Двигатель с компрессором

drbroman ›
Блог ›
Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.

Лет семь назад я написал на ресурсе mcautotuner ряд статей для любителей «дунуть») Отзывы очень приятные, думаю что весьма актуально будет выложить статьи на нашем любимом Драйв2.

Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.

Перед тем как приступить к чтению этой статьи, советую вам ознакомиться с материалом Турбина. Устройство и принцип действия.

Механизм, о котором пойдет речь в этой статье, известен нам как Механический нагнетатель, Supercharger, Kompressor. За этими названиями скрывается устройство, повышающее мощность двигателя за счет нагнетания в цилиндры воздуха под давлением, превышающем атмосферное.

Основным отличием данной системы от турбонаддува является то, что для привода компрессора используется не бесплатная энергия выхлопных газов, а часть энергии, производимой двигателем.

Отсюда все плюсы и минусы механических нагнетателей, к которым с одной стороны можно отнести мгновенный отклик на нажатие педали газа (компрессор всегда готов к своей работе, нет необходимости ждать пока он раскрутится и выйдет на свои рабочие обороты), отличную тягу на низах, а с другой стороны — повышенный расход топлива и меньшая итоговая мощность при том-же давлении наддува, нежели у систем с турбонаддувом.

***

Виды механических нагнетателей

В отличие от турбокомпрессора, в простонародье прозванного «улиткой» и имеющего лишь такой форм-фактор, механические нагнетатели бывают нескольких типов.

Роторный нагнетатель Roots

Этот самый древний и самый простой тип нагнетателей, обязан своим появлением американцам — братьям Филандер и Фрэнсис Рутс, еще в 1860 (!) году запатентовавшим этот роторный вид нагнетателя. Примечательно, что первоначально этот механизм использовался исключительно для вентиляции промышленных помещений и шахт, и лишь в 1885 году всем известный Готтлиб Даймлер получил свой патент на нагнетатель, работающий по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1900 году увидел свет первый серийный автомобиль марки Daimler-Benz, оснащенный первым механическим нагнетателем типа Рутс.

В 1949 году другой американский изобретатель, Итон, улучшил конструкцию нагнетателя — прямозубые шестерни уступили место косозубым роторам и воздух начал перемещаться не поперек их осей вращения а вдоль. Но как и до модернизации, основным принципом работы нагнетателей типа Roots стала простая перекачка воздуха в другой объем, без сжатия воздуха внутри механизма, так что роторный нагнетатель Roots это объемный нагнетатель. а не компрессор.

У этого вида нагнетателей есть ощутимые недостатки. С ростом оборотов двигателя и соответственно, скорости вращения роторов, нагнетатель начинает накачивать воздух слишком интенсивно и воздух начинает проникать обратно в нагнетатель. Таким образом, с определенного уровня оборотов, нагнетатель Рутс начинает потреблять мощности двигателя больше чем способен дать в ответ. В добавок, из-за несовершенной формы роторов, воздух подается неравномерно, прерывистыми качками, тем самым понижая КПД нагнетателя.

Однако есть и неоспоримые достоинства. Нагнетатели данного типа, в отличие от центробежных, начинают свою работу уже при низких оборотах и продолжают, без потери эффективности, нагнетать воздух в цилиндры. Этим качеством обусловлена любовь спортсменов — дрэгстеров и роддеров по всему миру к этим, самым простым нагнетателям.

***

Винтовой (спиральный) компрессор Lysholm

Автором идеи винтового компрессора является немецкий конструктор Кригар, еще в конце XIX века предложивший использовать подобные устройства в промышленных целях. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 году и на данный момент компрессоры Лисхольм — наиболее совершенный и эффективный тип нагнетателей.

Внешне компрессор типа Lysholm очень похож на нагнетатель Roots, однако существенно отличается от него конструктивно. Внутри те же два ротора, однако их формы заострены елочкой, а сами они похожи на сверла. Поэтому компрессор и называется винтовой (спиральный). При вращении роторов воздух проникающий в нагнетатель не просто перекачивается в другой объем, а сжимается, следовательно, в отличие от нагнетателей Roots, воздух с ростом оборотов вытесняться обратно в нагнетатель не будет. Отсюда — отличный стабильный КПД в широчайшем диапазоне оборотов.

Однако и у этого совершенного агрегата есть минусы. Самый главный из них — очень высокая себестоимость и цена, делающая этот агрегат труднодоступным. Ну и конечно чуда не произошло — компрессор типа Lysholm все так-же потребляет мощность двигателя, ведь он приводится так-же — ремнем от шкива коленвала.

Для более наглядного представления о компрессоре Лисхольм, давайте разберем один =)

компрессор Lysholm в сравнении с нагнетателем Eaton типа Roots

Внешний вид. На фото — один из самых больших производимых сейчас Лисхольмов
А вот что находится внутри — те самые «сверла» спиральных роторов

Центробежный нагнетатель

Один из старейших видов нагнетателей. Был запатентован в 1902 году Луи Рено.

По своей конструкции очень близки к турбокомпрессорам, основное отличие от которых — отсутствие т.н. «горячей части» (турбины). Вместо нее расположен приводной шкив с редуктором. Достоинства те-же что и у турбокомпрессора, плюс малый вес. Недостатки также аналогичны турбокомпрессорам. Центробежный нагнетатель вступает в работу не сразу, а лишь по достижении рабочих оборотов. В плюс к недостаткам турбины у этого вида нагнетателей — отбирание мощности у двигателя.

С уважением,

Что такое нагнетатель на авто? Его виды и детальный разбор нюансов

Не все владельцы машин знают, что такое нагнетатель на авто и зачем он так необходим для движков? С самого момента изобретения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), разработчики ставили одной из основных задач – всевозможное повышение мощности. А ее, чисто технически, можно было решать по-разному. Первое, что приходило в голову – увеличить количество цилиндров. Но это приводило к росту массы движка и другим «габаритным» проблемам.
Однако, было подмечено, что важную роль для возрастания мощности играет и качество подаваемой в двигатель воздушно-топливной смеси (ВТС). При помощи достаточного нагнетания в нее воздуха – мощность увеличивалась до пятидесяти процентов (при сохранении других важных характеристик агрегатов). Подобного эффекта можно достичь при помощи довольно простого прибора – нагнетателя – который обеспечивает приход дополнительного объема воздуха в движок.

Что такое нагнетатель на авто: как он выглядит, что собой представляет, каковы его основные разновидности и характеристики? На эти вопросы и другие, не менее интересные вопросы мы попробуем ответить в данной статье.

Механизм работы

Роль нагнетателя становится понятна, если вспомнить сами основы функционирования любого ДВС. Смесь топлива и воздуха подходит в двигательные цилиндры, сгорает и обеспечивает движение мотора. Причем, разумный баланс между составными частями смеси – воздухом и топливом – должен удерживаться на заданных уровнях, согласно режиму функционирования, в зависимости от испытываемой движком нагрузки.

Обычно количественное ограничение ТВС обуславливается объемом цилиндров (она всасывается туда на впуске, когда мотор машины как бы вбирает в себя необходимое ее количество). Тут кроется возможность усиления мощности для двигателя, использующего принцип внутреннего сгорания. Ведь, если ту же ТВС подать с давлением, в данный определенный объем движка войдет больше смеси. А значит, при сгорании, соответственно, станет выделяться больше энергии.
Как следствие – увеличивается мощность мотора. Такой компрессор (нагнетатель) и используется для увеличения объема воздуха, поступающего в двигатель (газ сжимается и подается с давлением). Как дополнительное преимущество, можно рассматривать экономию самого топлива, на котором функционирует данный агрегат.
{banner_content}

Не все так просто, как кажется

Однако, все оказалось не так уж и просто, как звучит в теории. И с установкой первичных нагнетателей, воплощающих техническую мысль, возникали побочные проблемы, также требующие, в свою очередь, инженерных решений. Мощность-то движка увеличивалась, но тепла при сгорании ТВС уже образовывалось гораздо больше. Из-за этого и прогорали клапаны, поршни, и «выходила из себя» сама система охлаждения.

Другой волнующий момент — детонация двигателя, использующего бензин, вернее, ее повышающаяся вероятность. Ведь, когда наддув обеспечивает дополнительную подачу в систему, то повышающиеся температура плюс давление, как правило, могут вызывать детонацию – явление, разрушающее сам механизм.
Как минимум, огромный минус – преждевременное изнашивание частей двигателя. Избегать данных явлений помогает использование топлива с высоким октановым числом, а также – декомпрессия (уменьшение степени сжатия). Тут, от чего ушли, к тому и приходим: декомпрессия, как процесс, обратный компрессии, снижает мощности двигателей. К тому же – подобные высокооктановые виды «горючек» стоят дороже, чем обычные, без соответствующих добавок. Как же обойти эти минусы, достигая максимальной пользы от использования устройства?

