Как выбрать турбину для авто
Турбина способствует увеличению плотности воздуха, который поступает в двигатель автомобиля, обеспечивая тем самым возможность сжигания большего количества топлива. Чем больше сгорает топлива, тем больше возникает энергии от процесса сгорания, и соответственно создается больший момент.
Преимущество турбовых двигателей заключается в том, что имеется возможность значительно увеличить давление.
Турбина имеет в своем составе два основных элемента, которыми являются непосредственно сама турбина и компрессор. Выпускной газ воздействует на крыльчатку, а именно раскручивает ее, проходя через турбину. Вращение крыльчатки, которая представляет собой вентилятор в корпусе турбины, передается в другую часть устройства — компрессору. Компрессорный вентилятор нагнетает воздух в область двигателя.
Как уже можно было догадаться, чем большим будет давление, тем большее количество воздуха будет поступать в мотор. Однако бесконечное увеличение давления в двигателе, без возникновения проблем, просто невозможно. В том случае, если турбина работает в усиленном режиме, возникает лишнее тепло, обратное давление и пульсация, что может привести к появлению трещины на корпусе турбины, сокращению срока службы подшипников, протечке масла и даже повреждению двигателя. Поэтому давление должно увеличиваться, не злоупотребляя этим.
Стандартный вариант замены турбины заключается в монтаже высокопоточного компрессора, а также в некоторых случаях и увеличенной крыльчатки турбины. Это позволяет достичь обратного эффекта, который заключается в том, что уровень воздействия выпускных газов на турбину будет снижен, что способствует в свою очередь снижению ее скорости и давления на начальном этапе раскручивания. Чаще всего, корпуса турбины и компрессора могут быть заменены на большие размеры, что открывает возможность для пропуска более значительного количества газа.
Однако следует не забывать, что для отдельной модели автомобиля, турбина была подобрана производителем. Это означает, что им было предусмотрено правильное соответствие диаметра выхода и входа, а именно их размеры. Но в последнее время большим спросом стали пользоваться «гибридные» турбины. Стоит понимать, что такой вид турбины неспособен обеспечить такую же мощность, как стандартная турбина.
В большей части турбин используются 180-градусные упорные подшипники, которые располагаются в корпусе. Такой подшипник отлично справляется со своими функциями при воздействии нормального давления, однако при повышении уровня давления быстро поддается изнашиванию. Данную проблему способен решить 360-градусный подшипник, который увеличивает надежность и срок эксплуатации самой турбины.
Возможная замена
Если владелец автомобиля располагает небольшим бюджетом, то для него оптимальным вариантом могут стать японские б/у запчасти, которые предлагаются в большом ассортименте и размерах. В этом случае ориентиром должен быть объем двигателя, по размерам которого и должна подбираться турбина.
Современные турбины
При изготовлении современных турбин, очень часто используют керамический материал, который обладает меньшей плотностью, в отличие от стали, что позволяет уменьшать инерцию и быстрее раскручивать турбину. Большая часть современных турбин изготавливаются из сплава, в основу которого входит никель. Турбины из керамики часто устанавливались на старые модели Ниссанов (запчасти для современных моделей Ниссанов, например, для Ниссан Кашкай смотрите здесь). А все потому, что именно этот производитель первым обнаружил тот факт, что керамика положительно воздействует на турбину. Однако данный материал, наиболее чувствителен к воздействиям неблагоприятных элементов, которые поступают из выпускного коллектора. Также такие турбины могут повреждаться от ударов, поэтому их лучше не ронять.
Шариковые подшипники
Цель использования шариков заключается в достижении уменьшения уровня трения, а значит увеличения силы выпуска. И опять же, первенцем в достижении таких показателей стал Ниссан.
Турбины Garrett шарикоподшипникового или роллерного типа отличаются шестью болтами на корпусе. Этот производитель является лидером шарикоподшипниковых турбин, и снабжает своей продукцией многие знаменитые фирмы.
Турбины с раздвоенным пульсом
Данный вид турбин имеет раздельные пути, которые ведут к турбине, что приводит к улучшению отдачи. Турбины с двойным выходом сегодня доступны от многих компаний, предлагающих тюнинговые услуги.
