0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое турбокомпрессорный двигатель

Движение вперед: как в ЦИАМ разрабатываются малоразмерные двигатели

Отечественные поршневые авиадвигатели нужны как воздух. Появление производственной линейки двигателей для легкой авиации, в том числе беспилотников, будет способствовать восстановлению и укреплению целого ряда отраслей. Авиация вновь вернется на службу человеку в труднодоступные районы, на сельскохозяйственные поля и сможет связать близлежащие регионы.

Разработкой демонстраторов малоразмерных двигателей и поршневых авиамоторов, технологии создания и производства которых смогут стать заделом для появления опытных, а затем и серийных образцов, занимаются специалисты Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»).

О создании технологий для «маленьких» двигателей с большими возможностями, разработке турбовинтового двигателя ТВ7-117СТ-01 для регионального самолета Ил-114-300 и силовых установок для винтокрылой техники рассказывает начальник отдела ЦИАМ Юрий Фокин.

— Юрий Вячеславович, какие проекты в области создания малоразмерных двигателей реализует ЦИАМ?

— В 2020 году ЦИАМ стал исполнителем госконтракта Минпромторга России по созданию демонстраторов перспективных технологий малоразмерных газотурбинных (МГТД) и авиационных поршневых двигателей (АПД). Научно-исследовательская работа получила название «Демонстраторы МГТД и АПД». Перед нашим институтом стоит задача к концу 2022 года создать и испытать пять демонстраторов: это демонстрационные образцы «более электрического» сухого МГТД и перспективного МГТД низкой стоимости, демонстраторы технологий свободнопоршневых и турбокомпаундных АПД, а также демонстрационная высотная малоразмерная камера сгорания.

— Что собой представляет «более электрический» сухой малоразмерный двигатель?

— Конструкция «более электрического» двигателя предусматривает встроенный электрогенератор, который обеспечивает питание электрических приводов агрегатов двигателя. Такое решение позволяет отказаться от механической коробки приводов и улучшить эксплуатационные характеристики, снизить массу и стоимость конструкции, повысить надежность двигателя «Сухим» демонстратор называется потому, что в нем применены опоры с газодинамическими подшипниками, не требующими масляного охлаждения. Это позволит полностью отказаться от масляной системы, которая доставляет много неудобств при эксплуатации и к тому же увеличивает массу и стоимость двигателя.

Ротор-демонстратор «более электрического» сухого малоразмерного газотурбинного двигателя

— Демонстрационный образец уже создан?

— Двигатель-демонстратор с комбинированной системой опор — газодинамических и традиционных — уже испытан. Следующий виток работы — разработка и испытания двигателей полностью на газовых опорах, без масляной системы.

— Что за двигатель низкой стоимости разрабатывает ЦИАМ, в чем его особенность?

— Двигатель низкой стоимости ТРД-60 — это основа будущего двухконтурного малоразмерного двигателя. По сути изделие представляет собой унифицированный газогенератор, в котором до минимума сокращено число деталей, объединены функции конструктивных элементов. За счет оптимизации технологии изготовления ТРД-60, предполагающей применение ресурсосберегающих методов и материалов, этот двигатель по стоимости получается существенно дешевле, чем аналоги.

Предполагаем, что унифицированный газогенератор ТРД-60 может стать основой создания целого семейства малоразмерных двигателей различного типа и назначения.

— На какой стадии находится проект?

— По сравнению с первоначальным обликом, унифицированный газогенератор усовершенствован как по параметрам и характеристикам, так и по технологии изготовления. Демонстрационный образец готовится к испытаниям.

Более «электрический» МГТД низкой стоимости

— Какова ниша применения малоразмерных двигателей?

