Энциклопедия автомобилей

Изобретения

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор (разговорное «турбина», фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение) — это устройство, использующее отработавшие газы (выхлопные газы) для увеличения давления внутри камеры сгорания.

Газотурбинные двигатели

Основной агрегат, состоящий из доцентрового или осевого компрессора и газовой турбины для его привода, установленных на одном валу, называется турбокомпрессором. Основным назначением турбокомпрессора является повышение давления рабочего тела газотурбинного двигателя за счёт его нагнетания компрессором, который получает мощность от турбины. Турбокомпрессор в совокупности с камерой сгорания, расположенной между турбиной и компрессором, называется газогенератором. Турбокомпрессор низкого давления турбореактивного двигателя (ТРД), состоящий из компрессора низкого давления (вентилятора) и турбины, иногда называют турбаком.

Турбореактивный двигатель
Схема турбовентиляторного двигателя:

1 — Вентилятор, 2 — Компрессор низкого давления, 3 — Компрессор высокого давления, 4 — Камера сгорания, 5 — Турбина высокого давления, 6 — Турбина низкого давления, 7 — Сопло, 8 — Вал ротора высокого давления, 9 — Вал ротора низкого давления.
(Автор: Turbofan_operation_(lbp).png: Murenetsderivative work: Murenets (talk) - Turbofan_operation_(lbp).png, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6713258)

Автомобильные турбокомпрессоры

В автомобилях турбокомпрессор используется для нагнетания воздуха или топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания за счет энергии выхлопных газов для улучшения его характеристик.

Для двигателей малой мощности применяют турбокомпрессоры с центростремительной турбиной, а на двигателях большой мощности (тракторные, тепловозные, судовые) — с осевой турбиной. Компрессор всегда центробежный, так как осевой компрессор имеет более сложную конструкцию и склонность к помпажу. Наименьшие размеры имеют турбокомпрессоры для двигателей легковых автомобилей — диаметр их колёс порядка 50 мм. Наибольшие размеры у судовых турбокомпрессоров — диаметр колёс — до 1,2 м.

Автомобильный турбокомпрессор
Разрез автомобильного турбокомпрессора
(Автор: Quentin Schwinn (NASA) - Это изображение или видеозапись внесены в каталог Исследовательского центра имени Гленна Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) под идентификатором (Photo ID): C-2003-1451., Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=123057)

Принцип работы турбокомпрессора

Поток отработанных газов, имеющих значительную температуру и давление, через выпускной коллектор поступает в корпус турбины. За счёт давления газов на лопасти колесо турбины вращается (около 15-30 000 об/мин у крупных ТК, до 100 000 об/мин у ТК легковых автомобилей), а поскольку оно напрямую соединено валом с колесом компрессора – компрессор также начинает крутиться, нагнетая воздух во впускной коллектор.

Вал турбокомпрессора вращается в подшипниках, смазываемых маслом под давлением от системы смазки двигателя. Для двигателей небольшой мощности в турбокомпрессорах используют золотниковый механизм. Большая часть отработанных газов поступает через золотник, поступает на турбину, а остаток газов через специальный канал в кожухе обходит колесо турбины. Из-за большого давления воздух сильно нагревается, для его охлаждения был разработан интеркулер.

Направляющий аппарат

Направляющий аппарат (спрямляющий аппарат, англ. Inlet guide vanes) — набор лопаток, закрепленных на статоре, задача которых выравнивать воздушный поток между вентиляторными ступенями. Выравнивание шаговой неравномерности потока за лопаточным венцом рабочего колеса производится для повышения аэродинамической эффективности вентиляторных ступеней и снижения уровня шума. Увеличение площади поверхности спрямляющего аппарата повышает аэродинамическое сопротивление и снижает КПД компрессора, т.к. часть энергии затрачивается на отклонение потока.

Источник: Википедия