Система наддува: Системы наддува двигателя

Содержание

Системы наддува двигателя

С момента появления двигателя внутреннего сгорания перед конструкторами появилась задача повышения его мощности. А это возможно только одним путем – увеличением количества сгораемого топлива.

Способы повышения мощности двигателя

Для решения этой проблемы использовалось два метода, один из которых – повышение объема камер сгорания. Но в условиях постоянно ужесточающийся экологических требований к силовым агрегатам автомобилей этот метод повышения мощности сейчас практически не используется, хотя раннее он был приоритетным.

Второй метод повышения мощности сводится к принудительному увеличению количества горючей смеси. В результате этого даже на малообъемных силовых установках удается существенно повысить эксплуатационные показатели.

Если с увеличением количества подаваемого в цилиндры топлива проблем не возникает (система его подачи легко регулируется под требуемые условия), то с воздухом не все так просто. Силовая установка самостоятельно его закачивает за счет разрежения в цилиндрах и повлиять на объем закачки невозможно. А поскольку для максимально эффективного сгорания в цилиндрах должна создаваться топливовоздушная смесь с определенным соотношением, то увеличение только одного количества топлива никакого прироста мощности не дает, а наоборот – повышается расход, а мощность падает.


Выходом из ситуации является принудительная накачка воздуха в цилиндры, так называемый наддув двигателя. Отметим, что первые устройства, нагнетающие воздух в камеры сгорания, появились практически с момента появления самого двигателя внутреннего сгорания, но долгое время их на автотранспорте не использовали. Зато наддувы достаточно широко использовались в авиации и на кораблях.

Виды по способу создания давления

Наддув двигателя – задумка теоретически простая. Суть ее сводится к тому, что принудительная закачка позволяет существенно увеличить количество воздуха в цилиндрах по сравнению с объемом, который засасывает сам мотор, соответственно, и топлива подать можно больше. В результате удается повысить мощность силовой установки без изменения объема камер сгорания

Но это в теории все просто, на практике же возникает множество трудностей.

Основная проблема сводится к определению, какая конструкция наддува является самой эффективной и надежной.

В целом разработано три типа нагнетателей, различающихся по способу нагнетания воздуха:

  1. Roots
  2. Lysholm (механический нагнетатель)
  3. Центробежный (турбина)

Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, достоинства и недостатки.

Roots

Нагнетатель типа Roots изначально был представлен в виде обычного шестеренчатого насоса (что-то схожее с масляным насосом), но со временем конструкция этого наддува сильно изменилась. В современном нагнетателе Roots шестеренки заменены на два ротора, вращающихся разнонаправлено, и установленных в корпусе. Вместо зубьев на роторах сделаны лопастные кулачки, которыми происходит зацепление роторов между собой.

Главной особенностью наддува Roots является способ нагнетания. Давление воздуха создается не в корпусе, а на выходе из него. По сути, лопасти роторов просто захватывают воздух и выталкивают его в выходной канал, ведущий к впускному коллектору.

Устройство и работа нагнетателя Roots

Но у такого нагнетателя есть несколько существенных недостатков – создаваемое им давление ограничено, при этом еще присутствует пульсация воздуха. Но если второй недостаток конструкторы смогли преодолеть (путем придания роторам и выходным каналам особой формы), то проблема ограничения создаваемого давления более серьезна – либо приходится увеличивать скорость вращения роторов, что негативно сказывается на ресурсе нагнетателя, либо создавать несколько ступеней нагнетания, из-за чего устройство становится очень сложным по конструкции.

Lysholm

Наддув двигателя типа Lysholm конструктивно схож с Roots, но у него вместо роторов используются спиралевидные шнеки (как в мясорубке). В такой конструкции создание давления происходит уже в самом нагнетателе, а не на выходе. Суть проста – воздух захватывается шнеками, сжимается в процессе транспортировки шнеками от входного канала на выходной и затем выталкивается. За счет спиралевидной формы процесс подачи воздуха идет непрерывно, поэтому никакой пульсации нет.

Такой нагнетатель обеспечивает создание большего давления, чем конструкция Roots, работает бесшумно и на всех режимах мотора.

Нагнетатель типа Lysholm, другое название — винтовой.

Основным недостатком этого наддува является высокая стоимость изготовления.

Центробежный тип

Центробежные нагнетатели – самый сейчас распространенный тип устройства. Он конструктивно проще, чем первые два типа, поскольку рабочий элемент у него один – компрессионное колесо (обычная крыльчатка). Установленная в корпусе эта крыльчатка захватывает воздух входного канала и выталкивает его в выходной.

Центробежный нагнетатель с газотурбинным приводом

Особенность работы этого нагнетателя сводится к тому, что для создания требуемого давления необходимо, чтобы турбинное колесо вращалось с очень большой скоростью. А это в свою очередь сказывается на ресурсе.

Типы привода, их достоинства и недостатки

Вторая проблема – привод нагнетателя, а он может быть:

  1. Механическим
  2. Газотурбинным
  3. Электрическим

В механическом приводе в действие нагнетатель приводится от коленчатого вала посредством ременной, реже – цепной, передачи.

Такой тип привода хорош тем, что наддув начинает работать сразу после запуска силовой установки.

Но у него есть существенный недостаток – этот тип привода «забирает» часть мощности мотора. В результате получается замкнутый круг – нагнетатель повышает мощность, но сразу же ее и отбирает. Использоваться механический привод может со всеми типами наддувов.

Газотурбинный привод сейчас пока является самым оптимальным. В нем нагнетатель приводится в действие за счет энергии сгоревших газов. Этот тип привода используется только с центробежным наддувом. Нагнетатель с таким типом привода получил название турбонаддува.

Чтобы использовать энергию отработанных газов конструкторы, по сути, просто взяли два центробежных нагнетателя и соединили их крыльчатки одной осью. Далее один нагнетатель подсоединили к выпускному коллектору. Выхлопные газы, на выходе из цилиндров двигаются с высокой скоростью, попадают в нагнетатель и раскручивают крыльчатку (она получила название турбинное колесо).

А поскольку она соединена с крыльчаткой (компрессорным колесом) второго нагнетателя, то он начинает выполнять требуемую задачу – нагнетать воздух.

Турбонаддув хорош тем, что не оказывает влияние на мощность двигателя. Но у него есть недостаток, причем существенный – на малых оборотах двигателя он из-за небольшого количества выхлопных газов не способен эффективно нагнетать воздух, он эффективен только на высоких оборотах. К тому же в турбонаддуве присутствует такой эффект как «турбояма».

Суть этого эффекта сводится к тому, что турбонаддув не обеспечивает мгновенную реакцию на действия водителя. При резком изменении режима работы двигателя, к примеру, при разгоне, на первом этапе энергии выхлопных газов недостаточно, чтобы наддув закачал требуемое количество воздуха, нужно время, чтобы в цилиндрах прошли процессы и повысилось количество отработанных газов. В результате при резком нажатии на педаль, машина «тупит» и не разгоняется, но как только наддув наберет обороты, авто начинает активно ускоряться – «выстреливает».

Есть и еще один не очень приятный эффект – «турболаг». У него суть примерно та же, что и у «турбоямы», но природа у него несколько другая. Сводится она к тому, что наддув обладает запоздалой реакцией на действия водителя. Обусловлена она тем, что нагнетателю требуется время захватить, закачать воздух и подать его в цилиндры.

Показательные графики эффектов «турбояма» и «турболаг» в зависимости от мощности

«Турбояма» появляется только в нагнетателях, работающих от энергии выхлопных газов, в устройствах же с механических приводом ее нет, поскольку производительность наддува пропорциональна оборотам двигателя. А вот «турболаг» присутствует во всех типах нагнетателей.

В современных автомобилях начинают внедрять электрические приводы наддува, но они только зарождаются. Пока их используют, как дополнительный механизм, для исключения «турбоямы» в работе турбонаддува. Не исключено что вскоре и появится разработка которая заменит привычные нам нагнетатели.

Электронагнетатель от фирмы Valeo

Для их эффективной работы необходимо более высокое напряжение, поэтому используется вторая сеть со своим аккумулятором на 48 вольт.

Концерн Audi вообще планирует перевести все оборудование на повышенное напряжение – 48 вольт, так как увеличивается количество электронных систем и соответственно нагрузка на сеть автомобиля. Возможно в будущем все автопроизводители перейдут на повышенное напряжение бортовой сети.

Иные проблемы

Помимо способа нагнетания и типа привода существует еще немало вопросов, которые успешно решились или решаются конструкторами.

К ним относится:

  • нагрев воздуха при сжатии;
  • «турбояма»;
  • эффективная работа нагнетателя на всех режимах.

Во время нагнетания воздух сильно нагревается, что приводит к снижению его плотности, а это в свою очередь сказывается на детонационном пороге топливовоздушной смеси. Устранить эту проблему удалось путем установки интеркулера – радиатора охлаждения воздуха. Причем осуществлять охлаждение этот узел может разными способами – потоком встречного воздуха или за счет жидкостной системы охлаждения.

Варианты исполнения систем наддува

Но установка интеркулера породила другую проблему – увеличение «турболага».

Из-за радиатора общая длина воздуховода от нагнетателя к впускному коллектору существенно увеличилась, а это повлияло на время нагнетания.

Проблема с «турбоямой» автопроизводителями решается по-разному. Одни снижают массу составных элементов, другие используют технологию изменяемой геометрии турбопривода. При первом варианте решения проблемы, снижение массы крыльчаток приводит к тому, что для раскручивания наддува требуется меньше энергии. Это позволяет нагнетателю раньше вступить в работу и обеспечить давление воздуха даже при незначительных оборотах двигателя.

Что касается геометрии, то за счет использования специальных крыльчаток с приводом от актуатора, установленных в корпусе турбинного колеса удается осуществлять перенаправление потока отработанных газов в зависимости от режима работы мотора.

Повышение эффективности работы нагнетателя на всех режимах работы некоторые производители решают путем установки двух, а то и трех нагнетателей. И здесь уже каждая автокомпания поступает по-разному.

Одни устанавливают два турбонаддува, но разных размеров. «Малый» нагнетатель отрабатывает на небольших оборотах мотора, снижая эффект «турбоямы», а при увеличении оборотов в работу включается «большой» наддув. Другие же автопроизводители применяют комбинированную схему, в которой за малые обороты «отвечает» нагнетатель с механическим приводом, что вовсе устраняет «турбояму», а на высоких оборотах задействуется уже турбонаддув.

Напоследок отметим, что выше указаны только одни из основных проблем, связанных с принудительной подачей воздуха в цилиндры, в действительности их больше. К ним можно отнести передув и помпаж.

Увеличение мощности нагнетателем, по сути, ограничено только одним фактором — прочнотью составных элементов силовой установки. То есть, мощностные характеристики можно увеличивать только до определенного уровня, превышение которого приведет к разрушению узлов мотора. Это превышение и называется передувом. Чтобы он не произошел, система принудительного нагнетания воздуха оснащается клапанами и каналами, которые предотвращают раскручивание крыльчатки выше установленных оборотов, получается, что производительность наддува имеет граничную отметку.

Дополнительно при достижении определенных условий ЭБУ системы питания корректирует количество подаваемого в цилиндры топлива.

Помпаж можно охарактеризовать как «обратное движение воздуха». Возникает эффект при резком переходе с высоких оборотов на низкие. В итоге, нагненататель уже накачал воздух в большом количестве, но из-за снижения оборотов он становиться невостребованным, поэтому он начинает возвращаться к наддуву, что может стать причиной его поломки.

Клапан blow-off

Проблема помпажа решена использованием обходных каналов (байпас), по которым сжатый не расходованный воздух перекачивается на входной канал перед нагнетателем, тем самым он смягчает, но не устраняет, нагрузки при помпаже. Второй системой которая полностью решает проблему помпажа, является установка перепускного клапана или blow-off, который при необходимости сбрасывает воздух в атмосферу.

Установка нагнетателей воздуха на силовые установки пока является самым оптимальным способом повышения мощности.

Системы наддува

Системы наддува

Для наддува двигателя применяют приводной нагнетатель (компрессор) (см. рис. 1.5, а) или турбокомпрессор (см. рис. 1.5, б), а в комбинированной системе наддува на первой ступени — приводной нагнетатель, а на второй — турбокомпрессор (ТК).

Приводной нагнетатель имеет механическую связь с коленчатым валом двигателя, что обеспечивает на малых частотах вращения и при разгоне высокое давление наддува, хорошие динамические свойства транспортного средства, уменьшение выброса сажи дизелем.

Газотурбинный наддув предполагает использование энергии отработавших газов для привода ТК. Несмотря на увеличение работы выталкивания из-за установки турбины на пути движения отработавших газов, турбонаддув позволяет получить ряд преимуществ в сравнении с наддувом от приводного нагнетателя:

улучшить топливную экономичность;

снизить габариты системы наддува;

повысить степень форсирования двигателя благодаря большему давлению наддува на средних и высоких частотах вращения;

уменьшить уровень шума.

