Компрессор или турбина: Турбина или компрессор что лучше. И в чем между ними разница? Простыми словами + видео

В чем разница между турбо и компрессором?

Если вы хотите увеличить мощность двигателя вашего автомобиля, то, наверное, вам интересно, стоит ли делать ставку на компрессор или турбо.

Мы были бы очень рады, если бы мы могли дать вам однозначный и определенный ответ, какую из двух систем выбрать, но правда в том, что ее нет, и дебаты по этому вопросу продолжаются годами и по-прежнему очень актуальны не только в нашей стране, но и по всему миру.

ТУРБО И КОМПРЕССОР

Поэтому мы не будем принимать участие в дебатах, но мы постараемся представить вам обе механические системы совершенно беспристрастно, и мы оставим решение, на какую из них делать ставку на вас.

Давайте начнем со сходства
И турбокомпрессоры, и компрессоры называются системами принудительной индукции. Они называются так потому, что обе системы предназначены для повышения производительности двигателя за счет нагнетания камеры сгорания воздухом.

Обе системы сжимают воздух, поступающий в двигатель. Таким образом, больше воздуха поступает в камеру сгорания двигателя, что на практике приводит к увеличению мощности двигателя.

В чем разница между турбокомпрессором и компрессором?

Хотя они имеют одинаковое назначение, компрессор и турбонагнетатель отличаются как по конструкции, так и по расположению, и по способу их работы.

Давайте разберемся, что такое компрессор и в чем его плюсы и минусы
Проще говоря, компрессор представляет собой тип довольно простого механического устройства, которое сжимает воздух, который поступает в камеру сгорания двигателя транспортного средства. Устройство приводится в движение самим двигателем, а мощность передается фрикционным ремнем, прикрепленным к коленчатому валу.

Энергия, генерируемая приводом, используется компрессором для сжатия воздуха и последующей подачи сжатого воздуха в двигатель. Это делается с помощью всасывающего коллектора.

Компрессоры, которые используются для увеличения мощности двигателя, делятся на три основных типа:

• центробежный
• ротационный
• винтовой

Мы не будем обращать особого внимания на типы компрессоров, отметим лишь, что тип компрессорных систем можно использовать для определения требований к давлению и доступного места для установки.

Преимущества компрессора

• Эффективный впрыск воздуха, который увеличивает мощность от 10 до 30%
• Очень надежная и прочная конструкция, которая часто превышает срок службы двигателя машины
• Это никак не влияет на работу двигателя, так как компрессор является полностью автономным устройством, хотя и находится близко к нему.
• Во время его работы рабочая температура резко не увеличивается
• Не использует много масла и не требует постоянного долива
• Требует минимального обслуживания
• Может быть установлен дома механиком-любителем.
• Здесь нет так называемого «лага» или «ямы». Это означает, что мощность может быть увеличена мгновенно (без каких-либо задержек), как только компрессор приводится в движение коленчатым валом двигателя.
• Эффективно работает даже на низких скоростях

Минусы компрессора

Низкая производительность. Поскольку компрессор приводится в движение ремнем от коленчатого вала двигателя, его производительность напрямую зависит от скорости

Что такое турбо и каковы его плюсы и минусы?

Турбокомпрессор, как мы отмечали в начале, выполняет ту же функцию, что и компрессор. Однако, в отличие от компрессора, турбонагнетатель представляет собой несколько более сложное устройство, состоящее из турбины и компрессора. Другое важное различие между двумя системами принудительной индукции состоит в том, что, хотя компрессор получает энергию от двигателя, турбонагнетатель получает свою мощность от выхлопных газов.

Работа турбины относительно проста: при работающем двигателе, как уже упоминалось, выделяются газы, которые вместо выпускаются непосредственно в атмосферу, проходят через специальный канал и приводят турбину в движение. Он в свою очередь сжимает воздух и подает его в камеру сгорания двигателя, чтобы увеличить его мощность.