Виды нагнетателей

По сути, можно выделить различные способы наддува..

• Механический. Устройство использует механическую силу, возникающую при движении коленвала;
• Турбонаддув. Используется нагнетатель, приводимый в действие «выхлопами»;
• Электрический. Приводится в движение при помощи электрического тока от генератора и аккумулятора;
• Комбинированный. Использует в своем действии несколько предложенных выше схем.

Безусловно, существуют в природе и другие виды нагнетания воздуха в движок, но здесь приводятся лишь наиболее используемые. Кстати, на большинстве «родных» моделей (типа ВАЗ) подобные устройства не применялись и вовсе.

Механический

Нагнетательное устройство данного типа было создано на автомобильных движках одним из первых. Он связывается с коленвалом и начинает свою работу сразу после запуска. В этом – одно из его достоинств.
Недостаток – подобная конструкция отбирает часть мощности движка. Первоначальные нагнетатели такого плана выглядели, как две шестеренки, что вращаются в разные стороны. Они были помещены в металлический замкнутого типа корпус. После, конструкция «механики» существенно поменялась. Появились и механические наддувы, использующие центробежную силу, и винтовой принцип.

Турбо

Такой подход ныне – наиболее популярен. Что такое нагнетатель на авто? Он применим как для бензиновых, так и для дизельных моторов. Но бензиновые движки – предпочтительнее инжекторные, а не карбюраторные. Используя энергию выхлопных газов, подобная конструкция состоит из турбины и компрессора и может быть очень эффективно использована на высоких оборотах.
Однако, его использование связано также с некоторыми нюансами: внутри устройства, возникающая температура достигает 1000°C, а скорость вращения лопастей – до 1000 оборотов. Поэтому возникают проблемы с износом и жаростойкостью материалов, из которых изготовлены турбо.

Нагнетатель (автомобилестроение)

Нагнетатель — механический агрегат, опционально применяемый на поршневых и роторно-поршневых двигателях внутреннего сгорания (далее — ДВС), работающий за счёт того или иного вида энергии, получаемой в процессе работы самого ДВС, и осуществляющий наддув, то есть принудительное нагнетание воздуха в ДВС с целью его всережимной форсировки или (в отдельных случаях) продувки.

Нагнетатель как элемент агрегатного наддува

Применение нагнетателя и его функции

Работа нагнетателя на двухтактном и четырёхтактном моторах

Нагнетатель может применяться на поршневых и роторно-поршневых ДВС, работающих по любому термодинамическому циклу и с любым числом тактов. Для большинства типов подобных ДВС нагнетатель является опциональным элементом конструкции, не влияющим на принципиальную возможность работы самого ДВС. Основная задача нагнетателя здесь — наддув с целью повышения мощности. Под наддувом подразумевается в первую очередь принудительное нагнетание воздуха в ДВС с давлением выше текущего уровня атмосферного, приводящее к увеличению плотности и массы воздуха в камере сгорания перед тактом рабочего хода, что, в свою очередь, согласно правилу стехиометрической горючей смеси для конкретного типа двигателя, позволяет сжечь больше топлива, а значит увеличить крутящий момент (и мощность, соответственно) на любой сравнимой с безнаддувным двигателем частоте вращения коленвала/ротора. В рамках этой задачи наддув с помощью нагнетателя есть лишь один из возможных методов форсировки и/или повышения КПД, и наличие или отсутствие нагнетателя определяется лишь целями и бюджетом разработчиков конкретного мотора. Исключением из этого правила является только некоторые типы двухтактных поршневых ДВС, где нагнетатель в первую очередь выполняет задачу по принудительной продувке цилиндров на стыке двух рабочих тактов и присутствует во впускной системе такого ДВС практически всегда.

Отсутствие нагнетателя в составе ГТД

В газотурбинных ДВС нагнетатель формально отсутствует. Компрессор, входящий в состав любого газотурбинного ДВС, является абсолютно неотъемлемым элементом конструкции, обеспечивающим принципиальную возможность работы подобного ДВС, и такой компрессор в русскоязычном инженерно-техническом лексиконе нагнетателем не называется, хотя и выполняет функцию принудительного нагнетания воздуха.

Типы нагнетателей по их энергетическому приводу

Нагнетатель работает за счёт того или иного вида энергии, получаемой с самого ДВС либо напрямую, либо опосредованно. Возможно использование энергии выхлопных газов, механической энергии вращения валов ДВС, электрической энергии. В зависимости от своего энергетического привода конструкция нагнетателя имеет свои технические особенности и своё собственное название. Нагнетатели, работающие от энергии выхлопных газов, называются турбонагнетателями, от механического привода — приводными нагнетателями. Также есть нагнетатели, работающие от электрической энергии, но для их описания устоявшийся русскоязычный термин пока отсутствует и их можно называть как электронагнетателями, так и нагнетателями с электроприводом.

Смысл терминов «нагнетатель» и «компрессор»

Важным элементом нагнетателя является воздушный компрессор, который присутствует в конструкции абсолютно любого нагнетателя, независимо от его энергетического привода. При этом контексте агрегатного наддува оба термина — и нагнетатель и компрессор — используются наравне, в том числе в составе сложносоставных слов, типа турбонагнетатель/турбокомпрессор, что у непосвящённых в тему может вызвать вопросы к смысловым оттенкам терминов. Следует понимать, что с точки зрения семантики термин «нагнетатель» подразумевает функцию всего агрегата в целом, а «компрессор» — наименование энергетической машины и главного исполнительного узла абсолютно любого нагнетателя. В русскоязычном речевом обиходе равноправное использование обоих терминов применительно к наддуву фактически допустимо, а оба слова, как в простом, так и в сложносоставном виде в данном случае могут считаться синонимами.

В теории лопастных машин термины «нагнетатель» и «компрессор» не тождественны. Обычно лопастные машины, повышающие давление потока не более, чем на 10%, относят к вентиляторам; на 20…25% — к нагнетателям; большие давления соответствуют компрессорам. В обиходе нагнетатель в сборе часто называют «турбиной», хотя в приводном нагнетателе турбина вообще отсутствует, а в газотурбинном является лишь приводом нагнетателя/компрессора.

Турбонагнетатель

Турбонагнетатель в сборе. Турбина — слева, компрессор — справаПростой турбонагнетатель фиксированной геометрии в разрезе

Таковым является нагнетатель, конструкция которого включает в себя миниатюрную турбину, а принцип работы основан на использовании энергии потока выхлопных газов самого мотора, на который осуществляется наддув. Выхлопные газы, воздействуя на турбину, располагающуюся в выпускной системе сразу за выпускным коллектором, раскручивают её, а она передаёт энергию вращения на компрессор. Принципиальная конструкция каждого из двух исполнительных узлов турбонагнетателя в общем и целом идентична для любой разработки, доведённой до стадии работающего агрегата, и предполагает одну радиальную одноконтурную турбину и один центробежный компрессор. При этом фактическая конструкция турбины, компрессора, вала и корпуса может быть весьма различной: так, помимо канонических простых совмещённых турбонагнетателей фиксированой геометрии на подшипниках скольжения, возможно применение турбин изменяемой геометрии, применение двойных спиральных каналов подвода газов к турбине (так называемый Twin-Scroll), применение двойных каналов выхода воздуха с компрессора, разнесение турбины и компрессора на существенное расстояние друг от друга, применение керамических роторов, установка вала на подшипниках качения. Важными (хотя и не особо декларируемыми) критериями мощности и эффективности турбонагнетателя являются наружные диаметры его турбинного и насосного колёс (что можно примерно оценить визуально по размеру корпуса), частота вращения ротора и величина турболага, присущего всем без исключения турбинам.

Турбонагнетатель всегда работает в режиме высоких температур выхлопных газов, а подшипники вала турбонагнетателя являются самой термонапряжённой деталью мотора, которая контактирует с моторным маслом, что накладывает особые требования как к технологии производства деталей, составляющих турбонагнетатель, так и к качеству масла и его ресурсу. И то и другое долгое время было одним из сдерживающих технологических факторов для какого-либо массового внедрения турбонагнетателей на бензиновых моторах .

