Механический наддув. — Автомастер

Механический наддув.

Подробности

В прошлой статье мы с вами разобрали, как с помощью динамического наддува улучшить наполнение цилиндров воздухом, тем самым, увеличив мощность двигателя. Теперь рассмотрим вариант с применением дополнительных воздухонагнетателей, а именно устройство с механическим наддувом.

Рис 1 – Механический нагнетатель воздуха.

Отличительной особенностью механического наддува является то, что устройство нагнетающее воздух в цилиндры приводится в действие непосредственно от двигателя, то есть механически. И поэтому его обороты на прямую зависят от оборотов коленчатого вала.

Регулировка давления наддува происходит с помощью байспасного клапана. На современных автомобилях им управляет блок управления двигателем. Клапан устроен следующим образом, если давление нагнетаемого воздуха становится больше чем требуется, то клапан открывается и перепускает часть воздуха обратно на впуск, таким образом происходит падение давления на выходе нагнетателя до требуемой величены.

Главным преимуществом использования механического наддува является равномерное увеличение крутящего момента и улучшение динамических характеристик двигателя. Это происходит в следствии прямой зависимости оборотов нагнетателя от оборотов коленчатого вала двигателя.

Помимо положительных моментов в применении механического наддува также присутствуют и отрицательные. Нагнетатель, приводимый в действие непосредственно от двигателя, ведет к тому, что на двигатель увеличивается нагрузка, что в результате приводит к увеличению расхода топлива. Но этот негативный момент может быть снижен если нагнетатель по средствам электромагнитной муфты будет отключаться при малых нагрузках на двигатель.

Механические нагнетатели могут приводиться в работу следующими способами:
• ременной привод.
• цепной привод.
• прямой привод (расположен непосредственно на коленвале).
• привод через зубчатую передачу.
• электропривод.

Конструктивно механические воздухонагнетатели можно разделить на следующие типы:
• нагнетатели Roots.
• нагнетатели Lysholm.
• центробежные нагнетатели.

Давайте теперь каждый тип рассмотрим подробнее.

Конструкция нагнетателей Roots (получившая название в честь инженеров разработчиков) очень проста и схожа с конструкцией и принципом работы шестеренного масляного насоса.

Рис 2 – Воздухонагнетатель Roots.

Два ротора вращаются навстречу друг другу, захватывая и пропуская через себя воздух, выталкивают его, тем самым, создавая давление на выходе. В зависимости от частоты вращения роторов с противоположной стороны образуется давление.

Второй тип механических воздухонагнетателей Lysholm (также получили название в честь их разработчика Лисхольма), они по своей конструкции походят на нагнетатели Roots.

Рис 3 – Воздухонагнетатель Lysholm.

Их еще называют винтовыми нагнетателями, так как их основу составляют два шнека, которые, вращаясь в противоположные стороны, захватывают и пропускают через себя порции воздуха, создавая на выходе давление.

Третьим видом будут центробежные воздухонагнетатели. Они по своей конструкции и принципу действия схожи с турбокомпрессорами.

Рис 4 – Центробежный воздухонагнетатель.

Так как в их основе лежит крыльчатка, при вращении которой лопасти расположенные на ней захватывают воздух и под действием центробежной силы выталкивают его наружу. Разница лишь в том, что в данном случае крыльчатка приводится в действие не энергией отработавших газов как в турбокомпрессоре, а от движения коленчатого вала. Минус данных нагнетателей в том, что они дают эффект только при вращении крыльчатки с большой скоростью, поэтому результат от них больше проявляется на высоких оборотах двигателя.

В процессе сжатия воздуха происходит его нагрев, в итоге это приводит к тому, что количество подаваемого воздуха в цилиндры становится меньше, чем, если бы он обладал более низкой температурой. Следовательно мы добьемся меньшего прироста мощности. Для того, что бы избежать этого негативного момента в системах воздухонагнетателей стали использовать интеркулеры, которые позволяют снизить температуру, а, следовательно, и увеличить количество подаваемого воздуха в цилиндры.

Рис 5 – Система охлаждения нагнетаемого воздуха.

Рис 6 – Интеркулер.

По своей конструкции интеркуллер напоминает обыкновенный радиатор, который охлаждается потоком встречного воздуха или охлаждающей жидкостью.

Механический нагнетатель автомобиля — устройство и принцип работы

Расскажем про основные механические нагнетатели воздуха для автомобиля. Какие бывают, их устройство и принцип работы.

Центробежные нагнетатели воздуха

Подобные нагнетатели в тюнинге получили наибольшее распространение. По конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом. Принцип работы центробежного нагнетателя в следующем: воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в воздушный туннель (воздухосборник), который имеет улиткообразную форму.

Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Но в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров двигателя.

Недостатки

Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться очень быстро. Производимое компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства сильный. Хотя многим этот характерный свист нравится.

К минусам относят некоторую задержку в срабатывании. Хотя она не столь заметна, как у турбонагнетателей.

Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта важно для поддержания высоких скоростей, а не интенсивности разгона.

Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Низкая цена и простота установки сделали, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие и стали популярны в тюнинге.

Объемные нагнетатели ROOTS

Компрессоры типа «Рутс» относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями.

Основное отличие — воздух сжимается не внутри, а снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.

Минусы

Поскольку процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. С ростом давления увеличивается просачивание воздуха назад, и КПД снижается. Мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.

Еще один недостаток. В них создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. Наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. Поэтому нагнетатели ROOTS в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.

Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет иную тональность. При этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели ROOTS

эффективны на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для драг рейсинга, где ценится динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.

Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Но сложность и высокая цена снизили их популярность.

Плюсы и минусы нагнетателей

Использование нагнетателей воздуха для авто может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе.

С другой стороны, если добиваться большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними. Cжатие воздуха всегда сопряжено с повышением температуры. В некоторых компрессорах это повышение не существенно. Но для снижения потери мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.

Еще одна проблема – детонация. Высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре уже сжатую топливо-воздушную смесь, её температура и давление могут оказаться большими. Что вызовет преждевременную детонацию, т. е. взрыв.Чтобы избежать подобных проблем, можно перейти на высокооктановые сорта топлива, но часто этого мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен.

Наддув и нагнетатель (компрессора)

Нагнетатель (компрессор) – механизм для сжатия и подачи воздуха под давлением.

Наддув – процесс повышения давления воздуха или некой смеси на впуск двигателя для увеличения количества горючей смеси в цилиндре и как следствие увеличение мощности получаемой от единицы объема двигателя.

Механический нагнетатель – это компрессор, предназначенный для сжатия  воздуха или же смеси топлива и воздуха, которые направляются в цилиндры двигателя  внутреннего сгорания для повышения массового заряда горючей смеси. Из-за этого растёт калорийности смеси поступающей в цилиндры и увеличивается мощность двигателя. Он приводится в движение коленчатым валом или ремнем.

Довольно давно инженеры и конструкторы установили главную цель в развитии автомобилестроения. Ею стала увеличение удельной мощности при меньших габаритах двигателя.

 

Первое свидетельство о применении механического нагнетателя приписывают братьям Рутс  (анг. Roots), они создали нагнетатель с аналогичным названием «Roots». Чуть позже  в 1885 годуГоттлиб Даймлер запатентовал свой механический нагнетатель работающий по аналогу Рутс. Спустя 7 лет  в 1902 голу Луис Рено запатентовал свою собственную конструкцию центробежного нагнетателя. А в 1911 году швейцарскому инженеру Альфреду Бюши в голову пришла гениальная мысль использовать энергию выхлопных газов для нагнетания давления. Он стал первым человеком догадавшимся что можно использовать отработанные газы.

Быстрой рост развития нагнеталей сдерживался отсутствием подходящих материалов. Из-за большой температуры отработанных газов уменьшился срок службы выпускных клапанов, поршней систем охлаждения. При этом литровая мощность действительно увеличилась, но это не имело значение, поскольку двигатель чаще приходил в неисправность. Эйфория от изобретения постепенно сходила на нет.

История развития нагнетателей

Нагнетатели  в авиации

Как и ожидалось следующий шаг в развитии нагнетателей был сделан вверх в авиационную отрасль. Самым первым авиа двигателем на который установили механический наддув принадлежат самолету «Мюррей-Вильята», который в 1910 г. установил рекордную высоту в 5200.  В 1918 году на один из французский истребитель «SPAD» S.XIIIC» инженером Огюстом Рато был установлен турбокомпрессор с аналогичным названием «Рато». Целесообразность этого действия была нулевой и не давала двигателю абсолютно никаких преимуществ. У мотора не было достаточно мощности для привода турбины. Через два года Рато смог реабилитироваться установив свой турбокомпрессор на двигатель «Либерти L-12» в биплане «Lepere», которому удалось побить рекорд высоты ( 10092 метра) и на долго остаться на пьедестале не побежденным. Совместная работа металлургов, ученных, авиаконструкторов и машиностроителей позволила создать новые поршни, клапаны и подшипники способные выдержать гораздо большую нагрузку чем их предшественники, что позволило наддуву закрепится и пустить корни в авиации.