— Малоразмерные ТРДД могут в перспективе применяться для легких самолетов различного назначения пассажировместимостью от 4 до 6 человек, в том числе в санитарной авиации для оказания оперативной медицинской помощи. «Более электрические» сухие МГТД — для беспилотных летательных аппаратов, а также в составе гибридных силовых установок. Хочу отметить, что сейчас мы находимся на стадии научно-исследовательской работы: она предполагает создание и отработку перспективных технологий МГТД для их дальнейшего внедрения при выполнении опытно-конструкторских работ.

— Вернемся к авиационным поршневым моторам, которые ЦИАМ разрабатывает в рамках госконтракта с Минпромторгом России. Что собой представляет эта линейка демонстраторов и в чем их особенность?

— В сфере перспективных поршневых двигателей мы занимаемся созданием демонстраторов турбокомпаундного и свободнопоршневого двигателей.

Турбокомпаундный двигатель представляет собой комбинацию поршневого и газотурбинного двигателя. К поршневому мотору добавляется турбокомпрессорный модуль, который использует энергию выхлопных газов АПД в турбине, увеличивая тем самым мощность двигателя. При этом дополнительно может осуществляться турбонаддув поршневого мотора, что повышает его характеристики.

Турбокомпаундный модуль разрабатывается в паре с поршневым двигателем мощностью 100 л.с., но в принципе он может применяться с разными АПД для беспилотных летательных аппаратов и самолетов малой авиации. Специалисты ЦИАМ сейчас создают демонстратор компаундных технологий: турбину турбокомпаундного узла с редуктором и объемный нагнетатель воздуха.

Читать еще:  Антилопа что за двигатель

— Насколько такая схема получается тяжелее?

— Разумеется, масса увеличивается, но и мощность становится выше. По нашим расчетам, выигрыш от применения такой схемы компенсирует увеличение массы.

— Для каких нужд разрабатывается свободнопоршневой АПД?

— Предполагается, что этот двигатель будет использоваться в паре с электрогенератором и станет одним из элементов силовой установки для электросамолетов. В конструкции свободнопоршневого АПД будет отсутствовать механизм-преобразователь возвратно-поступательных движений поршней, поэтому реализовываться будут только поступательные. Это упростит конструкцию двигателя, снизит его массу, повысит надежность гибридной силовой установки.

— Заинтересована ли отрасль в разработках малоразмерных и поршневых двигателей?

— Заинтересованность есть, и она связана с увеличивающейся потребностью разработчиков летательных аппаратов в двигателях мощностью от 50 до 500 л.с. Они могут применяться как для беспилотной, так и для пилотируемой авиации. Если говорить о гражданской области применения, то это целые сегменты. Например, мониторинг дорожного движения, контроль состояния трубопроводов, метеорологические исследования, транспортно-грузовые перевозки и т.п.

— 16 декабря 2020 года состоялось настоящее историческое событие — начались летные испытания самолета Ил-114-300 с двигателем ТВ7-117СТ-01. Какой вклад в создание этого двигателя внес ЦИАМ?

— Создание самолета Ил-114-300 с отечественным двигателем отвечает важной государственной задаче по развитию авиации местных и региональных воздушных линий. Впереди предстоит еще много работы: ТВ7-117СТ-01 разрабатывается в сжатые сроки — двигатель должен получить сертификат типа в начале 2022 года. Сертификационный центр ЦИАМ принимает участие в научно-методическом сопровождении этого процесса. Институт также был задействован в макетной комиссии, выпустил заключение о возможности применения двигателя ТВ7-117СТ-01 для проведения летных испытаний самолета Ил-114-300.

В 2021 году планируется ряд испытаний на стендах ЦИАМ, в том числе в термобарокамере, имитирующей высотные условия полета.

— ЦИАМ занимается и сопровождением создания вертолетных двигателей. Над какими двигателями сейчас ведется работа?

— Продолжаются работы по улучшению данных сертифицированного двигателя ТВ7-117В для Ми-38. Сейчас ведутся работы по одобрению главного изменения — увеличение максимальной мощности до 3750 л.с.