Любой бензиновый мотор с турбонагнетателем изначально проектируется под наддув. Применение турбонагнетателя на бензиновом моторе, изначально спроектированном как атмосферный, без переделок в принципе возможно, но приведёт к быстрому (если не моментальному) разрушению такого мотора при работе. Необходимость постоянного контроля детонации требует наличия некоей управляющей электроники, что обычно подразумевает систему питания мотора на основе электронного (или как минимум электронно-механического) впрыска. Массовые карбюраторные моторы с турбонагнетателями были крайне редки ввиду чрезмерной механической сложности своих систем питания. Широкое применение турбонагнетатели получили на дизельных моторах коммерческого транспорта — на моторах грузовиков, тракторов, локомотивов, судов. Здесь разрешающими факторами стали повышенная детонационная стойкость дизельных моторов и их более высокий КПД, предполагающий меньший уровень теплового излучения, относительная нетребовательность к эффективности работы мотора коммерческого транспорта в переходных режимах, достаточное пространство моторного отсека.

Особенностью работы турбонагнетателя в сравнении с другими агрегатами наддува является то, что в случае его применения эффект от наддува всегда превышает энергетические затраты на наддув. То есть, для любого мотора, оснащённого турбонагнетателем, всегда возможно получить такой режим наддува, который форсирует мотор настолько, что разрушит его. Мощность любого мотора с турбонагнетателем в 100 % случаев ограничивается прочностью самого мотора, его моторесурсом, а не эффективностью турбонагнетателя. Необходимость ограничения эффекта наддува есть причина того, что турбонагнетатель никогда не применяется на моторах сам по себе, а только комплексно в составе системы турбонаддува, в которой он является основным её элементом, но не единственным.

Приводной нагнетатель

Объёмный приводной нагнетатель RootsОбъёмный приводной нагнететель PowerPlus на основе шиберного пластинчатого насоса

Таковым является нагнетатель, конструкция которого состоит из компрессора и некоего механического привода, посредством которого, в свою очередь, и обеспечивается работа нагнетателя за счёт использования мощности, получаемой с мотора, на который осуществляется наддув. Единого общего вида у приводного нагнетателя нет. Исходя из принципов работы своего компрессора, приводные нагнетатели могут быть объёмные, то есть осуществляющие наддув импульсно порциями некоего фиксированного объёма, и динамические, то есть осуществляющие наддув непрерывным потоком. В группу объёмных нагнетателей попадают такие конструкции как: кулачковые (американские Roots, Eaton), винтовые (американский Lisholm, немецкий Mercedes 2000-х годов), спиральные (немецкий G-Lader, применявшийся на Volkswagen 1990-х), шиберные (британский нагнетатель PowerPlus для довоенных MG и Rolls-Royce Merlin). Динамические приводные нагнетатели известны только центробежного типа, известных собственных названий они обычно не имеют, а их конструкция более-менее универсальна и в общем и целом схожа с конструкцией некоего канонического центробежного компрессора. В обоих случаях, независимо от типа компрессора, конструкция его механического привода не имеет принципиального значения для работы нагнетателя в целом, с теми лишь особенностями, что привод компрессора имеет повышающее передаточное отношение (порядка 0,15-0,08), а иные конструкции привода позволяют включать/отключать нагнетатель (в том числе по аналоговому принципу) по команде водителя или блока управления. Сами приводы возможны промежуточными валами, шестернями, зубчатыми ремнями, цепями, набором трапецеидальных ремней, а также прямые приводы с торцов коленчатого или распределительного валов. В случаях отключаемого привода используются муфты различной конструкции.

Особенностью работы приводного нагнетателя в сравнении с другими агрегатами наддува является то, что на его привод мотор вынужден расходовать существенную часть своей так называемой индикаторной мощности. Это приводит к тому, что все моторы с приводными нагнетателями имеют высокий удельный расход топлива, который может в несколько раз превышать удельный расход топлива безнаддувного мотора сравнимой нетто-мощности. На высоких оборотах мотора затраты мощности на привод нагнетателя растут нелинейно относительно роста отдачи от его применения, что ещё более увеличивает значения удельного расхода топлива, а сама разница между индикаторной мощностью и нетто-мощностью на максимальных режимах может достигать значения в 50% от нетто.

Ввиду относительно низкого уровня термонапряжённости при работе, приводные нагнетатели относительно нетребовательны к технологии металлов и качеству смазки, и работоспособный надёжный агрегат наддува на основе приводного нагнетателя был доступен к производству практически одновременно с появлением массовых автомобилей. Однако ввиду требований к точности производства деталей приводные нагнетатели были в любом случае дороги, и их применение в первой половине XX-го века ограничивалось эксклюзивными, псевдоспортивными или гоночными автомобилями. Второй областью применения приводных нагнетателей были поршневые авиамоторы, в которых наддув был призван компенсировать понижение атмосферного давления на высоте и связанное с этим разрежение воздуха. После 2МВ авиация перешла на турбореактивные двигатели, а конструкторы автомобильных моторов пошли по пути безнаддувной форсировки, в результате чего приводные нагнетатели оказались почти забыты, и их уделом остался лишь американский тюнинг или некоторые американские и редкие европейские модели дорожных машин. В начале 2000-х приводные нагнетатели стали появляться на относительно недешёвых дорожных машинах в составе комбинированных агрегатов наддува в паре с турбонагнетателем. Подобные системы наддува применяются до сегодняшнего момента, хотя в последние годы существует тенденция вытеснения комбинированного наддува эффективным всережимным турбонаддувом на основе турбин типа Twin-Scroll или турбин изменяемой геометрии, а также комбинированным наддувом из турбонагнетателя и электронагнетателя.

Специфика применения на автомобильных моторах

Объёмный нагнетатель Roots в работе

На бензиновых моторах серийных легковых автомобилей в случаях разработки мотора под наддув на основе приводного нагнетателя таковой нагнетатель всегда будет только объёмного типа. Обоснованием этого является то важное качество любых объёмных компрессоров, что их производительность всегда имеет линейную зависимость от частоты вращения ротора. Именно поэтому моторы с объёмными нагнетателями удобны для водителя: они работают в переходных режимах не хуже безнаддувных (у них отсутствует какая-либо задержка в раскрутке мотора при нажатии на педаль газа) и увеличивают крутящий момент во всём диапазоне оборотов, что на моторе с объёмным нагнетателем особенно ощутимо на «низах». Также у объёмных нагнетателей есть то конструктивное преимущество, что их применение не требует каких-либо дополнительных управляющих элементов и системах (клапанах сброса давления, электронных блоков управления, дополнительных датчиков), что в периоды отсутствия электронных систем впрыска позволяло легко устанавливать объёмные приводные нагнетатели на карбюраторные моторы или моторы с механическим впрыском. В современных системах комбинированного наддува в случае применения объёмных приводных нагнетателей, таковые отвечают за наддув на низких оборотах мотора и выводятся из работы управляющими системами по достижению достаточного давления наддува параллельно работающего турбонагнетателя.

Центробежный приводной нагнетатель ATI ProCharger

Центробежные нагнетатели также могут применяться на бензиновых моторах легковых автомобилей. Но ввиду того, что в любых центробежных компрессорах зависимость объёма перекачиваемого вохдуха от числа оборотов не является линейной, приводные нагнетатели на их основе делаются либо кратковременно подключаемыми (наподобие машин американского тюнинга), либо устанавливаются на моторы, для которых эффективность работы в переходных режимах и эффективность работы на «низах» не сильно важна (например, машины для гонок на дистанцию в четверть мили). При этом установка подключаемого приводного центробежного нагнетателя на изначально безнаддувный мотор может и не требовать доработок под наддув, если время работы мотора в режиме наддува ограничено. А установка постоянно работающего приводного центробежного нагнетателя помимо доработок под наддув может потребовать наличия клапанов сброса давления (что не нужно в случае объёмных нагнетателей). В любом случае обычные серийные дорожные автомобили приводными центробежными нагнетателями не оснащаются.

И объёмные и центробежные приводные нагнетатели могут применяться не только на бензиновых моторах легковых автомобилей, но и на бензиновых и дизельных моторах тяжёлой техники. Выбор приводного нагнетателя, а не более подходящего турбонагнетателя, здесь, вероятно, объясняется спецификой эксплуатации. Примером первого случая является американский танковый бензиновый мотор Teledyne Continental AVSI-1790; примером второго — советский/российский танковый дизельный мотор В-46.