Перепускные клапана
Целью перепускного клапана является пуск некоторой части выпускного газа в турбинный обход, что способствует ограничению скорости вращения самой турбины, и, следовательно, давления на выпускном коллекторе. Перепускные клапаны бывают внутренними и внешними. На большей части турбин используют внутренние клапаны. Они обеспечивают ограниченный поток воздуха проходящего по турбине, что предотвращает повреждение двигателя.
Внешние клапаны устанавливаются в отдельности от турбины.
Как выбрать Б/У турбину?
Большинство двигателей уже давно оснащаются системами турбонаддува. Без турбин дизельные моторы не обходятся уже лет 20, а бензиновые моторы начали повальный переход на наддув лет 15-10 назад. С турбинами силовые агрегаты стали резвее и мощнее, но у владельцев автомобилей добавилось хлопот. Сегодня мы поговорим о том, что такое турбина, зачем она нужна и как выбрать хорошую бывшую в эксплуатации (БУ) турбину.
Мы сняли видео по теме выбора БУ турбины, посмотреть его вы можете на нашем YouTube-канале.
Вообще правильно и грамотно этот узел называется турбокомпрессор. Он состоит из трех основных частей. Из корпуса турбины («горячая» часть, заключенная в чугунную «улитку»), из корпуса компрессора («холодная» часть в алюминиевом корпусе) и расположенного между ними корпуса подшипников (он же «картридж»). В корпусах крыльчаток при работе турбины создается повышенное давление газов, а в картридже – разряжение.
Внутри картриджа находится ротор (вал), на концах которого закреплены крыльчатки турбины и компрессора. Обычно на крыльчатках помещается от 9 до 12 лопастей. Вал крепится на опорном и упорном подшипниках, которые представляют собой втулки, в которых удерживается и вращается вал. Однако сегодня широкое распространение также получают и турбины с шариковыми подшипниками.
В подшипниках турбины обязательно должно быть масло, которое образует масляный клин, на котором и вращается ротор турбины – он словно левитирует на тонком слое масла, скользит без сопротивления и не задевая поверхность картриджа.
Масло непрерывно подается в картридж и сливается из него. Для того чтобы масло не убегало из корпуса подшипников в корпуса турбины и компрессора, используются стальные уплотнительные кольца. Они хитро установлены – с осевым и торцевым зазором. Нужное уплотнение достигается при работе турбины.
Как работает турбина?
Турбокомпрессор приводится в движение потоком выхлопных газов. Газы раскручивают крыльчатку турбины, одновременно с этим вращается и крыльчатка компрессора, всасывающая воздух и создающая необходимое давление. У турбокомпрессора рабочий диапазон не беспредельный. Так, при недостаточном потоке выхлопных газов производительность турбины не высока – создаваемое давление наддува относительно не велико. А вот если мотор «раскрутить», то он начнет производить достаточное выхлопных газов, и тогда турбина выйдет на свою максимальную производительность. Как говорят в народе, «турбина включится». Однако для того, чтобы турбина дула всегда, почти с холостых оборотов, производители применяют различные хитрости.
Как управляется турбина?
Турбина – это всегда компромиссное решение. Например, для гражданского дизелька важно иметь хорошую тягу на низах. Для этого производители создают турбокомпрессоры, роторы которых раскручиваются до высоких рабочих оборотах при низкой скорости работы мотора. Но что случится с такой турбиной, если водитель решит выкрутить мотор до отсечки? В этом случае она может выйти на запредельную скорость работы, возникнет т так называемый «передув», от которого не будет хорошо ни самой турбине, ни двигателю. Как быть? Нужно управлять производительностью турбины!
Самое простое решение заключается в использовании перепускного клапана (байпас, уэстгейт). Этот клапан открывается по достижении максимального значения наддува, и отработавшие газы через него уходят прямо в выхлопную систему, минуя колесо турбины. Просто, надежно, но не слишком гибко. За открытие клапана отвечает пневматический актуатор.
Более гибкое решение заключается в управлении направлением потока выхлопных газов. Для этого в «улитке» горячей части на пути потока газов устанавливаются лопатки, угол атаки которых регулируется. На невысоких оборотах, когда газов мало, угол атаки лопаток большой: они буквально направляют и отклоняют газы на лопасти турбины. Когда давление наддува вырастает, мощность мотора и количество производимых выхлопных газов вырастает, лопатки становятся вдоль потока газов, не оказывая на них никакого направляющего воздействия. Такое решение называется «управляемой геометрией». За управление положением лопаток отвечает пневматический привод, либо электронный с сервомотором. Последний точнее, но в случае чего с ним больше хлопот в плане ремонта и калибровки.
