Винтовые нагнетатели

Эти нагнетатели часто называют нагнетателями Лейсхольма по фамилии шведского инженера Lysholm, запатентовавшего данный тип нагнетателя. Пример схемы винтового нагнетателя приведен на рис. 3.5. В корпусе 1 вращается ведущий ротор 2, имеющий четыре винтовых зуба с большим углом наклона спирали. Зубья входят в выемки ведомого ротора 5. Количество выемок шесть. При вращении зубья роторов не касаются друг друга, что обеспечивается синхронизирующими шестернями 3 и 4. Управление впуском и с помощью профилей зубьев, которые периодически открывают впускное 6 и выпускное 7 окна в корпусе нагнетателя.

Рабочий цикл винтового нагнетателя можно разбить на четыре такта:

1.Всасывание. Через окно 6 в корпусе со стороны впуска воздух поступает в полость, образующиеся в результате выхода зуба ведущего ротора 2 из выемки ведомого ротора 5 при их вращении. Объем полости увеличивается до тех пор, пока у противоположного торца зуб не выйдет из выемки ротора 5.

2. Подача. Воздух в полости между роторами без изменения давления перемещается в сторону нагнетания. При этом сообщение полости между роторами с окном всасывания 6 прекращается и в выемку ведомого ротора начинает входить зуб ведущего ротора.

3. Сжатие. Зуб ведущего ротора, двигаясь по впадине ведомого ротора, сжимает воздух, находящийся в полости, ограниченной поверхностями роторов и стенками корпуса.

4. Нагнетание. После достижения полостью со сжатым воздухом стороны нагнетания, она соединяется с выпускным окном 7 и происходит подача воздуха во впускную систему двигателя. Затем цикл повторяется.

Профиль зубьев чаще выполняют ассиметричным, состоящим из эпициклоидальных кривых и дуг окружности.

Винтовые нагнетатели имеют большую частоту вращения: ведомый ротор до 12000 мин^-1, а в некоторых моделях даже до 40000 мин^-1. Это позволяет использовать для привода нагнетателя турбину, работающую от выпускных газов двигателя. Однако высокие частоты вращения роторов нагнетателя обусловливают определенные сложности обеспечения их надежности при пуске двигателя.

К преимуществам винтового нагнетателя относятся высокие надежность и долговечность, а также уравновешенность. Кроме того, в подаваемом воздухе отсутствуют примеси масла. Нагнетатели этого типа наиболее пригодны для совместной работы с поршневым двигателем. Основным недостатком винтовых нагнетателей следует считать сложность формы роторов, изготовление которых требует специальной оснастки. Трудными задачами при производстве винтовых нагнетателей являются подбор профилей ведущего и ведомого роторов, оптимального количества зубьев и обеспечения минимальных зазоров. По сравнению с турбокомпрессорами этим нагнетателям присущи также относительно большие габариты и масса. Следует отметить, что работа винтового нагнетателя сопровождается шумом высокой частоты, вызываемым пульсациями давления на всасывании и нагнетании.

Впервые серийный выпуск винтовых нагнетателей начала швейцарская фирма Sauer в 50-х годах XX столетия. Однако наибольшую известность они получили в 1995 году, когда фирма IHI (Япония) оснастила им двигатель для легкового автомобиля Mazda Xedos 9 (число цилиндров 6 v, рабочий объем iV_h = 2,3 дм³, мощность N_e = 155 кВт).

Незначительные перетекания воздуха, вследствие жестких допусков на изготовление профилей винтовых роторов, высокая частота вращения n_k, обеспечивают повышенные значения КПД и возможность получения необходимой степени повышения давления наддува π _k на малых режимах работы двигателя. В данном нагнетателе максимальное значение КПД η _{k max} = 0,70. Как и в других объемных нагнетателях в нем отсутствует зона неустойчивой работы (помпажа).

Аналогичный принцип действия и схема конструкции были реализованы шведской фирмой Opeon Autorotor при производстве нагнетателей для двигателей с рабочим объемом 2,5 дм³ и мощностью от 132 до 292 кВт. Минимальный вес нагнетателей доведен до 3,8 кг. Винтовые нагнетатели выпускала также шотландская фирма Fleming Thermodynamics Ltd. Уменьшенные модели нагнетателей Sprimtex обеспечивали степень повышения давления воздуха π _k = 1,8…2,0 при наддуве двигателей с рабочим объемом 1,3 - 2,0 дм³ (модель Sprimtex S -82) и 2,0 – 3,5 дм³ (модель Sprimtex S -102).

Дата добавления: 2014-10-17