Существуют следующие варианты организации наддува по способу подвода газа от цилиндров к турбине:

изобарная система с близким к постоянному давлением газа перед турбиной предполагает, что газы из всех цилиндров для сглаживания пульсации их давления подводятся в общий выпускной коллектор большого объема, а затем поступают в стационарном потоке на лопатки турбины, работающей с высоким КПД. Однако при расширении в этом коллекторе газы теряют часть энергии;

импульсная система с пульсирующим потоком газа перед турбиной предполагает подвод газов к турбине от нескольких групп цилиндров, которые объединены общим трубопроводом. В одну группу объединяют два-три цилиндра так, чтобы их фазы впуска по возможности не перекрывались. Длину впускного коллектора делают минимальной для наилучшего использования энергии отработавших газов в турбине. Газы от каждой группы цилиндров подводятся к определенной части окружности колеса турбины. В выпускном коллекторе создаются колебательные импульсы для уменьшения работы выталкивания.

Работа, совершаемая импульсной турбиной, больше изобарной: потери энергии при перетекании газа меньше, а сумма работ газа за цикл — больше. Однако КПД турбины снижается из-за пульсации давления на входе в нее. Поэтому импульсные системы эффективны на малых частотах вращения и сравнительно низком наддуве при давлениях в выпускном коллекторе 0,16 МПа и ниже, а изобарные системы — на больших частотах вращения и при высокой степени форсирования турбонаддувом, когда пульсации давления сглаживаются.

Промежуточное охлаждение наддувочного воздуха, нагреваемого при сжатии в компрессоре автотракторных двигателей до температуры 70...130 "С, организуют между компрессором и впускным коллектором двигателя. Это увеличивает массовое наполнение цилиндров и позволяет повысить мощность двигателя, улучшить топливную экономичность, уменьшить тепловую напряженность деталей. В автомобильных двигателях используются два типа охладителей наддувочного воздуха: воздухо-воздушный и водовоздушный.

Воздуховоз душный охладитель устанавливают перед масляным и жидкостным радиаторами двигателя. Охлаждение организуют потоками встречного и создаваемым вентилятором воздуха. Охладитель обычно используют при невысоких степенях форсирования и наличии встречного потока воздуха (на автомобилях).


Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха

Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха

Для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания широкое применение находят специальные агрегаты — турбокомпрессоры. О том, что такое турбокомпрессор, каких типов бывают эти агрегаты, как они устроены и на каких принципах основана их работа, а также об их обслуживании и ремонте читайте в статье.


Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор — основной компонент системы агрегатного наддува двигателей внутреннего сгорания, агрегат для повышения давления во впускном тракте двигателя за счет энергии отработавших газов.

Турбокомпрессор применяется для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания без коренного вмешательства в его конструкцию. Данный агрегат повышает давление во впускном тракте двигателя, обеспечивая подачу в камеры сгорания увеличенного количества топливно-воздушной смеси. В этом случае сгорание происходит при более высокой температуре с образованием большего объема газов, что приводит к повышению давления на поршень и, как следствие, к росту крутящего момента и мощностных характеристик двигателя.

Применение турбокомпрессора позволяет увеличить мощность двигателя на 20-50% с минимальным увеличением его стоимости (а при более значительных доработках рост мощности может достигать 100-120%). Благодаря своей простоте, надежности и эффективности системы наддува на основе турбокомпрессоров находят самое широкое применение на всех типах транспортных средств с ДВС.


Типы и характеристики турбокомпрессоров

Сегодня существует большое разнообразие турбокомпрессоров, но их можно разделить на группы по назначению и применимости, типу используемой турбины и дополнительному функционалу.

По назначению турбокомпрессоры можно разделить на несколько типов:

  • Для одноступенчатых систем наддува — один турбокомпрессор на двигатель, либо два и более агрегатов, работающих на несколько цилиндров;
  • Для последовательных и последовательно-параллельных систем надува (различные варианты Twin Turbo) — два одинаковых или разных по характеристикам агрегата, работающих на общую группу цилиндров;
  • Для двухступенчатых систем наддува — два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые работают в паре (последовательно друг за другом) на одну группу цилиндров.

Наиболее широкое применение находят одноступенчатые системы наддува, построенные на основе одного турбокомпрессора. Однако такой системе может присутствовать два или четыре одинаковых агрегата — например, в V-образных двигателях используются отдельные турбокомпрессоры на каждый ряд цилиндров, в многоцилиндровых моторах (более 8) могут применяться четыре турбокомпрессора, каждый из которых работает на 2, 4 или более цилиндров. Меньшее распространение получили двухступенчатые системы наддува и различные вариации Twin-Turbo, в них используется два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые могут работать только в паре.

По применимости турбокомпрессоры можно условно разделить на несколько групп:

  • По типу двигателя — для бензиновых, дизельных и газовых силовых агрегатов;
  • По объему и мощности двигателя — для силовых агрегатов малой, средней и большой мощности; для высокооборотистых двигателей, и т.д.

Турбокомпрессоры могут оснащаться турбиной одного из двух типов:

  • Радиальной (радиально-осевой, центростремительной) — поток отработавших газов подается на периферию крыльчатки турбины, движется к ее центру и выводится в осевом направлении;
  • Осевой — поток отработавших газов подается вдоль оси (к центру) крыльчатки турбины и выводится с ее периферии.

Сегодня применяются обе схемы, но на двигателях небольшого объема чаще можно встретить турбокомпрессоры с радиально-осевой турбиной, а на мощных силовых агрегатах предпочтение отдается осевым турбинам (хотя это и не является правилом). Независимо от типа турбины, все турбокомпрессоры оснащаются центробежным компрессором — в нем воздух подается к центру крыльчатки и отводится от ее периферии.

Современные турбокомпрессоры могут иметь различный функционал:

  • Двойной вход — турбина имеет два входа, на каждый из них поступают отработавшие газы от одной группы цилиндров, такое решение снижает перепады давления в системе и улучшает стабильность наддува;
  • Изменяемая геометрия — турбина имеет подвижные лопасти или скользящее кольцо, посредством которых можно изменять поток отработавших газов на рабочее колесо, это позволяет изменять характеристики турбокомпрессора в зависимости от режима работы двигателя.

Наконец, турбокомпрессоры отличаются основными эксплуатационными характеристиками и возможностями. Из основных характеристик этих агрегатов следует выделить:

  • Степень повышения давления — отношение давления воздуха на выходе компрессора к давлению воздуха на входе, лежит в пределах 1,5-3;
  • Подача компрессора (расход воздуха через компрессор) — масса воздуха, проходящая через компрессор за единицу времени (секунду), лежит в пределах 0,5-2 кг/с;
  • Рабочий диапазон оборотов — лежит в пределах от нескольких сотен (для мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей) до десятков тысяч (для современных форсированных двигателей) оборотов в секунду. Максимальная скорость ограничена прочностью рабочих колес турбины и компрессора, при слишком высокой скорости вращения за счет центробежных сил колесо может разрушиться. В современных турбокомпрессорах периферийные точки колес могут вращаться со скоростями 500-600 и более м/с, то есть — в 1,5-2 раза быстрее скорости звука, это и обуславливает возникновение характерного свиста турбины;
  • Рабочая/максимальная температура отработавших газов на входе в турбину — лежит в пределах 650-700°С, в отдельных случаях достигает 1000°С;
  • КПД турбины/компрессора — обычно составляет 0,7-0,8, в одном агрегате КПД турбины обычно меньше КПД компрессора.

Типовая схема системы агрегатного наддува воздуха ДВС

Также агрегаты отличаются размерами, типом монтажа, необходимостью применять вспомогательные компоненты и т.д.


Конструкция турбокомпрессора

В общем случае турбокомпрессор состоит из трех основных узлов:

  1. Турбина;
  2. Компрессор;
  3. Корпус подшипников (центральный корпус).

Турбина — агрегат, преобразующий кинетическую энергию отработавших газов в механическую энергию (в крутящий момент колеса), которая обеспечивает работу компрессора. Компрессор — агрегат для нагнетания воздуха. Корпус подшипников связывает оба агрегата в единую конструкцию, а расположенный в нем вал ротора обеспечивает передачу крутящего момента от колеса турбины на колесо компрессора.


Разрез турбокомпрессора

Турбина и компрессор имеют схожую конструкцию. Основой каждого из этих агрегатов выступает корпус-улитка, в периферийной и центральной части которого расположены патрубки для соединения с системой наддува. У компрессора впускной патрубок всегда находится в центре, выпускной (нагнетательный) — на периферии. Такое же расположение патрубков у осевых турбин, у радиально-осевых турбин расположение патрубков обратное (на периферии — впускной, в центре — выпускной).

Внутри корпуса располагается колесо с лопатками специальной формы. Оба колеса — турбинное и компрессорное — удерживаются общим валом, который проходит через корпус подшипников. Колеса — цельнолитые или составные, форма лопаток турбинного колеса обеспечивает максимально эффективное использование энергии отработавших газов, форма лопаток компрессорного колеса обеспечивает максимальный центробежный эффект. В современных турбинах высокого класса могут использоваться составные колеса с керамическими лопатками, которые имеют низкую массу и обладают лучшими характеристиками. Размер колес турбокомпрессоров автомобильных двигателей — 50-180 мм, мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей — 220-500 и более мм.

Оба корпуса монтируются на корпус подшипников с помощью болтов через уплотнения. Здесь располагаются подшипники скольжения (реже — подшипники качения специальной конструкции) и уплотнительные кольца. Также в центральном корпусе выполняются масляные каналы для смазки подшипников и вала, а в некоторых турбокомпрессорах и полости водяной рубашки охлаждения. При монтаже агрегат соединяется с системами смазки и охлаждения двигателя.

В конструкции турбокомпрессора могут быть предусмотрены и различные вспомогательные компоненты, в том числе детали системы рециркуляции отработавших газов, масляные клапаны, элементы для улучшения смазки деталей и их охлаждения, регулировочные клапаны и т.д.

Детали турбокомпрессора изготавливаются из специальных марок стали, для колеса турбины применяются жаропрочные стали. Материалы тщательно подбираются по коэффициенту температурного расширения, что обеспечивает надежность конструкции на различных режимах работы.

Турбокомпрессор включается в систему наддува воздуха, в которую также входят впускной и выпускной коллекторы, а в более сложных системах — интеркулер (радиатор охлаждения наддувного воздуха), различные клапаны, датчики, заслонки и трубопроводы.


Принцип работы турбокомпрессора


Принцип работы турбокомпрессора

Функционирование турбокомпрессора сводится к простым принципам. Турбина агрегата внедряется в выпускную систему двигателя, компрессор — во впускной тракт. Во время работы мотора выхлопные газы поступают в турбину, ударяются о лопатки колеса, отдавая ему часть своей кинетической энергии и заставляя ее вращаться. Крутящий момент от турбины посредством вала напрямую передается на колеса компрессора. При вращении колесо компрессора отбрасывает воздух на периферию, повышая его давление — этот воздух подается во впускной коллектор.

Одиночный турбокомпрессор имеет ряд недостатков, основной из которых — турбозадержка или турбояма. Колеса агрегата имеют массу и некоторую инерцию, поэтому не могут мгновенно раскручиваться при повышении оборотов силового агрегата. Поэтому при резком нажатии на педаль газа турбированный двигатель разгоняется не сразу — возникает короткая пауза, провал мощности. Решением этой проблемы служат специальные системы управления турбиной, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, последовательно-параллельные и двухступенчатые системы наддува, и другие.


Вопросы обслуживания и ремонта турбокомпрессоров

Турбокомпрессор нуждается в минимальном техническом обслуживании. Главное — вовремя производить замену масла и масляного фильтра двигателя. Если мотор еще может какое-то время работать на старом масле, то для турбокомпрессора оно может стать смертельно опасным — даже незначительное ухудшение качества смазочного материала на высоких нагрузках может привести к заклиниванию и разрушению агрегата. Также рекомендуется периодически очищать детали турбины от нагара, что требует ее разбора, однако эту работу следует выполнять только с применением специального инструмента и оборудования.

Неисправный турбокомпрессор в большинстве случаев проще заменить, чем ремонтировать. Для замены необходимо использовать агрегат того же типа и модели, что был установлен на двигателе ранее. Монтаж турбокомпрессора с иными характеристиками может нарушить работу силового агрегата. Подбор, монтаж и настройку агрегата лучше доверять специалистам — это гарантирует правильное выполнение работ и нормальную работу двигателя. При правильной замене турбокомпрессора двигатель снова обретет высокую мощность и сможет решать самые сложные задачи.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Разработка систем наддува для ДВС различного назначения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

45 60 Длина ребра

Рисунок 4. Градиент температуры по поверхности ребра трубы с кожухом

Распределения градиента температуры по длине ребра приведены в таблице 4.

Таблица 4

Распределение градиента температуры по длине ребра

Сечение Оребренная труба без кожуха, Градиент Т°С Оребренная труба с кожухом, Градиент Т°С

Верхнее 1,8 2,6

Среднее 1,1 3,1

Нижнее 1,4 2,6

Из графика на рисунке 2 следует, что отличие перепада температур при длине 2 м и 1,5 м варьируется от 0,7°С до 0,8°С, поэтому применять трубы длиной 2 м при данном расходе жидкости нецелесообразно, это ведет к существенному увеличению металлоёмкости теплообменника. При применении кожуха, разница температуры увеличилась в 1,5 - 2 раза.

Литература

1. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. - М.: Наука. - 1986. - C. 414.