В современном массовом автомобильном моторостроении использование приводных нагнетателей сходит на нет. Главной причиной этого являются механические потери на привод, выражающиеся в повышенном расходе топлива и повышенных выбросах углекислого газа. Адекватной заменой объёмных приводных нагнетателей сегодня являются турбонагнетатели с турбинами типа Twin-Scroll и с турбинами изменяемой геометрии, а также применение нагнетателей с электроприводом в системах комбинированного наддува, что во всех случаях так или иначе помогает решать проблему турболага в переходных режимах и проблему низкой эффективности обычного турбонаддува на низких оборотах мотора.

Специфика применения на двухтактных моторах

Центробежная воздуходувка (2) на двухтактном моторе со встречным движением поршней Объёмная воздуходувка на двухтактном моторе с клапанно-щелевой продувкой

На отдельных типах бензиновых и дизельных двухтактных моторов (с клапанной-щелевой продувкой, со встречным движением поршней), работа которых предполагает относительно невысокие обороты, в качестве неотъемлемого элемента всей конструкции для целей продувки цилиндров на стыке двух рабочих тактов применяются приводные нагнетатели низкого давления. В советском инженерно-техническом лексиконе подобные приводные нагнетатели назывались терминами «воздуходувка» или «продувочный насос». Обеспечиваемое ими давление наддува обычно порядка 0,1-0,2 Бара. На высокооборотных моторах с щелевой продувкой (например, мотоциклетных) подобные воздуходувки/насосы не применяются, и там продувка цилиндров обеспечивается иными способами.

Известны разработки воздуходувок/насосов как на основе объёмных компрессоров, так и на основе центробежных. Пример первого варианта — советские автомобильные дизельные моторы ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206. Пример второго варианта — советский/украинский танковый многотопливный мотор 5ТДФ. При этом свойство центробежных компрессоров увеличивать давление наддува с ростом оборотов может использоваться и для целей форсировки мотора в режиме высоких оборотов. Наличие воздуходувки/насоса не отменяет возможности дополнения подобного двухтактного мотора турбонагнетателем, задачей которого является форсировка мотора в чистом виде. Примером таких моторов с турбонаддувом и без будут конструктивно идентичные локомотивные дизели 10Д100 и 2Д100 тепловозов ТЭ10 и ТЭ3.

Электронагнетатель

Схема комбинированного наддува, состоящего из турбины, мотор-генератора, компрессора и аккумуляторной батареи. Работа наддува в режиме турбонагнетателя постоянна, в режиме турбонагнетателя и электронагнетателя — повторно-кратковременна.

Принцип работы электронагнетателя (нагнетателя с электрическим приводом) основан на использовании для привода компрессора электроэнергии из бортовой электрической сети автомобиля. Принципиальная конструкция в общем и целом едина — высокооборотный электромотор и связанный с ним общим валом центробежный компрессор.

Подобные нагнетатели получают распространение на бензиновых моторах легковых автомобилей в последние годы, ввиду широкого внедрения бортовых электросетей с относительно высоким напряжением (~50V) и включением в состав силового агрегата мощных генераторов, аккумуляторов большой ёмкости и конденсаторов. При этом электронагнетатели являются лишь частью общего агрегата наддува и комбинируются с турбонагнетателем (одним или двумя) для совместной работы в рамках функции наддува. Включение электронагнетателя здесь обычно ограничивается переходными режимами работы самого мотора, и в первую очередь такими, на которых эффективность турбонагнетателя низка, например, раскруткой мотора с оборотов холостого хода. В качестве постоянного источника наддува электронагнетатели не применяются, ввиду существенных потерь на перевод механической энергии ДВС в электрическую для питания электромотора и опять в механическую для работы компрессора.

Ссылки

• Турбонагнетатель и его сравнение с механическим компрессором
• Статья «Наддув, нагнетатели и немного истории»
• Статья «Что такое турбонаддув»
• Дизель с четырьмя нагнетателями разработки BMW
• Объёмные нагнетатели для американских моделей Ford
• Электрический наддув разработки Audi
• Автомобильный мотор с приводным нагнетателем 2019 года Mazda SkyActive X (1)
• Автомобильный мотор с приводным нагнетателем 2019 года Mazda SkyActive X (2)
• Комбинированный наддув для бензиновых моторов разработки Volvo
• Комбинированный наддув для дизелей разработки Mazda
• Нагнетатель Garrett с двойным приводом от турбины и электромотора

Это заготовка статьи об автомобилях. Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Мультипликаторный центробежный компрессор

Компрессор предназначен для использования в области компрессоростроения. Компрессор содержит рабочие ступени. Между торцевыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены проставки. Последние зафиксированы в осевом и радиальном направлениях. В каждом проставке выполнены два радиальных отверстия. Последние выполнены в плоскости, перпендикулярной оси вала с углом 75-105o. В отверстиях установлены кронштейны с датчиками контроля вибрации вала. Датчики размещены внутри проставка между подшипником и уплотнением. В каждом проставке выполнена внутренняя расточка и каналы. Последние соединены с камерами уплотнения и масляной полостью подшипника. Уплотнение и подшипник установлены во внутренней расточке. Каналы снабжены штуцерами. Последние закреплены на наружной поверхности проставка. Наружная поверхность каждого проставка выполнена цилиндрической. Диаметр наружной поверхности проставка составляет 0,4-1,0 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени. Обеспечивается увеличение номенклатуры компримируемых газов. 11 з.п.ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к компрессоростроению и касается конструкции центробежных компрессоров, в которых рабочие ступени установлены на корпусе зубчатого мультипликатора.

