Избор на размер на турбина
Избор на размер на турбина (+какво е a/r турбина)
Предвиденото приложение на системата двигател+турбокомпресор също е основен критерий за оразмеряване на турбината, тъй като определя избора между нисък, среден или максимален въртящ момент на двигателя. При този избор трябва да се работи с две величини: основният размер на турбината и съотношението площ/радиус (A/R).
Размер на основната турбина
Приема се, че основният размер на турбината характеризира нейната способност да произвежда мощността на вала, необходима за задвижване на компресора при желания въздушен поток. Следователно големите турбини, най-общо казано, осигуряват по-висока мощност от малките. За простота размерът на турбината може да се оцени по диаметъра на нейния изход. Строго погледнато, това е опростяване на теорията на турбините, но на практика този подход дава възможност да се оцени способността на турбината да осигури определен дебит.
Диаграмата на диаметъра на изхода на турбината спрямо входящия въздушен поток не е прецизен инструмент за избор, а груб първоначален критерий за проверка.
Разумен метод за избор на турбо е да се консултирате с източника, от който купувате турбото. Разбира се, при избора ще има възможност да направите грешка в една или друга посока. И тъй като изборът се извършва в рамките на първоначалното предназначение на системата за турбокомпресор; има смисъл да избирате всеки път акциите в голям начин.
Избор на съотношение A/R на турбината
Докато основният размер на турбината е мярка за газовия поток през турбината, съотношението A/R осигурява точен инструмент за избор от набор от основни размери.За да разберете лесно идеята за съотношението A/R, помислете за корпуса на турбината като конус, увит около вал в спирала. Изправете този конус и отрежете малко парче на известно разстояние от края. Дупката в края на конуса е изходната част на корпуса. Площта на тази дупка е "A" по отношение на A/R. Размерът на дупката е значителен, защото определя скоростта, с която отработените газове излизат от спиралата на турбината и влизат в нейните лопатки. При дадена скорост на потока на газовете, за да се увеличи скоростта на тяхното изтичане, е необходимо намаляване на площта на изхода. Тази скорост е от съществено значение за контролиране на скоростта на турбината. Трябва да се има предвид, че изходната зона влияе на страничния ефект на обратното налягане на отработените газове и по този начин влияе върху процесите, протичащи в горивната камера на двигателя. "R" спрямо A/R е разстоянието от центъра на сечението в конуса до оста на въртене на вала на турбината. Всички A, разделени на съответните им R, ще дадат един и същ резултат:
"#R" също има силно влияние върху управлението на скоростта на турбината. Представете си, че върховете на лопатките на турбината се движат със същата скорост като газа, когато удари лопатките. От това е лесно да се разбере, че колкото по-малко е "R", толкова по-висока е скоростта на турбината.
Трябва да се отбележи, че увеличаването на "R" води до увеличаване на въртящия момент върху вала на турбината за задвижване на работното колело на компресора, тъй като същата сила (поток на отработени газове) се прилага върху по-голямо рамо на лоста ®. Това позволява да се задвижва по-голямо работно колело на компресора, ако това се изисква от приложението.
Но най-често при избора на турбина параметърът "А" се променя, докато радиусът остава постоянен. На следващата фигура е показан опростен подход за избор на съотношението A/R.
Изборът на това, което изглежда като логична отправна точка за съотношението A/R е едно, но всъщност получаването на правилния резултат е друго. Пробата и грешката обикновено са неизбежни. Разумният избор може да бъде обоснован количествено или до известна степен качествена характеристика на адекватността на реакциите на турбо системата. Количественото определяне изисква измерване на налягането на входа на изпускателния колектор или турбината и сравняването му с налягането на усилване.
Неправилният избор на съотношението A/R може да доведе до повишена инерция на усилване, ако съотношението е твърде високо. Съотношението A/R може да бъде толкова високо, че да не позволи на турбокомпресора да набере достатъчно обороти, за да постигне желаното налягане на усилване. Ако, от друга страна, съотношението е прекалено ниско, реакцията на турбокомпресора може да бъде толкова бърза, че да изглежда нервен и труден за контрол. Резултатът ще се прояви и под формата на липса на мощност в горната трета от диапазона на оборотите на двигателя. Ще бъде като атмосферен двигател с малък карбуратор и затворен дросел.
Разделен изпускателен колектор
Разделеният изпускателен колектор позволява импулсите на отработените газове да бъдат групирани (или разделени) през цилиндрите по пътя им към турбината. Ценната идея на тази техника е да пренася енергията на всеки изпускателен импулс към турбината недокосната и да не взаимодейства с енергията на други импулси. Това може да даде на турбината малко повече тласък, което ще я накара да се върти. Ако разгледаме случая на абсолютно разделяне на импулси и енергия, доставяни през изпускателните канали от осемцилиндров двигател, тогава турбината ще получи повече енергия, отколкото е необходимо в почти всяка ситуация. Така че разделен изпускателен колекторняма да направи голямо подобрение на V8 с едно турбо. За сравнение, четирицилиндров двигател, който има един такт на всеки 180" въртене на коляновия вал, се нуждае от цялата енергия, която може да получи от всеки изпускателен импулс. Поддържането на тези импулси изолирани и свободни от смущения ще позволи известно подобрение.
Две турбини или една?
Има няколко причини за погрешното предположение, че трябва да се използват две турбини, където една може. Вероятно най-популярното митично предимство на две турбини вместо една е свързано с намалената инерция. Тази заблуда по принцип е трудна за оправдаване. Намаляването наполовина на изпускателната енергия, подадена към всяка от двете турбини, пропорционално на квадрата на инерцията и куба на газовия поток, не помага непременно за намаляване на инерцията. Няколко турбина означава повече мощност, която също е функция на ефективността на турбокомпресора. При равни други условия голям турбокомпресор е по-ефективен от малък.
Трябва да има основателни причини за използването на две турбини. По-специално, тази опция може да бъде от значение в случай на V-образни или хоризонтални боксерни двигатели. Дизайнът на изпускателния колектор е един от ключовете за получаване на повече мощност, а устройството с двойно турбо може като цяло да подобри дизайна. Топлинните загуби в околната среда от напречната тръба при V-образни двигатели могат да бъдат значителни. Не забравяйте, че това е същата топлина, която задвижва турбината. Устройството с двойно турбо обикновено изисква два стейгейта.
Друга също толкова важна задача е да синхронизирате тези двеwastegates, може да се постигне много по-добро управление на скоростта на турбината при ниско налягане на усилване. Стабилността на налягането при форсиране при висок дебит на газ също е подобрена. Ако се използват външни вестгейти, за разлика от интегрираните, действителната площ на потока на отработените газове може да се увеличи чрез инсталиране на отделни изпускателни тръби за вестгейт. Голямата изпускателна площ за турбина винаги е подобрение на системата.
Изпускателните тръби от двете турбини всъщност винаги ще дават по-голямо увеличение на потока. Например две тръби с диаметър 50 mm осигуряват значително по-голяма площ на потока от една тръба с диаметър 75 mm. Друга причина за превъзходството на две турбини при определени условия е, че топлината се споделя между двата блока, което позволява на всеки да работи с по-ниска входяща топлина. Топлината, погълната от материала на турбокомпресора, е пропорционална на температурата на газовете и техния масов поток. Температурата ще остане същата, но масовият дебит на газа ще бъде намален наполовина. По този начин може да се понижи работната температура на турбокомпресора и леко да се увеличи очакваният му експлоатационен живот.