Плюсы турбо

• Высокая производительность, которая может в несколько раз превышать производительность компрессора
• Использует энергию выхлопных газов

Минусы турбо

• Эффективно работает только на высоких скоростях
• Существует так называемая «турбо-задержка» или задержка между нажатием педали акселератора и временем увеличения мощности двигателя.
• Он имеет короткий срок службы (в лучшем случае при хорошем обслуживании он может проехать до 200 000 км.)
• Поскольку оно использует моторное масло для снижения рабочей температуры, масло меняется на 30-40% больше, чем в компрессорном двигателе.
• Высокий расход масла, который требует гораздо более частого долива
• Его ремонт и обслуживание довольно дороги
• Для того, чтобы быть установленным, необходимо посетить сервисный центр, поскольку установка довольно сложна, и почти невозможно сделать это в домашнем гараже неквалифицированным механиком.
• Чтобы получить еще более четкое представление о разнице между компрессором и турбонаддувом, давайте сделаем быстрое сравнение между этими двумя устройствами.

Турбо против компрессора

Метод привода
Компрессор приводится в движение коленчатым валом двигателя транспортного средства, а турбонагнетатель приводится в действие за счет генерируемой энергии выхлопных газов.

Задержка привода
Там нет задержки с компрессором. Его мощность прямо пропорциональна мощности двигателя. В турбо есть задержка или так называемая «турбо задержка». Поскольку турбина приводится в действие выхлопными газами, требуется полное вращение, прежде чем она начнет впрыскивать воздух.

Потребляемая мощность двигателя
Компрессор потребляет до 30% мощности двигателя. Энергопотребление Turbo равно нулю или минимально.

Мность
Работа турбины зависит от скорости автомобиля, в то время как компрессор имеет фиксированную мощность и не зависит от скорости машины.

Потребление топлива
Работа компрессора увеличивает расход топлива, в то время как работа турбокомпрессора снижает его.

Расход масла
Для снижения рабочей температуры турбокомпрессору требуется много масла (один литр на каждые 100 000 км). Компрессору не нужно масло, поскольку оно не генерирует высокую рабочую температуру.

КПД
Компрессор менее эффективен, так как требует дополнительной мощности. Турбокомпрессор более эффективен, потому что он получает энергию из выхлопных газов.

Двигатели
Компрессоры подходят для двигателей с меньшим рабочим объемом, а турбины больше подходят для автомобильных двигателей с большим рабочим объемом.

Обслуивание
Турбо требует частого и более дорогого обслуживания, в то время как компрессоры не делают.

Цена
Цена компрессора зависит от его типа, в то время как цена турбо зависит в основном от двигателя.

Установка
Компрессоры являются простыми устройствами и могут быть установлены в домашнем гараже, в то время как установка турбонагнетателя требует не только больше времени, но и специальных знаний. Поэтому установка турбо должна выполняться авторизованным сервисным центром.

Турбо или компрессор — лучший выбор?

Как мы отмечали в начале, никто не может сказать вам правильный ответ на этот вопрос. Вы можете убедиться, что оба устройства имеют как преимущества, так и недостатки. Поэтому, выбирая систему принудительной индукции, вы должны руководствоваться главным образом тем, какого эффекта вы хотите добиться при установке.

Например, компрессоры предпочитают больше водителей, которые не стремятся к значительному увеличению мощности двигателя. Если вы не ищете это, но просто хотите увеличить мощность примерно на 10%, если вы ищете устройство, которое не требует большого обслуживания и легко устанавливается, то, возможно, лучшим выбором для вас будет установка компрессора. Техническое обслуживание и обслуживание компрессоров обходятся дешевле, но если вы остановитесь на этом типе устройства, вам придется подготовиться к повышенному расходу топлива, которое, безусловно, ждет вас.

Однако, если вы любите высокие скорости и гонки и ищете способ увеличить мощность своего двигателя до 30-40%, то турбина — ваш мощный и очень производительный агрегат. В этом случае, однако, вы должны быть готовы к частой диагностике турбонагнетателя, тратить больше денег на дорогостоящий ремонт и регулярно добавлять масло.

Вопросы и ответы:

Что эффективнее компрессор или турбина? Турбина добавляет мощности мотору, но она имеет некоторую задержку: срабатывает только с определенных оборотов. Компрессор имеет независимый привод, поэтому вступает в работу сразу после запуска мотора.