Реализуются проекты по созданию двигателей ВК-650В и ВК-1600В: проведены этапы макета, завершена экспертиза и выпущены заключения на эскизные проекты этих двигателей. Демонстратор ВК-650В уже был успешно запущен на испытательном стенде ОДК-Климов. ВК-650В планируется использовать на вертолетах Ка-226Т, Ансат-У и VRT-500, а двигатель ВК-1600В — на вертолете Ка-62 в рамках программы импоротозамещения.

О турбинах

Турбокомпрессор представляет собой устройство, приводимое в движение за счет используемой кинетической и тепловой энергии выхлопных автомобильных газов. При помощи энергии с большой скоростью вращается колесо турбины, которое расположено на общем валу компрессора.

Использование турбокомпрессора.

Сам турбокомпрессор предназначается только для применения на двигателях внутреннего сгорания. Благодаря тому, что двигатель внутреннего сгорания, оснащенный турбокомпрессором, образует конструкционную систему «двигатель — компрессор», турбокомпрессоры подбираются строго к определенному типу двигателя. Чтобы понять, для чего нужен турбокомпрессор автомобилю и двигателю в принципе, необходимо нужно знать, как происходит внутреннее сгорание.

Двигатели внутреннего сгорания умеют «дышать». Другими словами, они всасывают в себя воздух и топливо, необходимые им для выработки энергии. Данная энергия превращается в мощность двигателя сразу после того, как поджигается воздушно-топливная смесь.

Турбокомпрессор позволяет сделать воздушно-топливную смесь более податливой к сгоранию. Это происходит посредством подачи дополнительного притока воздуха в цилиндры автомобильного двигателя и придает ему дополнительной мощности, а также увеличивает крутящий момент.

Несмотря на элементарный принцип работы, сам турбокомпрессор автомобильный является достаточно сложным устройством. При изготовлении и ремонте турбокомпрессора требуется невероятно точная подгонка деталей, а при установке устройства – идеальное согласование работы турбокомпрессора и автомобильного двигателя внутреннего сгорания. При отсутствии данного согласования, возможна не просто неэффективная работа двигателя, но и его повреждение.

Каким образом турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя?

Мощность, которую развивает двигатель, в первую очередь, зависит от определенного количества воздуха и топлива, смешенного с ним. Для увеличения мощности двигателя необходимо увеличить объем воздуха и топлива, подаваемого в двигатель. Но мощность не увеличится за счет увеличения количества топлива до тех пор, пока не будет того объема воздуха, который необходим для его сгорания.

Читать еще:  В чем преимущество водометного двигателя

Турбокомпрессор позволяет обеспечить качественное сгорание определенной массы топлива за счет подачи в него нужного бъема воздуха, а тем самым и повысить мощность автомобильного двигателя. Другими словами, при использовании турбокомпрессора автомобильного появляется возможность получить намного большую мощность двигателя при том же объеме рабочего топлива. Кроме того, компрессор значительно улучшает процесс сгорания топлива и повышает качественные характеристики автомобильного двигателя при различном числе оборотов.

Как работает компрессор автомобильный?

Турбокомпрессор приводится в движение за счет энергии переработанных газов, которая преобразовывается в крутящий момент. Энергия переработанных газов появляется благодаря вращения с одинаковой скоростью и в одном направлении двух элементов турбокомпрессора – турбины и воздушного центробежного насоса, которые являются стержневыми частями устройства.

Отработавшие газы, которые исходят из цилиндров автомобильного двигателя, попадают на крылья турбины, а затем превращаются в механическую энергию, то есть в крутящий момент. Свежий воздух, который всасывается компрессором, попадает в воздушный фильтр, затем сжимается и направляется в цилиндры автомобильного двигателя.

На какие двигатели устанавливается турбокомпрессор?

Турбокомпрессор автомобильный может устанавливаться на различные типы двигателей внутреннего сгорания. Данным устройством оснащаются и дизельные, и газовые, и бензиновые двигатели. Могут укомплектовываться компрессорами автомобильными также двигатели, которые охлаждаются при помощи жидкости или воздуха.

