентам, в том числе для проектирования охлаждаемого аэродинамического профиля турбины. Итак, если вам нужна конструкция компрессора или турбины, просто аэродинамическая конструкция или полная конструкция, включая механическую часть и прототипирование, обращайтесь к нам, если вам нужна помощь.
#турбомашины #компрессор #турбина
Подписаться на спин-оффы
Почему в турбине меньше ступеней, чем в компрессоре газотурбинного двигателя?
спросил
Изменено
1 год, 1 месяц назад
Просмотрено
7к раз
$\begingroup$
Я студент, интересующийся авиацией. Я хотел бы понять, почему в секции турбины меньше ступеней, чем в секции компрессора в реактивном двигателе.
Каковы последствия добавления ступеней к турбине или к компрессору? Как определяется оптимальное количество ступеней?
- реактивный двигатель
- конструкция двигателя
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Проще говоря, в турбине меньше ступеней, чем в компрессоре, потому что поток в турбине идет в сторону уменьшения давления — воздух естественно хочет двигаться в этом направлении.
Но компрессор должен заставить воздух течь в направлении увеличения давления. Если это делается слишком агрессивно (попытка слишком большого повышения давления на ступень), поток воздуха на лопасти разделяется и останавливается. В тяжелых ситуациях поток может полностью изменить направление и выйти из воздухозаборника.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Известно, что конструкторы всегда стремятся к меньшему весу и меньшей сложности, поэтому, если нет необходимости добавлять ступени к турбине, они не будут добавлять вспомогательные ступени. Таким образом, проблема заключается в том, почему компрессору требуется гораздо больше ступеней для достижения некоторой степени сжатия, чем количество ступеней турбины, проще говоря, с несколько меньшей (численно) степенью расширения. Если точно, то процесс расширения продолжается в выхлопном сопле.
Но это не главная причина меньшего количества ступеней турбины.
Объяснение следующее.
Каждая ступень имеет определенный максимальный коэффициент загрузки, определяемый аэродинамической возможностью (разумеется, без значительных потерь) изменить направление потока на ступень (турбины или компрессора). Аэродинамическая возможность течения горячего газа с очень высокой температурой (т.е. с очень большой скоростью звука и очень меньшей плотностью, следовательно, течение дозвуковое и с большим числом Re ) намного больше, чем возможность течения холодного газа с большей плотностью на компрессоре, потому что холодный поток имеет более низкую скорость звука, и обычно поток является сверхзвуковым или высоко дозвуковым, и, кроме того, с гораздо более низким числом Re (большее влияние вязкости). Это вызывает большие трудности при значительном изменении направления потока без существенных потерь.
И необходимо добавить очень важный момент, что поток газа в компрессоре движется в сторону зон с более высоким давлением (градиент давления положительный), что может привести к отрыву потока (встречное течение в пограничном слое), а в турбине отрицательное давление существует градиент, препятствующий отрыву потока.
Поэтому лопатки турбины сделаны более толстыми, с большой кривизной и более «обтекаемыми», чем лопатки компрессора.
Следовательно, турбина
ступень имеет гораздо больший коэффициент нагрузки, чем ступень компрессора, и, следовательно, турбина может быть изготовлена с меньшим количеством ступеней.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Из физики ветряных мельниц мы видим, что мощность ветра пропорциональна 93$/2
Выхлопные газы реактивного двигателя имеют меньшую плотность из-за нагрева, немного большую массу, но движутся намного быстрее чем входящие газы
Это объясняет, почему меньшая турбина может работать с большим (с большей площадью лопаток) компрессором с много энергии остается для движения.
Как использовать избыточную энергию?
Наиболее эффективный метод движения зависит от желаемой воздушной скорости.