Чем отличается нагнетатель от компрессора? Нагнетатель, или турбина, работает за счет силы потока выхлопных газов (они раскручивают крыльчатку). У компрессора постоянный привод, соединенный с коленвалом.

Сколько лошадиных сил добавляет турбина? Это зависит от особенностей устройства турбины. Например, в болидах Формулы-1 турбина увеличивает мощность мотора до 300 л.с.

Главная » Статьи » Устройство автомобиля » В чем разница между турбо и компрессором?

всё о компрессорах и турбинах

Человек – существо неугомонное. После того, как появился первый автомобиль, желание ездить быстрей и быстрей не дает покоя ни конструкторам, ни автогонщикам, ни почтенным отцам многодетных семейств. Еще чуть больше скорости, чуть выше мощность, быстрей разгон – так по крупицам изобретались, тестировались и внедрялись в жизнь различные улучшения двигателей.

Как увеличить мощность двигателя? Чтобы получить больше силы на выходе, нужно дать больше энергии на входе, а значит, сжечь в двигателе больше топлива. Поскольку законы физики обойти еще никому не удалось, самым простым способом будет увеличение объема двигателя. Чем больше топлива сгорает в цилиндре, тем больше энергии высвобождается. Но этот путь вскоре завел в тупик: увеличивать объем нужно вместе с весом самого двигателя, и с определенного момента такой прирост теряет смысл: мотор становится настолько тяжелым и сложным, что вместо повышения эффективности системы ее показатели, наоборот, снижаются. Но до этого человеческий гений породил таких монстров, как 16-цилиндровые двигатели, разработанные для гоночных автомобилей.

BRM V16: 16-цилиндровый двигатель с компрессором,

угол между цилиндрами 135 градусов, объем 1,5 л,

мощность 475 л. с. при 11500 об/мин

(пиковая мощность 500-600 л.с.),

занявший 5-е место на Гран-при в Британии в 1951 г.

Если увеличивать объем двигателя можно только до определенного предела, то второй вариант – просто подать больше топлива в цилиндр. Но тут появляется другая проблема: одновременно необходимо подать и больше воздуха, чтобы сохранить оптимальное (стехиометрическое) соотношение – 14 объемных частей воздуха на 1 часть топлива, необходимое для полного сгорания. Конструкторы пришли к выводу, что при неизменном объеме цилиндра больше воздуха к топливу можно подать только с помощью искусственного наддува. Так появилась идея компрессоров и турбин, позволяющих увеличить мощность двигателя без изменения его кубатуры. Как правило, компрессорами называют устройства, работающие от коленвала двигателя, а турбинами – приводимые в движение потоком выхлопных газов. Но в обоих случаях назначение их одинаково: подача дополнительного воздуха в камеру сгорания для увеличения мощности двигателя.

Приводные компрессоры

Роторный компрессор, Roots, Рутс

Первый вариант конструкции, который и сейчас можно встретить на некоторых автомобилях. Два встречно вращающихся ротора (двух- трех- или четырехлопастных) подают воздух во впускной коллектор, нагнетая в нем давление, а из коллектора воздух под напором поступает в цилиндры двигателя.

Винтовой компрессор, Lysholm, Лисхольм

Принцип действия несколько отличается от роторного: в корпусе расположены два встречно вращающихся винта сложной формы, которые захватывают воздух в канавки и транспортируют его к выпуску с одновременным сжатием. Производительность винтового компрессора намного выше, чем роторного, и он не создает турбулентности воздушного потока на высоких оборотах.

Такая конструкция требует высокой точности изготовления и качественных материалов, поэтому всегда стоила намного выше, чем роторная. Можно сказать, что винтовой компрессор относится к устройствам класса «люкс».

И роторный, и винтовой компрессоры работают без присутствия масла (за исключением подшипников валов). Корпус и сами вращающиеся детали разделены между собой микрозазорами, и по этой же причине не нуждаются в остаточном охлаждении после остановки двигателя.

Синхронизация вращения валов выполнена с помощью шестеренчатой передачи от ведущего вала (соединенного ременным шкивом с коленвалом двигателя) к ведомому, позволяющей добиться высокой точности работы компрессора, без трения и перегрева.