Нагнетатели в судоходстве

С небес наддувы сразу перекачивали на воду. В 1923 году в Германии начали выпускать пассажирские лайнеры Preussen и Danzig. Установка турбокомпрессора на 10-и цилиндровые двигатели этих гигантов увеличили их мощность в полтора раза.

Нагнетатели в машиностроении

Появлением и активным распространением на наземной техники нагнетатели обязаны Второй Мировой Войне и автогонщикам.

История вклада автоспорта в развитие наддувов начинается с двигателей «Daimler», «FIAT» и  «Sunbeam» в  1921 году. Второй, между прочим, выиграл Большой приз Европы в 1923 году. Через год болиды «Daimler» и «Alfa Romeo» выиграли Танга Флорио  и Большой приз Франции соответственно.

Автомобильный спорт внес не только необходимые финансы в развитие наддувов, но поселил любовь в сердце всех мужчин, обеспечив тем самым его будущие развитие. Первые нагнетатели установленные на спортивных авто сумели показать себя с самой лучшей стороны, давая двигателю от 50-70% дополнительной мощности.
В военной отрасли изначально наддувы планировали ставить на танки и грузовики, но из-за отсутствия должных знаний и материальных средств от установки надувов на танки пришлось отказаться на время. Первая массовая серия наддув была произведена и установлена на грузовики Saurer произведённые в Швейцарии в 1938 году.

Предпосылки к созданию наддувов

Для того чтобы ответить на то что же стало движущей силой для изобретения и создания наддува давайте обратив внимание на устройство двигателя. Поскольку подача необходимого объема топлива затруднений не вызывает, главной задачей для увеличения производительности становится обеспечение должной массы воздуха за единицу времени. Этот же показатель на прямую связан с частотой вращения коленчатого вала. Его пределом является допустимое значение средней скорости работы поршня. Данный показатель в основном имеет значение лишь для механических наддувов и рабочим объемом мотора. Из выше сказанного, что при заданных параметрах есть потолочное значение, выше которого можно подняться только, в том случае если установить наддув. Без особых проблем на сегодняшний день можно поднять мощность двигателя на 25% просто установив наддув, но если к нему добавить интеркулер мощность вырастит вдвое.

Точность балансировки наддува очень важна. Высокое давление и температура воздуха подаваемого в цилиндры может привести к очень серьезным негативным последствия и быстрому износу. Под конец такта сжатия в момент когда поршень прессует и без того уже сжатую смесь ее давление и температура могут оказаться на столько высокими что произойдет преждевременная детонация. Дабы это не происходило принято переходить на использование более высокооктановых сортов топлива или проводить декомпрессию – снижающую степень сжатия.

Стоить учитывать, что снижение степени сжатия также отрицательно влияет на экономичность и КПД.

70-80-е годы стали для механических нагнетателей временем затухания их более продвинутые собрать турбонагнетатели (турбокомпрессоры) отвоевывали рынок. Самой продвинутой системой принудительного нагнетания установленной на серийных автомобилях сейчас считается «Mercedes-Benz» класс C, E, при этом они почти полностью копируют образцы 20-30 годов (Рутс и Eaton), что свидетельствует о том что данная ветка развития нагнетателей отмирает. Ею пользуются в тех случаях, когда нужно добиться разной мощности не сильно меняя конструкции двигателя.

Практика в нашей стране не показала особого внимания к данной технологии, из-за чего она почти не используется. Исключение составляют автогонки 60-70 годов и сельскохозяйственная отрасль.

Гораздо более широкое применение во всем мире  получил наддув приводимый в действие силой отработанных газов турбо наддув.

Классификация наддува ДВС по видам.

Агрегатный наддув

Подразумевает использование нагнетателя (агрегата). Делится на:

1. Механический наддув – отличительной особенностью этого компрессора является использование для привода энергии коленчатого вала.
2. Турбонаддув (он же турбокомпрессор) – это компрессор (обычно центробежный) привод которого осуществляется турбиной, лопасти которого вращаются благодаря кинетической энергии выхлопных газов.
3. Наддув «Comprex» — использует давления отработавших газов, непосредственно на поток воздуха поступаемого в мотор.
4. Электро наддув – его отличительной особенностью является то, что привод осуществляется электрическим мотором.
5. Комбинированный наддув – это смесь нескольких видов наддува, работающих в зависимости от нагрузки. Чаще всего это комбинация турбонаддува и механического. Первый работает на высоких оборотах, а второй на низких.

Безагрегатный наддув

Делится на:

1. Резонансный наддув (он же акустический или инерционный) работает, используя колебательные явления внутри трубопровода.
2. Динамический наддув (он же пассивный или скоростной) рост давления осуществляется воздухозаборниками  специальной формы исключительно на высокой скорости. На низких скоростях этот вид наддува совершенно бесполезен.
3. Рефрижерационный наддув использует энергию испаряющегося топлива в воздухе. Характеризуется наличием жидкости с низкой температурой кипения и большим высокой температурой пара. Не применяется в автомобилях.

Пометка: В этой статье понятие «динамический наддув» применяется исключительно для наддува с воздухозаборниками особой формы и не относится к «резонансному».

Компрессоры прошли долгий и широкий путь в развитии авто, авиа и судостроения. За это время их конструкция менялась до неузнаваемости, появлялись новые виды, а старые и не прижившиеся забывались. Здесь я хочу вспомнить какие из них уже почти забыты.

Supercharger — механический нагнетатель

Понятие, плюсы и минусы механического нагнетателя Supercharger

Механический наддув – это процесс увеличения давление некой смеси на впуске двигателя для повышения массы горючей смеси в цилиндре для  увеличения мощности относительно единицы объема двигателя.

Supercharger (cуперчарджер) также известный как компрессор Рутса — это механический нагнетатель использующий для собственного привода энергию коленчатого вала. Он является основным элементом механического наддува.

Главным функциональным плюсом cуперчарджера является то что он может закачивать воздух на минимальных оборотах, абсолютно без задержки, при этом рост силы наддува строго пропорционален оборотам двигателя.

Главным же минусом cуперчарджера является то что он обирает часть мощности двигателя на собственный привод.

На данный момент  механические нагнетатели практически не используются. Их место заменили турбонагнетатели (турбокомпрессоры). За редким исключением их продалжают устанавливают на легковые автомобили, если необходимо сделать разбег по мощности, дабы не изменять конструкции двигателя.

В среднем применение механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%, а крутящего момента на 30%. При этом механический нагнетатель отличают существенные потери мощности двигателя из-за затрат энергии на его привод. В разных механических нагнетателях они могут составлять до 30%.

Виды конструкций механического нагнетателя делятся в зависимости от типа привода.

1. Прямое  крепление нагнетателя к фланцу коленчатого вала называют прямым приводом;
2.  Ременной привод – характеризуется различными вида привода при помощи ремней. Делится на:
3. Зубчатый   
   • Клиновой
   • Плоский
4. Зубчатая передача  через цилиндрический редуктор
5. Цепной привод;
6. Электрический привод подразумевает под собой использования для привода электродвигателя.

Данный вид привода естественно является наиболее энерго-затратным и требует большей мощности для аккумуляторов, но при этом он не снижает мощности двигателя.

Механический нагнетатель можно условно  поделить на такие виды как:

1. Объемные
   • Кулачковый – Roots, Eaton (Рутс, Итон)
   • Винтовой — Lysholm
2. Центробежные

Объемные нагнетатели

Объемные нагнетатели  получили свое название из-за того что принцип их работы заключается в простой перекачке определенного объема воздуха без сжатия.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым первым и от того самым старым и проверенным типом наддува. Его история развития стартовала 1859 году с работы двух талантливых братьев под фамилией Рутс (Roots). Изначально его использовали как промышленный вентилятор для продувки помещений. Чуть позже он получил широкое применение из-за своей простоты. Две помещенные в общий кожух прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, при этом перекачивая определенный объем воздуха от впускного до выпускного коллектора.

Спустя 90 лет другому американскому ученому Итону пришло в голову, как  можно усовершенствовать конструкцию. Прямозубые шестерни заменили на косозубые роторы, и воздух стал перемещаться вдоль, а не поперек как это было раньше. С того времени усовершенствование нагнетателей этого типа идет по пути увеличения количества зубчатых лопаток (косозубых роторов). В первоначальной модели Итона «Eaton» их было две, а теперь сложно встретить меньше четырех. Основными функциональными недостатками нагнетателей типа Рутс является:

1. Неравномерная пульсационная подача воздуха создающие периодический недостаток давления. Увеличение количества зубчатых-лопастей и  изменение формы впускного и выпускного окна компрессора на треугольное, позволяет свести этот недостаток к минимуму.  К тому же эти конструктивные решения помогают сделать работу компрессоров Рутса намного тише и равномернее.
2.  Во время выдавливания несжатого воздуха в трубопровод где находиться сжатый воздух, создается турбулентность, которая способствует росту температуры заряда воздуха. Это отрицательно сказывается на производительности ухудшая показатели калорийности топливной смеси из-за менее  полного сгорания. Данная проблема коленчатых компрессоров решается установкой инкулера.

Развитие машиностроение позволило полностью оценить плюсы и минусы нагнетателей Рутса и  получить из них максимум производительности.