Известен мультипликаторный центробежный компрессор, содержащий одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в стенках мультипликатора, обращенных к рабочим ступеням, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору (Петросян Г. Г., Шишкин, В. М., Сафин А.Х., Современное состояние и направления развития мультипликаторных центробежных компрессоров общего назначения. Обзорная информация. Серия ХМ-5, Компрессорное машиностроение. М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1986, стp.14, рис.12). Недостатком известной конструкции компрессора является ограниченная номенклатура компримируемых газов при применении стандартизованных корпусов рабочих ступеней и мультипликатора. Обусловлено это тем, что увеличение номенклатуры сжимаемых газов требует, во-первых, расширения области рабочих скоростей роторов и, во-вторых, установки различных типов уплотнений в зависимости от свойств газа и условий работы. Однако расширению области рабочих скоростей препятствует их приближение к критическим частотам (скоростям), при которых возникают опасные околорезонансные режимы, а установка некоторых типов уплотнений невозможна из-за их больших осевых габаритных размеров. Кроме того, мультипликатор этого компрессора имеет горизонтальный разъем в зоне расположения рабочих ступеней, вследствие чего элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору размещены только на половине длины окружности. При этом жесткость такого соединения недостаточна. Известен также мультипликаторный центробежный компрессор, содержащий одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в торцовых стенках корпусов рабочих ступеней и в обращенных к ним стенках мультипликатора, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору (пат. РФ 2062362, F 04 D 17/12, 1994 г.). Однако и в этом компрессоре при применении стандартизованных корпусов рабочих ступеней и мультипликатора номенклатура компримируемых газов ограниченна, поскольку ограниченны область рабочих скоростей роторов и возможность установки некоторых типов уплотнений. Ограничение области рабочих скоростей вызвано опасностью приближения к критическим частотам и работой на околорезонансных режимах. Работа на таких режимах характеризуется повышенной вибрацией роторов и снижением надежности и ресурса работы компрессора. Отстройка от резонанса путем изменения длины роторов здесь исключена, а за счет допустимых изменений диаметральных размеров валов проблема решается лишь частично. Возможность установки некоторых типов уплотнений ограничена из-за их относительно больших осевых габаритных размеров. В стандартизованных корпусах с фиксированной осевой длиной разместить такие уплотнения нельзя. Кроме того, в этом компрессоре каналы, соединяющие внешние линии с уплотнениями и подшипниками, выполнены в корпусе мультипликатора, который не имеет горизонтального разъема в зоне расположения рабочих ступеней. Выполнение этих каналов трудоемко из-за относительно больших размеров мультипликатора. По этой же причине установленные в мультипликаторе датчики контроля вибрации роторов сложно расположить с требуемой точностью относительно осей валов. Технической задачей изобретения является увеличение номенклатуры компримируемых газов при применении стандартизованных корпусов рабочих ступеней и мультипликатора. Технический результат изобретения заключается в расширении области рабочих скоростей роторов и обеспечении возможности установки разных типоразмеров уплотнений. Технический результат достигается тем, что в мультипликаторном центробежном компрессоре, содержащем одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в торцовых стенках корпусов рабочих ступеней и в обращенных к ним стенках мультипликатора, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены проставки, зафиксированные в осевом и радиальном направлениях, и в каждом проставке выполнены внутренняя расточка и каналы, соединенные с камерами уплотнения и с масляной полостью подшипника, при этом уплотнение и подшипник установлены во внутренней расточке, а каналы снабжены штуцерами, закрепленными на наружной поверхности проставка. Кроме того, наружная поверхность каждого проставка может быть выполнена цилиндрической с диаметром, составляющим 0,4-1,0 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком, а торцы проставков снабжены кольцевыми буртами, установленными в расточках торцовых стенок корпусов рабочих ступеней и в расточках стенок мультипликатора. Концы штуцеров, противоположные концам, закрепленным к проставку, могут быть расположены на диаметре, составляющем 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. При диаметре наружной поверхности проставков меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, компрессор может быть дополнительно снабжен упорами, установленными между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора в местах расположения элементов крепления и имеющими отверстия, охватывающие последние. Упоры могут быть выполнены в виде болтов, имеющих цилиндрическую часть с резьбой, ввернутой в стенки мультипликатора, и головку, контактирующую торцовой поверхностью с торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней, а отверстия, охватывающие элементы крепления, выполнены в головке с резьбой для элементов крепления. Между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и торцовыми поверхностями головок болтов концентрично осям элементов крепления установлены элементы, например, О-образные резиновые кольца, размещенные в канавках, выполненных на торцовой поверхности головок. Между торцами проставков и сопряженными с ними торцовыми стенками корпусов рабочих степеней и стенками мультипликатора могут быть установлены уплотнительные элементы, которые размерены на периферии проставков и, если диаметр наружной поверхности проставков, больше, чем диаметр расположения элементов крепления, у кольцевого бурта со стороны стенки мультипликатора. В каждом проставке могут и быть выполнены два радиальных отверстия в плоскости, перпендикулярной оси, вала с углом между ними, равным 75-105o, в которых установлены кронштейны с датчиками контроля вибрации вала, причем датчики размещены внутри проставка между подшипником и уплотнением, а у кронштейнов опорные поверхности расположены снаружи проставка, в зоне крепления кронштейнов. При диаметре наружной поверхности проставка меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления сопряженного корпуса рабочей ступени к мультипликатору, между проставком и опорными поверхностями кронштейнов могут быть установлены стоики, так что опорная поверхность кронштейнов расположена на диаметре, составляющем 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. Стойки могут быть выполнены в виде закрепленных к проставку пустотелых цилиндров, а кронштейны размещены внутри них. Под опорными поверхностями кронштейнов могут быть установлены П-образные регулировочные пластины, сопряженные с проставком или стоиками. На фиг. 1 представлен мультипликаторный центробежный компрессор, продольный разрез; на фиг.2 — вид А на фиг.1; на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 — сечение Г-Г на фиг.3; на фиг.6 — сечение Д-Д на фиг.4; на фиг.7 — сечение Е-Е на фиг.3; на фиг.8 — сечение Ж-Ж на фиг. 4; на фиг.9 — сечение И-И на фиг.3; на фиг.10 — сечение К-К на фиг.4; на фиг.11 — сечение Л-Л на фиг.3; на фиг.12 — сечение М-М на фиг.4. Мультипликаторный центробежный компрессор содержит одну или несколько рабочих ступеней 1-4, установленых в своих корпусах 5-8, и мультипликатор 9. Ведущая шестерня 10 мультипликатора 9 установлена на валу 11 привода и взаимодействует с ведомыми шестернями 12, установленными на валах 13 роторов рабочих ступеней 1-4. Валы 13 имеют уплотнения 14 и размещены в подшипниках 15, расположенных соосно расточкам 16 и 17, выполненных соответственно в торцовых стенках 5а-8а корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 и в обращенных к ним стенках 18 мультипликатора 9. Компрессор содержит также элементы крепления 19 корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 к мультипликатору 9. Между торцовыми стенками 5а-8а корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 и стенками 8 мультипликатора 9 установлены проставки 20, зафиксированные в осевом и радиальном направлениях. В каждом проставке 20 выполнены внутренняя расточка 21 и каналы 22 и 23, соединенные соответственно с камерами уплотнения 14 и с масляной полостью подшипника 15. При этом уплотнение 14 и подшипник 15 установлены во внутренней расточке 21, а каналы 22 и 23 снабжены штуцерами 24 и 25 соответственно, закрепленными на наружной поверхности 26 проставка 20. Наружная поверхность 26 каждого проставка 20 выполнена цилиндрической с диаметром Dпp, составляющим 0,4-1,0 диаметра Doб обечайки 56-86 корпуса 5-8 рабочей ступени 1-4, сопряженного с проставком 20. Торцы проставков 20 снабжены кольцевыми буртами 27 и 28, установленными соответственно в расточках 16 торцовых стенок 5а-8а корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 и в расточках 17 стенок 18 мультипликатора 9. Концы 24а, 25а штуцеров 24, 25, противоположные концам 24б, 25б, закрепленным к проставку 20, расположены на диаметре Dшт, составляющем 0,8-1,2 диаметра Doб обечайки 5б-5б корпуса 5-8 рабочей ступени 1-4, сопряженного с проставком 20. При диаметре Dпp наружной поверхности 26 проставков 20, меньшем, чем диаметр Dкр расположения элементов крепления 19 (проставки 20, сопряженные с корпусами 5, 6), компрессор дополнительно снабжен упорами 29, установленными между торцовыми стенками 5а, 6а корпусов 5,6 рабочих ступеней 1,2 и соответствующими стенками 18 мультипликатора 9. Упоры 29 установлены в местах расположения элементов крепления 19 и имеют отверстия 30, охватывающие последние. Упоры 29 выполнены в виде болтов, имеющих цилиндрическую часть 29a с резьбой, ввернутой в стенки 18 мультипликатора 9, и головку 29б, контактирующую торцовой поверхностью со стенками 5а, 6а корпусов 5,6 рабочих ступеней 1,2. Отверстия 30, охватывающие элементы крепления 19, выполнены в головке 29б с резьбой для элементов креплениям 19. Между торцовыми стенками 5а, 6а и торцовыми поверхностями головок 29б болтов концентрично осям элементов крепления 19 установлены уплотнительные элементы 31. Они, в виде О-образных резиновых колец, размещены в канавках, выполненных на торцовой поверхности головок 29б болтов. Между торцами проставков 20 и сопряженными с ними торцовыми стенками 5а-8а корпусов 5-8 и стенками 18 мультипликатора 9 установлены уплотнительные элементы 32. Они размещены на периферии проставков 20 и, если диаметр Dпp наружной поверхности 26 проставков 20 больше, чем диаметр Dкр расположения элементов крепления 19, у кольцевого бурта 28 со стороны стенки 18 мультипликатора 9. В каждом проставке 20 выполнены два радиальных отверстия 33 в плоскости перпендикулярной оси вала 13 с угломмежду ними, равным 75-105o, в которых установлены кронштейны 34 с датчиками 35 контроля вибрации вала 13. Датчики 35 размещены внутри проставка 20 между подшипником 15 и уплотнением 14. У кронштейнов 34 опорные поверхности 36 расположены снаружи проставка 20, в зоне крепления кронштейнов 34. При диаметре Dnp наружной поверхности 26 проставка 20, меньшем, чем диаметр кр расположения элементов крепления 19 (проставки 20, сопряженные с корпусами 5, 6), между проставком, 20 и опорными поверхностями 36 кронштейнов 34 установлены стойки 37, так что опорная поверхность 36 кронштейнов 34 расположена на диаметре Doп, составляющем 0,8-1,2 диаметра Doб обечайки 5б, 6б сопряженного с проставком 20 корпуса 5, 6 рабочей ступени 1, 2. Стойки 37 выполнены в виде закрепленных к проставку 20 пустотелых цилиндров, а кронштейны 34 размещены внутри них. Под опорными поверхностями 36 кронштейнов 34 установлены П-образные регулировочные пластины 38, сопряженные с проставком 20 или стойками 37. Перед пуском компрессора в работу, по каналам 23 и 22 в проставках 20, к подшипникам 15 и к уплотнениям 14 подводятся соответственно смазка и затворный газ (в зависимости от типа уплотнений, давления и свойств уплотняемого газа в приставке 20 могут быть выполнены один или несколько каналов 22, соединенных с камерами уплотнения 14, например, каналы подвода буферного газа, отвода смеси газов, уравнительной линии и др.). При работе компрессора вращение от вала 11 привода передается через ведущую шестерню 10 и ведомые шестерни 12 мультипликатора 9 на валы 13 роторов рабочих ступеней 1-4. Газ поступает в ступень 1, сжимается в ней и через газоохладитель (не показан) поступает в следующую рабочую ступень 2. В рабочих ступенях 2, 3 и 4 процесс последовательно повторяется, после чего сжатый газ поступает к потребителю. Комплексным показателем состояния работающего компрессора является непрерывный контроль вибрации роторов индуктивными датчиками 35, расположенными внутри проставков 20 на кронштейнах 34. Установка проставков 20 с определенными толщинами L1, L2 между мультипликатором 9 и корпусами 5-8 позволяет изменить длины валов 13 и, тем самым, сдвинуть критические частоты вращения роторов дальше от рабочих. В оптимальном сочетании выбора толщин L1, L2 проставков 20 и диаметральных размеров валов 13 отстройка от резонансных режимов реализуется наилучшим образом. Одновременно, наличие проставков 20 обеспечивает возможность установки разных типов уплотнений 14 независимо от их осевой протяженности. Большие габаритные размеры уплотнений 14 компенсируются за счет толщин L1, L2 проставков 20 с учетом динамических характеристик роторов. Проставки 20 зафиксированы в осевом направлении элементами крепления 19, а в радиальном — кольцевыми буртами 28 относительно мультипликатора 9. В свою очередь, кольцевые бурты 27 проставков 20 фиксируют в радиальном направлении корпусы 5-8 рабочих ступеней 1-4 относительно мультипликатора 9. Для упрощения изготовления и снижения металлоемкости диаметры Dпp наружных поверхностей 26 проставков 20 по разному соотносятся с диаметрами Dоб обечаек 5б-8б сопряженных корпусов 5-8. В зависимости от абсолютных размеров корпусов 5-8 это соотношение меняется от 1 до 0,4, причем, чем больше размеры корпуса 5-8, тем меньше это соотношение. Выполнение каналов 22, 23 и отверстий 33 в проставках 20 упрощает изготовление каналов 22, 23 и установку датчиков 35 контроля вибрации, т.к. в небольших по размерам проставках 20 каналы 22 и 23 имеют малую протяженность, а отверстие 33 для кронштейнов 34 с датчиками 35 легче выполнить с требуемой точностью. Упоры 29 придают жесткость стенкам 5а, 6а корпусов 5, 6 и в целом компрессору, когда диаметр Dпp проставков 20 меньше диаметра Dкр расположения элементов крепления 19. Выполненные в виде болтов упоры 29 регулируются по длине до контакта головки 29б со стенками 5а, 6а. Уплотнительные элементы 31 и 32 устанавливаются для исключения прорывов газа или паров масла через стыки сопряженных поверхностей. Для удобства сборки и обслуживания компрессора концы штуцеров 24а, 25а и опорные поверхности 36 кронштейнов 34 расположены на диаметрах Dшт, Dоп, составляющих 0,8-1,2 диаметров Doб обечаек 5б-8б корпусов 5-8. С этой целью на проставках 20, сопряженных с корпусами 5, 6, штуцеры 24, 25 выполнены большей, чем обычно, длины, а между проставком 20 и опорными поверхностями 36 кронштейнов 34 установлены стойки 37. Для обеспечения достаточной жесткости стойки 37 выполнены в виде пустотелых цилиндров. За счет толщины П-образных регулировочных пластин 38 обеспечивается точное выставление зазора между индуктивными датчиками 35 контроля вибрации и валами 13. При этом не нужно извлекать датчики 35 из отверстий 33 проставка 20. Таким образом, такое выполнение компрессора расширяет область рабочих скоростей роторов за счет обеспечения отстройки от резонансных режимов работы и позволяет устанавливать разные типоразмеры уплотнений за счет создания для них требуемого пространства. Широкая область рабочих скоростей с динамически благоприятными свойствами роторов и возможность установки необходимых уплотнений позволяют увеличить номенклатуру компримируемых газов в данном компрессоре, применяя стандартизованные корпусы рабочих ступеней и мультипликатора.