2. Варгафтик Л.П., Филиппов А.А. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов -М.: Энергоатомиздат. - 1990. - С. 352.

3. ANSYS ICEM CFD Tutorial Manual. - С. 313.

Разработка систем наддува для ДВС различного назначения

Каминский Р.В. Университет машиностроения designakamturho.ru

Аннотация. Представлены результаты создания и практического применения методики проектирования эффективных систем наддува для ДВС различного назначения.

Ключевые слова: методика проектирования, эффективные системы, система наддува, моделирование, параметры турбины, рециркуляция, масштабирование, метод прототипирования.

Как правило, анализ, доводку и фиксацию основных параметров рабочего процесса двигателя выполняет его разработчик. В этом случае в техническом задании (ТЗ) на проектирование системы наддува заказчиком задаются следующие параметры:

• конструктивная схема, количество цилиндров, размерность или рабочий объём двигателя;

• мощность или крутящий момент двигателя и частота вращения коленчатого вала на характерных режимах по внешней скоростной характеристике (ВСХ) дизеля;

• расход воздуха или коэффициент избытка воздуха;

• часовой или удельный эффективный расход топлива;

• условия на входе в дизель: температура и давление воздуха;

• условия на выходе дизеля: температура и давление отработанного газа;

• наличие охладителя (охладителей) наддувочного воздуха (ОНВ), эффективность охлаждения и температура теплоносителя на входе в ОНВ;

• параметры рециркуляции по многопараметровой характеристике: ее наличие/отсутствие, расход рециркулируемого газа, желаемая температура газа после теплообменника системы рециркуляции;

• разрежение на впуске и сопротивление на выпуске двигателя, в том числе с учётом возможного диапазона климатических и высотных условий эксплуатации двигателя.

Однако практика работы НПО «Турботехника» показывает, что чаще всего заказчик ограничивается в ТЗ рабочим объёмом, номинальной мощностью, максимальным крутящим моментом двигателя и соответствующими частотами вращения.

Сегодня существует множество совершенных методик анализа рабочего процесса поршневых двигателей. Причём, чем совершеннее и точнее методика, тем больше объём исходных данных, необходимых для расчёта, то есть трудоёмкость таких расчётов недопустима для производителей систем наддува, не обладающих такими ресурсами как разработчики двигателей и не имеющих свободного доступа к технической документации на разработку двигателей. В этом случае целесообразен и достаточен упрощённый метод анализа рабочего процесса двигателя, который позволяет определить необходимые, но не указанные заказчиком условия на впуске двигателя и условия на входе в турбину, исходя из оценки неизвестных параметров на основе статистических данных или аппроксимирующих зависимостей.

После оценки требуемых параметров заряда на впуске с учетом требуемой рециркуляции ОГ и необходимости использования тех или иных охладителей, конструкции двигателя и архитектуры подкапотного пространства для размещения агрегатов, технологических возможностей, традиционных предпочтений и многих других специфических подробностей выбирается требуемая и реализуемая для этого схема наддува (включая параметры и количество ступеней, тип регулирования, необходимые агрегаты охлаждения и т.д.), и затем идет расчет системы (рисунок 1).

В программе расчета реализовано упрощенное моделирование цикла ДВС, позволяющее оценить:

• расход воздуха и степень наддува, необходимые для достижения заданных параметров двигателя;

• располагаемые параметры газа до и после турбины.

На первом этапе расчёта на основании имеющихся технических данных двигателя и информации, приведенной в технической литературе или эмпирических формул, полученных на основании статистического анализа экспериментальных данных различных двигателей, формируется внешняя скоростная характеристика двигателя. Минимально необходимая информация для выполнения первого этапа расчёта - протекание крутящего момента и удельного эффективного расхода топлива двигателя по ВСХ.

На втором этапе по заданным и подтвержденным заказчиком параметрам ВСХ в расчетных точках последовательно решаются системы уравнений для определения необходимых параметров компрессора. Для определения необходимых параметров турбины вводится итерационный процесс, за критерий сходимости принимается мощностной баланс турбокомпрессора: равенство мощностей компрессора и турбины =

Эффективные параметры турбокомпрессора, многократно уточняются в процессе итерации исходя из опытных универсальных характеристик.Ге = I (рт) при разных окружных скоростях ик2. При отсутствии требуемой характеристики турбинной ступени, используя одну опытную характеристику, путем масштабирования по приведенному расходу газа с сохранением параметров по эффективному КПД, можно создать бесконечное

множество характеристик, изменяя коэффициент масштабирования.

После определения параметров наддува на режиме максимального крутящего момента и выбора универсальных характеристик для турбокомпрессора рассчитываются параметры наддува по ВСХ, принимая закон изменения исходных параметров от оборотов коленчатого вала и с учетом выбранных универсальных характеристик.

Зная расходную характеристику двигателя, из имеющейся базы данных универсальных характеристик компрессора можно подобрать типоразмер турбокомпрессора. Идеально, если точки согласования расходной характеристики двигателя находятся в зоне максимальных КПД компрессора. В случае смещения расходной характеристики двигателя в зону низких КПД или близко к границе помпажа компрессора необходимо изменение конструкции компрессорной ступени.

Характеристика компрессора может быть изменена различными способами. Наиболее простой способ - изменение диаметра колеса на входе или выходе, а также изменение угла установки лопатки на входе и выходе. Это позволит достаточно быстро спрогнозировать изменение характеристики компрессора в соответствии с требуемыми параметрами двигателя, при этом следует понимать, что за базу берутся высокоэффективные компрессорные ступени с хорошим уровнем КПД (76 - 82%) и напорных характеристик (в зависимости от требований двигателя).

По результатам расчетов определяются геометрические параметры ступеней турбокомпрессора, выполняется проектирование агрегата в целом в одном из пакетов твердотельного моделирования (ProEngineer, SolidWorks, Компас 3D и т.д.). С учетом компоновки и технических характеристик двигателя проектируются корпусные детали, определяются механизмы регулирования.

В случае невозможности обратиться к базе данных ввиду отсутствия типоразмера или если имеются недостаточно эффективные параметры компрессора проводится СFD расчет с помощью современных пакетов ANSYS, ConceptNrec, FloEFD и т.д. (рисунок 2). Данные программные продукты позволяют уточнить параметры течения газовых и воздушных потоков, величины потерь в газовых и воздушных трактах турбокомпрессоров, а также расчёты на прочность, включая определение собственных частот и форм колебаний лопаток. Недостатком этих расчетов является большое количество времени для проведения всех операций. Расчетное время одной точки при решении на грубой сетке составляет 4 часа, на улучшенной сетке - 12 часов. Объем оперативной памяти, затраченной на расчет, составляет 6 Гбайт.

Рисунок 2. СЕБ расчет ступеней турбокомпрессора

Изготовление опытного образца проходит методом прототипирования. В настоящее время применяются новейшие технологии, в частности 5-координатная механическая обработка на станках с ЧПУ, аддитивные технологии с 3D-принтерами для создания мастер-моделей и готовых изделий.

Характеристики опытного образца определяются на специальном безмоторном стенде, который позволяет проводить испытания на горячем газе, имитируя реальную работу турбокомпрессора на двигателе. Характеристики турбокомпрессора определяются при постоянных значениях окружной скорости на наружном диаметре лопаток колеса компрессора, приведенной к нормальным условиям, начиная с режима максимального расхода воздуха в сторону его уменьшения. При каждой окружной скорости на наружном диаметре лопаток колеса компрессора измеряются параметры работы турбокомпрессора не менее чем на шести режимах, приблизительно равномерно расположенных по расходу воздуха (рисунок 3).

После безмоторных испытаний и сопоставления характеристик турбокомпрессора и характеристик двигателя принимается решение о проведении моторных испытаний. Как пра-

вило, моторные испытания проводятся на заводах-разработчиках двигателей или в специальных инжиниринговых компаниях.

1.

1.

Рисунок 3. Мнемосхема стенда и измеряемые параметры

Выводы

Предложена и реализована методика, представляющая из себя рациональную последовательность действий и операций, начиная с расчетов параметров рабочего процесса двигателя, учитывающего требования к нему со стороны потребителя (в конкретном случае -автомобиля, трактора или другого средства с учетом удовлетворения наиболее характерных режимов их использования). В результате проведения таких действий определяются, в частности, геометрические параметры колес компрессора и турбины, проходные сечения направляющих аппаратов турбины и компрессора, а также необходимые параметры регулирования. Это позволяет перейти к следующим этапам реализации задачи.

2. Решением практических задач потребителей доказана эффективность разработанной методики, охватывающей глобальное применение аналитических подходов и цифровых технологий при расчетах, создании прототипов, стендов, системы доводки и стендовых испытаний, что позволяет скорее и надежнее перейти к натурным испытаниям образцов и завершению задачи.

3. Созданная методика и практика организации производства ТКР показывает, что НПО «Турботехника» в состоянии практически покрывать существующие и на перспективу потребности в агрегатах ТН для силовых установок, выпускаемых в России и соседних странах.

4. Уровень реализуемых в продукте параметров, как правило, не ниже, чем у соответствующих зарубежных аналогов при лучшем соотношении «цена - качество».

5. Методологический подход может быть полезен и в других направлениях создания двигателей и лопаточных машин.

Литература

Каминский В.Н., Каминский Р.В., Сибиряков С.В., Лазарев А.В. и др. Использование информационных технологий при контрольно-исследовательских испытаниях турбокомпрессора на безмоторном стенде. Сб. трудов VI Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». -

Протвино. 2012.

2. Ханин Н. С., Зайченко Е. Н., Аболтин Э. В., Лямцев Б. Ф. Автомобильные двигатели с турбонаддувом. - М.: Машиностроение, 1991.

3. Hung Nguyen-Schafer. Aero and Vibroacoustics of Automotive Turbochargers, Springer, 2013. ISBN3642350704.

4. Stemler E., Lawless P. The Design and Operation of a Turbocharger Test Facility Designed for Transient Simulation. SAE Technical Paper 970344, Detroit, 1997.

5. Baines Nicholas C. Fundamentals of Turbocharging. Concepts ETI. 2005. ISBN 0-933283-14-8.

6. Хак Г. Турбодвигатели и компрессоры: Справ. пособие / Г. Хак, Лангкабель. - М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003, - 351 c.

7. Патрахальцев Н.Н., Савастенко А.А. Форсировние двигателей внутреннего сгорания наддувом: - М.: Легион-Автодата. 2007.

Исследование теплового состояния лопаток турбомашин с помощью программно-информационного комплекса

д.т.н. проф. Ковальногов В.Н., к.т.н. доц. Федоров Р.В., Генералов Д.А.

Ульяновский государственный технический университет 89061418884, [email protected] 89176220922, [email protected],

89084755873, [email protected]

Аннотация. Рассматривается способ расчета теплового состояния лопаток турбомашин с помощью программно-информационного комплекса. Рассматривается возможность использования феномена газодинамической температурной стратификации для повышения эффективности систем охлаждения лопаток турбома-шин. Приведена математическая формулировка нестационарной задачи расчета теплового состояния лопаток с учетом газодинамической температурной стратификации.

Ключевые слова: лопатки турбомашин, системы охлаждения, газодинамическая температурная стратификация, программно-информационный комплекс

Введение

Совершенствование технологий сжигания топлива в газотурбинных двигателях и улучшение экономических показателей требует применения новых материалов, совершенствования систем охлаждения наиболее теплонагруженных элементов. Наибольшие температурные и механические нагрузки при повышении давления и температуры рабочего тела испытывают лопаточные аппараты. Начальная температура газа перед ГТУ возросла с 700 до 1500°С, начальное давление возросло с 0,6 до 3 МПа, при этом температура выходных газов увеличилась до 630°С, а объемная концентрация кислорода сократилась с 18 до 12% [2]. Если повышается жаропрочность материала лопатки, то чем больше интенсивность ее охлаждения, тем на большую величину может повышаться температура газа [5]. На разных этапах с целью оптимизации характеристик ГТУ проводились работы по использованию внешнего охлаждения воздуха на стадии его сжатия в компрессоре, регенерации теплоты уходящих газов и подогрев сжатого воздуха перед камерами сгорания, промежуточный перегрев газа при расширении. Снижение на 1% экономичности газовой турбины приводит к снижению полезной выходной мощности на 2 - 3% [2]. Совершенствование тепловых расчетов требует применения методов математического моделирования для получения информации о распределении температурных полей в лопатке. Применение численного моделирования необходимо для определения взаимодействия вязких и невязких течений, турбулентного теплообмена в условиях благоприятного и неблагоприятного градиентов давления, теплообмена во вращающихся каналах, отрыва пограничного слоя и т.д. Для обеспечения заданной точности определение коэффициента теплоотдачи должно выполняться максимально точно.

Избыточное давление. Всё про наддув

Наддув — самый доступный и простой способ увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания. Теория проста: чтобы выросла отдача, нужно сжечь как можно больше топлива. Но для его горения необходим ещё и воздух. И если «налить» в цилиндры сколько угодно топлива проще простого (качай себе и качай мощным насосом), то с воздухом дело обстоит сложнее — для него тоже нужен своеобразный насос. И роль такого агрегата в двигателях играют нагнетатели. Вне зависимости от его типа, оснащённый наддувом двигатель обладает большей мощностью и крутящим моментом, чем аналогичный атмосферник. Почему это возможно, какие существуют конструкции и какие побочные эффекты имеет наддув? Рассказываем в нашей справке по современным системам.