Плюсы компрессоров Рутс:

1. Компактность
2. Простота конструкции
3. Долговечность
4. Эффективность на малых оборотах
5. Низкий уровень шума

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (Lysholm) также как и компрессор «Рутса» относится к объемно-роторным нагнетателям и в своей работе использует те же принципы, но в отличии от своего более раннего коллеги рабочую нагрузку в нем исполняют пара роторов с взаимодополняющими профилями. На английском винтовой нагнетатель называют Lysholm  в честь его изобретателя Альфреда Лисхольма, который в 1936 году изготовил и запатентовал на него права.

Принцип работы компрессора Lysholm

• Начиная встречное взаимное движение, пара роторов захватывает воздух.
• Вдоль роторов воздух порциями проталкивается вперед попутно сжимаясь.

Следовательно, на выпуске окна компрессора не возникает турбулентности, как у компрессоров «Рутса». Это является главным отличием от роторно-шестеренчатых нагнетателей. Подобная схема работы обеспечивает стабильно высокую эффективность на всех уровнях нагрузки.

Плюсы компрессоров «Лисхольм»:

1. Высокий КПД (70%)
2. Надежность
3. Компактная конструкция
4. Низкий уровень шума.

 

Главным и единственным минусом компрессоров «Лисхольм» является очень слона форма роторов, из-за чего их производство является очень затратным и как следствие сам компрессор очень дорогой. Поэтому он не встречается в серийных авто и его производят очень мало компаний.

Центробежный нагнетатель

ентробежный нагнетатель получил на данный момент наиболее широкое применение среди всех механических нагнетателей. Главным образом его, используют в компоновке турбонаддува и реже как самостоятельное устройство наддува. Центробежный нагнетатель аналогичен турбонаддуву в плане нагнетания воздуха. Его основной деталью, как и у турбокомпрессора  является крыльчатка. У этой детали весьма сложная в исполнении конусообразная форма и от того насколько правильно она спроектирована и сделана зависит КПД всего нагнетателя.

Принцип действия центробежного нагнетателя:

1. Воздух проходит по воздушному сужающемуся каналу  и раскручивает лопасти крыльчатки.
2. Раскрученные лопасти, ведомые центробежной силой, отбрасывают воздух на периферию кожуха.
3. Там установлен диффузор, снижающий потери давления. Порой он имеет лопатки с регулируемым углом атаки.
4. Через диффузор воздух выталкивается в воздушный окружающий туннель (иначе воздухосборник) в форме улитки. Данная форма не случайна. Поток воздуха движется по каналу, который изначально был узким, а под конец стал широким, тем самым меняется скорость и давление воздушной массы на необходимые.

Главный недостаток  центробежного компрессора связан с базовым принципом, который приводит его в действие. Для работы ему необходимо огромная скорость вращения крыльчатки. Давление производимое компрессором равно квадрату скорости крыльчатки. Поэтому базовая скорость компрессора начинается от 40 тысяч оборотов за минуту и может достигать 200 тысяч. Понятно что для разгона на такую скорость ремень привода должен работать крайне быстро. Из-за чего от работы этого наддува появляется очень сильный шум и детали подвергаются быстрому износу. Частично проблема шума решается установкой дополнительного мультипликатора, при этом теряя часть КПД механического нагнетателя.

Огромная нагрузка накладывает высокие требования на качество материалов и точность обработки деталей нагнетателя.

К еще одному минусу данного механического нагнетателя можно отнести его инерционное действие, проявляющий себя в отставании срабатывании. На малых оборотах его эффективность ничтожна, но при увеличении оборотов происходит быстрый скачек в мощности. Из-за данной особенности центробежный нагнетатель устанавливают на машины, где требуется высокая мощность и скорость, взамен интенсивности разгона.

Плюсы центробежного нагнетателя:

Низкая цена и простота установки центробежного нагнетателя сделали его очень популярным среди автолюбителей.

Минусы центробежного нагнетателя:

Повышенный износ, шум и эффективность прибавки мощности исключительно на высоких оборотах.

Спиральные компрессоры (нагнетатели)

Леон Креукс в 1905 году подал заявку на патент для создания паровой машины, которая в процессе 10 лет доработки превратилась в компрессор с двумя спиральными витками, восьмью струями вместо четырех, внешней и внутренней камерой расположенными по бокам с разворотом в 180 градусов. Но на тот момент думать о массовом производстве компрессоров было очень рано. Не было материалов способных выдержать рабочую температуру и оборудования для точной обработки деталей. Последнее является решающим фактором, поскольку любая погрешность в изготовлении деталей, качестве или структуре поверхности могла привести к значительной потери КПД, быстрой поломке всего двигателя и нагнетателя в частности. Из-за этого его применение в машиностроении началось гораздо позднее.

Компания «Volkswagen» в середине 80-х годов начала активно экспериментировать с необычными спиральными компрессорами наиболее известными как G-lader устанавливая их на модели «Golf», «Passat», «Polo», «Carrado». Хотя сейчас это направление ею уже свёрнуто, работа инженеров VW в нем никогда не будет забыта. Их наработки продолжает использовать ряд (преимущественно немецких) производителей устанавливая спиральные компрессоры в свои авто.

Преимущества спирального компрессора:

1. Высокий КПД -76%
2. Хорошие уплотнения и как следствие хорошая отдача на малых оборотах.
3. Низки уровень шума

Поршневые компрессоры

Одна из самых распространённых схем среди обычных воздушных компрессоров является поршневые компрессоры (нагнетатели). На данный момент они совершенно не используются в автомобиле строении, в отличие от судоходства, где устанавливаются почти на все крупные судна. Основным действующим элементом поршневого компрессора как это ни странно звучит, является поршень. При движении в нижнюю мертвую точку (НМТ) он выталкивает весь находящейся под ним сжатый воздух.

Шиберные (лопастные) компрессоры (нагнетатели также известные как ротационно пластинчатые компрессоры)

 

 

Говоря о незаслуженно забытых видах компрессорах, стоит обязательно упомянуть шиберные (лопастные) компрессоры – прекрасные в своей простоте конструкции и принципе действия апараты.
Устройство лопастного компрессора

В корпусе компрессора находится ротор чей размер составляет ¾ от внутреннего размера корпуса. Он смещен в одну из сторон относительно середины пары отверстий растянутых по всей длине цилиндра. На роторе нанесены несколько продольных канавок, в которые помещены лопатки. При вращении ротора воздух сначала засасывается в одну из долей (промежуток между лопатками), в момент когда лопасти выдвигаются  повинуясь центробежной силе, а затем сжимаются по пути подхода к выпускному отвествию.

Плюсы лопастного компрессора (нагнетателя)

Качественно изготовленные лопастные компрессоры могут создавать весьма и весьма большое давление. Если сравнивать их с теме же компрессорами Рутс  у них на 50% больше мощности, меньше шумность, выше КПД, меньше потери воздуха и его температура. К тому же они меньше отбирают мощности двигателя.

Минусы лопастного компрессора

Из-за свой конструкции лопастной компрессор имеет огромную фрикционную нагрузку между корпусом и шиберами (лопастями). Со временем  эксплуатации нагнетателя, увеличивался износ и потери воздуха, КПД существенно уменьшалось. Из-за этого лопастные компрессоры приходилось делали габаритными и низкооборотными. Что являлось недопустимо для развития машиностроения. О них стали отказывается и по не многу забывать. По пришествию долгих лет металлообрабатывающая отрасль шагнула далеко вперед. Появились новые материалы и технологии высоко-точной обработки, конструкторы стали задумывается о применении старых технических решений, которые ранее не нашли применения в жизни. Возможно, в скором будущем лопастные компрессоры вернутся в массовое производство.

В погоне за мощностью: Нагнетатели

Другая проблема — в предельном максимальном давлении, которое могут выдержать автомобильные двигатели. Хорошие моторы позволяют поднимать давление во впускном коллекторе в 1,6−1,7 раза, а компрессоры запросто усиливают давление в 2,7 раза. Чтобы избежать повышенного давления, приходится ставить перепускные клапана для ограничения максимального давления.

Само собой разумеется, повышение давления на входе ведет к повышению давления в цилиндрах. Но современные автомобильные двигатели уже подошли к пределу. Степень сжатия в последних моторах Mercedes достигла 10−10,5 раз, а в Porsche — 11−11,5 раз. При большем сжатии даже высокооктановый бензин перестает гореть и начинает детонировать — взрываться. Выход — либо применять специальные гипероктановые топлива, имеющие степень сжатия 17−18, на основе метанола или нитрометана, либо ставить моторы, изначально имеющие низкую степень сжатия — 8−8,5. Это, кстати, объясняет, почему ставить нагнетатели на ультрасовременные двигатели бессмысленно.

В заводских условиях проще всего ставить именно турбонаддув — больше выигрыш в мощности, менее сложная конструкция, более простая регулировка. В механических нагнетателях добавляются проблемы с размыкателями на холостых оборотах, системами управления компрессора, вариатором и т. д. Хотя некоторых это не пугает — за возможность иметь ровную тягу во всех диапазонах некоторые компании идут на усложнение конструкции и ставят механические нагнетатели — например, Mercedes, Jaguar, Land Rover. Но это, скорее, исключение. Гораздо чаще на мощных машинах можно увидеть слово «Turbo».