Центробежный компрессор

В его конструкции используется только один вал, на котором закреплена крыльчатка. При вращении крыльчатка захватывает воздух из центра и отбрасывает его по периметру, откуда он поступает в напорный патрубок. Такая конструкция позволяет сделать компрессор негабаритным, легким, при этом не теряя в производительности.

Все приводные нагнетатели (компрессоры) объединены общими достоинствами: простота монтажа, эффективность при различной скорости оборотов, отсутствие перегрева и турболага (турбоямы) – типичной проблемы турбин.

А основной общий недостаток – привод от двигателя, в результате чего немного теряется мощность и увеличивается нагрузка на него. Но, несмотря на это, установка компрессора себя оправдывает: в среднем нагнетатель дает прирост 46% к мощности двигателя.

Турбонагнетатель (турбокомпрессор, турбина)

Несмотря на разнообразие конструкций приводных компрессоров, признание автолюбителей завоевали турбины – нагнетатели с турбо-приводом.

Турбина приводится в действие не от коленвала, а от потока выхлопных газов. Такая конструкция полностью устраняет нагрузку на двигатель и не требует дополнительных мощностей для работы.

Выхлопные газы, проходя в полость турбины, приводят в движение ротор, закрепленный на одном валу с крыльчаткой. А крыльчатка, в свою очередь, во время вращения накачивает воздух в систему впуска по тому же принципу, что и центробежный компрессор.

Особенностью турбины является зависимость скорости вращения не от оборотов двигателя напрямую, а от силы потока отработанных газов. С этим связано явление турбоямы или турболага – задержки реакции турбины (а следовательно, и набора мощности двигателем) при нажатии на педаль акселератора. Внешне это выглядит как секундная «задумчивость» мотора, которая затем сменяется резким скачком мощности. Конструкторы борются с турболагом различными методами, от чип-тюнинга (изменение параметров работы двигателя) до установки электромотора или баллона со сжатым воздухом для мгновенной подачи его в двигатель, пока турбина не раскрутится.

Монтаж турбины, в отличие от компрессора, связан с определенными сложностями. В связи с высокой нагрузкой (скорость вращения может достигать 300 тысяч оборотов в минуту в отличие от компрессоров, скорость которых максимум 20 тысяч оборотов в минуту) турбина требует постоянной смазки, так что ее включают в масляную магистраль и подводят моторное масло под давлением. С этим связана необходимость устанавливать турбины только в специализированном автосервисе.

Турбина с изменяемой геометрией, VNT

Одной из проблем турбокомпрессоров является слишком высокая скорость вращения на больших оборотах двигателя и недостаточная продуктивность на малых оборотах. Чтобы улучшить характеристики устройства, вокруг основного ротора устанавливаются дополнительные лопасти, изменяющие свое положение в ответ на команду регулирующего устройства. Поворот, увеличивающий площадь ротора, помогает сохранить высокие обороты при низком давлении выхлопных газов, а уменьшение площади ротора помогает турбине не превышать предельных оборотов, когда мотор работает на полной мощности. Это называют VNT (Variable Nozzle Turbine) или VGT-турбиной (Variable Geometry Turbocharger).

Турбина с изменяемой геометрией.

1. Ускорение вращения за счет «эффекта сопла»: на сужающемся участке напор воздушного потока возрастает.

2. Замедление вращения благодаря повороту лопастей, расширяющих канал для воздушного потока.

Существуют и другие модификации таких турбин: с выдвижными лопастями, с другим способом их крепления и т.д., но принцип действия от этого не меняется.

Управление такой турбиной осуществляется от вакуумного регулятора, электромотора или благодаря инерционному повороту самих лопастей.

Комбинированные системы

В разное время автоконструкторы экспериментировали с различными способами улучшения характеристик двигателя. Так появилась система двойного турбонаддува Twin Turbo или комбинированная система. Эти инженерные изыскания были направлены на устранение характерных недостатков разных видов компрессоров.

Двойной турбонаддув

По сути, это две турбины, установленные на двигатель по параллельной, последовательной или ступенчатой схеме. Изначально такая система предназначалась для устранения турболага, но она также помогает повысить мощность, оптимизировать режим работы двигателя и даже снизить расход топлива.