История наддува

Впервые техническая идея загнать в автомобильный двигатель больше воздуха с помощью энергии вращения коленвала пришла в голову Готтлибу Даймлеру в 1885 году, а в 1905 году швейцарец Альфред Бюхи получил патент на аналогичную систему, работающую уже от энергии выхлопных газов. Но до реализации этих решений в автомобилях прошло некоторое время — первый серийный легковой автомобиль «наддули» с помощью приводного нагнетателя в 1921 году — им стал Mercedes-Benz. Турбонагнетатели же стали получать распространение в авиационных двигателях 1920-х годов, так как там было особенно важно справляться с потерей мощности по мере набора высоты, где плотность воздуха становится меньше. Вскоре газовые нагнетатели нашли своё применение и в грузоперевозках — прибавка в крутящем моменте оказалась для дизелей судов и локомотивов очень кстати. Первой легковушкой с турбонагнетателем под капотом стало купе-хардтоп Oldsmobile Jetfire с 215-сильным V8.

Точно такой же мотор Oldsmobile без турбины выдавал в то время 155-195 сил в зависимости от степени форсировки. Но важнее другое: тяга даже 195-сильного атмосферника ограничивалась 300 Н·м, тогда как турбокупе выдавало все 410. Если у атмосферных моторов существует практически прямая зависимость между объёмом камеры сгорания и максимальным крутящим моментом, то наддувные агрегаты такого недостатка лишены — по-разному конфигурируя систему, инженеры могут добиваться очень впечатляющей прибавки тяги при неизменном объёме

Вскоре турбина появилась и на Chevrolet Corvair Corsa (расположенный сзади 6-цилиндровый оппозитник воздушного охлаждения с наддувом был лишь одним из необычных технических решений этой экзотической машины), а после подоспели и европейцы в лице Porsche (911 Turbo в 1975 году) и Saab (99 Turbo 1978 года). А вот с наддувным дизельным седаном всех опередил производитель из Старого Света — в 1978 году появилась версия 300SD лимузина Mercedes-Benz W116. Вскоре дизельные автомобили приобрели в Европе огромную популярность, а турбонаддув стал неотъемлемой частью конструкции легкового дизеля. Существуют и грузовые дизели с приводными нагнетателями, но по ряду технологических причин эта схема не получила широкого распространения в автомобилестроении.

Какие существуют виды наддува

Избыточное давление, которое создаёт нагнетатель, потому так и называется, что оно больше окружающего нас атмосферного. Иногда давление наддува указывается в абсолютных величинах: в таком случае рабочее пиковое давление системы в 1,6 бара будет означать 0,6 бара избытка. Чаще всего в разговорах и литературе упоминается именно значение избытка. На фотографии монитор Subaru Forester (читайте соответствующий тест-драйв) показывает давление избытка: поскольку на холостых оборотах в камере сгорания разрежение, то давление меньше атмосферного, и на дисплее указано отрицательное значение

К механическим видам наддува (обычно под наддувом понимаются именно механические схемы) относят приводной компрессор и турбокомпрессор. Приводной нагнетатель, как правило, располагается вдоль блока рядного двигателя или в развале V-образного блока и приводится от коленвала с помощью ременной передачи, прессуя воздух парой винтовых роторов или крыльчаткой. Турбина же приводится в действие вылетающими из цилиндров в коллектор под большим давлением выхлопными газами и утрамбовывает воздух на впуске крыльчаткой. Обычно турбина находится сразу за выпускным коллектором или непосредственно интегрирована в него — как, например, в современных моторах группы Volkswagen.

На оборотах двигателя выше 3500 в бампере Porsche Panamera GTS открываются боковые воздуховоды, и двигатель получает больше воздуха. А на высоких скоростях благодаря рассчитанной форме и сечению патрубков во впускной системе создаётся эффект увеличенного давления воздуха, что позволяет считать такую систему разновидностью наддува

Отдельно можно выделить эксперименты производителей с электротурбинами. Они не отбирают мощность у двигателя и лишены газовой турбоямы, так как колесо компрессора вращает электромотор. Впрочем, к этой схеме у производителей до сих пор остаётся немало вопросов, и подробнее об этом можно прочитать в нашем материале Audi завтрашнего дня. Кроме механического, существует ещё безагрегатный наддув. Так называют повышение давления на впуске с помощью сочетания скорости движения и особой формы и размеров впускных патрубков. Избыточное давление такого типа является мерой дополнительного форсирования преимущественно спортивных атмосферных двигателей. Примером заводской реализации такой схемы может служить впускной тракт хэтчбека Porsche Panamera в особой версии GTS.

Как устроен турбонагнетатель

Конструкция турбонагнетателя проста: на едином валу находятся две крыльчатки, каждая из которых вращается в своём корпусе, называемом в народе «улитка». Одну крыльчатку (в так называемой горячей улитке) вращает поток выхлопных газов, а связанная с ней единой осью вторая крыльчатка в холодной части крутится и трамбует во впускной тракт забираемый с улицы воздух. Таким образом, чем выше обороты работы двигателя, тем больше он вырабатывает газов и тем больше воздуха впоследствии получает. Идеальный замкнутый круг с бесконечным потенциалом повышения мощности?

Современные турбокомпрессоры имеют практически нелимитированный потенциал увеличения мощности двигателя. Ограничителем обычно выступает механическая прочность вращающихся и движущихся деталей силового агрегата, а также баланс итоговых характеристик мотора и здравый смысл. Ввиду меньшего КПД и ряда технических особенностей приводные нагнетатели позволяют увеличивать мощность не так эффективно

Но всё не так просто. Во-первых, шатунно-поршневая группа каждого мотора рассчитана на определённые нагрузки, и превышение их приведёт к разрушению двигателя. Во избежание бесконтрольного роста давления наддува в горячей части нагнетателя предусмотрена специальная калитка-клапан под названием «вейстгейт» (в переводе — клапан для излишков), которая открывается с помощью пневматики или сервопривода при достижении пикового расчётного давления в системе. В результате «лишние» газы просто идут в обход турбинного колеса прямиком в выхлопной тракт и не раскручивают компрессор сверх меры. Как правило, в моторах есть и ещё одна страховка от «передува» — при превышении критического порога давления блок управления двигателем ограничивает увеличение подачи топлива на безопасной отметке, и мотор перестаёт производить слишком много выхлопных газов.

Эта анимация наглядно показывает как устроен и работает классический турбонагнетатель

Но в защите нуждается не только поршневая группа, но и сам турбокомпрессор. Представьте, что он уже «надул» много сжатого воздуха во впускной трубопровод, а водитель внезапно закрыл дроссель — ударившись в такое препятствие, сжатый воздух направится искать себе другую дорогу и обязательно найдёт её в противоположном направлении, где находится только что спрессовавшее его колесо компрессора. Возникающая в таком случае на крыльчатку нагрузка называется помпаж и воздействует на турбонагнетатель самым деструктивным образом. Для стравливания излишнего воздуха в районе впускного патрубка или интеркулера в систему встраивается ещё один перепускной клапан, который отправляет воздух обратно на впуск перед турбокомпрессором (тогда клапан называется байпасным) или в атмосферу (блоу-офф-клапан). Последняя разновидность «перепускников» как раз и порождает чихающие, свистящие и шипящие звуки тюнингованных автомобилей с турбонаддувом, которые можно услышать на улицах.

С понятием «турбоямы» не нужно путать понятие «турболаг». Если первое — это диапазон оборотов двигателя, где турбосистема не способна эффективно работать, то второе — время задержки системы в ответ на нажатие педали газа с целью получить генерируемую турбокомпрессором дополнительную мощность. Природа лага состоит в том, что дополнительный воздух необходимо всосать, сжать и прогнать по трубопроводу системы впуска до самой камеры сгорания. По конструктивным и компоновочным причинам весь впускной тракт иногда получается достаточно длинным, и на его прохождение воздуху требуется то самое время, которым измеряется задержка под названием «турболаг»

Ещё одна проблема уже эксплуатационного характера заключается в том, что на малых оборотах поток газов слишком мал, чтобы раскрутить вал турбокомпрессора для создания сколько-нибудь существенного давления и получения дополнительной мощности — в народе такая ситуация называется «турбоямой». Поэтому конструкторы систем наддува тщательно подбирают размеры «холодной» и «горячей» крыльчаток в зависимости от объёма двигателя и желаемого характера тяги. Например, в спортивной Audi Sport quattro турбина имеет огромную горячую часть и небольшую холодную, поэтому, чтобы раскрутить такой нагнетатель, нужно выйти на высокие обороты (3500-4000 об/мин и выше), но зато потом следует очень резкий бескомпромиссный подхват. А в современном гражданском Mini Countryman (мы совсем недавно ездили на обновлённой модели) с небольшим моторчиком объёмом 1,6 литра нагнетатель маленький, но зато легко раскручивается с минимальных оборотов, что удобно в городских условиях.

Благодаря универсальности и простоте твинскролльные турбокомпрессоры получают всё большее распространение в легковом автомобилестроении

Чтобы понизить порог наддува, когда турбина создаёт избыточное давление, и сократить зону турбоямы, создатели турбокомпрессоров используют различные конструктивные ухищрения. Самые распространённые из них — крыльчатка с изменяемой геометрией и твинскролльная горячая «улитка». TwinScroll предусматривает два параллельных, но разного размера и формы канала для выхлопных газов в едином корпусе улитки — газы в каждый из каналов попадают от своей группы цилиндров, но крутят единое турбинное колесо. Его лопатки выполнены таким образом, что одинаково эффективно воспринимают импульсы из обоих каналов.

Наибольшее распространение нагнетатели с изменяемой геометрией получили на дизельных моторах, в бензиновых агрегатах одними из первых массово подобную конструкцию применили создатели Porsche 911 Turbo предыдущего поколения 997

Из-за различной геометрии каналов и достигается хорошая тяга одновременно и на низких, и на средних и высоких оборотах, а отсутствие столкновения и завихрения потоков газов от разных групп цилиндров улучшает газодинамические свойства системы. Турбины же с изменяемой геометрией имеют специальные, приводимые актуатором, подвижные лопатки-заслонки, которые в разных положениях позволяют менять форму газового канала в горячей улитке (упрощённо — в разное время имитируют маленькую и большую турбину) и таким образом максимально эффективно в конкретный момент времени направлять на турбинное колесо поток выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией можно изучить на примере дизельного нагнетателя компании Holset

Как устроен механический нагнетатель

В отличие от питающегося «бесплатными» выхлопными газами турбокомпрессора, механический нагнетатель приводится в движение энергией вращающегося коленвала. Соответственно, чтобы получить дополнительную мощность, двигатель сначала часть мощности отдаёт, поэтому КПД такого решения ниже. Но, тем не менее, производители не спешат отказываться от приводных нагнетателей, потому как они наделяют автомобиль моментальной тягой с самых низких оборотов — понятие турбоямы к приводным компрессорам практически неприменимо. Конструкция предусматривает ременную, цепную или реже передачу иного типа, которая вращает вал нагнетателя от коленвала мотора. Аналогично турбокомпрессору, нагнетатель прессует воздух и отправляет его под избыточным давлением во впускной коллектор. Наиболее похожий на турбокомпрессор вид приводного нагнетателя — центробежный. Он трамбует воздух аналогичным турбинным колесом, но приводится оно не выхлопными газами, а механически.

Механический нагнетатель типа Roots

Приводной винтовой компрессор типа Lysholm

Эта анимация компании Eaton – одного из ведущих производителей компрессоров Roots-типа — объясняет принцип работы такого нагнетателя

Но самым первым компрессором, который применил в автомобилестроении Готлиб Даймлер, стал агрегат типа Roots, названный по имени своих создателей-братьев — изначально они разработали устройство для промышленных нужд. Такой нагнетатель представляет собой собранные в едином корпусе и находящиеся своими лопастями-кулачками в зацеплении два продолговатых ротора, которые своим вращением по направлению друг к другу захватывают и прокачивают воздух во впускной коллектор. Третья разновидность компрессоров — винтовые типа Lysholm — перекачивают и сжимают воздух с помощью сверлообразных несимметричных роторов, которые находятся в зацеплении. Благодаря уменьшающимся по направлению к выходу из компрессора воздушным камерам между шнеками осуществляется внутреннее сжатие воздуха, что обеспечивает большую в сравнении с Roots-нагнетателями эффективность системы. Аналогично газотурбинным схемам, развиваемое механическими компрессорами давление регулируется с помощью клапанов или муфт.

Турбонагнетатель? Нет, это третья разновидность приводного компрессора, который в качестве нагнетающего элемента использует улитку с крыльчаткой внутри, как у классической газовой турбины

Комбинированные схемы агрегатного наддува

Как только системы наддува стали использоваться массово, инженеры стали думать над повышением их эффективности. Для борьбы с турбоямой, помимо вышеупомянутого твинскролльного наддува, используется схема с двумя последовательно дующими нагнетателями: это может быть маленькая турбина для низких оборотов в сочетании с большой для средних и высоких (так называемая архитектура твинтурбо; пример — Subaru Legacy в кузове BE/BH) или симбиоз приводного компрессора для низких оборотов и турбокомпрессора для средних и высоких. Последним прославилась компания Volkswagen со своим мотором 1.4 Twincharger, который обеспечивал плавный рост давления, но вместе с тем из-за сложности конструкции доставлял немало хлопот по части надёжности и обслуживания.