Другое дело — тюнинг. Здесь побоку повышенный расход топлива, повышенная токсичность и холостой ход, главное — дополнительная мощность. Тюнинговый наддув двигателей — это царство механических нагнетателей и устаревших многолитровых моторов. И то и другое, само собой разумеется, американское.

С лучших современных двигателей, например с 2,2-литрового турбодвигателя Porsche, конструкторы умудряются снимать по 160 л.с. с литра. Классический 5,4-литровый двигатель GM выдает 70 л.с. с литра. Добавление дополнительных 50−100 л.с. на литр не приведет к летальным последствиям для такого мотора, в отличие от «европейца». Осталась сущая безделица — найти свободное место под капотом и купить за

$35 тыс. готовый набор для установки нагнетателя.

Механический и газотурбинный наддув воздуха в ДВС

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.

Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.

Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и GeneralMotors. Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.

Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «doublescrew» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку. Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.

Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе. Центробежные нагнетатели страдают аналогичным, хотя и менее заметным инерционным пороком, но есть и еще одна важная особенность. Фактически величина производимого давления пропорциональна квадрату скорости компрессорного колеса. Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере люб ительского тюнинга.

Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува. При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

 

 

Газотурбинный наддув

Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от «турбо». Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов.К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую экономичность мотора. Естественно, для работы двигателя, мощность которого возросла за счет применения турбонаддува, требуется больше топлива, чем для аналогичного безнаддувного мотора меньшей мощности. Ведь наполнение цилиндров воздухом улучшают, как мы помним, для того, чтобы сжечь в них большее количество топлива. Но массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного ТК, всегда ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува. Турбонаддув дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем в случае применения «атмосферного» двигателя. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи. Дизели существенно лучше приспособлены к наддуву вообще, и к турбонаддуву в частности. В отличие от бензиновых моторов, в которых давление наддува ограничивается опасностью возникновения детонации, им такое явление неведомо. Дизель можно наддувать вплоть до достижения предельных механических нагрузок в его механизмах. К тому же отсутствие дросселирования воздуха на впуске и высокая степень сжатия обеспечивают большее давление отработавших газов и их меньшую температуру в сравнении с бензиновыми моторами. В общем, как раз то, что нужно для применения турбокомпрессора. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» (по-английски «turbo-lag») — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Вам нужно резко ускориться — вдавливаете педаль газа в пол, а двигатель некоторое время «думает» и лишь потом подхватывает. Объяснение простое — требуется время, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя — и наконец, «пойдет» воздух. Избавиться от указанных недостатков конструкторы пытаются разными способами. В первую очередь, снижением массы вращающихся деталей турбины и компрессора. Ротор современного турбокомпрессора настолько мал, что легко умещается на ладони. Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Основная сложность при этом- высокая температура отработавших газов. Металлокерамический ротор турбины примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Однако достойно удивления не применение керамики — подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен! Избавиться от недостатков турбокомпрессора позволяет не только уменьшение инерционности ротора, но и применение дополнительных, иногда довольно сложных схем управления давлением наддува. Основные задачи при этом — уменьшение давления при высоких оборотах двигателя и повышение его при низких. Полностью решить все проблемы можно использованием турбины с изменяемой геометрией (VariableNozzleTurbine), например, с подвижными (поворотными) лопатками , параметры которой можно менять в широких пределах. Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува. При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув.

Механический нагнетатель — АвтоКлуб39ру

Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) построена на том, что топливо должно быть замешено с необходимым количеством окислителя, т. е. кислорода. Это обеспечит полное и эффективное сгорание горючей смеси и позволит достичь максимально возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность. Кислорода в воздухе по объему всего 21%, а по массе 23% (это на уровне моря, при определенных давлении и температуре). Для нормальной работы двигателя пропорции смеси топливо–воздух принимаются приблизительно 1:14,7. Если прибавить к стандартному давлению в одну атмосферу, к примеру, еще одну, то получим в 2 раза больше воздуха, а значит, и кислорода, поступающего в цилиндры. Стало быть, мы должны получить от мотора в 2 раза больше мощности. Двигатель объемом 1,5 л при давлении наддува чуть более атмосферы практически эквивалентен трехлитровому «атмосфернику». Это, конечно, грубая арифметика, но идея именно такова. И, кстати говоря, такой прирост отнюдь не предел.

Можно пойти по пути увеличения объема моторов. Больше рабочий объем цилиндра – больше топливовоздушной смеси со всеми вытекающими отсюда последствиями. Так делали американские производители. Огромные, высокообъемные моторы с неимоверным потреблением горючего, но впечатляющим крутящим моментом. В Европе, и особенно в Японии, делали маленькие, компактные и экономичные двигатели. Но мощность, тем не менее, была также востребована покупателями автомобилей. Наверное, это была одна из причин, почему именно на старом континенте появились первые разработки нагнетателей.

История

В качестве первопроходцев, разработавших автомобильные двигатели с наддувом, можно упомянуть такие компании, как Mercedes-Daimler, Fiat, Sunbeam, Alfa Romeo. Сама идея принудительного нагнетания воздуха в цилиндры была предложена вскоре после изобретения самого ДВС. Уже в 1885 г. Готтлиб Даймлер получил немецкий патент на нагнетатель. Идея заключалась в том, что некий внешний вентилятор, насос или компрессор нагнетает в двигатель увеличенный заряд воздуха. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя. Было выпущено некоторое количество автомобилей, но затем все работы в данном направлении свернули. 

Принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи еще в 1905 г., но и здесь технологии того времени притормозили внедрение подобных устройств. Братья Рутс разработали объемный нагнетатель еще в 1859 г. Эти роторно-шестеренчатые компрессоры теперь так и называются – компрессоры типа «roots». На автомобилях устройства подобного типа появились в 20-е годы прошлого века благодаря компании Mercedes. Винтовой компрессор был разработан в 1936 г. Патент получил Альф Лисхолм (Alf Lysholm) – главный инженер SRM (Svenska Rotor Maskiner AB). 

Тогдашний уровень развития технологий не способствовал распространению подобных устройств, но сейчас они довольно популярны. Были и другие типы нагнетателей. Со временем они естественным образом разделились на механические (с приводом от коленвала или другим способом) и турбо (с приводом от выхлопной системы). Последние, хоть и имеют общие корни и назначение, все же довольно обособленная ветвь развития нагнетателей. Далее в этой статье речь пойдет о нескольких основных типах механических нагнетателей.

Центробежный нагнетатель

Подобные нагнетатели в тюнинге получили в настоящее время наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом. 

Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки (порой с регулировкой угла атаки), призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму (воздухосборник, описывая окружность, постепенно расширяется в диаметре). Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой». 

В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к цифре 200 тыс. об/мин. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Хотя многим именно этот характерный свист греет душу. Появились даже обманки, имитирующие звучание работающей турбины. Проблема шумности и ресурса элементов привода частично снимается введением дополнительного мультипликатора. 

Здесь стоит упомянуть интересное решение компании Powerdyne. Внутри единого корпуса нагнетателя располагается дополнительная повышающая ременная передача. Она не требует обслуживания, смазки и рассчитана на пробег более 80 тыс. км. Это позволяет уменьшить передаточное число внешней, основной ременной передачи, чем снизить ее рабочие нагрузки. 

Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления (учитывая огромные нагрузки от центробежных сил). К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей. И еще одно замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

Как было отмечено выше, центробежные нагнетатели очень популярны. Сравнительно низкая цена и, самое главное, простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие, более дорогие и сложные типы. Особенно в сфере тюнинга. В настоящее время центробежные нагнетатели производятся рядом компаний. Вот

лишь самые известные из них: Paxton Automotive, Powerdyne Automotive, ATI ProCharger, RK Sport, Vortech. Нагнетатели большинства производителей доступны и у нас, в России.

ROOTS

Компрессоры типа «рутс» относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и более всего напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями. Между самими роторами и корпусом поддерживается небольшой зазор. Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием. Воздух как бы зачерпывается кулачками (попадая в пространство между роторами и корпусом) и выжимается в нагнетательный трубопровод.

Главным минусом такого способа нагнетания является то, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. Как бы точно ни были выполнены детали компрессора, с ростом давления в нагнетательном трубопроводе увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД ощутимо снижается. Увеличивая скорость вращения роторов, можно несколько снизить утечки воздуха, но это возможно лишь до определенных пределов. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя. Чтобы повысить давление наддува, применялись конструкции с двумя и более ступенями. Они позволяли поднять итоговые значения давления в 2, 3 раза и больше. Но в силу того, что эти компрессоры теряли одно из своих главных преимуществ – компактность, такие многоярусные конструкции не прижились.

