Вибір розміру турбіни та що таке A
Передбачуване застосування системи двигун+турбонагнітач є основним критерієм при виборі розміру турбіни, оскільки визначає вибір між моментом на низьких, середніх або максимальних оборотах двигуна. При цьому виборі доводиться мати справу з двома величинами: основний розмір турбіни та відношення площа/радіус (A/R).
Основний розмір турбіни.
Передбачається, що основний розмір турбіни характеризує її здатність виробляти потужність на валу, необхідну приводу компресора при бажаному витраті повітря. Тому великі турбіни, взагалі кажучи, забезпечують більш високі потужності, що віддаються, ніж невеликі. Для простоти картини оцінювати розмір турбіни можна діаметром її вихідного отвору. Строго кажучи, це спрощення теорії турбін, проте на практиці такий підхід дає можливість оцінити здатність турбіни забезпечити ту чи іншу витрату.
Діаграма діаметра вихідного отвору турбіни щодо витрати повітря на впуску - не точний інструмент для вибору, але приблизний критерій початкового відсіювання.
Розумний метод вибору турбіни полягає в тому, щоб проконсультуватися з джерелом, у якого Ви купуєте турбонагнітач. Звичайно, при виборі існуватиме можливість припуститися помилки в той чи інший бік. І оскільки вибір відбувається у межах початкового призначення системи турбонаддува; має сенс вибирати щоразу запас у велику сторону.
Вибір відношення A/R турбіни.
У той час, як основний розмір турбіни є критерієм витрати газу через турбіну, відношення A/R дає інструмент точного вибору з діапазону основних розмірів. Щоб легко зрозуміти ідеюВідношення A/R, уявіть кожух турбіни у вигляді конуса, оберненого навколо валу у вигляді спіралі. Випряміть цей конус і відріжте невеликий шматок на деякій відстані від кінця. Отвір у кінці конуса - вихідний переріз кожуха. Площа цього отвору і є «А» щодо A/R. Розмір отвору суттєвий, оскільки він визначає швидкість, з якої виходять відпрацьовані гази з равлика турбіни та потрапляють на її лопатки. При будь-якій заданій витраті газів для збільшення швидкості їх закінчення потрібно зменшення площі вихідного отвору. Ця швидкість має важливе значення для управління частотою обертання турбіни. Необхідно мати на увазі, що площа виходу впливає на побічний ефект зворотного тиску відпрацьованих газів і таким чином впливає на процеси, що протікають в камері згоряння двигуна. "R" щодо A/R - відстань від центру площі перерізу в конусі до осі обертання валу турбіни. Усі «А», розділені на відповідні їм «R», дадуть однаковий результат:
«R» теж сильно впливає на управління швидкістю турбіни. Уявіть, що кінчики лопаток турбіни рухаються з тією ж швидкістю, як і газ, коли він потрапляє на лопатки. Звідси легко зрозуміти, що менше «R», то вище частота обертання турбіни.
Слід зауважити, що збільшення «R» дає приріст моменту на валу турбіни для приводу робочого колеса компресора, оскільки та сама сила (потік вихлопних газів) прикладається на більшому плечі важеля ®. Це дозволяє наводити більше робочого колеса компресора, якщо цього вимагають умови застосування.
Тим не менш, найчастіше при виборі турбіни варіюють параметр «А», тоді як радіус залишається незмінним. Спрощений підхід до вибору відношення А/R показаний на рис.
Вибір, який здаєтьсялогічною відправною точкою для відношення A/R це одне, а фактично отриманий правильний результат це зовсім інше. Зазвичай неминучі проби та помилки. Розумний вибір може бути обґрунтований кількісним чином або, певною мірою, якісною характеристикою адекватності реакцій турбосистеми. Кількісна оцінка вимагає вимірювання тиску у випускному колекторі або на вході турбіни та порівняння його з тиском наддуву.