Это двигатель Volkswagen 1.4 TSI Twincharger. Разработчики умудрились скомпоновать в небольшой «четвёрке» механический нагнетатель (слева от блока цилиндров на изображении) и газовую турбину (справа от блока)

Однако две турбины одного мотора не обязательно отличаются размерами и работают последовательно: во многих современных наддувных моторах цилиндры условно делятся на две группы, и каждая из них обслуживается своим собственным нагнетателем. Однако инженерные изыскания порой порождают и более экзотические варианты: например, в новом трёхлитровом супердизеле BMW (381 л.с./740 Н•м) — три турбины! На низких оборотах работает первая маленькая турбина с изменяемой геометрией, на средних оборотах в дело включается большой нагнетатель, а на высоких прокачивать воздух в цилиндры помогает третий небольшой турбокомпрессор. Результат — водитель трёхлитровой машины ощущает под капотом литров так пять, да ещё и как будто с механическим нагнетателем, практически без турбоямы и лага. Ещё одна схема, пока не нашедшая серийного применения — электрическая турбина в качестве помощника обычному газовому компрессору, мы упоминали о ней выше.

На этой анимации компании BMW представлена схема работы нагнетателей первого в мире легкового двигателя с тремя турбинами

Охлаждение воздуха

Так как воздух в процессе прохождения через нагнетатель спрессовывается и соприкасается с горячими деталями агрегата, он нагревается и сам. Тёплый воздух имеет меньшую плотность, а порог разрушающей мотор детонации при использовании горячего воздуха становится ниже. Вот почему можно ощутить, что в жару автомобиль с наддувным двигателем «не едет» — в условиях недостатка воздуха (по сравнению с идеальными условиями) система управления двигателем готовит меньше горючей смеси, ограничивая до нужного соотношения и подачу топлива. Поэтому для охлаждения воздуха между нагнетателем и впускным коллектором в системах наддува предусмотрен промежуточный охладитель или, иными словами, интеркулер. Он представляет собой теплообменник (то есть радиатор), через который по пути в камеру сгорания проходит весь нагнетаемый воздух. По конструкции интеркулеры делятся на системы вида: «воздух-воздух» и «воздух-вода».

Двигатель Subaru с интеркулером верхнего расположения. Для большей эффективности на некоторых модификациях WRX STI для внутреннего рынка установлена система водяного орошения интеркулера. По нажатию кнопки в салоне кулер через установленные на нём форсунки омывается водой из находящегося в багажнике специального бака 

Двигатель BMW с интеркулером фронтального расположения

Из-за заднемоторной компоновки интеркулеры Porsche 911 Turbo находятся по бокам в задних крыльях

Первые дешевле в производстве, легче и в целом компактнее, но менее эффективны и дают меньшую гибкость в компоновке моторного отсека. Охлаждение наддувного воздуха осуществляется в них посредством попадающего на рёбра интеркулера набегающего воздуха через воздухозаборники переднего бампера (фронтальное расположение, например, у Mitsubishi Lancer Evolution и вообще у большинства современных автомобилей) или капота (Subaru Impreza WRX, Toyota Caldina GT-T и прочие автомобили с «ноздрёй» над мотором). Интеркулер же типа «воздух-вода» остужает воздух с помощью циркулирующей по встроенному контуру жидкости, имеющей отдельно вынесенный радиатор охлаждения. Такая система обеспечивает меньшую длину впускного тракта, а значит, и меньший турболаг, а также позволяет более гибко выбирать месторасположение кулера. Среди её минусов — повышенная сложность и масса конструкции, а соответственно и цена такого решения.

Пять мифов о турбонаддуве

Миф 1. Наддув снижает надёжность, турбины всё время ломаются

Пожалуй, это миф номер один, и доля правды в нём есть. Это связано с тем, что двигатель с наддувом имеет более сложную конструкцию, больше деталей и сложнее в проектировании, а значит — при прочих равных, — шанс, что в нём что-то сломается, выше, чем в случае с атмосферником. Однако конструктивные просчёты случаются и в безнаддувных моторах, поэтому удачная модель турбодвигателя не уступит в надёжности другому такому же удачному атмосфернику. Конечно, внутренние нагрузки в наддувных моторах выше, но каждый двигатель проектируется инженерами с учётом этих особенностей, поэтому все необходимые детали турбо- или компрессорного мотора изначально усилены. Сам по себе нагнетатель достаточно надёжен, но вследствие неправильной эксплуатации или конструктивных просчётов может выйти из строя, как и любая другая деталь. Даже если это случилось, то специализированные сервисы способны отремонтировать агрегат: для большинства современных моделей выпускаются запасные части и ремкомплекты, а точные измерения, необходимые для ремонта нагнетателя, вполне доступны квалифицированным мастерам. Резюме по мифу номер один: нагнетатель не является каким-либо особенно слабым звеном наддувного двигателя, а если его поломка и произошла, этот узел вполне поддаётся восстановлению или замене.

Миф 2. Автомобиль с наддувом потребляет больше топлива

Отчасти верно, но это касается, в основном, механических нагнетателей. Современные же турбированные двигатели создаются в основной своей массе именно с целью экономии топлива, так как в экономичном режиме вождения мотор с меньшим, чем у атмосферника сопоставимой мощности, рабочим объёмом потребляет меньше топлива, а в случае необходимости наддув даёт возможность распоряжаться существенной мощностью. Иными словами, много топлива расходуется только тогда, когда это действительно необходимо в соответствии с условиями движения. Повсеместный переход производителей на турбомоторы — лишнее тому подтверждение, ведь такое решение позволяет выпускать автомобили с более скромными показателями среднего расхода, а значит, и платить меньше обусловленных экологическим законодательством пошлин. Резюме по мифу номер два: современный автомобиль с турбонаддувом — это экономично.

Миф 3. Чем больше турбина, тем лучше

Размер нагнетателя — понятие, которое невозможно описать каким-то одним параметром. Это всегда совокупность размеров деталей компрессора, которые определяют его характеристики и совместимость системы с конкретным двигателем. В случае с турбокомпрессором основными и определяющими являются размеры и форма холодной и горячей частей, а производительность механического нагнетателя определяется габаритами винтовых элементов и соотношением диаметров приводных шкивов. Простой пример: если заменить турбину на автомобиле гольф-класса на узел от более объёмного мотора, то производимых компактным двигателем выхлопных газов может не хватить для эффективного раскручивания турбинного колеса, а значит, и компрессорная «холодная» крыльчатка не создаст нужного давления в системе. Некоторые турбокомпрессоры большего размера всё-таки помогут существенно увеличить мощность небольшого мотора, но доступна она будет только в узком диапазоне высоких оборотов, что удобно для трассы, но оборачивается чудовищной турбоямой в городе. Резюме по мифу номер три: размер нагнетателя требует инженерных расчётов и должен соответствовать параметрам двигателя и планируемым условиям эксплуатации автомобиля.

Миф 4. Владеть автомобилем с наддувом хлопотнее, чем обычным

В последние годы турбированные двигатели получили такое распространение, что далеко не все владельцы в курсе самого факта наличия нагнетателя под капотом. Разве владелице ярко-оранжевого Audi Q3 интересно, что шильдик TFSI на крышке багажника означает турбомотор? В эксплуатации современные автомобили с наддувом не требуют никаких особенных действий — нужно просто заливать соответствующее качественное топливо (не ниже 95 бензина в большинстве случаев и строго 98 для отдельных высокофорсированных моделей) и вовремя проходить регламентное обслуживание. Автомобили 10-20-летней давности с наддувными двигателями требовали более частого техобслуживания, однако сейчас у большинства производителей наддувные версии требуется загонять на сервис с той же регулярностью, что и атмосферные. Это стало возможным благодаря совершенствованию конструкции моторов, а также появлению новых видов масел.

Старые автомобили с наддувными моторами также боялись резкого глушения после «отжига» — детали турбины продолжали в таком случае вращаться по инерции, а подача масла уже прекращалась, что вело к повышенному износу. Для защиты механизма либо применялось устройство под названием турбо-таймер, которое давало поработать двигателю минуту-другую и затем автоматически его глушило, либо водитель сам ждал пару минут, прежде чем остановить мотор после активной поездки. Современные двигатели ничего подобного не требуют, так как система смазки турбокомпрессора рассчитана на такие условия. К примеру, на турбомоторах Volkswagen предусмотрена отдельная помпа, которая прокачивает через нагнетатель холодный антифриз после выключения зажигания. Резюме по мифу номер четыре: следите за качеством топлива и вовремя посещайте сервис — и можете не вдаваться в детали конструкции. Впрочем, это справедливо для любого автомобиля.

Миф 5. Наддув включается и отключается на определённых оборотах

Нагнетатель — это агрегат, который, как правило, всегда активен с самого момента запуска двигателя. Равно как с первым оборотом коленвала начинают вращаться приводящие механический компрессор шкивы, так даже на холостых оборотах мотор выделяет выхлопные газы, которые через горячую крыльчатку слегка вращают ось турбокомпрессора. Поэтому нагнетатель работает всегда, но вот быть эффективным начинает только с определённого момента. Порог, с которого нагнетатель создаёт избыточное давление, в каждой системе индивидуален, а рост давления может происходить быстро или медленно, но всегда относительно плавно. Резюме по мифу 5: нагнетатель не работает по принципу «вкл-выкл», а степень его участия в наполнении цилиндров воздухом зависит от оборотов двигателя. Исключение составляют системы, где присутствует более одного нагнетателя — в таких схемах обычно предусмотрено электронное управление потоками воздуха, и в зависимости от условий работы мотора специальные актуаторы и клапаны задействуют в нужный момент тот или иной компрессор.

Перспективы развития систем наддува

В настоящее время наблюдается всеобщая тенденция перехода на твинскролльные турбонагнетатели вкупе с уменьшением рабочего объёма двигателей. Эта схема практически не имеет недостатков: такой турбокомпрессор выходит на рабочее давление уже на низких оборотах и успешно «дует» вплоть до высоких. Таким образом, он успешно заменяет приводной нагнетатель в деле обеспечения тяги с самых низов, но при этом имеет более высокий коэффициент полезного действия и все преимущества традиционной турбины. А ровный, без «турбоям» и ярких подхватов, характер тяги делает вождение автомобилей с такими двигателями простым занятием для самого широкого круга водителей. Иной раз даже мы, откатавшие сотни разных машин журналисты, не сразу можем распознать наличие под капотом турбины. Но и приводные нагнетатели не потеряли окончательно своей актуальности. Во-первых, верность им сохраняют производители, для которых беспощадная тяга с самых низов является фирменной чертой характера. Типичный пример — компания Jaguar, чей 5-литровый V8 с механическим нагнетателем своей тягой и звуком пленил немало водительских сердец. Хотя тенденция неумолима: даже компания-первопроходец в области легкового приводного наддува, Mercedes-Benz, в последние годы совершила резкий переход на более эффективную турбокомпрессорную схему.

Это турбодвигатель Maserati Quattroporte нового поколения, на котором мы поездили в прошлом году. Maserati делала наддувные моторы ещё в прошлом веке, и сейчас после некоторого периода атмосферников вновь вернулась к этой схеме в числе многих других производителей

А во-вторых, компрессоры хороши для использования в... гибридах! Когда нужно состыковать тягу двигателя внутреннего сгорания и электромотора, более прогнозируемым и легко настраиваемым нагнетателем по словам инженеров некоторых автомобильных компаний является всё же механический. Один из примеров — Porsche Panamera S E-Hybrid, который мы недавно протестировали вместе с электрокаром Tesla Model S, а о ещё одном примере такой схемы мы расскажем вам уже на следующей неделе. Наконец, уменьшение рабочего объёма двигателя. Именно широкое распространение нагнетателей дало возможность производителям сделать моторы более компактными, лёгкими, малообъёмными и не жертвовать при этом мощностью. Такая игра идёт на всех уровнях легкового автопрома: взять хотя бы моторчики Fiat MultiAir (0,9 л) или Ford EcoBoost (1,0 л) для компактов, ещё недавно смехотворный для гольф-класса объём в 1,2 литра (например, Volkswagen TSI), распространённую ныне формулу «два-ноль-турбо» для автомобилей среднего класса, наддувные трёхлитровые «шестёрки» для больших седанов бизнес-сегмента и турбированные V8, которые пришли на смену атмосферным монстрам V10 и V12 в суперкарах.

Автор: Дмитрий Ласьков
Фотографии и иллюстрации компаний-производителей, из архива редакции и www.oldcarbrochures.com

Супертурбо: все продвинутые системы наддува

 Битурбо, твинтурбо, твинскролл... Наверняка вы давно хотели разложить для себя по полочкам, что как работает и чем отличается. Мы подготовили для вас подробный рассказ о плюсах, минусах и надежности каждой из технологий. 

Я предельно упростил формулировки, чтобы текст был доступен для понимания широкому кругу читателей. Но для лучшего понимания вопроса рекомендую прочитать мои прошлые публикации о видах наддува и надежности турбомоторов.