Еще один существенный недостаток. В компрессорах подобного типа при выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами (особое устройство для охлаждения воздуха). Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет несколько иную тональность. Но, в отличие от последних, работа роторно-шестеренчатых нагнетателей сопровождается пульсациями давления. Происходит это по причине неравномерности подачи воздуха. Для снижения шума и амплитуды пульсаций последнее время наибольшее распространение получили трехзубчатые роторы спиральной формы. Кроме того, для тех же целей впускное и выпускное окно компрессора делают треугольным. Эти конструктивные ухищрения позволяют добиться того, что такие компрессоры работают достаточно тихо и равномерно.

В настоящее время современные технологические возможности вывели подобные компрессоры на очень высокий уровень производительности. Такие автогиганты, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors, устанавливают на некоторые свои автомобили механические нагнетатели именно рутс-типа. Тому есть несколько причин. В первую очередь объемные нагнетатели, в отличие от центробежных, эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для дрегрейсинга, где ценится прежде всего именно динамика разгона. 

Другой важный плюс – относительная простота конструкции. Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность в изготовлении и установке, а значит, и высокая цена (относительно центробежных) несколько снизили их рыночную популярность. Если не считать перечисленных выше производителей, для вторичного рынка подобные нагнетатели производит несколько компаний. Вот

некоторые из них: Jackson Racing, Kenne Bell Superchargers, Magna Charger. Отдельно стоит отметить компанию Eaton Automotive. Именно она является, что называется, локомотивом раскрутки нагнетателей рутс-типа. Кстати, это ее компрессоры и устанавливаются на двигатели Ford и GM. В России такие нагнетатели в силу дороговизны не столь популярны, но, по крайней мере, пара марок представлены и у нас.

Винтовые компрессоры или объемные нагнетатели типа Лисхольм

По имени отца-основателя эти компрессоры иногда называют объемными нагнетателями типа Лисхольм. Они несколько напоминают рутс-компрессоры с роторами спиральной формы, но более всего эта конструкция похожа на мясорубку. С одним лишь отличием: шнек не один, их два, и они особым образом входят в зацепление, имея взаимодополняющие профили. Два ротора («папа» и «мама»), захватывая поступающий воздух, начинают взаимное встречное вращение. Порция воздуха проталкивается вперед, как мясо вдоль шнека мясорубки. Роторы имеют между собой чрезвычайно малые зазоры. Это обеспечивает высокую эффективность и довольно малые потери. Основное отличие винтового компрессора от объемных роторно-шестеренчатых нагнетателей – наличие внутреннего сжатия. Это обеспечивает им высокую эффективность нагнетания практически на всей шкале оборотов двигателя. Для достижения больших значений давления может потребоваться охлаждение корпуса компрессора. Зато при стандартных, не экстремально больших давлениях наддува воздух нагревается не столь сильно, как в рутс-компрессорах.

Еще плюсы: высокая эффективность, надежность и компактная конструкция. Кроме того, винтовые компрессоры довольно тихие. Работают они почти «шепотом» (разумеется, при правильном, точном проектировании и изготовлении). Вот тут-то и кроется, возможно, единственный их минус. Дело в том, что такие компрессоры довольно сложны в производстве и, как следствие, дороги. По этой причине они практически не встречаются в массовом автомобильном производстве. По той же причине и компаний, производящих эти прогрессивные нагнетатели, не так много. Мне удалось найти из серьезных производителей лишь два бренда: Comptech Sport и Whipple Superchargers. Подобные устройства выпускают также некоторые западные тюнинговые ателье – например, Kleemann, AMG. Самое интересное то, что такие совсем недешевые нагнетатели можно найти и у нас.

Шиберные или лопастные нагнетатели

Я просто обязан упомянуть, на мой взгляд, незаслуженно забытые шиберные, или лопастные, нагнетатели. Это были довольно простые по конструкции и принципу действия машины. Представьте себе цилиндрический корпус с двумя отверстиями, как правило, растянутыми во всю длину цилиндра и находящимися на одной его стороне, т. е. не строго друг против друга. Внутри корпуса находится ротор диаметром примерно в три четверти от внутреннего диаметра корпуса. Ротор смещен к одной из сторон корпуса, примерно посредине отверстий. В роторе несколько продольных канавок, в которых находятся шиберы (лопатки). При вращении ротора благодаря заложенному конструкцией эксцентриситету и шиберам, выдвигающимся за счет центробежных сил, воздух сперва всасывается в одну из долей, образованных парой соседних лопаток, а затем сжимается до момента подхода к выпускному отверстию.

Будучи качественно изготовленными, такие компрессоры нагнетали довольно большое давление. В сравнении с рутс-компрессорами они обладали более высоким КПД, меньше пропускали воздуха, практически не нагревали его и были менее шумными. Да и мощности двигателя они отнимали меньше. Более того, при правильном конструктиве шиберный нагнетатель может быть практически на 50% более производительным, нежели рутс-компрессор. В силу своей конструкции самой большой проблемой шиберных машин были высокие фрикционные нагрузки между шиберами и корпусом. По мере износа КПД компрессора заметно падал из-за увеличения протечек воздуха. В связи с этой проблемой шиберные компрессоры делали низкооборотистыми, но довольно габаритными. Странно, но на то время это стало практически непреодолимой проблемой, и шиберные компрессоры были забыты. Правда, мне удалось найти патенты на ряд конструктивных решений, которые могут возродить шиберные насосы, и, если это произойдет, они по сумме характеристик способны не просто потеснить, но и практически монополизировать рынок компрессоров. Автомобильных в том числе.

Прочие типы

В 80-х годах прошлого столетия компания Volkswagen экспериментировала с довольно необычными спиральными нагнетателями. В автомобильном применении они более известны как G-Lader. Сейчас это направление компанией VW свернуто. Однако еще можно встретить автомобили Golf, Passat и Corrado с такими нагнетающими устройствами, и, кроме того, ряд фирм (преимущественно немецких) продолжают производить такие компрессоры. Поршневые нагнетатели, самая распространенная схема обычных воздушных компрессоров в настоящее время, в автомобилях не прижились совсем. А вот на судовых моторах они использовались достаточно широко. 

Интересен метод нагнетания подпоршневым насосом. Здесь в качестве нагнетателя используется сам поршень, который при движении к НМТ (нижняя мертвая точка) выталкивает находящийся под ним воздух. Интересен тот факт, что изначально знаменитый роторный двигатель Ванкеля был спроектирован как нагнетатель. И, между прочим, некоторое время с успехом использовался в данном качестве. Существуют и так называемые осевые компрессоры. Движение воздуха в них осуществляется в осевом направлении. 

Сейчас можно встретить электрические «воздуходувки», построенные по этому принципу. Один или пара последовательных либо параллельных вентиляторов с моторчиком, будучи установленными в воздушном тракте, проталкивают воздух вдоль себя назад, в фильтр или уже после него во впускной коллектор. Некоторые производители подобных изделий заявляют о 20 л. с. и более прибавки мощности. Не буду утверждать обратного, но, если эти устройства преодолевают хотя бы сопротивление фильтрующих элементов, эффект уже неплохой. 

Другое интересное решение, которое фактически не является искусственным методом нагнетания воздуха, – система резонансного наддува. Идея основана на том факте, что для лучшего наполнения цилиндров необходимо обеспечить избыточное давление перед впускным клапаном непосредственно в момент его открытия. А стало быть, нужно просто «оседлать» волну сжатия, а именно так ведет себя воздух во впускном коллекторе при работе двигателя: чередование приливов и отливов. С изменением оборотов амплитуда этих колебаний меняется. И для того, чтобы «поймать» волну, нужно менять длину впускного коллектора. Поначалу пошли по довольно примитивному по смыслу, но довольно сложному по воплощению пути: несколько воздуховодов разной длины и клапана, открывающие тот или иной канал. В настоящее время эта идея нашла свое логическое воплощение в устройствах впускного коллектора переменной длины. Например, компания BMW применяет устройство, которое обеспечивает изменение длины впускного тракта. Разумеется, это не полноценная замена наддуву, но определенная выгода от этого есть. И энергии мотора на такой «нагнетатель» практически не тратится.

Выводы

Многие считают, что использование нагнетателей может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Это и так, и не так. Во всем нужна мера. Начать с того, что, как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя. С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними. В особенности, учитывая более серьезные тепловые нагрузки в камере сгорания, проявляющиеся у наддувных моторов.

При использовании нагнетателей температура оказывает и вполне фундаментальное воздействие. Физику не обманешь. Так уж выходит, что сжатие воздуха всегда сопряжено с повышением его температуры. В некоторых компрессорах это повышение не столь существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя (за счет снижения противодавления) воздух необходимо охлаждать. 

Но еще более важна другая проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв. Дабы избежать подобных проблем (а детонация может «убить» мотор довольно быстро), можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. Кроме того, следует внимательно подойти к регулировке угла опережения зажигания. При использовании нагнетателей рекомендуется изменить настройку по зажиганию. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен. На самом деле при установке наддува вопросов возникает куда больше. Установка компрессора на серийный двигатель может привести к различным результатам. И даже готовые комплекты от известных фирм не могут предусмотреть всех нюансов вашего автомобиля. В любом случае установка наддува требует высокого профессионализма инсталляторов, которые могут правильно подобрать компрессор и грамотно настроить двигатель. Тогда есть уверенность в том, что результат не приведет к нежелательным последствиям.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов.