Результатом неправильного вибору відношення A/R може стати збільшення інерційності наддуву, якщо відношення занадто велике. Відношення A/R може бути настільки велике, що не дозволить турбонагнітач розвинути обороти, достатні для досягнення бажаного тиску наддуву. Якщо ставлення, навпаки, надмірно мало, реакція турбонагнітача може бути настільки швидка, що здаватиметься нервовою та важкою для керування. Результат проявиться у вигляді відсутності потужності у верхній третині діапазону оборотів двигуна. Це буде схоже на атмосферний двигун із невеликим карбюратором, у якого закрита повітряна заслінка.
Розділений вихлопний колектор.
Розділений вихлопний колектор дозволяє імпульсам вихлопних газів бути згрупованими (або відокремленими) по циліндрах на шляху до турбіни. Цінна ідея такого технічного прийому полягає в тому, щоб донести енергію кожного імпульсу вихлопу до турбіни незайманої і не взаємодіє з енергією інших імпульсів. Це може давати турбіні трохи більший поштовх, який змусить її обертатися. Якщо розглядати випадок абсолютного поділу імпульсів та енергії, що підводяться по вихлопних каналах від восьмициліндрового двигуна, то турбіна отримає більше енергії, ніж це необхідно майже в будь-якій ситуації. Таким чином, розділений вихлопний колектор не даватимезначного покращення на V8 з одним турбонагнітачем. Для порівняння, чотирициліндровий двигун, в якому один робочий хід відбувається кожні 180" обертання колінчастого валу, потребує всієї енергії, яку він може отримати від кожного вихлопного імпульсу. Збереження цих імпульсів ізольованими і не підданими інтерференції дозволить отримати деякі поліпшення.
Дві турбіни чи одна?
Існують кілька причин для помилкового надання доцільності використання двох турбін там, де могла б працювати одна. Ймовірно, найпопулярніша міфічна перевага двох турбін замість однієї пов'язана зі зниженням інерційності. Цю оману взагалі важко виправдати. Розподіл навпіл енергії вихлопу, що подається в кожну з двох турбін пропорційно квадрату інерції та кубу витрати газів, необов'язково сприяє зменшенню інерційності. Декілька турбін мають на увазі більшу кількість потужності, яка, в тому числі, є функція від ефективності турбонагнітача. За інших рівних умов, великий турбонагнітач ефективніший, ніж малий.
Для використання двох турбін мають бути серйозні підстави. Зокрема, такий варіант може бути актуальним у разі V-подібних чи горизонтальних опозитних двигунів. Конструкція випускного колектора - один із ключів до отримання великої потужності, і компонування з двома турбонагнітачами, взагалі кажучи, може зробити конструкцію більш досконалою. Втрата тепла в навколишнє середовище з перехресної труби в V-подібних двигунах може бути значною. Пам'ятайте, що це та сама теплота, яка приводить у дію турбіну. Компонування з двома турбонагнітачами зазвичай потребує двох вестгейтів.
Інше, не менш важливе завдання - синхронізація цих двох вестгейтів,може бути досягнуто набагато краще управління швидкістю турбіни при низьких тисках наддуву. Стабільність тиску наддуву при високих витратах газів також покращена. Якщо використовуються зовнішні вестгейти, на відміну від інтегрованих, фактичний прохідний переріз для відпрацьованих газів може бути збільшено, встановивши окремі труби вихлопні для вестгейтів. Велика площа перерізу вихлопу для турбіни – це завжди вдосконалення системи.
Вихлопні труби від двох турбін фактично завжди даватиме більше збільшення витрати. Наприклад, дві труби діаметром 50 мм забезпечують суттєво більший прохідний переріз, ніж одна труба діаметром 75 мм. Ще одна причина переваги двох турбін за відомих умов те, що теплота розділяється між двома агрегатами, дозволяючи кожному працювати з нижчим підведенням тепла. Теплота, поглинена матеріалом турбонагнітача, пропорційна температурі газів та їх масовій витраті. Температура залишиться такою самою, але масова витрата газу буде зменшена вдвічі. Таким чином, робочу температуру турбонагнітачів можна знизити, а його передбачуваний термін служби дещо збільшити.