Параллельная система

Состоит из двух турбин с одинаковыми характеристиками, подключенных параллельно друг другу. Может устанавливаться на мощные V-образные двигатели, по одной турбине на каждый ряд цилиндров. Каждая из турбин подключается к отдельному ответвлению выпускного коллектора. Преимущество этой системы в том, что можно установить маленькие турбины, которые намного легче набирают скорость вращения, и таким образом уменьшить эффект турболага.

Последовательная система

Вверху: работа одной турбины на малых оборотах двигателя.

Внизу: Работа двух турбин для максимальной мощности.

Состоит из двух турбин, одна из которых работает постоянно, а вторая включается по необходимости (поток отработанных газов направляется на вторую турбину при открытии клапана на выпускном коллекторе). Воздух от обеих турбин поступает в общий впускной коллектор двигателя.

Двухступенчатая система

1. Две турбины работают последовательно (низкие обороты).

2. Турбины работают параллельно (средние обороты).

3. Работает только большая турбина (высокие обороты).

Достаточно сложная, но эффективная система, состоящая из двух последовательно подключенных турбин разного размера, соединенных перепускными патрубками и клапанами. На малых оборотах двигателя работает только меньшая турбина, поскольку она легче и имеет меньшую инерцию. При включении средних оборотов подключается большая, и обе турбины работают последовательно: большая подает поток воздуха на малую, от которой он поступает во впускной коллектор. При этом скорость большой турбины постепенно увеличивается, и на максимальных оборотах малая турбина отключается, чтобы не задерживать поток воздуха к мотору. Вся система регулируется датчиками и электромагнитными клапанами, открывающими или закрывающими отдельные участки системы выхлопа. С точки зрения производительности двигателя, двухступенчатая система дает максимальный эффект.

Комбинированный наддув, TSI

Попытки преодолеть эффект турбоямы привели к созданию концерном Volkswagen системы комбинированного наддува TSI (Turbo Stratified Injection), в которой сочетается приводной нагнетатель и турбина. Система подключена ступенчато: на низких оборотах двигателя работает только компрессор, дающий в таком режиме максимальный эффект. На средних оборотах компрессор и турбина работают вместе, а на максимальных оборотах компрессор отключается, и работает одна турбина. Такой способ наддува полностью устраняет эффект турбоямы, но оказался слишком дорогостоящим как в производстве, так и в обслуживании, и с 2011 года двигатели с комбинированным наддувом уже не производят.

Технические характеристики: что важно знать о турбине?

Один из важнейших технических показателей турбины это степень компрессии: способность повышать давление во впускном коллекторе и соответственно в цилиндрах двигателя. Знать этот параметр необходимо тем, кто хочет тюнинговать свой автомобиль и проводит расчеты для турбины.

Степень компрессии имеет две крайности: чем она выше, тем больше мощности можно получить от мотора (больше сжимается топливно-воздушная смесь в цилиндре и сильней отдача от ее сгорания). Но при превышении максимально допустимой силы сжатия появляется эффект детонации: смесь сгорает не тогда, когда нужно, а тогда, когда ее сжатие приводит к самовозгаранию. По этой причине на турбированных двигателях используют высокооктановый бензин.

То есть, максимальная компрессия показывает максимально возможное количество топлива (и соответственно воздуха), которое можно подать в цилиндр без вреда для двигателя.

Второй показатель турбины – рабочий диапазон вращения ротора. Это показатель скорости вращения от минимально полезной до максимально безопасной для устройства, превышение которой ведет к перегреву и преждевременному износу.

Также нелишним будет учесть показатели термоустойчивости турбины. Обычно производители указывают максимальную температуру отработанных газов на входе в турбину и максимальную температуру масла на входе. Чем мощней двигатель, тем выше будут эти температуры и тем тщательней нужно выбирать компрессор.

Поскольку турбина подключается к масляной магистрали, производители указывают оптимальные и минимальные показатели давления масла на входе.