Турбиной можно оснащать любой двигатель независимо от его объема. Главное, чтобы двигатель был двухтактным или четырехтактным. Это единственное условие для установки турбокомпрессора.

На сегодняшний день практически любой дизельный двигатель комплектуется одним или даже несколькими турбокомпрессорами. Распространение турбокомпрессоров сегодня наблюдается даже в поле деятельности автотранспорта с двигателем малого объема и мощности.

Не менее популярно и востребовано оснащение турбокомпрессорами бензиновых двигателей. Применение данных устройств позволяет добиться повышения характеристик соединения впрыска бензинового топлива и электронного зажигания.

Принцип работы ТКР

Турбокомпрессор представляет собой устройство, приводимое в движение за счет используемой кинетической и тепловой энергии выхлопных автомобильных газов. При помощи энергии с большой скоростью вращается колесо турбины, которое расположено на общем валу компрессора.

  1. Корпус компрессора
  2. Узел подшипников
  3. Корпус турбины

Использование турбокомпрессора

Сам турбокомпрессор предназначается только для применения на двигателях внутреннего сгорания. Благодаря тому, что двигатель внутреннего сгорания, оснащенный турбокомпрессором, образует конструкционную систему «двигатель — компрессор», турбокомпрессоры подбираются строго к определенному типу двигателя. Чтобы понять, для чего нужен турбокомпрессор автомобилю и двигателю в принципе, необходимо нужно знать, как происходит внутреннее сгорание.

Двигатели внутреннего сгорания умеют «дышать». Другими словами, они всасывают в себя воздух и топливо, необходимые им для выработки энергии. Данная энергия превращается в мощность двигателя сразу после того, как поджигается воздушно-топливная смесь.

Турбокомпрессор позволяет сделать воздушно-топливную смесь более податливой к сгоранию. Это происходит посредством подачи дополнительного притока воздуха в цилиндры автомобильного двигателя и придает ему дополнительной мощности, а также увеличивает крутящий момент.

Несмотря на элементарный принцип работы, сам турбо компрессор автомобильный является достаточно сложным устройством. При изготовлении и ремонте турбокомпрессора требуется невероятно точная подгонка деталей, а при установке устройства – идеальное согласование работы турбокомпрессора и автомобильного двигателя внутреннего сгорания. При отсутствии данного согласования, возможна не просто неэффективная работа двигателя, но и его повреждение.

Каким образом турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя?

Мощность, которую развивает двигатель, в первую очередь, зависит от определенного количества воздуха и топлива, смешенного с ним. Для увеличения мощности двигателя необходимо увеличить объем воздуха и топлива, подаваемого в двигатель. Но мощность не увеличится за счет увеличения количества топлива до тех пор, пока не будет того объема воздуха, который необходим для его сгорания.

Турбокомпрессор позволяет обеспечить качественное сгорание определенной массы топлива за счет подачи в него нужного объема воздуха, а тем самым и повысить мощность автомобильного двигателя. Другими словами, при использовании турбо компрессора автомобильного появляется возможность получить намного большую мощность двигателя при том же объеме рабочего топлива. Кроме того, компрессор значительно улучшает процесс сгорания топлива и повышает качественные характеристики автомобильного двигателя при различном числе оборотов.

Как работает компрессор автомобильный?

Турбокомпрессор приводится в движение за счет энергии переработанных газов, которая преобразовывается в крутящий момент. Энергия переработанных газов появляется благодаря вращения с одинаковой скоростью и в одном направлении двух элементов турбокомпрессора – турбины и воздушного центробежного насоса, которые являются стержневыми частями устройства.

Отработавшие газы, которые исходят из цилиндров автомобильного двигателя, попадают на крылья турбины, а затем превращаются в механическую энергию, то есть в крутящий момент. Свежий воздух, который всасывается компрессором, попадает в воздушный фильтр, затем сжимается и направляется в цилиндры автомобильного двигателя.

