Факторы, влияющие на выбор компрессора

Факторы, влияющие на выбор компрессора

Со стороны впуска или со стороны компрессора выбрать подходящую крыльчатку и корпус намного легче, так как большую часть расчетов можно выполнить при помощи калькулятора и графиков эффективности компрессора. Тут самое главное учитывать то, что чем эффективнее работает компрессор, тем меньше он будет нагревать воздух при определенных настройках давления наддува и интенсивности потока воздуха. В таком случае целью будет выбор компрессора с максимальной эффективностью на необходимом нам диапазоне мощности двигателя. Конечно же, выбор будет зависеть от технических характеристик двигателя. Например, двигатель, предназначенный для движения по кругу, состоящему в основном из длинных прямых участков, будет отлично работать с компрессором с достаточно узким диапазоном, возможно, до 2000об/мин в верхней части кривой мощности. С другой стороны, оптимальным компрессором для серийного легкового автомобиля будет тот, который обеспечивает оптимальный поток воздуха при минимальном повышении температуры при средней частоте вращения двигателя. Желательно, чтобы компрессор работал эффективно на более широком диапазоне частоты вращения, при этом при более высокой интенсивности потока воздуха температура впускного заряда все равно будет повышаться.

В отличие от турбины, размер компрессора не слишком влияет на появление турбоям или на скорость создания давления наддува. Основной заботой при выборе компрессора является его пропускная способность и необходимое давление, при этом температура должна быть как можно ниже. Если необходима большая пропускная способность, диаметр крыльчатки должен быть больше, но, так как это самая легкая деталь вращающихся компонентов турбокомпрессора, увеличение размера будет иметь минимальное влияние на общую инерционность. Так как вкрыльчатке большего диаметра утечка через лопасти будет больше, при низкой частоте вращения, когда турбина начнет создавать наддув, все зависит от функциональности турбины, что связано с потоком отработанных газов и геометрией турбины.

Выбор размера турбокомпрессора часто совершается методом проб и ошибок, и если наличие опыта при этом поможет ускорить процесс, то при выборе размера компрессора дело обстоит иначе. Тут придется использовать формулы и графики производительности компрессора. Если графиков производительности нет в наличии, попытайтесь найти двигатели с подобными настройками и использовать компрессор такого же размера.

Расчет интенсивности потока воздуха

Примечание:
При расчетах использовалась американская система единиц измерения.

В предыдущей главе приводились расчеты по определению отношения давления и плотности. Позже мы понаблюдаем за тем, как промежуточное охлаждение помогает удалить тепло из сжатого воздуха, а также приблизить коэффициент плотности к коэффициенту давления. Однако, прежде чем мы сможем использовать полученные результаты, чтобы облегчить выбор компрессора, мы должны узнать интенсивность потока воздуха, поступающего в двигатель. Интенсивность потока воздуха обычно выражается в фут?/мин, а в некоторых графиках производительности за единицу измерения взят фунт/мин. В большинстве случаев графики производительности компрессоров скорректированы для температуры окружающей среды 20°С и давления 981мбар.

Ниже приведена основная формула для расчета интенсивности потока воздуха в компрессор:

L – объем двигателя, л;

Rpm – максимальная частота вращения двигателя;

VE – коэффициент наполнения цилиндров двигателя;

заводской двухклапанный двигатель – 85%;

заводской четырехклапанный двигатель – 90%;

модифицированный двигатель – 93%;

двигатель гоночного автомобиля – 105%;

Pr – коэффициент давления (см.главу5).

Следовательно, при незначительных модификациях в четырехклапанном двигателе объемом 2,0л, максимальная частота вращения которого составляет 7200 об/мин, а давление наддува – 786 м/бар

интенсивность потока воздуха в компрессоре будет следующей:

Выбор компрессора при помощи графика производительности

Посмотрев на первый график производительности компрессора (рис. 6.7), можно увидеть, что наша точка на графике при интенсивности потока 29,5 фунт/мин при коэффициенте давления 1,78 перемещает нас с правой стороны графика в область менее 62% (на самом деле чуть больше 58%) эффективности компрессора. Точка на втором графике (рис. 6.8) кажется более заманчивой, так как эффективность компрессора составляет 73%. В данном случае, если бы пришлось выбирать из этих двух компрессоров, лучшим выбором стал бы второй вариант, так как его эффективность на 15% выше.

Рис. 6.7. При необходимой интенсивности потока воздуха этот компрессор будет работать с низкой эффективностью.

Рис. 6.8. Этот компрессор обеспечит необходимую интенсивность потока воздуха при высокой эффективности, а точка на графике удалена от линии пульсации на уровне моря, но при увеличении высоты могут возникнуть сложности.

Необходимо нанести еще одну точку, чтобы избежать перегрузки компрессора. Это можно рассчитать, но, так как объем установленного коллектора и эффективность промежуточного охладителя могут повлиять на точность результатов, я рекомендую использовать более продуктивный метод, хотя и он не дает стопроцентную точность.

Чтобы убедиться, что мы находимся далеко от линии пульсации, необходимо нанести еще две точки на каждый график эффективности компрессора. Так как в большинстве случаев турбокомпрессоры настроены таким образом, что максимальное давление наддува достигается при 50% от максимальной частоты вращения двигателя, мы просто нанесем точки на кривую интенсивности потока воздуха при этой частоте вращения, а половины максимальной интенсивности потока воздуха будет вполне достаточно (421 фут³/мин, или 29,5фунт/мин), то есть 211 фут³/мин, или 14,8 фунт/мин, при максимальном коэффициенте давления 1,78. Затем мы рассчитаем 20-процентную интенсивность потока воздуха (84,2 фут³/мин, или 5,9 фунт/мин) и нанесем точку на нижнюю кривую на графике (Pr – 1,0). Если мы начертим линию между двумя этими точками, одна должна опускаться вниз справа от линии пульсации и ни в коем случае не пересекаться с ней.

Нанеся эти точки и начертив линии, мы увидим, что оба компрессора будут работать в безопасном режиме. Линия первого проходит на безопасном расстоянии, но в случае с тем компрессором, который мы выбрали, линия проходит слишком близко к линии пульсации в нижней части. На уровне моря проблем не возникнет, но при увеличении высоты придется следить за признаками перегрузки компрессора (хлопок или обратное пламя из впускного отверстия компрессора). При высокой частоте вращения турбокомпрессора перегрузка может привести к повреждению лопастей крыльчатки с серьезными последствиями для турбокомпрессора, возможно, промежуточного охладителя и двигателя. Хотя повреждения вследствие перегрузки происходят нечасто, они все же происходят.