Здесь же упомянем, что перепускные клапаны используются на турбинах бензиновых и дизельных моторов. А управляемая геометрия – это удел турбин дизельных двигателей. Лишь на оппозитных турбобензиновых моторах спортакоров Porsche используются турбины с управляемой геометрией. Дело в том, что температура выхлопных газов бензиновых моторов очень высока и использование лопаток с непростым механизмом привода требует использования дорогостоящих жаропрочных сплавов.
Также на высокооборотистых и мощных двигателях используется перепускной клапан во впускном коллекторе. Он служит для сброса избыточного давления наддува в тех случаях, когда, например, после интенсивного разгона водитель отпускает акселератор (при этом дроссель закрывается), а поток и давление воздуха во впуске очень высоко. В этом случае воздух необходимо стравить, иначе нагрузка на крыльчатку компрессора и ротор в целом критически возрастет.
Какие разновидности турбин бывают?
Помимо типа управления турбины можно разделить еще на несколько типов. Турбокомпрессоры могут быть одиночными, так и парными: наддув может быть двойным, тройным и даже четверным (есть и такие моторы). В этом случае применяется очень сложная разводка впускного и выпускного коллектора, обводные каналы перепускных клапанов для реализации ступенчатого наддува или параллельной работы нескольких турбокомпрессоров.
Также существуют так называемые «твинскрольные» турбины. Они применяются на легковых бензиновых моторах и на грузовых дизельных. Суть в том, что потоки выхлопных газов от цилиндров собираются в два раздельных канала – ради исключения взаимного противодавления и гармонизации импульсов выхлопных газов, в итоге приводящее к небольшому улучшению топливной экономичности. К крыльчатке турбины газы поступают по двум каналам.
И последнее веяние в моде на турбокомпрессоры – компрессор с электрическим приводом. То есть, работа выхлопных газов не используется. Вместо крыльчатки турбины используется мощный электромотор, работающий от 48-вольтовой электросети. Компрессорная часть устроена, можно сказать, традиционным образом.
Как выбрать БУ турбину?
Ведется много споров о том, что лучше: восстанавливать турбину или покупать БУ. Если говорить объективно, то БУ турбина дешевле восстановленной не на заводе-изготовителе примерно в 3 раза. В нашем каталоге самая дорогая БУ турбина стоит 600 рублей, самая дешевая – 80 рублей. Да, БУ турбина имеет некоторый износ. Но в ее защиту скажем, что восстановленные не на заводе-изготовителе турбины оснащаются доступными расходниками и картриджами от китайских производителей. Оригинальная новая турбина на популярные автомобили стоит от 1000 до 4000 долларов. Поэтому многие, сопоставляя суммы, в том числе приходят и к выбору БУ турбин.
Итак, на что обратить внимание при выборе турбины? Прежде всего, должен отсутствовать люфт ротора. Для этого касаемся кончиков вала пальцами и пытаемся расшатать турбину. Продольного осевого люфта быть не должно (вернее, он должен быть, но в пределах от 0,06 до 0,09 мм – а этого «пальцометром» не почувствуешь). Радиальный (поперечный) люфт допускается – это именно тот зазор, который восполняется маслом, на котором вращается ротор. Но крыльчатки ни в коем случае не должны задевать за корпус. Также на лопастях не должно быть повреждений и сколов. Корпуса турбины должны быть сухими – без потеков масла, которые свидетельствуют об износе и негерметичности уплотнений. Улитка холодной части вообще должна быть сухой изнутри. Также немаловажно чтобы трубки, по которым масло подается в турбину и сливается из нее, были не просто обрезаны, а еще и завальцованы (сплющены и как бы запечатаны) – ради предотвращения попадания грязи в картридж.
Как правильно установить турбину?
Теперь, когда вы знаете, как выбрать БУ турбину, важно рассказать о том, как правильно ее установить. В принципе в этом случае действуют все те же правила, которые существуют в отношении восстановленной и новой турбины. И эти правила установки важно соблюдать, так как турбина, что новая, что БУ, может быстро выйти из строя.
Дело в том, что на самом деле турбина сама по себе из строя не выходит. Ее жизнь может подпортить старое некачественное моторное масло, забитый воздушный фильтр, проблемы с сажевым фильтром и катализатором. Если эти проблемы не решить, то на проблемном моторе «помрет» и дорогущая новенькая турбина с завода.
