Преимущества и недостатки лопаточных компрессоров

Важнейшим достоинством лопаточных компрессоров является возможность их связи с газовой турбиной, использующей энергию отходящих газов двигателя. Такой агрегат называют газотурбонагнетателем (ГТН), или турбокомпрессором (ТК). Его преимущества для наддува ДВС столь велики, что он будет рассматриваться в специальной главе.

В то же время, центробежный или осевой компрессор может иметь связь с коленчатым валом двигателя, автономную связь с источником энергии или их сочетание.

Для поршневых двигателей авиационного назначения механический наддув свою целесообразность доказал. Для двигателей машин наземного транспорта целесообразность применения привода центробежного компрессора от коленчатого вала двигателя пока дискутируется. И связано это со следующим. Двигатель автомобиля работает на колёса (потребитель мощности) через коробку перемены передач. Т. е. при одной и той же частоте вращения вала двигателя его нагрузка может изменяться в широком диапазоне. А при постоянстве передачи между валом двигателя и валом компрессора производительность последнего зависит лишь от частоты его вращения. Т. е. здесь очевидна несогласованность между производительностью компрессора и потребным расходом воздуха двигателем. Иначе обстоит дело в турбокомпрессорах, где с увеличением нагрузки на двигатель возрастает энергия отработавших газов, а следовательно вслед за этим возрастает энергия газовой турбины и растёт мощность, передаваемая на компрессор, растут его частота вращения, производительность и т. д. Т. е. турбокомпрессор как бы автоматически следит за режимом работы двигателя.

Преимуществом центробежных компрессоров является также их низкая масса, малые габариты. В то же время очевидно, что размещение на двигателе механического привода центробежного компрессора (через мультипликатор) является сложной и дорогостоящей проблемой. При этом, применение привода компрессора от газовой турбины сопровождается появлением недостатка – отставание разгона турбокомпрессора от разгона вала двигателя, а следовательно – потерями приёмистости двигателя. А механический привод компрессора от такого недостатка избавлен жёстким соединением вала двигателя и компрессора.

Для автомобильного транспорта необходим двигатель не только мощный, экономичный, малотоксичный и проч., но и обеспечивающий высокую приспособляемость и приёмистость машине. Поэтому особый интерес представляет новая система наддува путём обмена давлением между выпускными газами и впускным воздухом, называемая системой “Компрекс” (Comprex).

3.10. Компрессоры – обменники давлением

Известная швейцарская фирма BROWN BOVERI & CIE ещё с 1942 года разрабатывала систему наддува двигателя, основанную на известном эффекте появления в выпускном трубопроводе волн давления. Побудительной причиной для таких разработок являлись недостатки турбонаддува, связанные с неудовлетворительными разгонными характеристиками двигателей с газотурбинным наддувом и с неудовлетворительным протеканием кривой крутящего момента такого двигателя. Основная идея наддува заключалась в том, чтобы использовать эти волны для создания волн давления во впускном трубопроводе, т. е. для сжатия воздуха. Патенты на такую систему наддува известны ещё с 1913 года. Однако, реальная возможность реализации этого принципа наддува появилась лишь в 1950 г., после исследований De Haller и Schulz – Grunow, конструкций Berch Told, фирмы SAURER, впоследствии – BROWN – BOWERI. Проект получил название Comprex, а первые положительные результаты в его реализации относятся к 1967 году.

В семидесятых годах обменники давлением были применены не только в дизелях, но в бензиновых двигателях. Широко известна разработка фирмы Opel для автомобиля Senator c системой Comprex типа C 102. Казалось, что для определённой области наддува автомобильных ДВС лучшей системы трудно предложить. Однако, в восьмидесятые годы разработки турбокомпрессоров вышли на столь высокий уровень, что система Сomprex отодвинулась на второй план, хотя интерес к ней всё ещё не утих.

Дата добавления: 2014-12-26