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по твоей роте

имя другим на работе. «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с подробной информацией о Канзасе

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент, оставивший отзыв на курсе

материалов до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, P.E.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил много удовольствия «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курса.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

— «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

.

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

и онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатную викторину во время

.

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание потребовало исследований в

документ но ответы были

в наличии. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курса со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

.

курса. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

приходится путешествовать «

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

.

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от.

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теории.

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40% «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

сертификация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

хорошо организовано.

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна.

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Тщательно

и комплексное.

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернись, чтобы пройти викторину.

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях .

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Гладд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат . Спасибо за изготовление

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

.

много разные технические зоны за пределами

по своей специализации без

приходится путешествовать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Герметизация — обзор | Темы ScienceDirect

Аналитические модели

Простые физические модели пытаются представить или ограничить только доминирующие процессы, влияющие на нагрузки DCH. Их можно многократно экономно применять с различными начальными условиями и вариациями неопределенных параметров для создания вероятностного распределения нагрузок защитной оболочки.

Модель Single Cell Equilibrium (SCE) [89] [112] является полезным инструментом для расчета верхней границы увеличения давления в защитной оболочке.Он принимает весь объем защитной оболочки как единый контрольный объем, все термические и химические взаимодействия между обломками и атмосферой защитной оболочки находятся в равновесии, и потери тепла в конструкции исключаются.

Давление в защитной оболочке Δ P определяется по формуле:

ΔPP0 = ΔUU0 = 1U0∑ΔEi1 + ΨorΔP = κ − 1V (ΔEb + ΔEt + ΔEr + ΔEh3 + ΔEw) 914

00

545000 где45000

P ⁰ = Начальное давление защитной оболочки

U = Внутренняя энергия

κ = Отношение удельной теплоемкости газа

V = Объем удержания

9143

теплоемкость между рассеянными обломками и защитной атмосферой

Δ E b = Энергия пара и воды RCS Δ E t = 49 скрытой теплоты 66 Δ E r = Окисление металла Δ E h3 = Сжигание произведенного и уже существующего водорода Δ E w = парообразование (поглотитель энергии)

Эксперименты показали, что модель SCE дает слишком большое повышение давления в 2-5 раз.

Следует учитывать следующие смягчающие процессы:

•

Гидродинамические процессы, ограничивающие количество кориума, который эффективно смешивается со всей атмосферой защитной оболочки (улавливание в отсеках, пленка расплава и т. Д.)

•

Кинетические процессы, ограничивающие передачу тепловой энергии во временной шкале DCH (размер капель, поверхностные эффекты, замерзание и т. Д.)

•

Процессы, ограничивающие количество водорода, которое может быть произведено (вышеупомянутое плюс ограничение пара, равновесие государства и т. д.)

•

Процессы, ограничивающие скорость горения произведенного или уже существующего водорода (стратификация, пороговая температура, кислородное голодание и т. Д.)

•

Передача тепла конструкциям и испарение воды, действующее как поглотители тепла

Модель равновесия двух ячеек (TCE) [112] принимает во внимание большинство этих ограничивающих процессов. В частности, он рассматривает тепловые и химические взаимодействия отдельно в двух разных местах, полость плюс отсеки и купол, и ограничивает взаимодействия, применяя времена взаимодействия через процессы потока.Все процессы DCH определены в двух объемах, где Δ U = Δ U ₁ + Δ U ₂ . Индивидуальные вклады выражаются как произведение КПД и максимального изменения внутренней энергии на основе модели с одной ячейкой:

ΔU = (η1 + η2) undefinedΔUSingleCell, и тогда давление составляет ΔPPo = (η1 + η2) [ΔPPo] SingleCell

Эффективность учитывает доминирующие смягчающие эффекты раздробленности и несогласованности рассеивания и продувки.Количество продувочного пара, участвующего в DCH, ограничено коэффициентом согласованности (см. Раздел 3.2.6). Рассеивание обломков разделяется в соответствии с отношением поперечных сечений потока к этим объемам. Выделение энергии в небольших объемах ограничивается достижением температурного равновесия между обломками и атмосферой быстрее, чем в больших объемах. Модель требует в качестве входных корреляций для долей расплава, выброшенного и диспергированного из полости реактора, и времени когерентности. Модель TCE была проверена на экспериментах и ​​применялась для анализа растений.Лучше всего он работал для «закрытых» полостей заводов Westinghouse, но показал расхождения в тестах, в которых в полости была реактивная атмосфера или вода. Следует соблюдать осторожность, если он применяется к другим геометрическим формам.

Модель с ограниченным конвекционным нагревом (CLCH) [113] последовательно рассматривает гидродинамические, тепловые и химические процессы в корпусе реактора, полости и защитной оболочке и ограничивает взаимодействия, применяя времена взаимодействия через процессы потока, аналогично модель ТВК.Модель состоит из девяти простых уравнений, которые можно представить в безразмерной форме. Решение, то есть увеличение давления, можно выразить как функцию восьми независимых безразмерных групп:

ΔPPo = f [P0, vPo, VmV, T0, vT, MZrMtotal, MssMtotal, mh3, vmtotal, v, mh3, cmtotal, c, τmτs]

с отношениями: (1) начального давления пара в системе первого контура к защитной оболочке, (2) объема расплава к объему защитной оболочки, (3) начальной температуры пара к температуре атмосферы защитной оболочки, (4) циркония массовая доля, (5) массовая доля стали, (6) мольная доля водорода в паре, (7) мольная доля водорода в защитной оболочке и (8) время диспергирования расплава / продувки водяным паром.Неизвестный параметр № 8 должен быть получен экспериментально. Модель — хороший инструмент для анализа влияния различных параметров. Все результаты достигают асимптотики при τ _м / τ _с ~ 1, с ΔP / P _o ~ 3; подразумевая, таким образом, что для сионоподобной геометрии давление DCH в защитной оболочке будет ограничено до трехкратного значения давления, преобладающего до события HPME. Модель CLCH ограничена геометрией, подобной Сиону.

(PDF) Решение проблем с эффектом стеклопакетов в многоэтажном офисном здании с помощью механического повышения давления

Sustainability 2017,9, 1731 15 из 15

2.

Oropeza-Perez, I .; Остергаард, П.А. Потенциал энергосбережения при использовании естественной вентиляции в теплых условиях

— пример Мексики. Прил. Энергия 2014,130, 20–32. [CrossRef]

3.

Lovatt, J.E .; Уилсон, А.Г. Эффект стека в высоких зданиях; Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха

, Inc.: Атланта, Джорджия, США, 1994; С. 420–431.

4.

Тамура, Г.Т. Распространение и контроль дыма в многоэтажных зданиях; Национальная ассоциация противопожарной защиты: Куинси,

Массачусетс, США, 1994.

5.

Klote, J.H .; Эванс, Д.Х. Руководство по борьбе с задымлением в IBC 2006 г .; Совет по международному кодексу: Вашингтон,

, округ Колумбия, США, 2007.

6.

Hayakaya, S .; Тогари, С. Исследование эффекта стека высоких офисных зданий (Часть 1). J. Archit. Inst. Jpn.

1988

, 387,

42–52.

7.

Jo, J.H .; Lim, J.H .; Песня, С.Ю .; Yeo, M.S .; Ким, К. Характеристики распределения давления и решение

проблем, вызванных эффектом трубы в многоэтажных жилых домах.Строить. Environ.

2007

, 42, 263–277.

[CrossRef]

8. Lstiburek, J.W. Понимание воздушных преград. ASHRAE J. 2005, 47, 24–30.

9.

Yu, J.Y .; Cho, D.W .; Песня, К. Тематические исследования альтернативных вариантов проектирования для сведения к минимуму проблем с эффектом стека в высотных зданиях

. In Proceedings of the BUEE 2006, Токио, Япония, 10–13 июля 2006 г .; С. 415–420.

10.

Yu, J.Y .; Cho, D.W .; Песня, К. Методика проектирования для уменьшения проблем с эффектом стеклопакетов в высотном комплексе

Здание.В материалах 11-й Международной конференции по качеству воздуха в помещениях и климату,

Копенгаген, Дания, 17–22 августа 2008 г .; п. 773.

11.

Tamura, G.T .; Уилсон, А.Г. Строительные давления, вызываемые дымоходом и механической вентиляцией.

ASHRAE Trans. 1967,73, 2.2.1–2.2.12.

12. Tamblyn, R.T. Решение проблем с давлением воздуха в высотных зданиях. ASHRAE Trans. 1991, 97, 824–827.

13.

ASHRAE. Полевая проверка проблем, вызванных эффектом стека в высотных зданиях; Исследовательский проект ASHRAE

Отчет RP-661; Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха: Атланта, Джорджия,

США, 1993.

14. Росс, Д.Э. Руководство по проектированию HVAC для высоких коммерческих зданий; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 2004.

15. Tamblyn, R.T. Системные эффекты HVAC для высотных зданий. ASHRAE Trans. 1993, 99, 789–792.

16. Klote, J.H. Руководство ASHRAE Design для контроля дыма. Огненный саф. J. 1984,7, 93–98. [CrossRef]

17. ASHRAE. Справочник ASHRAE 2009 г. «Основы»; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 2009.

18. Шмидт, В. Герметизация лестничной клетки и шахты лифта. Огненный саф. Дж.1984,7, 115–116. [CrossRef]

19.