Итак, перед установкой БУ турбины меняем масло, фильтр, желательно вычистить поддон от грязи и важно устранить причину загрязнения моторным маслом. Например, есть немалое количество двигателей, где масло загрязняется пылью и стружкой от проблемных трущихся деталей. При этом турбина лишь первой выходит из строя, а через несколько сотен или тысяч километров «встанет» и сам мотор.
Если на старом турбокомпрессоре пострадала крыльчатка турбины или масло из картриджа пошло во впуск – разбираемся с сажевым фильтром и катализатором, так как их засорение привело к снижению пропускной способности и возникновению противодавления.
Чистим от масла впуск, выливаем масло из интеркулера или покупаем новый интеркулер.
Осматриваем каналы подачи и слива масла из картера. Если они забиты – чистим, меняем трубки. Попутно диагностируем систему вентиляции картерных газов. Часто турбины дают течь во впуск или выпуск из-за того, что масла из картриджа не сливается в поддон из-за высокого давления газов в нем.
В общем, одним словом, нужно устранить все те причины, которые привели к выходу турбины из строя. Еще раз обращаем ваше внимание на то, что поломка турбины – во многих случаях индикатор или первый звоночек о начавшихся проблемах в двигателе.
При установке турбины используем только новый комплект прокладки и других расходников (никакого герметика!). В картридже турбины должно быть несколько граммов свежего масла, чтобы обеспечить смазывание. Запуск мотора с установленной турбиной необходимо производить без подачи топлива – ради создания необходимого давления масла.
При выполнении этих важных требований и соблюдении правил установки БУ турбина точно прослужит на вашем моторе не один год и пройдет десятки тысяч километров без проблем и поломок. Выбрать и заказать хорошую БУ турбину вы можете в каталоге на нашем сайте.
Подбираем турбокомпрессор или как читать турбокарту
В интернете я как-то находил статью по этому поводу, но она мне не понравилась. теоретические VE + не бары а непонятные PSI… фу. Кто-то занимался переводом с американцев. а не писал под суровую реальность наших моторов. Так как я считаю, что умею это делать достаточно хорошо, постараюсь описать данный процесс.
ЭТАП 1
анализ мотора, на который хотим прикрутить турбокомпрессор.
Нужно узнать, сколько расходует двигатель воздуха.
либо теоретическим расчетом, либо тупо снять логи с мотора (подключить комп, запустить логер (например ICD), и записать данные)
Я записал логи своего стандартного двигателя ВАЗ 2112
Вот лог массового расхода воздуха двигателем, единицы измерения: Кг/ч.
переводим лог в новый файл для расчетов, я беру средние значения для каждой тысячи оборотов.
затем определяем какой уровень буста нас интересует.
например хотим дунуть 1 бар избытка.
это означает, что степень повышения давления будет 2
По школьной физике известно, что если сжать воздух в 2 раза, то его масса вырастет также в 2 раза, при условии что остальные параметры не изменились.
турбокомпрессор греет воздух, из-за КПД ниже 100% и из-за адиабатного сжатия воздуха. Но мы будем считать, что установленный интеркулер полностью остужает воздух до температуры до турбокомпрессора и что плотность воздуха не изменится
Поэтому для буста один бар мы умножаем массовый расход в 2 раза:
запомнили? синий график это атмосферное давление, красный график это буст 1 бар во всем диапазоне
от ХХ до отсечки.
ЭТАП 2
Теперь самое интересное. открываем, читаем турбокарты, соотносим возможности турбокомпрессора с расходом нашего двигателя.
самое интересное, что турбокарты разные производители приводят в разных единицах.
по вертикальной оси у всех находится один показатель: СТЕПЕНЬ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ.
а по горизонтали или объемный расход воздуха, или массовый расход воздуха, массовый бывает в разных величинах. Гаррет приводит в фунтах в минуту. а У нас принято килограмм в секунду.
у меня расчет расхода воздуха указан килограмм в час.
так как я приведу пример с Гарретом GT2860RS, вот его турбокарта
важное замечание, тут показана турбокарта компрессорного колеса турбокомпрессора. турбинную часть пока не трогаем.
чтобы занести в нее показатели расхода воздуха нашего двигателя, переведем их в фунты в минуту.