Помимо турбокомпрессоров, которые функционируют по данному принципу, существует еще масса конфигураций устройств.

На какие двигатели устанавливается турбокомпрессор?

Турбокомпрессор автомобильный может устанавливаться на различные типы двигателей внутреннего сгорания. Данным устройством оснащаются и дизельные, и газовые, и бензиновые двигатели. Могут укомплектовываться компрессорами автомобильными также двигатели, которые охлаждаются при помощи жидкости или воздуха.

Компрессорами можно оснащать любой двигатель независимо от его объема. Устройство монтируется на двигатели, отличающиеся большим рабочим объемом и предназначенным для судовых и тепловозных транспортных средств, так и на двигатели грузовиков и легковых автомобилей. Главное, чтобы двигатель был двухтактным или четырехтактным. Это единственное условие для установки турбокомпрессора.

На сегодняшний день практически любой дизельный двигатель, который имеет мощность более 150 к Вт, комплектуется одним или даже несколькими турбокомпрессорами. Что касается двигателей, мощность которых более 80 кВт, то все они также оснащаются компрессором автомобильным. Распространение турбокомпрессоров сегодня наблюдается даже в поле деятельности автотранспорта с двигателем малого объема и мощности.

Не менее популярно и востребовано оснащение турбокомпрессорами бензиновых двигателей. Применение данных устройств позволяет добиться повышения характеристик соединения впрыска бензинового топлива и электронного зажигания.

Нужно ли обслуживать турбокомпрессор?

Турбокомпрессор не требует никакого обслуживания. Однако есть один нюанс. Смазка турбокомпрессора происходит при помощи системы смазывания автомобильного двигателя, поэтому неполадки в ее работе могут сказаться и на компрессоре. В большинстве случаев недостаток смазки приводит к износу устройства и выведению его из строя.

Основными признаками поломки и неисправности турбо компрессора автомобильного являются: значительное понижение мощности двигателя, выделение черного или фиолетового дыма из выхлопной трубы, увеличение потребления моторного масла и характерный шум при функционировании устройства.

Не забывайте, что данные признаки могут указывать не на поломку турбокомпрессора , а на неисправность двигателя или его навесных устройств. Если двигатель работает без сбоев, обслуживается своевременно на должном качественном уровне, то турбокомпрессор будет функционировать долго и без проблем.

Даже незначительный ремонт турбокомпрессора должен осуществляться опытными специалистами в мастерской, оснащенной профессиональным оборудованием. При работе с устройством должна соблюдаться идеальная чистота. Любая песчинка или мелкое инородное тело при попадании в компрессор автомобильный может вывести устройство из строя.

Как продлить срок эксплуатации турбокомпрессора?

Продлить срок эксплуатации автомобильного турбокомпрессора элементарно. Для этого необходимо просто соблюдать рекомендации, данные производителем вашего транспортного средства. Как показывают точные аналитические данные, всего лишь третья часть автовладельцев, машины которых оснащены турбокомпрессором, эти правила выполняют. Во всех остальных случаях неизбежно возникают проблемы в работе устройства. Вот правила, которыми не стоит пренебрегать, если вы хотите надолго продлить «жизнь» своего компрессора:

  • В холодное время года после запуска двигателя не стоит включать высокие обороты, лучше подождите около пяти минут;
  • После продолжительной поездки на автомобиле лучше оставить двигатель примерно на пять минут поработать на холостом ходу;
  • Не стоит забывать о своевременной замене моторного масла и масляного фильтра. Помните и то, что работа турбокомпрессора, вызывающая повышение температуры, значительно снижает эффективность и срок годности масла. Масло необходимо приобретать только то, которое подходит для двигателей, оснащенных турбокомпрессором.
  • Соблюдая данные правила, вы обеспечите надежную и бесперебойную работу компрессора автомобильного и увеличите срок его эксплуатации.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector