Турбокомпрессоры

Турбокомпрессором (ТК) называется агрегат, состоящий из центробежного нагнетателя, приводимого во вращение газовой турбиной, работающей от выхлопных газов двигателя.

На рис. 7.10 показана схема двигателя с турбокомпрессором.

Выхлопные газы двигателя по трубопроводу 4 поступают при повышенном (против атмосферного) давлении в газосборник 5. Из газосборника газы поступают к направляющим соплам 10. В направляющих соплах газы расширяются, приобретают большую скорость и поступают на лопатки рабочего колеса турбины 6, где их кинетическая энергия превращается в механическую, т. е. затрачивается на вращение рабочего колеса турбины и крыльчатки 2. Рабочее колесо турбины и крыльчатка нагнетателя обычно соединены жестко на одном залу (рис. 7.11).

После выхода из турбины газы поступают в сборник 7 (см. рис. 7.10) и отводятся из него в атмосферу. В газосборнике 5 установлена дроссельная заслонка 8. При помощи этой заслонки можно (путем перепуска в атмосферу) регулировать давление и количество газов, поступающих на сопла 10, а
следовательно, и обороты турбины с крыльчаткой.

Если заслонку 8 прикрывать, то давление и количество газов, поступающих через сопла в турбину, будет увеличиваться, и, следовательно, возрастут обороты турбины и крыльчатки, что приведет к увеличению давления наддува. Открытие заслонки 8 вызовет, наоборот, уменьшение числа оборотов и соответственно снижение давления наддува.

Так как вал турбокомпрессора не связан механическим приводом с коленчатым валом двигателя, то обороты турбины, а следовательно, и давление наддува, создаваемого нагнетателем, можно регулировать независимо от числа оборотов двигателя.

Воздух из окружающей среды через входной патрубок 1 проходит к крыльчатке 2, повышающей его давление до расчетной величины P_K, Затем сжатый крыльчаткой воздух поступает по трубопроводу 3 через карбюратор 9 в цилиндры двигателя. Воздух при сжатии крыльчаткой турбокомпрессора нагревается. Для охлаждения воздуха, поступающего в цилиндры, устанавливается радиатор 12. Дроссельная заслонка 11 карбюратора позволяет регулировать режим работы двигателя, так как при изменении ее положения изменяется и количество смеси, поступающей в цилиндры двигателя.

Примерная высотная характеристика двигателя с турбокомпрессором показана на рис. 7.12. На уровне земли заслонка 8 (см. рис. 7.10) перепуска отработавших газов в атмосферу устанавливается в такое положение, чтобы число оборотов турбокомпрессора обеспечивало заданное давление наддува P_K. По мере подъема на высоту давление окружающей среды падает, и чтобы поддержать постоянное давление наддува, необходимо увеличивать число оборотов турбокомпрессора. Это достигается уменьшением перепуска газов в атмосферу путем прикрытия заслонки 8. На некоторой высоте, называемой расчетной, заслонка 8 перекрывается полностью. При дальнейшем увеличении высоты давление наддува начинает уменьшаться вследствие невозможности дальнейшего увеличения числа оборотов крыльчатки. Соответственно падению давления наддува P_K падает и мощность, развиваемая двигателем.

Показанное на рис. 7.12 падение эффективной мощности двигателя от земли до расчетной высоты объясняется повышением температуры Тк на впуске, вызываемым увеличением сжатия воздуха в нагнетателе турбокомпрессора при увеличении числа его оборотов, и повышением противодавления на выпуске газов из цилиндров двигателя, обусловленным уменьшением перепуска газов в атмосферу. Отмеченное падение мощности может быть устранено установкой радиатора для охлаждения воздуха, поступающего в двигатель.

Удельный расход горючего до расчетной высоты немного увеличивается вследствие того, что мощность трения почти не изменяется, а индикаторная мощность уменьшается.