Конвертация по такому правилу: 1lb/min=27.21554кг/час
получаем вот такую таблицу нашего двигателя:
Дальше данные красного графика равного бусту 1 бар заносим на турбокарту указывая обороты двигателя отдельными точками 1 это 1000, 2 это 2000 и так далее.
это самый важный рисунок.
Наш двигатель нанесен красным цветом, он лежит горизонтально, потому что было условие что весь график соответствует бусту 1 бар, а избыток 1 бар это степень повышения давления 2 (1бар атмосферное давление, и 1 бар избыток)
поэтому весь красный график лежит на уровне 2
точки по оборотам расставлены согласно расхода воздуха. который мы вычислили ранее.
как видим по графику в рабочую зону компрессора
попадают обороты выше 3500. Это означает, что нужный нам буст 1 бар мы получим с гарретом 2860 на оборотах 3500 и выше. это первый важный вывод.
второе, по турбокарте мы не достигли даже середины (где компрессор работает с наибольшей эффективностью) это значит, что наш двигатель с этим турбокомпрессором имеет БОЛЬШОЙ потенциал для увеличения мощности.
у нас на 1 баре получилось массовый расход 18,4 фунта в минуту, а турбина может дать 35 фунтов в минуту, это крайняя правая часть графика турбокарты.
у нас получилось примерно чуть меньше 200 л.с.
а турбина по заявлению гаррет может дать 360 л.с.
чтобы их выжать, нужно запилить головку, закинуть в нее валы, поставить правильный ресивер, можно даже увеличить рабочий объем. то есть сделать все то, что увеличит пропускную способность двигателя даже без буста. (с бустом будет пропорционально выше)
если правильнее рисовать наш мотор на турбокарту. надо посмотреть, куда могут попасть по турбокарте более низкие обороты чем 4000.
поиск на меньшем давлении для 3000 показал, что буст там есть 0,25 бар. но более низкие обороты никакого буста не дают. совершенно никак не попадают в турбокарту, расход воздуха слишком мал, а это значит, что воздуха не хватит вывести турбокомпрессор в зону рабочих оборотов.
вот что получилось:
после 3х тысяч оборотов резкий выход на буст.
те же цифры буста для тех же оборотов
на скорректированном графике расхода воздуха двигателя по оборотам в сравнении со стандартом:
Как правильно подобрать турбокомпрессор?
Важен ли правильный выбор размера турбины?
Правильно подобранный турбокомпрессор обеспечит уверенные обороты порога наддува, некритичное сужение системы, низкую температуру на впуске и невысокое давление в выпускном коллекторе. Любой человек умеющий читать и пользоваться телефоном, вполне может выбрать правильный размер турбонагнетателя. Никакой фундаментальной науки, никакого волшебства, только немного размышлений и аргументированных оценок. Например, Вы хотите самый низкий порог наддува? Хорошо, это возможно если вы проводите время в пробках. Это единственный случай когда важен низкий порог наддува. Будьте уверены – белее низкий порог наддува, меньшая мощность. С другой стороны, если вашей целью является максимальная мощность, турбонагнетатель нужного размера, скорее всего, не будет производить никакого давления наддува до верхней половины диапазона оборотов. Это неприемлемо с точки зрения гибких требований, предъявляемых к повседневному автомобилю. Необходим компромисс. Не скатывайтесь до низкого уровня журналистов, утверждающих, что качество системы турбонаддува характеризуется тем, сколь малые обороты нужны ей от двигателя, для создания наддува.
Конструкция турбонагнетателя влияет на его характеристики?
Нет. Фактически все турбины долговечны, эффективны и отвечают предъявленным требованиям. Характеристики турбокита никоим образом не связаны с моделью турбокомпрессора, если эта модель не является единственным турбонагнетателем требуемого размера, доступным для применения. Некоторые конструкции имеют встроенные вестгейты. Такое исполнение вестгейта требует немного больших усилий, чтобы сделать его столь же эффективным, как внешний вестгейт. В этом случае модель турбонагнетателя влияет на его характеристики, но только из-за интегрированного вестгейта.
Сдвоенные турбины дают какое-либо преимущество?