Производительность компрессора определяется объемом воздуха, пропускаемым за один оборот ротора. Чем больше турбина, тем выше этот показатель, но и выше инерционность, так что в большинстве случаев специалисты рекомендуют выбирать компрессоры средней производительности.

Сколько служит турбина и отчего выходит из строя

Многие автомобилисты называют турбину расходным материалом: срок службы ее не слишком радует любителей уличных гонок. При идеальных условиях (передвижение по городу, регулярное ТО) турбина прослужит примерно 150 тыс. км. Но ведь турбины ставят не затем, чтобы чинно ездить 50 км/ч, так что при экстремальном использовании ресурс можно смело делить на 2, и то при грамотном обслуживании своей машины.

Безжалостная статистика утверждает: только 5% турбин выходят из строя, «померев своей смертью», то есть выработав заложенный в них ресурс полностью. В абсолютном большинстве случаев поломки случаются по причине недосмотра или небрежности хозяина автомобиля.

Два самых страшных врага турбины – посторонние предметы и масляное голодание (и вообще проблемы с маслом).

Учитывая огромную скорость вращения, даже безобидная на первый взгляд пыль может за короткое время сточить лопасти, забиться в подшипники и вывести турбину из строя. Поэтому турбированные двигатели намного чувствительней к качеству воздушного фильтра, чем обычные атмосферные. Добавить сюда дополнительную нагрузку на фильтр (воздух проходит через него с достаточно сильным напором) и становится понятно, почему многие, тюнингуя свой автомобиль, ставят фильтры нулевого сопротивления.

Но, каким бы качественным ни был фильтр, он может пострадать от попавшей в воздухозаборник влаги и испортиться (бумага после высыхания уже не выполняет свои функции). После поездки под хорошим сильным дождем лучше осмотреть фильтр сразу, и в случае необходимости заменить. Дешевле выйдет.

Повреждение турбины посторонними предметами

Посторонние предметы могут попасть не только на крыльчатку турбины, но и на ротор. Чаще всего это частицы кокса из выпускного коллектора, а иногда и детали двигателя (обломки клапанов, свечей зажигания и т.д.) Если мотор посыпался, турбина умирает практически сразу.

Проблемы со смазкой турбины встречаются даже чаще, чем поломки из-за посторонних предметов. Одна из самых распространенных причин проблемы – использование нерегламентированного масла (большей вязкости, другого качества и т.д.) В турбированных двигателях требования к маслу на порядок жестче, чем в атмосферных! От «неправильного» масла турбина выходит из строя раньше, чем двигатель.

Тут же нужно напомнить об интервале замены масла и масляного фильтра. Со временем в масле, и особенно в фильтре, накапливаются продукты сгорания, твердые частицы разного размера. Фильтр забивается и не пропускает достаточное количество масла, после чего в нем срабатывает перепускной клапан и масло проходит напрямую, без очистки. Если двигатель еще немного поработает в таком режиме, то турбина выйдет из строя сразу: твердые частицы сработают как абразив, а более мелкие забьют каналы для подачи масла к подшипникам турбины. При разборке компрессоров, пострадавших от масляного голодания, на металле часто можно видеть не только истертости, но и цвета побежалости – свидетельство критического перегрева.

Вал турбины со следами перегрева

Одним словом, система с наддувом намного чувствительней к работе всех смежных узлов, чем простая атмосферная. Это относится не только к зажиганию, подаче топлива и т.д., но и к состоянию катализатора и сажевого фильтра. Неисправный катализатор приводит к образованию сажи и кокса в выпускной системе, повышению нагрузки на турбину, а от нештатных нагрузок она выходит из строя.

Трещина в корпусе

Покупать ли автомобиль с турбодвигателем?

Несмотря на преимущества турбированных моторов, производители продолжают выпускать атмосферные двигатели, а покупатели зачастую выбирают именно их. Мотор без наддува привлекает большей надежностью, меньшими требованиями, меньшими затратами на обслуживание и ремонт. Так что для спокойной «семейной» езды подойдет и хороший «атмосферник», который, кстати, может быть намного эффективней, чем двигатель с неправильно подобранной или криво установленной турбиной.