Miller, R.S .; Бизли Д. О наддуве лестничных клеток и лифтовых шахт для контроля дыма в высотных зданиях.

Сборка. Environ. 2009,44, 1306–1317. [CrossRef]

20.

Lee, J.H .; Песня, D.S .; Парк, Д. Исследование по разработке и применению системы охлаждения E / V вала

для уменьшения эффекта дымовой трубы в высотных зданиях. Строить. Environ. 2010, 45, 311–319. [CrossRef]

21. Klote, J.H.; Милке, Дж. Принцип управления дымом; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 2002.

22.

Klote, J.H. NISTIR 4588: Общая процедура анализа эффекта стека; NIST, Министерство торговли США:

Гейтерсбург, Мэриленд, США, 1991.

23. NRC-CNRC. Национальный строительный кодекс Канады; NRC-CNRC: Оттава, Онтарио, Канада, 2005.

24.

Lstiburek, J.W. Многосемейные здания: управление воздушными потоками, обусловленными эффектами стека. ASHRAE J.

2005

, 47, 30–39.

25.

Dols, W.S .; Уолтон, Г. NISTIR 7251-CONTAM Руководство пользователя и документация по программе; Национальный институт стандартов и технологий

: Гейтерсбург, Мэриленд, США, 2013.

26. ASHRAE. Справочник ASHRAE 1997 г. Основы; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 1997.

27.

Министерство земли, инфраструктуры и транспорта. Стандарт энергосберегающего проектирования зданий; Министерство земли,

Инфраструктура и транспорт: Седжонг-си, Корея, 2017.

28.ASHRAE. STD 62.1 «Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении»; ASHRAE: Atlanta, GA, USA, 2004.

29.

Tong, Z .; Chen, Y .; Малкави, А. Оценка потенциала естественной вентиляции высотных зданий с учетом метеорологии пограничного слоя

. Прил. Энергия 2017, 193, 276–286. [CrossRef]

©

2017 Авторы. Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе

, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution

(CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

Давление в будущем: основная цель механической вентиляции? | Journal of Intensive Care

1.

Bellani G, Laffey JG, Pham T., Fan E, Brochard L, Esteban A, et al. Эпидемиология, схемы оказания помощи и смертность пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом в отделениях интенсивной терапии в 50 странах. ДЖАМА. 2016; 315: 788–800.

CAS Статья Google ученый

2.

Эшбо Д., Бойд Бигелоу Д., Петти Т., Левин Б. Острый респираторный дистресс у взрослых. Ланцет. 1967; 290: 319–23.

Артикул Google ученый

3.

Fan E, Brodie D, Slutsky AS. Острый респираторный дистресс-синдром. ДЖАМА. 2018; 319: 698.

Артикул Google ученый

4.

Слуцкий А.С., Раньери ВМ. Повреждение легких, вызванное искусственной вентиляцией легких. N Engl J Med. 2013; 369: 2126–36.

CAS Статья Google ученый

5.

Fan E, Del Sorbo L, Goligher EC, Hodgson CL, Munshi L, Walkey AJ, et al. Официальное руководство по клинической практике Американского торакального общества / Европейского общества интенсивной терапии / общества реаниматологии: искусственная вентиляция легких у взрослых пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 195: 1253–63.

Артикул Google ученый

6.

Сеть острого респираторного дистресс-синдрома, Брауэр Р.Г., Маттей М.А., Моррис А., Шонфельд Д., Томпсон Б.Т. и др. Вентиляция с меньшими дыхательными объемами по сравнению с традиционными дыхательными объемами при остром повреждении легких и остром респираторном дистресс-синдроме. N Engl J Med. 2000; 342: 1301–8.

Артикул Google ученый

7.

Amato MBP, Meade MO, Slutsky AS, Brochard L, Costa ELV, Schoenfeld DA, et al. Движущая сила и выживаемость при остром респираторном дистресс-синдроме.N Engl J Med. 2015; 372: 747–55.

CAS Статья Google ученый

8.

Amato MB, Barbas CS, Medeiros DM, Magaldi RB, Schettino GP, Lorenzi-Filho G, et al. Влияние защитно-вентиляционной стратегии на смертность при остром респираторном дистресс-синдроме. N Engl J Med. 1998. 338: 347–54.

CAS Статья Google ученый

9.

Аояма Х, Петтенуццо Т., Аояма К., Пинто Р., Энглесакис М., Фан Э.Связь давления при вождении со смертностью среди пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом, находящихся на ИВЛ. Crit Care Med. 2017; 46: 1.

Google ученый

10.

Беллани Г., Грасселли Дж., Теггиа-Дроги М., Маури Т., Коппадоро А., Брошард Л. и др. Имеют ли спонтанное и механическое дыхание сходное влияние на среднее транспульмональное и альвеолярное давление? Клиническое перекрестное исследование. Crit Care. 2016; 20: 142.

Артикул Google ученый

11.

Йошида Т., Фуджино Y, Амато МБП, Кавана Б.П. Пятьдесят лет исследований в области ARDS. Самостоятельное дыхание при ИВЛ. Риски, механизмы и управление. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 195: 985–92.

Артикул Google ученый

12.

Тонетти Т., Васкес Ф., Рапетти Ф., Майоло Дж., Коллино Ф., Ромитти Ф. и др. Управляющее давление и механическая сила: новые цели для предотвращения ВИЛИ. Ann Transl Med. 2017; 5: 286.

Артикул Google ученый

13.

Чиумелло Д., Карлессо Е., Бриони М., Крессони М. Давление в дыхательных путях и стресс легких у пациентов с ОРДС. Crit Care Critical Care. 2016; 20: 1–10.

Google ученый

14.

Крессони М., Кадрингер П., Чиурацци С., Амини М., Галлацци Е., Марино А. и др. Неоднородность легких у пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом. Am J Respir Crit Care Med. 2014; 189: 149–58.

CAS PubMed Google ученый

15.

Гаттинони Л., Песенти А. Понятие «легкое младенца». Intensive Care Med. 2005. 31: 776–84.

Артикул Google ученый

16.

Гаттинони Л., Песенти А., Бомбино М., Баглиони С., Риволта М., Росси Ф. и др. Связь между компьютерной томографической плотностью легких, газообменом и PEEP при острой дыхательной недостаточности. Анестезиология. 1988; 69: 824–32.

CAS Статья Google ученый

17.

Beijers AJR, Roos AN, Bindels AJGH. Полностью автоматизированная вентиляция с замкнутым контуром безопасна и эффективна у пациентов после операции на сердце. Intensive Care Med. 2014; 40: 752–3.

Артикул Google ученый

Механические реле давления: варианты и критерии выбора (Часть 2)

Механические реле давления надежны и недороги. Благодаря разнообразию доступных опций они удовлетворяют требованиям множества различных приложений.В этом блоге приведены общие характеристики и факторы, которые следует учитывать при выборе механического реле давления. В механическом реле давления диафрагма или поршень размыкают или замыкают цепь, когда давление в среде повышается или падает до определенного значения. Каждый раз, когда давление достигает точки переключения, мембрана или поршень передает давление на микровыключатель. Контакт микровыключателя либо размыкается, чтобы размыкать цепь, либо замыкается, чтобы замыкать цепь. Регулировка нажимной пружины на месте или на заводе устанавливает точку переключения.Гистерезис микровыключателя определяет точку переключения или возврата в исходное положение реле давления. Для механических реле давления не требуется источник питания.

Что следует учитывать при выборе механического реле давления

Механические реле давления представляют собой простое и доступное решение там, где требуются одиночные переключающие контакты. Эти переключатели работают надежно, если они тщательно подобраны для удовлетворения конкретных потребностей приложения. Вот некоторые факторы, которые следует учитывать:

• Среда и температура — Среда и ее температура имеют решающее значение при определении материала корпуса, смачиваемых частей и чувствительного элемента.Механические реле давления, корпус и технологические соединения которых изготовлены из оцинкованной или нержавеющей стали, хорошо подходят для большинства применений. Нитрилбутадиеновый каучук (NBR) — хороший материал для диафрагмы для механических реле давления, работающих со средними температурами и воздухом или гидравлическим маслом. Когда в качестве среды используется вода, лучше использовать этиленпропилендиеновый мономерный каучук (EPDM). Фторсиликоновый каучук (FVMQ) выдерживает более высокие температуры.
• Давление — Мембраны хорошо работают в качестве чувствительных элементов в условиях вакуума и низкого давления.Поршни, обычно изготовленные из нержавеющей стали, лучше подходят для более высоких диапазонов давления.
• Функция переключения — Механические реле давления могут работать как нормально разомкнутые (NO), которые замыкаются при достижении точки переключения, как нормально закрытые (NC), которые размыкаются при достижении заданной точки, или как переключение на другую цепь при уменьшении или увеличении давления (однополюсный, двойной бросок или SPDT).
• Регулировка точки переключения — Точка переключения может быть предварительно определена на заводе или отрегулирована на месте.Регулируемая точка переключения рекомендуется для приложений, в которых условия системы, такие как температура и давление, меняются.
• Гистерезис — Гистерезис определяет, когда переключатель сбрасывается. Если значение сброса слишком велико, функции остаются активными слишком долго. Если значение сброса слишком мало, функция будет переключаться между состояниями.
• Другие факторы — Воспроизводимость, номинальный электрический ток и напряжение, защита от атмосферных воздействий, устойчивость к вибрации и ударам, монтаж и технологические соединения также влияют на то, какую модель использовать.

