К вопросу особенностей компрессора и турбонаддува

Введение. Инновационные разработки сельскохозяйственной науки способствуют прогрессу агропромышленного комплекса [2, 7, 8, 12, 16]. Значительное место в этом аспекте отводится техническому обеспечению аграрного производства [1, 9, 10, 13]. Большой объем работ в сельском хозяйстве выполняется с помощью автотракторной техники, которой посвящено немало исследований [14, 15, 17, 18]. Для повышения мощности силовых агрегатов мобильных машин создают различные технологии и технические устройства, среди которых компрессор и турбонаддув [3-6, 11].

Цель исследования. Установить отличительные особенности компрессора от турбонаддува и принцип их работы.

Материалы и методы исследования : определение отличительных особенностей рассматриваемых технических средств, изучение принципов функционирования турбонаддува и компрессора, обзор и анализ литературных источников.

Результаты исследования. В настоящее время наблюдается тренд, когда ведущие мировые производители автомобилей и тракторов заменяют громоздкие атмосферные двигатели на агрегаты, которым свойственны компактность, высокая мощность, а также экономичность, оснащенные турбонаддувом либо компрессором. Четкое понимание отличий двух технологий дает возможность сделать правильный выбор.

Ключевая функция.

Механические нагнетатели-компрессоры, в том числе турбины выполняют одну и ту же задачу – повышение мощности силового агрегата. Осуществляется это с помощью принудительного нагнетания при большом значении давления воздуха в цилиндры, что позволяет достичь как отличные динамические показатели машины, так и его лучшую топливную экономичность. Оборудованные компрессорами или же турбинами силовые агрегаты значительно повышают производительность, а также улучшается их динамика, в том числе нет необходимости в многолитровых двигателях.

Ключевые отличия турбин от компрессоров заключаются в их принципе функционирования. Лопатки турбины смонтированы на выпуске. При функционировании двигателя на минимальной частоте вращения коленвала наддув не работает, как только значение оборотов в минуту мотора превышает 3000 вступает в действие нагнетатель, значительно увеличивающий мощность силового агрегата. Тогда как механический нагнетатель компрессор получает привод от коленвала посредством цепной передачи, в этой связи он начинает работать сразу после запуска двигателя, что не допускает такого явления как турбояма.

Несмотря на то, что технология наддува и компрессоров были изобретены еще в прошлом столетии широкое распространение они получили только в настоящее время. Сдерживающими факторами из развития были плохая надежность узлов, а также проблемы с эксплуатацией силовых агрегатов.

Компрессор

Компрессор представляет собой механический нагнетатель, монтируемый в непосредственной близости от мотора (рис. 1). Принцип его функционирования может быть винтовым, либо центробежным, кроме того, роторным.

шкив ведущая шестерня ведомая шестерня ротора внутренняя масляная шестерня

Рисунок 1 – Общий вид компрессора

Основное положительное качество компрессора состоит в том, что он работает на постоянной основе, а именно мощность силовой агрегат получает на всех оборотах коленвала, что не допускает провалы при разгоне мобильного средства. В настоящее время конструкция этих технических устройств претерпела значительные улучшения и как следствие повысилась их надежность, в том числе упростилось обслуживание.

По причине того, что по своей конструкции компрессоры простые их можно монтировать на уже эксплуатирующиеся атмосферные двигатели. Не сложно приспособить различные механические компрессоры для разных силовых агрегатов.

Положительные и отрицательные стороны . К положительным сторонам силовых агрегатов, оборудованных механическими компрессорами, относятся:

• 1.    риск перегрева минимален;

• 2.    конструкция не нуждается в дополнительном смазывании, а также охлаждении;

• 3.     исключена турбояма;

• 4.    несложное устройство обладает высокой надежностью и большим

ресурсом.

Отрицательной стороной является невысокая производительность. Установка стандартных моделей дает возможность повысить КПД силового агрегата всего в диапазоне от 10 до 15 %. Лишь применение мощного центробежного компрессора позволяет достичь увеличения мощности мотора в пределах от 40 до 50 %. Компрессоры в этом аспекте уступают турбинам, которые могут более чем в 2 раза повысить мощность двигателя.

Турбина. Турбонаддув являет собой высокотемпературный механический нагнетатель, который функционируют за счет использования энергии выхлопных газов (рис. 2).

Рисунок 2 – Общий вид турбины

Техническое устройство состоит из двух частей: холодной и горячей, которые не только раскручивают лопатки, но также обеспечивают нагнетание под давлением воздуха в мотор (рис. 3).

Шарикоподшипник вала

Подача масла

Турбинный хаузинг

Задняя пластина компрессора

Компрессорный хаузинг v

Компрессорное колесо (сжимает воздух для подачи в — двигатель)

Слив масла

Корпус центрального картриджа й Турбинное колесо (преобразует энергию

___ выхлопных газов в энергию вращения вала для привода компрессора)

Рисунок 3 – Конструктивное устройство турбины

Выхлопные газы проходят по горячей части, что приводит в действие холодную часть. Значение частоты вращения крыльчатки может достигать 10000 и более оборотов в минуту. Это дает возможность добиться предельно возможного давления при осуществлении процесса впуска, что способствует значительному увеличению мощности силового агрегата.

Работоспособность турбины обеспечивается наличием у нее как смазочной, так и охлаждающей системы, снабжаемых маслом, в том числе антифризом из двигателя. Применение турбин повышает мощность силового агрегата на более чем 40 %. При этом не изменяются качественные топливно-экономические характеристики у моторов небольшого объема. Современным турбинам свойственны малые габариты, что облегчает размещение их в ограниченном пространстве под капотом.

Положительные и отрицательные стороны .

Значительное увеличение мощности двигателя представляет собой основное преимущество применения турбины. При этом не снижаются топливно-экономические показатели силового агрегата. Корректный подбор турбины в соответствии с типом мотора обеспечивает бесперебойное функционирование двигателя 300 000 и более километров пробега.

К отрицательным сторонам относится наличие эффект турбоямы: на минимальных оборотах нагнетатель не работает и соответственно мотору не хватает мощности для своевременного ускорения. Также имеет место быть повышенная нагрузка на силовой агрегат. Поэтому эти технические устройства требуют к себе повышенного внимания.

Заключение.

Турбонаддув также, как и компрессор представляют собой механические нагнетатели, отличающиеся друг от друга принципом функционирования. Задача, которую они выполняют состоит в увеличении мощности силового агрегата, с сохранением топливно-экономических характеристик. Отличие их между собой заключается в принципе работы. Компрессор получает привод от коленчатого вала двигателя на постоянной основе, тогда как турбина функционирует за счет использования энергии выхлопных газов и подключается в действие при значении частоты вращения коленвала в минуту от 2500 до 3000.