Но ведь машина может больше! Установка компрессора позволяет раскрыться потенциалу двигателя, к тому же, как уже говорилось выше, турбонаддув помогает экономить топливо за счет оптимизации процесса работы. Так что любители быстрой езды выбирают турбо.

Нет однозначного ответа, что выбрать: атмосферный двигатель, приводной компрессор или турбину. Все они имеют свои плюсы и минусы, и нужно определиться, что подойдет именно под ваши нужды и желания.

Соответствие компрессор-турбина

Секции компрессора турбинного двигателя: основы теории и работы

Базовая теория и работа

Джо Эскобар

Турбинные двигатели приводят в действие многие современные самолеты. Энергия, вырабатываемая этими двигателями, зависит от расширяющегося газа, образующегося в результате сгорания в секции сгорания. Для этого требуется, чтобы воздух под высоким давлением смешивался с топливом для воспламенения. Компрессорная секция двигателя выполняет важную задачу по обеспечению достаточного количества сжатого воздуха для удовлетворения требований сгорания. Он повышает давление массы воздуха, поступающего на вход, и подает его в секцию горения под необходимым давлением. Еще одно назначение секции компрессора — подача отбираемого воздуха для различных систем. В этой статье, основанной на AC65-12A, будет кратко рассмотрена базовая конструкция и работа типичных секций компрессора газотурбинного двигателя.

Типы компрессоров
Существует два основных типа компрессоров — осевые и центробежные. Разница между ними заключается в том, как воздух проходит через компрессор.

Осевой поток
В осевом компрессоре воздух сжимается, сохраняя при этом свое первоначальное
направление потока. От входа к выходу воздух проходит по осевой траектории и сжимается в соотношении примерно 1,25 к 1.

Осевой компрессор состоит из двух основных элементов — ротора и статора. Ротор имеет лопасти, закрепленные на шпинделе. Эти лопасти толкают воздух назад так же, как это делает пропеллер. В основном это небольшие аэродинамические поверхности. Ротор вращается с высокой скоростью и продвигает воздух через ряд ступеней. Создается высокоскоростной воздушный поток.

После того, как воздух приводится в движение лопастями ротора, он проходит через лопасти статора. Лопасти статора закреплены и действуют как диффузоры на каждой ступени. Они частично преобразуют воздух с высокой скоростью в высокое давление. Каждая пара ротор/статор представляет собой ступень компрессора.

Каждая последующая ступень компрессора еще больше сжимает воздух. Количество ступеней определяется количеством воздуха и требуемым повышением общего давления. Чем больше количество ступеней, тем выше степень сжатия.

Центробежный
В двигателе с центробежным потоком компрессор выполняет свою работу, подбирая входящий воздух и ускоряя его наружу за счет центробежного действия. В основном он состоит из рабочего колеса (ротора), диффузора (статора) и коллектора компрессора. Двумя основными элементами являются крыльчатка и диффузор.

Функция крыльчатки состоит в том, чтобы подбирать и ускорять воздух, направляемый наружу к диффузору. Это может быть как однократная, так и двукратная запись. Оба по конструкции аналогичны рабочему колесу нагнетателя поршневого двигателя. Двойная крыльчатка похожа на две крыльчатки, расположенные вплотную друг к другу. Однако из-за гораздо больших требований к воздуху для горения в турбореактивных двигателях рабочие колеса больше, чем рабочие колеса нагнетателя.

Основные различия между двумя типами крыльчаток заключаются в размере и расположении воздуховодов. Типы с двойным входом имеют меньший диаметр, но обычно работают с более высокой скоростью вращения, чтобы обеспечить достаточный поток воздуха. Одностороннее рабочее колесо обеспечивает удобный воздуховод непосредственно к проушине рабочего колеса (нагнетательные лопатки), в отличие от более сложного воздуховода, необходимого для доступа к задней стороне двухстороннего типа. Хотя они немного более эффективны в приеме, однопоточные крыльчатки должны быть большого диаметра, чтобы подавать такое же количество воздуха, как и у двухпоточных крыльчаток. Разумеется, при этом увеличивается общий диаметр двигателя.