Тщательно подобранное механическое реле давления будет иметь долгий срок службы. Стандартные блоки должны работать не менее 1 миллиона циклов переключения. Более дорогие механические реле давления должны обеспечивать примерно 5 миллионов циклов переключения. Начиная со стандартного PSM01, широкий выбор механических реле давления WIKA предлагает множество опций, которые удовлетворяют требованиям большинства приложений. Эксперты WIKA помогут вам найти тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям. Эта статья является продолжением статьи Механические реле давления в мобильных машинах .

Понимание термогидромеханического повышения давления в двухфазном потоке (пар / вода) и его применения в пластах с низкой пермской крышей в проектах SAGD | Конференция SPE Canada Heavy Oil

Самотечный паровой дренаж (SAGD) — один из успешных методов термического восстановления, применяемый в нефтеносных песчаных коллекторах Альберта. При рассмотрении добычи на месте из битумных коллекторов вязкость битума должна быть уменьшена для достижения подвижности, необходимой для движения к добывающей скважине.Закачка пара в настоящее время является наиболее перспективным методом термического восстановления. Хотя методы заводнения паром оказались коммерчески жизнеспособными методами извлечения битума из битумных коллекторов, целостность покрывающих пород и риск потери паровой герметичности могут быть сложной эксплуатационной проблемой. Поскольку проницаемость пластов покрывающих пород Альбертского термального проекта низкая, вода, задержанная в порах, подвергается значительному увеличению давления во время нагрева. Кроме того, вода подвергается значительному увеличению объема, поскольку она превращается в пар, и возникающее поровое давление вызывает глубокое эффективное снижение напряжения.Как только это условие установлено, увеличение порового давления может привести к сдвиговому разрушению покрывающей породы и последующему нарушению целостности покрывающей породы или разрушению обсадной колонны. Обычно считается, что покрывающие породы с низкой проницаемостью препятствуют передаче порового давления от коллектора, делая их более устойчивыми к разрушению при сдвиге (Collins, 2005, 2007). В случаях «термогидромеханического нагнетания давления» покрывающие породы с низкой проницаемостью не всегда оказываются более стойкими. Когда паровая камера поднимается в верхний порог, нагретые поровые флюиды могут превратиться в пар.Следовательно, существует паровая зона между поверхностью раздела паровой камеры, проникающей в покрывающий порог, и водной областью внутри покрывающего порода, которая все еще находится в докритическом состоянии.

Это исследование разрабатывает уравнения сохранения массы флюида и тепловой энергии и представляет аналитическое решение для оценки термогидромеханического повышения давления в покрывающих породах с низкой проницаемостью и потока пара и воды после инициирования закачки пара в процессе SAGD. Рассчитываются как краткосрочные, так и долгосрочные реакции.Расчетное тепловое давление сравнивается для неглубоких и глубоких коллекторов с нефтеносным песком для аналогичных транспортных свойств. Эти результаты показали, что термогидромеханическое давление больше в глубоких коллекторах; Применение SAGD может вызвать высокое поровое давление и потенциальный сдвиг в покрывающих породах, что приведет к выбросу пара на поверхность и разрушению обсадной колонны.

Механические реле и преобразователи давления серии 122

{ACD0CFED-BAE2-4E48-8913-25F1898BBDE6}

Тип продукта

Механические реле давления

Механические преобразователи давления

{CE7CA69C-168D-438D-A4B0-86F3AE2908F2}

Дифференциатор

Сверхвысокая чистота

Высокая точность

{0923B31B-77F3-4F51-86C0-BE78D062C6B4}

{85014F88-C313-43B2-8366-638B0299DAF4}

Диапазон давления

От вакуума до 276 бар (4000 фунтов на кв. Дюйм) и метрической системы

{D70CE443-1A12-40A6-BD62-685F8764A560}

{6007959D-8079-4921-8FE8-7801930AD669}

Время отклика

Менее 200 миллисекунд

{20673B2F-B3F3-4601-B616-099D0A5F1E95}

{DE562060-A411-45B9-B7BC-6DB7AC5CB233}

Проверка утечки гелия

4 x 10 ^-9 внутренний стандарт.куб.см / сек

{1C00D536-D356-4F5F-A4A2-9AE8B47FA1E6}

Чистота

Очищено для работы с кислородом в соответствии со спецификациями ANSI B40.1 level IV

{B3C8CA18-E995-4119-9A33-F8A4793BA13D}

Диапазон температур

От 0 до 160 ° F (от -18 до 71 ° C)

{7100C65D-1E88-4DCC-9A1B-638B16971A4A}

Температура — компенсация

От 20 до 135 ° F (от -7 до 57 ° C)

{727574B0-C4FE-4EDE-BF17-D9C108F836B9}

Температура — Хранение

От -20 до 175 ° F (от -29 до 79 ° C)

{37086A1F-B46B-4593-8E4B-12511B1}

{FF3F66CB-26CD-43A9-91A7-C872F982D78F}

Корпус

Нержавеющая сталь серии 300, электрополированная

{392BC8CA-48B9-45E6-AB3E-45462EE1084B}

Материал лицевой панели и линз

Цельный поликарбонат, навинчивание

{CDC1E218-1D7A-4BE8-BD82-D8F9EB971603}

Материал гнезда

Нержавеющая сталь 316L

{DAD891AD-36F8-4789-B316-755336FA8A66}

Движение

Нержавеющая сталь серии 300

{07EBD8B1-9B62-4AA1-A880-8AEA8AE19C52}

Трубка Бурдона

Нержавеющая сталь 316L

{A62B091A-7BB2-42CE-8413-B47554ED2250}

{FA0478D1-8738-4BFE-95FF-0CBDE74A31C4}

{DB37732A-3970-40D1-A201-E2D8EB524036}

Технологические соединения

Наружная резьба с торцевым уплотнением, наружная резьба с торцевым уплотнением, внутренняя резьба с торцевым уплотнением и наружная резьба 1/4 дюйма NPT

{0BA92685-3F62-4A74-A83D-B66480846347}

Набирать номер

Белый с черной маркировкой; «Не использовать масло» — красный.

{66A63A11-9445-48D7-AF40-63FD30361EA0}

{E3154F23-A1DB-4BB8-863E-7EB2CEC90BF0}

Требования к питанию

Тип переключателя Off-On 1
12 Вт или 500 мА; 175 мА макс. для искробезопасных применений

Логический выход от 8 до 30 В постоянного тока Тип 2
60 мА (сток) Открытый коллектор NPN

Логический выход 5 В постоянного тока Тип 3
60 мА (сток) Открытый коллектор NPN

{C4B13A12-DAED-4068-A182-DA966EC99261}

Ввод, вывод

IPS122

Ввод

Переключатель Off-On Тип 1: 9-30 В постоянного тока
Логический выход 8-30 В постоянного тока Тип 2: 9-30 В постоянного тока
Логический выход 5 В постоянного тока Тип 3: 4.От 8 до 5,2 В постоянного тока

Выход

Тип переключателя Off-On 1: от 0 до 9-30 В постоянного тока; 30 мА (выкл.), 45 мА (вкл.)
Логический выход от 8 до 30 В постоянного тока Тип 2: от 0 до 9-30 В постоянного тока; 30 мА (выкл.), 45 мА (вкл.)
Логический выход 5 В постоянного тока Тип 3: от 0 до 5 В постоянного тока; 3 мА (выкл.), 11 мА (вкл.)
Коммутационные провода: Кабель длиной 2 м (6 футов), луженые концы, диаметр 0,23 дюйма
Дифференциал переключения: 3% шкалы: 0,25% повторяемости шкалы
Положение срабатывания: Внешняя регулировка.Выберите срабатывание при повышающемся (N.O.) или понижающемся (N.C.) давлении. (Возможна замена внутренней перемычкой.)

IPST22

Ввод

8 мА длительная нагрузка, максимум 10 мА прерывистая

Выход

Тип 1: от 0 до 5 В постоянного тока
Тип 2: От 1 до 5 В постоянного тока
Тип 3: От 1 до 5 В постоянного тока с заземлением
Тип 4: От 4 до 20 мА с понижением
Тип 5: 0-5 В постоянного тока или 1-5 В постоянного тока, или 4-20 мА, потребителя тока
Тип 6: Опорный сигнал заземления 1-5 В постоянного тока, потребляемый ток 4-20 мА
Тип 8: Источник 4-20 мА, 3- контактный разъем Molex с кабелем 10 ‘
Тип 9: , источник 4-20 мА, 6 ‘кабина / с лужеными концами
Выходной ток: 40 мА макс.