Иногда. Двигатель объемом более трех литров, может получить пользу от применения двух турбин. Две небольшие турбины могут слегка снизить инерционность турбосистемы, в противоположность одному большому турбонагнетателю, и обеспечивают лучший баланс между характеристиками наддува на низких и максимальных оборотах. При объеме более пяти литров, две турбины действительно станут необходимостью. Не подумайте, что парные турбины турбины более мощные, просто при их использовании накладывается очень много прочих факторов.
Что означает эффективность (КПД) компрессора и почему она важна?
Эффективность (КПД) компрессора не означает ничего иного, как реальную температуру воздуха, выходящего из турбонагнетателя при наддуве, относительно расчетного значения, основанного на термодинамических уравнениях. Вычислите одно значение, измерьте другое, разделите расчетное значение на измеренное, и вы получите эффективность компрессора. Соответствие эффективности компрессора конкретному двигателю важно в том, чтобы максимум эффективности компрессора находился где-нибудь около пика мощности или максимальных оборотов двигателя, чтобы компрессор давал самую низкую возможную тепловую нагрузку. “Высокоэффективный” является выражением дилетантов, изобретенный случайными авторами для описания турбокомпрессоров, обеспечивающих давление наддува на низких оборотах. Если что-то может быть совершенно неправильным, то это пример того. Давление наддува на низких оборотах означает не большой компрессор, который является не эффективным на высоких оборотах. Таким образом, он производит высокие температуры и является как раз противоположностью “высокоэффективному”
Давление в выпускном коллекторе, влияет ли на характеристики?
Да. Давление в выпускном коллекторе – критерий того, насколько хорошо турбина подобрана для конкретного двигателя. Давление в выпускном коллекторе не должно превышать давление наддува более чем в два с половиной раза. Это соблазняет изготовителей турбокита использовать слишком малые турбины, только для того, чтобы выдавать давление наддува на низких оборотах. Низкий порог наддува может быть и полезным, но переусердствовать при этом означает получить серьезную, более 20%, потерю мощности на оборотах выше средних. Необходимый баланс между наддувом на низких оборотах и наддувом на максимальных оборотах – задача проектирования, которую должен решать каждый решившийся на установку турбины. В общем, меньшее давление в выпускном коллекторе означает большее количество лошадиных сил. Другими словами, большие турбины бегают быстрее.
С небольшим нагнетателем точка максимальной эффективности достигается рано, и минимум тепловыделения будет на низких давлениях наддува. Чтобы снизить температуру при достижении большой мощности, необходим большой турбонагнетатель.
Когда точка максимальной эффективности находится на более высоких оборотах, это означает более низкую температуру воздуха в этом режиме. Более низкая температура дает более плотный воздух, который обеспечивает пик момента в верхнем диапазоне оборотов.
Выбор размера компрессора.
Необходимо понять нужную степень повышения наддува, степень расхода и плотности воздуха и степень эффективности нагнетателя перед тем, как приступать к подбору нагнетателя нужного размера.
Степень повышения давления.
Степень повышения давления расчитывается как полное абсолюдное давление, произведенное турбиной, разделенное на атмосферное давление.
Степень сжатия = 1+наддув/1
В конечном счете, мощность, полученная от использования турбонаддува, зависит от количества молекул кислорода в воздухе, сжатых в каждый кубический сантиметр объема. Это называется плотностью воздушного заряда. При прохождении через систему турбонаддува плотность немного изменяется.Когда воздушные молекулы принудительно «утрамбовываются» в нагнетателе до определенной степени сжатия, плотность не увеличивается на тоже самое значение, потомучто при сжатии увеличивается температура, и воздух расширяется обратно в прямой зависимости от того насколько он нагрет. Хотя воздушный заряд после сжатия окажется более плотным, его плотность будет всегда меньше, чем степень повышения давления. Для снижения негативного фактора этого эффекта применяют промежуточные охладители, позволяющие относительной плотности приблизиться к значению степени сжатия.
Зависимость относительной плотности от степени повышения давления. Плотность падает при увеличении температуры, поэтому фактическая степень увеличения массы воздуха всегда меньше чем степень повышения давления.
Расход воздуха равен обьему х обороты х 0.5 х Ev и поделенному на 1000000. Здесь 0.5 означает, что у четырех тактного двтгателя воздух в цилиндр поступает только в один оборот из двух, Ev это объемная эффективность. Делим на 1000000 для того, чтобы получить кубические метры из кубических см. Чтобы преобразовать кубические метры к кг/мин надо умножить на плотность воздуха на высоте географического места положения.