Напорная камера включена в воздуховод для двигателей с компрессором с двойным входом. Эта камера необходима, потому что воздух должен поступать в двигатель почти под прямым углом к ​​оси двигателя. Следовательно, для создания положительного потока воздух должен окружать компрессор двигателя с положительным давлением перед входом в компрессор.

Некоторые секции центробежного компрессора также включают в себя дополнительные дверцы для забора воздуха (выдувные дверцы) как часть нагнетательной камеры. Эти двери подают воздух в моторный отсек при наземных операциях, когда потребности двигателя в воздухе превышают поток воздуха через воздухозаборники. Двери удерживаются закрытыми под действием пружины, когда двигатель не работает. Во время работы двери автоматически открываются, когда давление в моторном отсеке падает ниже атмосферного. Во время взлета и полета набегающее давление воздуха в моторном отсеке помогает пружинам удерживать двери закрытыми.

Диффузор секции центробежного компрессора представляет собой кольцевую камеру, снабженную рядом лопаток, образующих ряд расходящихся каналов в коллекторе. Лопасти диффузора направляют поток воздуха от крыльчатки к коллектору под углом, предназначенным для удержания максимального количества энергии, обеспечиваемой крыльчаткой. Они также подают воздух в коллектор со скоростью и давлением, достаточными для использования в камерах сгорания.

Коллектор компрессора отводит поток воздуха от диффузора, являющегося составной частью коллектора, в камеры сгорания. Коллектор имеет по одному выпускному отверстию для каждой камеры, что обеспечивает равномерное распределение воздуха. Выходное колено компрессора прикручено болтами к каждому выходному отверстию. Эти воздуховыпускные отверстия выполнены в виде воздуховодов и известны под разными названиями, например воздуховоды, выпускные колена или впускные воздуховоды камеры сгорания. Эти воздуховоды выполняют очень важную часть процесса диффузии — они изменяют радиальное направление воздушного потока на осевое, где процесс диффузии завершается после поворота. Чтобы колена могли эффективно выполнять эту функцию, внутрь колен иногда встраивают поворотные лопатки (каскадные лопатки). Эти лопасти уменьшают потери давления воздуха за счет гладкой вращающейся поверхности.

У каждого типа компрессора есть свои преимущества и недостатки. Зная это, некоторые современные производители двигателей используют преимущества каждого типа, используя их комбинацию в своей секции компрессора. Вот некоторые из преимуществ и недостатков каждого типа компрессора.

Преимущества/недостатки
Компрессор центробежного потока
Преимущества:

• Легкий вес
• Повышение высокого давления на ступень
• Простота изготовления, поэтому низкая стоимость
• Малый вес

Недостатки:

• Большая лобовая площадь для данного воздушного потока
• Использование более двух ступеней нецелесообразно из-за потери оборотов между ступенями

Осевой компрессор
Преимущества:

• Способность работать с большими объемами воздушного потока и высокой степенью давления
• Малая лобовая площадь для заданного расхода воздуха
• Прямоточный поток, обеспечивающий высокую эффективность поршня

Недостатки:

• Повышенная чувствительность к повреждению посторонними предметами
• Дорого в производстве
• Очень тяжелый по сравнению с центробежным компрессором с такой же степенью сжатия

Отработанный воздух
Сжатый высокотемпературный воздух, производимый компрессором
секция может быть спущена и использована для различных функций. Отбираемый воздух можно забирать с любой из различных ступеней давления секции компрессора. Расположение отверстия для выпуска воздуха зависит от давления или температуры, необходимых для конкретной работы. Порты стравливания воздуха представляют собой небольшие отверстия в корпусе компрессора на соответствующей ступени компрессора. Таким образом, различные степени давления или температуры достигаются путем подключения к соответствующей ступени. Часто воздух отбирается из последней ступени, так как именно здесь давление и температура самые высокие.

Некоторые приложения для отбора воздуха включают:

• Наддув кабины, обогрев и охлаждение
• Защита от обледенения
• Пневматический запуск двигателей
• Вспомогательные приводы
• Сервосистемы усилителя управления
• Электропитание для спусковых инструментов

Иногда необходимо охладить отбираемый от двигателя воздух, как в случае наддува кабины. В этих случаях для охлаждения воздуха используется какой-либо тип холодильной установки или теплообменника.