Прогресс не стоит на месте, и каждое новое поколение автомобилей должно быть быстрее, экономичнее и мощнее. Часто для повышения мощности используются комбинированные системы наддува, да и «обычные» турбины вовсе не так просты, как кажется на первый взгляд. Каким же образом инженеры научили турбомоторы быть одновременно мощными, эластичными и экономичными? Какие технологии позволяют создавать массовые двигатели с удельной мощностью в 150 л.с. на литр и отличной тягой на низах, и тысячесильных монстров?

«Обычная» турбина

Как я уже писал, турбокомпрессор прост на первый взгляд, но является высокотехнологичным устройством, которое работает в очень жестких условиях. И любое его усложнение сильно сказывается на надежности. Для примера я постараюсь подробнее описать устройство типичного турбокомпрессора без особых усложнений.

Основной частью турбокомпрессора является средний корпус, в нем расположены подшипники скольжения, упорный подшипник и седло уплотнения с кольцами. В самом корпусе есть каналы для прохождения через него масла и охлаждающей жидкости. На совсем старых конструкциях обходились только маслом и для смазки и для охлаждения, но такие турбины не применяются на серийных машинах уже давно. Для предохранения среднего корпуса от воздействия горячих выхлопных газов служит жароотражатель.

В средний корпус устанавливается турбинный вал. Эта деталь не просто вал, конструктивно он соединен с турбинным колесом неразъемным соединением, чаще всего сваркой трением или выполнен из цельного куска металла. Иногда для создания крыльчатки используется керамика-прочности и коррозийной устойчивости лучших конструкционных сталей может не хватать. Сам вал имеет сложную форму, на нем есть утолщение для уплотнения и упорный выступ, а форма цилиндрической части рассчитана с учетом теплового расширения во время работы.

На турбинный вал надевается компрессорное колесо. Оно изготовлено обычно их алюминия и фиксируется на валу гайкой.

Конструкция из среднего корпуса, установленного в него турбинного вала и компрессорного колеса называется картриджем. После сборки этот узел тщательно балансируется, ведь работает он при очень высоких оборотах и малейший дисбаланс быстро выведет его из строя.

Еще турбине нужны две «улитки» — турбинная и компрессорная. Часто они индивидуальны для каждого производителя машин, тогда как центральная часть — картридж и размеры турбинного и компрессорного колеса являются признаками конкретной модели турбины и ее модификации.


Для предохранения от слишком высокого давления наддува используется клапан сброса давления газов, он же вастегейт. Обычно он является частью турбинной улитки и управляется вакуумом. Он закрыт при обычном режиме работы турбины и открывается в случае слишком высокого давления наддува или других проблем в работе мотора, сбрасывая скорость вращения турбины.

А теперь о том, как используют турбины и какие технологии применяют, чтобы достичь самых высоких показателей моторов.

Twin-turbo и Bi-turbo

Чем больше и мощнее мотор, тем больше воздуха нужно подавать в цилиндры. Для этого нужно сделать турбину больше или быстрее. А чем больше размер турбины, тем тяжелее ее крыльчатки и тем инерционнее она получается. При нажатии на педаль газа открывается дроссельная заслонка и больше горючей смеси попадает в цилиндры. Образуется больше выхлопных газов и они раскручивают турбину до более высокой частоты вращения, что, в свою очередь, увеличивает количество подаваемой горючей смеси в цилиндры. Чтобы сократить время раскрутки турбин и сопутствующую им «турбояму», изначально испробовали способы, которые называются твин-турбо и би-турбо.

Это две разные технологии, но маркетологи компаний-производителей внесли немало путаницы. Например, на Maserati Biturbo и Mercedes AMG Biturbo на самом деле используют технологию твин-турбо. Так в чем же разница? Изначально Twin Turbo («турбины-близнецы») называлась технология, при которой выхлопные газы разделялись на два равных потока и распределялись на две одинаковые турбины малого размера. Это позволяло получить лучшее время отклика, а иногда и упростить конструкцию мотора, используя недорогие турбокомпрессоры, что очень актуально для V образных двигателей с выхлопными коллекторами «вниз».


Фото:twin turbo Nissan


Обозначение Biturbo («двойная турбина») же относят к конструкциям, в которых применяются последовательно подключенные ко впуску две турбины-маленькую и большую. Маленькая хорошо работает на малой нагрузке, быстро раскручивается и обеспечивает тягу «на низах», а потом в действие вступает большая турбина, более эффективная на большой нагрузке. Маленькая турбина в этот момент отключается системой дроссельных заслонок.

Преимуществом такой схемы является большая эффективность одной большой турбины на большой нагрузке: она обеспечивает лучшее давление и меньший нагрев воздуха при большом ресурсе. А еще вместо маленького турбокомпрессора можно использовать механический или электронагнетатель. Они нагревают воздух меньше, чем турбокомпрессор, и не инерционны.

Но как же потери мощности, которые нужны для их раскрутки? Потери на их привод при малой нагрузке не так существенны. Но расплатой за улучшение характеристик турбин является усложнение впускной системы, приходится использовать много труб и дроссельные заслонки, переключающие потоки воздуха.

Обе технологии используются до сих пор всеми производителями, но все они значительно удорожают мотор, ведь дорогих турбокомпрессоров становится в два раза больше, а система управления ими — сложнее. Для сильно форсированных моторов альтернативы этим технологиям нет или почти нет. Но иногда можно просто улучшить конструкцию стандартной турбины.

Тонкое управление вастегейтом

Wastegate – это, дословно, «ворота для сброса», то есть перепускной клапан. На первых турбинах вастегейт работает очень просто: когда давление на впуске преодолевало натяжение пружины, он открывался, стравливал газы и давление падало. Позже систему усложнили: теперь его открытием руководила не только разница давлений, но и электроника, учитывающая множество параметров — обогащение смеси, режим движения, температуру, детонацию и умеющую избегать нежелательных режимов работы самой турбины. Но управлялся он точно так же — пневматикой. Когда нужно было сбросить давление, клапан просто открывался.


Получить качественный скачок характеристик позволяла плавная регулировка степени открытия перепускного клапана. В этом случае турбина может чаще работать с максимальной отдачей, даже при малых оборотах, а на средних нагрузках уже вступает в действие регулирование и в опасные режимы турбина не переходит.

К сожалению, такой способ сложнее. Для его реализации потребовалось разместить электропривод регулировки рядом с турбиной, что понизило ее надежность: электронике приходится работать в очень жестких условиях, при высокой температуре и высокой вибрации. Но улучшение характеристик стоит того и почти все современные турбины высокофорсированных небольших моторов имеют такую конструкцию.

Более эффективное турбинное колесо. Twinscroll

В поисках повышения эффективности одиночной турбины конструкторская мысль придумала способ, который позволял увеличить эффективность работы турбины и на малых и на больших нагрузках. Турбинное колесо, на которое воздействуют выхлопные газы, разделили на две части, отсюда и название технологии – twin scroll (“двойная улитка”), одна часть турбины более эффективна на большой нагрузке, а другая — на малой, но раскручивают они одно и то же компрессорное колесо на общем валу. Турбина получается не намного сложнее, но несколько эффективнее.


В сочетании с подводом выхлопных газов к разным частям «улитки» от разных групп цилиндров и точной настройки это позволяет получить неплохую прибавку производительности без ухудшения характеристик в зоне малых оборотов. Конечно, такая турбина не даст максимальной возможной мощности, но зато такой мотор будет тяговитее и на практике удобнее и быстрее.

Более эффективное турбинное колесо – турбины с изменяемой геометрией

В твин-скролл турбине выхлопные газы разделяются на два потока и один всегда работает с меньшей эффективностью, чем возможно. Но есть и другой способ! Можно регулировать направляющий аппарат турбинного колеса, и выхлопные газы будут работать всегда с максимальной эффективностью. Все это требует весьма сложной механической системы, расположенной в самой горячей части турбины-на выхлопной «улитке». И сложного механизма управления.

Геометрию впускного канала турбины изменяют с помощью направляющих лопаток. На малых оборотах, когда давление выхлопных газов малое, лопатки, поворачиваясь, сужают канал. Через узкое отверстие газы проходят с более высокой скоростью, обеспечивая быструю раскрутку турбины. Когда обороты мотора растут, лопатки пропорционально растущему давлению газов расширяют отверстие, и скорость вращения турбины остается стабильной.

Сначала такие устройства стали применять на турбинах для дизельных моторов — у них ниже температура выхлопных газов, а значит и условие работы тонкой механики лучше. Постепенно технология появилась на в турбинах для бензиновых моторов. Усложнилась и система управления. Вместо изначальной пневматики (как и в случае с вастгейтом), управлять направляющими лопатками стал шаговый электромоторчик.


Резкое усложнение турбины сказывается и на ее стоимости и на ее надежности. Но в высокофорсированных дизельных моторах отказаться от такого эффективного способа сложно, а простое умножение числа турбин не позволяет добиться такого же эффекта. А в мире бензиновых моторов эта технология все еще используется не так уж часто.

Улучшение механики турбин

Подшипники качения (с шариками) имеют намного лучшие характеристики, чем подшипники скольжения (с маслом) — это практически аксиома. Они позволяют уменьшить трение, а значит сделать вращение турбины легким, уменьшить массу вала, снизить зависимость от давления масла. Но высокоточные и очень «выносливые» подшипники качения для огромных скоростей вращения и температур массово стали применять сравнительно недавно.

Турбины на керамических (а не металлических) подшипниках качения надежнее и долговечнее, они не боятся потери давления масла и остановок, менее чувствительны к вибрациям и перегреву. Разумеется, они дороже турбин прошлого поколения, и серийные модели машин с ними появились только недавно, но в автоспорте их возможности оценили уже давно. Например турбины IHI VF серии или Garrett GTxxR/RS применяются на тюнинговых машинах уже много лет.

В заключение

Постепенно новые технологии дешевеют и внедряются на все более массовых машинах. Для последнего поколения моторов почти обязательным атрибутом стало электронное регулирование работы турбины. Все чаще применяются twinscroll-варианты. На больших V образных моторах почти всегда используют технологию twin-turbo, но и турбины при этом не простые, а использующие весь необходимый арсенал новых технологий изготовления.

В сочетании с прямым впрыском топлива это позволяет создавать моторы, характеристики которых еще лет десять назад сочли бы фантастическими — при мощности в 400-500 лошадиных сил они довольствуются 95-м бензином, да и его «едят» не сильно больше, чем малолитражки недавнего прошлого. Что же до надежности современных моторов, то об этом я уже рассказывал в другой статье, ведь в технике ничто не дается просто так.

<a href="http://polldaddy.com/poll/8537901/">Считаете ли Вы системы Twin и Bi турбонаддува достаточно отлаженной для установки в массовые машины?</a>


Читайте также


Наддув двигателя внутреннего сгорания


Наддув применительно к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) - это способ увеличение количества подаваемой в цилиндры горючей смеси посредством повышения давления воздуха на впуске. Таким образом, наддув - это один из способов форсирования двигателя.

В автомобилестроении наддув начали использовать, когда конструкторы определили важнейшее направление развития автомобильных двигателей - достижение высокой удельной мощности при возможно меньших габаритах силовой установки.

    Мощность ДВС прямо пропорциональна количеству смеси воздуха и топлива, которая попадает в его цилиндры. Можно повысить мощность двигателя, не увеличивая его размеры, оснастив его наддувом. Использование наддува позволяет кардинально увеличить мощность двигателя. Например, без особых ухищрений использование наддува позволяет получить прибавку мощности в 25 %, а с оснащением интеркулером ее можно даже удвоить. При этом другие методы (повышение степени сжатия, доработка головки блока для увеличения продувки и объема воздуха в цилиндрах) обеспечивают возможность поднять мощность только на 10-20%.

    Для осуществления наддува двигатель необходимо оснастить компрессором. В ДВС в системе наддува применяют различные типы этих устройств. На сегодняшний день существуют, как минимум, три типа нагнетателей:

    1. Механический компрессор.

    2. Турбонагнетатель, работающий от выхлопных газов.

    3. Электрический, за которым, по мнению специалистов, будущее.

    Компрессор с механическим приводом

    Первыми нагнетателями, которые появились на автомобильном двигателе, были механические нагнетатели типа «Рутс» («Roots»).

 

    Затем, в 1885 г. известный изобретатель Готтлиб Даймлер запатентовал нагнетатель, который работал по принципу устройства братьев Рутс. В 1902 г. француз Луис Рено патентует центробежный компрессор.

    Устройство механического компрессора довольно простое. К двигателю автомобиля посредством ременной передачи подсоединяют компрессор. Вращение на него передается от коленчатого вала. Предельная частота вращения такого агрегата - 18 - 20 тыс. об. в минуту.

    Конструктивно механические нагнетатели бывают двух типов:

    - винтовые; 

    - центробежные.

    Центробежные нагнетатели с механическим приводом пользуются спросом как элемент тюнинга.

 

 

    Автор идеи винтового компрессора - немец Кригар. Именно он в конце XIX века предложил использовать устройства подобного рода. А приоритет по изготовлению в 1936 г. первого винтового нагнетателя принадлежит шведскому инженеру Альфу Лисхольму. На сегодня компрессоры Лисхольм - самый совершенный и эффективный тип нагнетателя.