Формула изобретения

1. Мультипликаторный центробежный компрессор, содержащий одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в торцовых стенках корпусов рабочих ступеней и в обращенных к ним стенках мультипликатора, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, отличающийся тем, что между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены проставки, зафиксированные в осевом и радиальном направлениях, и в каждом проставке выполнены внутренняя расточка и каналы, соединенные с камерами уплотнения и с масляной полостью подшипника, при этом уплотнение и подшипник установлены во внутренней расточке, а каналы снабжены штуцерами, закрепленными на наружной поверхности проставка. 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность каждого проставка выполнена цилиндрической с диаметром, составляющим 0,4-1,0 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. 3. Компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что торцы проставков снабжены кольцевыми буртами, установленными в расточках торцовых стенок корпусов рабочих ступеней и в рассрочках стенок мультипликатора. 4. Компрессор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что концы штуцеров, противоположные концам, закрепленным к проставку, расположены на диаметре, составляющем 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. 5. Компрессор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что при диаметре наружной поверхности проставков, меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, он дополнительно снабжен упорами, установленными между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора в местах расположения элементов крепления и имеющими отверстия, охватывающие последние. 6. Компрессор по п.5, отличающийся тем, что упоры выполнены в виде болтов, имеющих цилиндрическую часть с резьбой, ввернутой в стенки мультипликатора, и головку, контактирующую торцовой поверхностью с торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней, а отверстия, охватывающие элементы крепления, выполнены в головке с резьбой для элементов крепления. 7. Компрессор по п. 6, отличающийся тем, что между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и торцовыми поверхностями головок болтов концентрично осям элементов крепления установлены уплотнительные элементы, например, O-образные резиновые кольца, размещенные в канавках, выполненных на торцовой поверхности головок. 8. Компрессор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что между торцами проставков и сопряженными с ними торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены уплотнительные элементы, которые размещены на периферии проставков и, если диаметр наружной поверхности проставков больше, чем диаметр расположения элементов крепления, у кольцевого бурта со стороны стенки мультипликатора. 9. Компрессор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что в каждом проставке выполнены два радиальных отверстия в плоскости, перпендикулярной оси вала, с углом между ними, равным 75-105o, в которых установлены кронштейны с датчиками контроля вибрации вала, причем датчики размещены внутри проставка между подшипником и уплотнением, а у кронштейнов опорные поверхности расположены снаружи проставка, в зоне крепления кронштейнов. 10. Компрессор по п.9, отличающийся тем, что при диаметре наружной поверхности проставка меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления сопряженного корпуса рабочей ступени к мультипликатору, между проставком и опорными поверхностями кронштейнов установлены стойки так, что опорная поверхность кронштейнов расположена на диаметре составляющем, 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. 11. Компрессор по п.10, отличающийся тем, что стойки выполнены в виде закрепленных к проставку пустотелых цилиндров, а кронштейны размещены внутри них. 12. Компрессор по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что под опорными поверхностями кронштейнов установлены П-образные регулировочные пластины, сопряженные с проставком или стойками.

РИСУНКИ

Рисунок 1,Рисунок 2,Рисунок 3,Рисунок 4,Рисунок 5,Рисунок 6,Рисунок 7,Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12