Выбор размера турбины.
Предполагаемое применение системы двигатель+турбонагнетатель является также основным критерием при выборе размера турбины, поскольку определяет выбор между моментом на низких, средних или максимальных оборотах двигателя. При этом выборе приходиться иметь дело с двумя величинами: основной размер турбины и отношение площадь/радиус (A/R).
Основной размер турбины.
Предполагается, что основной размер турбины характеризует ее способность производить мощность на валу, необходимую для привода компрессора при желаемом расходе воздуха. Поэтому большие турбины обеспечивают более высокие отдаваемые мощности, чем не большие. Для простоты картины, оценивать размер турбины можно по диаметруее выходного отверстия. Это является упращением теории турбин, однако на практике такой подход дает возможность оценить способность турбины обеспечить тот или иной расход.
Компрессор Garrett GT2860RS. Цифры справа — число оборотов турбины в минуту. Видно, что линия соединяющая точки PR=1 и PR=1.8 проходит за границей устойчивой работы компрессора.
Компрессор Garrett GT2557R, несмотря на КПД, меньший чем у Garrett 2860RS, лучше подходит для заданного применения.
Диаграмма диаметра выходного отверстия турбины относительно расхода воздуха на впуске — не точный инструмент для выбора, но приблизительный критерий первоначального отсеивания.
Разумный метод выбора турбины состоит в том чтобы проконсультироваться в компании, у которой вы приобретаете турбокомпрессор. Конечно, при выборе будет существовать возможность допустить ошибку в ту или иную сторону. И так как выбор происходит в пределах первоначального предназначения системы турбонаддува, имеет смысл каждый раз выбирать в большую сторону.
Выбор отношения A/R
Приблизительный диаметр выходного отверстия турбины, требуемый для привода компрессора при заданном расходе воздуха.
В то время как основной размер турбины является критерием расхода газа через турбину, отношение A/R дает инструмент точного выбора из диапазона основных размеров.Чтобы понять идею отношения A/R, представте кожух турбины в виде конуса, обернутого вокруг вала в виде спирали. Распрямите етот конус и отрежьте небольшой кусок, на некотором растоянии от конца. Отверстие в конце конуса — выходное сечение кожуха. Площадь этого отверстия и есть A в отношении A/R. Размер отверстия существенен, поскольку он определяет скорость, с которой выходят отработанные газы из улитки турбины и попадают на ее лопатки. При любом заданном расходе газов для увеличения скорости их истечения требуется уменьшение площади выходного отверстия. Эта имеет существенное значение для управления частотой вращения турбины. Необходимо иметь ввиду, что площадь выхода влияет на побочный эффект обратного давления отработанных газов и, таким образом, оказывает влияние на процессы, протекающие в камере сгорания двигателя.
R в отношении A/R — растояние от центра площади сечения в конусе до оси вращения вала турбины. Все A, разделенные на соответствующие им R дадут одинаковый результат.
R тоже оказывает сильное влияние на управление скоростью турбины. Представьте, что кончики лопаток турбины движутся с той же скоростью, что и газ, когда он попадает на лопатки. Отсюда легко понять, что чем меньше R, тем выше частота вращения турбины.
Увеличение скорости вращения турбины, которая зависит от отношения A/R, почти всегда достигается изменением площади выходного сечения кожуха турбины при остающемся неизвенном радиусе.
Выбор, который кажется логичной отправной точкой для отношения A/R — это одно, а фактически полученный правильный результат — это совсем другое. Обычно не избежны пробы и ошибки. Разумный выбор может быть обоснован количественным образом или, в некоторой степени, качественной характеристикой адекватности реакций турбосистемы. Количественная оценка требует измерения давления в выпускном коллекторе или на входе в турбины и сравнения его с давлением наддува.
Результатом неправильного выбора отношения A/R может стать увеличение иннерционности наддува, если отношение слишком велико. Отношение A/R может быть настолько большим, что не позволит турбонагнетателю развить обороты, достаточные для достижения желаемого давления наддува. Если отношение, напротив, чрезмерно мало, реакция турбонагнетателя может быть столь быстра, что будет казаться нервной и трудной для управления. Результат проявится и в виде отсутствия мощности в верхней трети диапазона оборотов двигателя. Это будет похоже на атмосферный двигатель, у карбюратора которого закрыта вторая заслонка.
При написании использованы материалы книги Maximum Bust.