 

 

    Преимущества механических компрессоров:

    - надежность и простота конструкции;

    - практически не ограниченный ресурс;

    - требует минимум ухода;

    - отсутствие "турбоямы";

    - увеличение мощности на 5 - 10 %;

    - при работе нет высокого нагрева.

 

    Недостатки:

    - низкая производительность;

    - большие габариты;

    - шумность работы.

 

    В настоящее время механические компрессоры применяются крайне редко и  считаются устаревшей конструкцией.

 

    Информация. Турбояма (турболаг) – недостаток функционирования турбированного двигателя в связи с инерционностью турбокомпрессора. На практике выражается в задержке увеличения мощности при необходимости ускорения автомобиля (например, при обгоне). Т. е. при резком нажатии на педаль газа ускорение автомобиля происходит с некоторой задержкой.

 

    Классика жанра, или турбокомпрессор

 

    В настоящее время - самый широко применяемый тип компрессора. Работает на отработавших газах ДВС.

 

  

 

    Первым описал и запатентовал в 1911 году принцип работы турбокомпрессора, использующего энергию выхлопных газов, изобретатель из Швейцарии Альфред Бюхи.

 

    Производительность устройства поражает воображение. Частота вращения вала может достигать 200 тыс. об. в минуту.

    Принцип работы очень прост. Отработавшие газы под давлением подаются на крыльчатку турбины и раскручивают ее. На одном валу с турбиной вращается компрессорное колесо, которое и нагнетает воздух в цилиндры двигателя.

 

    Основных проблем такого устройства - две.

 

    Первая связана с высокими температурами, которые серьезно ограничивают ресурс агрегата.

 

    Вторая - поскольку подшипники вала требуют смазывания моторным маслом, это влечет за собой его расход.

 

    Преимущества:

    - высокая производительность;

    - отсутствует соединение с двигателем;

    - в связи с широким распространением таких компрессоров хорошее обеспечение запчастями.

 

    Недостатки:

    - относительно малый ресурс;

    - жесткий температурный режим;

    - расход масла на угар;

    - высокие требования к качеству топлива и масла:

    - наличие эффекта "турбоямы".

 

    То есть главное преимущество турбокомпрессора - высокая производительность сопровождается рядом проблем, которые, впрочем, крупные концерны научились решать.

 

    Пример: турбокомпрессор JP Group (Дания) 4317400100, OE 7701472228 Рено Трафик II / Опель Виваро 03.01- для 1.9 dCi.

   

 

 

    Электронагнетатель

 

    Устройство такого типа еще называют электротурбиной.

 

 

    Это самая новая и перспективная разработка конструкторов. Самые известные автопроизводители (Мерседес-Бенц, БМВ и Фольксваген) уже заявили, что буквально через несколько лет на их авто будут устанавливаться исключительно электротурбины!

 

    В чем же феномен этой конструкции? Она удачно соединила в себе преимущества нагнетателей первого и второго вида. То есть это компрессор, но он демонстрирует очень высокую производительность.

 

    Принцип работы

 

    Электротурбина представляет собой мощный электродвигатель, работающий с частотой вращения не менее 200 – 300 тыс. об. в минуту, соединенный с турбиной.

    Такой компрессор не зависит ни от коленвала, ни от выхлопных газов. Ресурс электрического двигателя неисчерпаем.

 

    На сегодняшний день остается один существенный недостаток - такой компрессор потребляет слишком много электричества. Штатный электрогенератор с такой нагрузкой не справляется. Пока вопрос остается открытым, но решение не за горами.

 

    Преимущества электротурбины:

    - высокая производительность;

    - простота установки, не требуется устройства привода или подвода отработавших газов;

    - удобство монтажа, может располагаться в любом месте в моторном отсеке;

    - отсутствие "турбоямы";

    - высокие ресурсные показатели;

    - дешевизна изготовления.

 

    Недостатки:

    - высокое энергопотребление.

 

    Специалисты считают, что будущее именно за электро турбинами.

    Практическое применение электро турбины - система электронаддува «Controlled Power Technologies», совмещающая в одном устройстве электро- и турбонагнетатель.

 

 

Герметизация

Справочник пилота по авиационным знаниям,
Система герметизации самолета
  • Справочник пилотов по аэронавигационным знаниям,
    Система герметизации самолета
  • Герметизация самолета, позволяющая выполнять полеты на большой высоте из-за потери давления и защищающая пассажиров от воздействия гипоксии.
    • В типичной системе наддува кабина, полетное отделение и багажные отделения объединены в герметичный блок, способный содержать воздух под давлением выше, чем внешнее атмосферное давление
  • Работа на большой высоте позволяет снизить расход топлива при заданной воздушной скорости (эффективность) и избежать погодных условий и турбулентности над штормами
  • Кислородные маски предотвращают гипоксию, но не помогают при блокаде носовых пазух и ушей или декомпрессионной болезни, кислородные маски также могут быть неудобными
  • Сжатый воздух обычно получают из турбонагнетателя или компрессорной секции турбинного самолета.
    • Самолет с поршневым двигателем может использовать воздух, подаваемый от каждого турбонагнетателя двигателя через звуковую трубку Вентури (ограничитель потока).
    • В самолетах с газотурбинными двигателями используется воздух, подаваемый из ступени компрессора двигателя, который кондиционируется для кабины
  • Система наддува кабины обычно поддерживает барометрическую высоту около 8000 футов на максимальной расчетной крейсерской высоте самолета [Рис. 1:]
    • Это предотвращает резкие изменения высоты кабины, которые могут быть неудобными или привести к травмам пассажиров и членов экипажа.
  • Система наддува обеспечивает достаточно быстрый обмен воздуха изнутри наружу кабины для устранения запахов и удаления застоявшегося воздуха.
  • Определения:
    • Высота самолета: фактическая высота над уровнем моря, на которой летит самолет
    • Температура окружающей среды: Температура в зоне, непосредственно окружающей самолет
    • Атмосферное давление: Давление в зоне, непосредственно окружающей самолет
    • Высота в кабине: Давление в кабине на эквивалентной высоте над уровнем моря
    • Дифференциальное давление: разница в давлении между давлением, действующим на одной стороне стены, и давлением, действующим на другой стороне стены.В системах кондиционирования воздуха и наддува самолетов это разница между давлением в салоне и атмосферным давлением
  • Справочник пилотов по авиационным знаниям,
    Таблица стандартного давления
  • Справочник пилотов по авиационным знаниям,
    Таблица стандартного давления
  • Система контроля давления в кабине обеспечивает регулирование давления в кабине, сброс давления, сброс вакуума и средства для выбора желаемой высоты кабины в изобарическом и дифференциальном диапазонах.
  • Кроме того, сброс давления в кабине является функцией системы контроля давления
  • Регулятор давления в кабине, выпускной клапан и предохранительный клапан используются для выполнения этих функций.
  • Регулятор давления в кабине регулирует давление в кабине до выбранного значения в изобарическом диапазоне и ограничивает давление в кабине до заданного значения перепада в диапазоне перепада [Рис. 2]
  • Когда самолет достигает высоты, на которой разница между давлением внутри и снаружи кабины равна самому высокому перепаду давления, на которое рассчитана конструкция фюзеляжа, дальнейшее увеличение высоты самолета приведет к соответствующему увеличению высоты кабины
  • Дифференциальное управление используется для предотвращения превышения максимального перепада давления, на которое рассчитан фюзеляж.
  • Этот перепад давления определяется конструкционной прочностью кабины и часто отношением размера кабины к вероятным областям разрыва, таким как области окон и дверей.
  • Предохранительный клапан давления воздуха в кабине представляет собой комбинированный клапан сброса давления, сброса вакуума и сброса давления
  • Клапан сброса давления предотвращает превышение заданного перепада давления в кабине над давлением окружающей среды
  • Сброс вакуума предотвращает превышение атмосферным давлением давления в кабине, позволяя внешнему воздуху попадать в кабину, когда атмосферное давление превышает давление в кабине
  • Переключатель управления кабиной экипажа включает клапан сброса
  • Когда этот переключатель установлен в положение «толкание», открывается электромагнитный клапан, в результате чего клапан сбрасывает воздух кабины в атмосферу.
  • Степень герметичности и рабочая высота самолета ограничены несколькими критическими конструктивными факторами
  • В первую очередь, фюзеляж спроектирован таким образом, чтобы выдерживать определенный максимальный перепад давления в кабине.
  • Несколько инструментов используются вместе с контроллером наддува
  • Манометр дифференциального давления в кабине показывает разницу между внутренним и внешним давлением
  • Необходимо контролировать этот манометр, чтобы убедиться, что в кабине не превышается максимально допустимый перепад давления
  • Кабинный высотомер также используется для проверки работоспособности системы.
  • В некоторых случаях эти два прибора объединяются в один
  • Третий прибор показывает скорость набора высоты или спуска кабины
  • Прибор для измерения скорости в кабине и высотомер в кабине показаны на [Рис. 3].
    • Эквивалентная высота внутри кабины

    • Перепад давления в салоне и наружном воздухе

    • Ограничивает количество воздуха, забираемого из турбонагнетателя, ускоряя воздух до звуковых скоростей, создавая ударную волну, которая действует как барьер
    • Этот воздух очень горячий и для его охлаждения необходимо пропустить через теплообменник.
    • После охлаждения воздух направляется в кабину через выходы отопления и вентиляции

    • Выпускной клапан: Позволяет воздуху выходить из кабины с контролируемой скоростью, что приводит к повышению давления в кабине
    • Предохранительный / сбросной клапан: Если выпускной клапан выходит из строя, сбросной клапан сбрасывает избыточное давление (может быть активировано вручную) с помощью переключателя приседания, чтобы предотвратить повышение давления на земле
    • Клапан сброса вакуума: Пропускает окружающий воздух в кабину

    • Индикатор давления в кабине / перепада давления: Работает как высотомер, но имеет два эталона: давление наружного воздуха и давление в кабине
    • Индикатор скорости подъема кабины: Показывает скорость изменения давления в кабине
    • Справочник пилотов по авиационным знаниям,
      Приборы для повышения давления
    • Базовая предустановка: Когда давление в кабине достигает предварительно установленного значения (около 8000 футов)
    • Выпускной клапан начинает закрываться до тех пор, пока не будет достигнут максимальный перепад давления в кабине, а затем высота кабины начинает увеличиваться
    • Скороподъемность в салоне будет немного меньше скороподъемности самолета из-за более высокой плотности воздуха в салоне.
    • Контроль давления в кабине: Пилот выбирает высоту начала нагнетания давления и может предварительно установить скорость нагнетания давления в кабине.
    • Система диапазона дифференциального давления: Работает для предотвращения превышения пределов перепада давления
    • Изобарический диапазон: Поддерживает заданное давление в кабине

    • Декомпрессия: Неспособность системы наддува самолета поддерживать расчетный перепад давления
    • Проблемы могут быть вызваны неисправностью в системе наддува или повреждением конструкции самолета
    • Основная опасность декомпрессии - гипоксия
    • Во избежание потери сознания необходимо быстрое и правильное использование кислородного оборудования
    • Другая потенциальная опасность, с которой сталкиваются пилоты, экипаж и пассажиры во время высотной декомпрессии, - это развитая газовая декомпрессионная болезнь.
    • Это происходит, когда давление на тело достаточно падает, азот выходит из раствора и образует пузырьки, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на некоторые ткани тела
    • Декомпрессия, вызванная повреждением конструкции воздушного судна, представляет другой тип опасности для пилотов, экипажа и пассажиров, которые могут быть выброшены или выброшены из самолета, если они находятся рядом с отверстиями
    • Лица, находящиеся рядом с проемами, должны постоянно носить ремни безопасности или ремни безопасности, когда самолет находится под давлением и они находятся на сиденье.
    • Структурные повреждения также могут подвергнуть их воздействию порывов ветра и экстремально низких температур.
    • Для минимизации этих проблем необходим быстрый спуск с высоты
    • Автоматические системы визуального и звукового оповещения входят в оборудование всех герметичных самолетов
    • Постепенная декомпрессия:
      • Медленная декомпрессия опасна, потому что ее может быть трудно обнаружить, пока вы уже не испытаете последствия гипоксии.Для помощи в обнаружении установлены сигнальные огни
    • Быстрая декомпрессия:
      • Изменение давления в кабине, при котором легкие разгружаются быстрее, чем в кабине, что исключает вероятность повреждения легких
      • Декомпрессия за 1-10 секунд обычно связана с серьезным повреждением конструкции
      • Кабина заполнится туманом из-за немедленной конденсации водяного пара
      • В кабине станет очень холодно из-за немедленной потери нагретого воздуха
      • Также на больших высотах у вас будет только до 12 секунд полезного сознания
      • Быстрая декомпрессия сокращает период полезного сознания, поскольку кислород в легких быстро выдыхается, снижая давление на тело
      • Это снижает парциальное давление кислорода в крови и сокращает эффективное время работы пилота на одну треть до одной четвертой от обычного времени
      • По этой причине при полетах на очень больших высотах (35000 футов и выше) следует носить кислородную маску.
      • Рекомендуется, чтобы члены экипажа выбирали настройку 100% кислорода на регуляторе кислорода на большой высоте, если самолет оборудован кислородной системой по запросу или по требованию давления.
    • Взрывная декомпрессия:
      • Относится к внезапному заметному падению давления в системе, которое происходит быстрее, чем легкие могут декомпрессировать.
      • Обычно это происходит в результате усталости материала или технического сбоя, в результате чего замкнутая система внезапно выходит во внешнюю атмосферу.
      • Легкие занимают около 0.2 секунды на декомпрессию без ограничений (маски)
      • Все, что меньше 0,5 секунды, считается взрывной декомпрессией.
      • Связан со взрывоопасным насилием и потенциально опасен
      • Во время взрывной декомпрессии может быть шум, и на мгновение можно почувствовать ошеломление.
      • Быстрая потеря давления может вызвать образование облака из-за быстрого падения температуры и изменения относительной влажности
      • Пыль или незакрепленные предметы могут подняться в воздух и перемещаться по кабине

    • При обнаружении или подозрении на то, что пассажир любого самолета страдает от воздействия DCS, запускается 100% кислород или доступный кислород самолета, и пилот должен немедленно снизиться до минимально возможной высоты и приземлиться на ближайшем гражданском или военном установка, подходящая для безопасной посадки и получения квалифицированной медицинской помощи
    • Следует учитывать, находится ли установка поблизости от медицинской камеры повторного сжатия
    • Чрезвычайно важно уметь распознать симптомы и передать их и профиль высоты медицинскому персоналу.