Мультипликаторные центробежные компрессоры (МЦК) предназначены для сжатия воздуха, азота, фреона, кислорода, хлора и др. газов, производительностью от 30 до 800 м3/мин и давлением нагнетания до 4,9 МПа (50 кгс/см2).
Они имеют высокий уровень эффективности и широкую зону рабочей характеристики. В основу ряда положен принцип обеспечения всей области параметров минимальным числом унифицированных элементов. Их конструкция обеспечивает 100% безмасляный сжатый газ.
Эффективность МЦК достигается:
— свободой выбора количества изготавливаемых ступеней с использованием колес оптимальной аэродинамической формы;
— обеспечением оптимальных скоростей для каждого рабочего колеса или группы колес за счет выбора диаметров шестерен ведомых валов;
— однородным осевым входом на всех колесах;
— возможностью охлаждения газа после каждой ступени, т.е. приближением к идеальному изотермическому процессу сжатия с минимумом расхода энергии.
Другие преимущества МЦК:
— компактность;
— одноэтажность исполнения;
— широкий диапазон регулирования (50-100%) производительности;
— минимальные капитальные и эксплуатационные затраты;
— максимальная заводская готовность.
ОАО «Казанькомпрессормаш» имеет 25-летний опыт производства и эксплуатации МЦК.
Разработка и производство данных компрессоров развивается по трем основным направлениям:
Компрессоры компактные ряда АЭРОКОМ КА – многоступенчатые (до четырех) МЦК с встроенными охладителями газа
Центробежные мультипликаторные компрессоры серии ВЦ, ЦКОН, АЭРОКОМ изготавливаются производительностью от 30 до 200м3/мин и степенью сжатия до 16. Имеют газоохладители после каждой ступени сжатия, которые встроены в корпус компрессора, где также располагается повышающая зубчатая передача с зубчатым колесом и одной или двумя вал-шестернями, на концах которых расположены рабочие колеса ступеней сжатия. Число ступеней сжатия от двух до четырех.
Компрессоры агрегатированные рядов АЭРОКОМ АА и АС – многоступенчатые МЦК с выносными охладителями газа
Многоступенчатые мультипликаторные центробежные компрессоры с выносными охладителями газа после каждой ступени сжатия изготавливаются производительностью от 30 до 800м3/мин и степенью сжатия до 50. Основу конструкции этого ряда компрессоров составляет одноступенчатый мультипликатор с зубчатым колесом и вал-шестернями (до трех), расположенными вокруг него. Число ступеней сжатия может достигать шести. Охладители газа размещены в своих корпусах, установленных по периметру мультипликатора.
Нагнетатели рядов АЭРОКОМ Н и НА — одноступенчатые МЦК без охлаждения газа (нагнетатели)
Одноступенчатые центробежные мультипликаторные компрессоры (нагнетатели) ЦНОН, Аэроком Н, Аэроком НА без охлаждения газа изготавливаются производительностью от 30 до 800м3/мин и степенью сжатия до 2,5.
Все нагнетатели компонуются на базе двух мультипликаторов: двухступенчатого, малоинерционного мощностью до 500кВт и одноступенчатого – мощностью до 2000кВт
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ УСТАНОВОК НА БАЗЕ МНОГОВАЛЬНЫХ МУЛЬТИПЛИКАТОРНЫХ КОМПРЕССОРОВ СО ВСТРОЕННЫМИ ОХЛАДИТЕЛЯМИ ГАЗА

Марка	Назначение и область применения	Произв-сть м3/мин	Давление, МПа (кгс/см2) (абс).		Эл. двигатель		Габариты установки, мм	Масса установки, кг
			Начальное	Конечное	Мощность, кВт	Напряжение, В
Аэроком 2 — 60/3,5	Для сжатия воздуха	60	0,1 (1,02)	0,343 (3,5)	250	380	2430х 1945х 1562	6200
АЭРОКОМ 22 –63/9		62,6	0,097 (0,99)	0,882 (9)	400	6000	4060х 1800х 2050	8500
32ВЦ-100/9		100	0,098 (1)	0,882 (9)	630	6000 10000	3600х 1800х 1800	10200
ТАКАТ 100.09 (в блочно — контейнером исполнении)		100	0,098 (1)	0,882 (9)	630	6000	8500х 3200х 4500	20000
АЭРОКОМ 43-120/9 ОМ5		113	0,096 (0,985)	0,882 (9)	800	6000	4550х 2300х 2050	10500
ЦКОН 43-117/9А	Для сжатия азота	117	0,098 (1)	0,882 (9)	800	10000	4000х 2300х 2050	13000
ЦКОН- 125/9 (32ВЦ-100/9М3)		123	0,098 (1)	0,882 (9)	800	6000	4550х 2300х 2050	11400
43ВЦ-150/6	Для сжатия воздуха	150	0,098 (1)	0,588 (6,0)	800	6000	3900х 2300х 2050	11200
43ВЦ-160/9		160	0,096 (0,98)	0,882 (9)	1000	6000 10000	4000х 2300х 2050	12000
ЦКОН 320/0,8-16	Для сжатия азота	290	0,084 (0,858)	1,57 (16)	2500	6000	10400х 9400х 2900	35000

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ УСТАНОВОК НА БАЗЕ МНОГОВАЛЬНЫХ МУЛЬТИПЛИКАТОРНЫХ КОМПРЕССОРОВ С ВЫНОСНЫМИ ОХЛАДИТЕЛЯМИ ГАЗА

Марка	Назначение и область применения	Произв-сть м3/мин	Давление, МПа (кгс/см2) (абс).		Эл. двигатель		Габариты установки, мм	Масса установки, кг
			Начальное	Конечное	Мощность, кВт	Напряжение, В
АЭРОКОМ АА- 100/35А	Для сжатия азота	103,5	0,1 (1,03)	3,43 (35)	1250	6000	6130х 3051х 2892	27500
АЭРОКОМ АА- 250/9,4	Для сжатия воздуха	262	0,1 (1,02)	0,92 (9,4)	1600	6000	5940х 3990х 3090	21600
АЭРОКОМ АА- 250/9Д		253	0,1 (1,02)	0,882 (9)	1600	Дизель-редукторный агрегат	12000х 5800х 3600	36000
АЭРОКОМ АА-259/31А	Для сжатия азота	259	0,1 (1,03)	3,038 (31)	3150	10000	8700х 6600х 4800	30000
АЭРОКОМ АА-840/4,5	Для сжатия воздуха	840	0,1 (1,02)	0,4 (4,5)	4000	6000	7585х 4990х 4114	50000
	Газовые
АЭРОКОМ АА-108/7,5Х	Для сжатия хлора	108	0,09 (0,92)	0,735 (7,5)	630	6000	4050х 2300х 2250	41500
АЭРОКОМ АА-112/1,5-19Г	Для сжатия пропилена	112,54	0,147 (1,5)	1,86 (19)	1250	6000	5350х 3100х 2210	25000
ГЦ1-119/1,35-14,3	Для сжатия хладона	119	0,132 (1,35)	1,401 (14,3)	2000	6000	5260х 2880х 2740	22000

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ УСТАНОВОК НА БАЗЕ МНОГОВАЛЬНЫХ МУЛЬТИПЛИКАТОРНЫХ КОМПРЕССОРОВ

Марка	Назначение и область применения	Произв-сть м3/мин	Давление, МПа (кгс/см2) (абс).		Эл. двигатель		Габариты установки, мм	Масса установки, кг
			Начальное	Конечное	Мощность, кВт	Напряжение, В
ЦНОН-60/2,5	Для сжатия воздуха	60	0,098 (1)	0,245 (2,5)	200	6000	2790х 1270х 1410	5000
АЭРОКОМ Н-84/1,95		84,1	0,098 (1)	0,194 (1,98)	200	380	2800х 1270х 1410	5000
ЦНОН-160/1,8		160	0,098 (1)	0,176 (1,8)	315	6000	3380х 1500х 1621	6500
АЭРОКОМ НА-250/2,4		250	0,098 (1)	0,235 (2,4)	800	6000	4040х 1478х 2014	10000
АЭРОКОМ НА-102/6,3-10,5	Для сжатия азота	102	0,617 (6,3)	1,029 (10,5)	1000	6000	4300х 1800х 1600	12500
АЭРОКОМ Н-160/0,7-1,7А	Для сжатия инертного газа	160	0,068 (0,7)	0,167 (1,7)	500	6000	4380х 1990х 1900	11000

Виды и принцип работы механического нагнетателя

Механический наддув является одним из способов повысить мощность двигателя. Главным элементом такой системы является механический нагнетатель (Supercharger или compressor). Он представляет собой компрессор, приводимый в действие за счет вращения коленчатого вала. Установка механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%. Supercharger осуществляет забор воздуха через воздушный фильтр, сжимает и далее отправляет его во впускной коллектор ДВС, что и способствует повышению мощности последнего.

Конструкция и принцип работы механического наддува

В современном автомобилестроении применяется несколько видов систем механического наддува, каждая из которых имеет свои конструктивные особенности и принцип нагнетания воздуха.

Устройство механического наддува

Система механического наддува состоит из следующих элементов:

• механический нагнетатель (компрессор);
• интеркулер;
• дроссельная заслонка;
• заслонка перепускного трубопровода;
• воздушный фильтр;
• датчики давления наддува;
• датчики температуры воздуха во впускном коллекторе.

Схема работа механического наддува

Управление механическим нагнетателем осуществляется при помощи дроссельной заслонки, которая при высоких оборотах открыта. При этом заслонка трубопровода закрыта, и весь воздух поступает во впускной коллектор двигателя. Когда двигатель работает на низких оборотах, дроссельная заслонка открыта под небольшим углом, а заслонка трубопровода открыта полностью, что обеспечивает возврат части воздуха на вход компрессора.

Поступающий из нагнетателя воздух проходит через интеркулер, что снижает температуру нагнетаемого воздуха примерно на 10°C, способствуя более высокой степени его сжатия.

Типы привода механического наддува

Ременной привод кулачкового компрессора

Передача крутящего момента от коленчатого вала к механическому компрессору может осуществляться различными способами:

• Система прямого привода — предполагает монтаж компрессора непосредственно на фланец коленчатого вала двигателя.
• Ременный привод. Передача усилий реализуется при помощи ремня. Различные производители используют свои виды ремней (плоские, клиновидные или зубчатые). Системы с использованием ремня характеризуются коротким сроком службы и вероятностью возникновения проскальзывания.
• Цепной привод. Имеет аналогичный ременному приводу принцип.
• Шестеренчатый привод. Недостатком такой системы является повышенный шум и большие габариты.

Виды механических компрессоров

Центробежный компрессор

Каждый тип привода наддува имеет свои эксплуатационные особенности. Всего различают три вида механических нагнетателей:

• Центробежный нагнетатель. Самый распространенный вид механических нагнетателей. Основной рабочий элемент системы — колесо (крыльчатка), которое имеет сходную конструкцию с компрессорным колесом турбины. Оно вращается со скоростью порядка 60 000 оборотов в минуту. При этом воздух всасывается в центральную часть компрессорного колеса в режиме высокой скорости и малого давления. Пройдя через лопасти нагнетателя, воздух подается во впускной коллектор, но уже в режиме низкой скорости и высокого давления. Этот вид нагнетателя используется в комплексе с турбокомпрессорами для устранения турбоямы.
• Винтовой нагнетатель. Представляет собой систему из двух вращающихся шнеков (винтов) конической формы. Воздух, попадая в более широкую часть, проходит по камерам компрессора и, благодаря вращению, сжимается и нагнетается в патрубок впускного коллектора. Такие системы применяются в основном на спортивных и дорогостоящих автомобилях, поскольку достаточно сложны в изготовлении. Их преимущество — высокая эффективность работы.
• Кулачковый нагнетатель (roots). Один из первых видов механических нагнетателей. Конструктивно он представляет собой два ротора со сложным профилем сечения. Оси вращения роторов соединяются двумя одинаковыми шестернями. При вращении системы воздух перемещается между стенками корпуса и кулачками, в результате чего происходит его нагнетание во впускной трубопровод. Недостатком этой системы является образование избыточного давления, что провоцирует сбои в работе наддува. Для устранения этого явления в конструкции кулачкового нагнетателя предусматриваются либо муфта с электрическим приводом (управление с отключением нагнетателя), либо перепускной клапан (без отключения нагнетателя).

Винтовой нагнетатель

Механические нагнетатели довольно часто применяются на автомобилях марок Cadillac, Audi, Mercedes-Benz а также Toyota. При этом кулачковые и винтовые компрессоры устанавливаются преимущественно на мощных спортивных автомобилях с бензиновыми двигателями, а центробежные входят в систему двойного турбонаддува для дизельных моторов.

Преимущества и недостатки схемы с механическим нагнетателем

В сравнении с турбонагнетателем механическая система наддува приводится в движение не отработавшими газами двигателя, а за счет вращения коленчатого вала. Это означает, что, с одной стороны, мощность мотора увеличивается, а с другой — возникает дополнительная нагрузка, отбирающая, в зависимости от вида компрессора, до 30% производительности двигателя. Также минусом системы является высокий уровень шума, который создает привод системы.

Использование механического наддува на повышенных оборотах провоцирует более быстрый износ деталей двигателя, а потому они должны быть изготовлены из материалов повышенной прочности.
Основным достоинством механического привода является низкая стоимость изготовления (в сравнении с турбонаддувом), простота монтажа, а также мгновенный отклик системы на повышение оборотов двигателя. Так системы с винтовыми и кулачковыми компрессорами обеспечивают высокую динамику разгона, а центробежные нагнетатели стабильную работу двигателя на высоких скоростях.

Помимо привода от коленчатого вала двигателя, механический наддув может работать за счет отдельного электродвигателя. В этом случае потери мощности мотора удается избежать.

Механический нагнетатель воздуха позволяет увеличить мощность автомобильного двигателя за счёт повышения давления. Другое его название — суперчарджер (от английского слова «supercharger»).

С его помощью можно на 30 % увеличить крутящий момент и обеспечить двигателю 50 %-ный прирост мощности. Об этом прекрасно знают производители автомобильного транспорта.

Действие прибора

Принцип работы нагнетателя происходит практически по такой же схеме, что и у турбокомпрессора. Прибор втягивает воздух из окружающего пространства, сжимает его, после чего отправляет во впускной клапан автодвигателя.

Этот процесс реализуется посредством разрежения, созданного в полости коллектора. Давление при этом создаётся вращением нагнетателя. Во впуск мотора воздух попадает благодаря разнице давлений.

Воздух, сжимаемый внутри автомобильного нагнетателя, сильно нагревается во время сжатия. Это уменьшает его показатели плотности при нагнетании. Для снижения его температуры применяется интеркулер.

Это приспособление представляет собой радиатор жидкостного или воздушного типа, который позволяет предотвратить перегрев всей системы независимо от того, как работает нагнетатель.

Тип привода механического агрегата

Механическая разновидность ДВС-компрессоров обладает конструктивными отличиями от иных вариантов. Главное из них — система привода оборудования.

У автонагнетателей могут быть следующие типы приводов:

• ременной, состоящий из плоских, зубчатых или поликлиновых ремней;
• цепной;
• прямой привод, который крепится непосредственно к фланцу коленчатого вала;
• зубчатая передача;
• электропривод.

У каждой конструкции есть свои достоинства и недостатки. Её выбор зависит от задач и модели авто.

Кулачковый и винтовой механизмы

Такая разновидность нагнетателей является одной из самых ранних. Подобные устройства ставили в машины с начала 90-х годов. Названы они в честь изобретателей — Roots.

Эти нагнетатели характеризуются быстрым созданием давления, но иногда они могут создавать показатели выше нормы. В таком случае в нагнетательном канале могут образоваться пробки воздуха, что приведёт к уменьшению мощности агрегата.

Чтобы избежать проблем, при использовании таких приборов нужно регулировать показатели давления надува.

Это можно сделать с помощью пары способов:

1. Время от времени отключать устройство.
2. Обеспечить пропускание воздуха с применением специального клапана.

Большинство современных механических нагнетателей воздуха для автомобиля оборудуется электронными системами контроля. В них есть электронные блоки управления и датчики.

Roots-компрессоры являются довольно дорогостоящими. Объясняется это незначительными допусками при производстве таких изделий. Кроме того, за этими нагнетателями нужно регулярно ухаживать, так как чужеродные объекты или грязь внутри пусковой системы могут сломать чувствительный прибор.

Винтовые агрегаты напоминают своей конструкцией модели Roots. Называются они Lysholm. В винтовых нагнетателях создаётся давление внутри с помощью специальных шнеков.

Стоят такие компрессоры дороже кулачковых, поэтому их используют не очень часто и нередко ставят в эксклюзивные и спортивные автомобили.

Центробежная конструкция

Работа этого вида приборов очень похожа на функционирование турбокомпрессора. Рабочий элемент агрегата — крыльчатка-колесо. Он очень быстро вращается при работе, засасывая в себя воздух.

Следует отметить, что эта разновидность является самой популярной среди всех механических приборов. Она обладает массой преимуществ.

К примеру:

• компактные габариты;
• небольшая масса;
• высокий уровень эффективности;
• доступная цена;
• надёжная фиксация на автомобильном моторе.

К недостаткам можно отнести лишь практически полную зависимость показателей производительности от оборотов коленвала автодвигателя. Но современные разработчики учитывают этот факт.

Применение компрессоров на авто

Использование механических компрессоров особенно популярно и среди дорогостоящих машин, и среди спортивных авто. Такие нагнетатели часто применяются в целях автотюнинга. Большая часть автомобилей спортивного типа оснащена именно механическими компрессорами или их модификациями.

Широкая популярность этих агрегатов поспособствовала тому, что многие компании сегодня предлагают полностью готовые решения для установки на атмосферный двигатель. В таких комплектах содержатся все необходимые детали, подходящие практически всем моделям силовых установок.

Но машины серийного производства, особенно средней стоимости, достаточно редко оборудуются механическими нагнетателями.