    • Кабина без декомпрессии:
      • Выпускной клапан заблокирован, предохранительный клапан должен разгрузить самолет, срабатывает WOW (Вес на колесах)
    • Кабина без давления:
      • Выпускной клапан застрял в открытом положении

    • Все еще что-то ищете? Продолжить поиск:

    Copyright © 2021 CFI Notebook, Все права защищены.| Политика конфиденциальности | Условия использования | Карта сайта | Патреон | Контакты

    Руководство для начинающих по герметизации самолета - AeroSavvy

    Как и почему в самолетах повышается давление?

    Легко принять полет как должное. Мы садимся в комфортабельный авиалайнер и летим высоко в стратосфере, не задумываясь о , ​​дыша . Это возможно благодаря системе наддува самолета. Вот как работает магия…

    Гипотетический эксперимент: если вы поместите весы в вакуумную камеру и сравните вес наполненного шара с пустым, вы увидите, что воздух имеет массу.

    Толщина атмосферы Земли составляет около 300 миль. На уровне моря наши тела подвергаются давлению около 14,7 фунта от этого высокого столба воздуха. Готов поспорить, вы даже не заметите! Для животных, бродящих по поверхности земли, атмосферное давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм обеспечивает идеальное количество кислорода.

    По мере того, как мы набираем высоту, давление воздуха, действующее на нас, быстро уменьшается. Вы замечаете уменьшение, когда ваши уши щелкают, когда вы поднимаетесь в гору или едете на быстром лифте. Несмотря на то, что толщина атмосферы составляет 300 миль, большинство молекул воздуха сдавливаются на расстояние в несколько тысяч футов от поверхности Земли.

    Денвер в порядке. Повышение чревато неприятностями.

    По мере того, как мы поднимаемся выше, молекулы воздуха все дальше расходятся. Когда мы дышим, наши легкие поглощают меньше воздуха и кислорода. Люди, живущие в Денвере, штат Колорадо (5600 футов), вполне счастливы, дыша более низкой атмосферой, равной 12 фунтам на квадратный дюйм. Но если подняться на большую высоту, давление падает очень быстро.

    На высоте 18 000 футов атмосферное давление опускается до 7,3 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно половину давления на уровне моря. Кислорода в воздухе просто не хватает для полноценного снабжения мозга.При таком давлении у здорового взрослого человека остается всего 20-30 минут полезного сознания.

    Авиалайнеры летают на высоте от 30 000 до 43 000 футов. На этих высотах атмосфера обеспечивает давление менее 4 фунтов на квадратный дюйм. Если вы попытаетесь дышать на такой высоте, ваше полезное сознание будет меньше минуты (вскоре после этого наступит смерть).

    Чтобы выжить на большой высоте, пассажиры самолета нуждаются в помощи для дыхания. Решение состоит в том, чтобы накачать воздух в самолет, чтобы внутреннее давление было достаточно высоким, чтобы люди были счастливы.

    Зачем заморачиваться с наддувом? Почему бы не полететь низко?

    Самолеты, безусловно, могут летать ниже 10 000 футов, где атмосферное давление составляет 10 фунтов на квадратный дюйм или выше, но у него есть некоторые недостатки:

    • Трудно пересечь горный хребет высотой 14 000 футов на высоте 10 000 футов.
    • Самая плохая погода бывает на малых высотах.
    • Турбореактивные двухконтурные двигатели очень неэффективны на низком уровне.
    • Скорость полета самолета ниже на малых высотах.

    Если вам нужна быстрая и плавная поездка на экономичном самолете, который может пролететь над горным хребтом, нам нужно повысить давление!

    Как работает система наддува?

    Корпус самолета (фюзеляж) представляет собой длинную трубу, способную выдерживать значительный перепад давления воздуха; думайте об этом как о большой пластиковой бутылке из-под газировки.Теоретически мы могли бы закрыть бутылку, чтобы по мере набора высоты внутреннее давление воздуха оставалось прежним. Мы не можем этого сделать, потому что сложно полностью герметизировать фюзеляж огромного самолета. Даже если бы мы могли, пассажиры быстро израсходовали бы доступный кислород. А только представьте запах внутри идеально запечатанной тубы в долгом перелете! Ясно, что большая герметичная бутылка из-под содовой не подойдет нам без каких-либо изменений.

    Фюзеляж немного похож на бутылку из-под газировки с дыркой в ​​задней части.

    Для решения этих проблем системы наддува постоянно закачивают свежий наружный воздух в фюзеляж.Для контроля внутреннего давления и выхода старого, вонючего воздуха имеется моторизованная дверь, называемая выпускным клапаном , расположенная рядом с хвостовой частью самолета. Он размером с портфель и расположен сбоку или внизу фюзеляжа. На больших самолетах часто бывает два выпускных клапана. Клапаны автоматически управляются системой наддува самолета. Если внутри кабины требуется более высокое давление, дверь закрывается. Чтобы снизить давление в кабине, дверь медленно открывается, позволяя выходить большему количеству воздуха.Это одна из самых простых систем в самолете.

    Выпускной клапан на Boeing 767-300F

    Одним из преимуществ системы наддува является постоянный поток чистого свежего воздуха, проходящего через самолет. Воздух внутри самолета полностью меняется каждые две-три минуты, что делает его намного чище, чем воздух в вашем доме или офисе.

    Системы наддува предназначены для поддержания внутреннего давления в кабине от 12 до 11 фунтов на квадратный дюйм на крейсерской высоте. В обычном полете, когда самолет набирает высоту 36 000 футов, внутренняя часть самолета «набирает высоту» до 6 000-8 000 футов.

    Внешний и внутренний высотный профиль в типичном полете.

    Почему бы не поддерживать в кабине давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы имитировать давление на уровне моря и обеспечить максимальный комфорт? Самолет должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать перепад давления , то есть разницу между давлением воздуха внутри и снаружи самолета. Превышение предела перепада давления - вот что заставляет воздушный шар лопнуть, когда он чрезмерно надут. Чем больше перепад давления, тем сильнее (и тяжелее) должен быть построен самолет.Можно построить самолет, который сможет выдерживать давление на уровне моря во время крейсерского полета, но это потребует значительного увеличения прочности и веса. Кабина 12 фунтов на квадратный дюйм - хороший компромисс.

    Это просто мерзко!

    Выпускной клапан Общая информация:

    Если вы посмотрите фотографии авиалайнеров, сделанные до 1990 года, вы можете увидеть коричневые пятна вокруг выпускного клапана. Пятна от табачного дыма . Авиакомпании были в восторге, когда индустрия запретила курение. Смола и никотин склеили клапаны, инструменты и датчики, нанеся ущерб в тысячи долларов в год.Табак реально гадкая штука.

    Защита фюзеляжа от проблем с повышенным давлением

    На фюзеляже установлены два типа механических устройств для защиты герметичной секции самолета от чрезмерного перепада давления.

    Клапаны сброса положительного давления

    Каждый самолет с избыточным давлением имеет предел максимального перепада давления. Превышение этого предела (нагнетание слишком большого давления воздуха в фюзеляж) может привести к повреждению - даже к выбросу дверей и окон.Для защиты самолета от избыточного давления установлены клапаны сброса избыточного давления . Устройства (иногда называемые дроссельными заслонками) подпружинены для сброса избыточного давления воздуха, когда давление в кабине превышает максимальный предел.

    Клапан сброса избыточного давления Boeing 757. Избыточное давление воздуха в фюзеляже заставляет подпружиненные двери открываться, сбрасывая избыточное давление наружу.

    Двери сброса отрицательного перепада давления

    Отрицательный перепад давления означает, что давление вне кабины превышает давление внутри кабины.Такая ситуация могла возникнуть при быстром спуске. Отрицательное давление плохо, потому что оно толкает внутрь двери и окна. Эти компоненты не предназначены для такого типа силы.

    Опять же, подпружиненные устройства используются для защиты фюзеляжа от повреждений. Давление воздуха менее 1,0 фунта на квадратный дюйм на внешней стороне дверей заставляет их открываться внутрь против нагрузки пружины, выпуская воздух в фюзеляж для выравнивания давления.

    Двери сброса отрицательного перепада давления на Боинг 757.Избыточное давление за пределами фюзеляжа заставляет двери открываться внутрь и выпускать воздух внутрь фюзеляжа.

    Откуда берется сжатый воздух?

    Boeing Stratocruiser от SDASM

    Электрические компрессоры
    Старые авиалайнеры с поршневым двигателем, такие как Boeing Stratocruiser, использовали электрические воздушные компрессоры для закачки свежего наружного воздуха в салон. Эта система работала хорошо, но компрессоры добавили много веса самолету.


    Боинг 707 компании ClipperArctic CC BY-SA 2.0

    Турбокомпрессоры
    Ранние реактивные лайнеры, такие как Douglas DC-8 и Boeing 707, использовали стравливающий воздух из двигателей для вращения турбокомпрессоров. Затем турбокомпрессоры закачивали свежий наружный воздух в кабину.


    MD-88 от Lvco99 CC BY-NC-SA 2.0

    Отвод воздуха из двигателя
    На большинстве современных авиалайнеров для создания давления в салоне используется отводимый воздух из компрессорной секции двигателей. Этот очень горячий воздух необходимо охладить до комфортной температуры, прежде чем направить в кабину.


    Boeing 787, автор Tim Wang CC BY-SA 2.0

    Электрические компрессоры (снова!)
    Новый Boeing 787 Dreamliner возвращает электрический компрессор. Электрическая система 787 приводит в действие компрессоры, как и на старом Stratocruiser. Достижения в области технологий делают эту систему намного более эффективной, чем ее предшественник 1950-х годов.

    Что такое стравливаемый воздух?

    Реактивный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, внутреннего сгорания и турбины / выхлопа.Компрессор находится в передней части двигателя. Серия вращающихся лопастей всасывает свежий наружный воздух. Поскольку воздух сжимается, он становится очень горячим. Помните физику в средней школе? Когда газ сжимается, его температура повышается. Затем горячий сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где он смешивается с топливом и сгорает. Расширенные газы проходят через лопатки турбины, которые приводят в действие лопатки компрессора, прежде чем выйти из двигателя, создавая тягу.

    Турбореактивный двигатель К. Аайнскаци - CC BY-SA 3.0

    Отборный воздух - это свежий, чистый, горячий воздух , взятый из компрессорной секции двигателя до того, как смешивается с топливом или выхлопными газами. Обычно горячий отбираемый воздух используется для защиты крыльев и двигателя от обледенения, создания избыточного давления в кабине, стартеров двигателя и гидравлических насосов с пневматическим приводом.

    Как пилоты контролируют наддув?

    Контроль наддува на 757 и 767

    Это действительно, действительно просто. Панель управления высотой в кабине на 757 и 767 очень проста.Во время предполетной проверки пилоты поворачивают ручку «LDG ALT» для отображения высоты аэропорта посадки. Это оно! Мы не трогаем его до конца полета. Автоматический режим позаботится о выпускном клапане за нас.

    Остальные индикаторы и ручки предназначены для резервирования на случай неисправности. Есть два отдельных автоматических режима. Ручной режим позволяет нам отрегулировать положение выпускного клапана в случае отказа обеих автоматических систем. Системы наддува работают отлично и редко вызывают какие-либо проблемы.

    Последствия полета в герметичной кабине

    Воздух в салоне самолета очень с низкой влажностью. Во время длительного перелета важно пить много воды, чтобы избежать обезвоживания. Когда бортпроводник предложит вам бутылку воды, выпейте ее. Вы можете не заметить, что у вас обезвоживание.

    Употребление алкоголя : Обезвоживание усиливает воздействие алкоголя на организм. Что еще хуже, алкоголь усиливает обезвоживание; это двойной удар.Если вы решите употреблять алкоголь в полете, не забудьте выпить много воды и перекусить, наслаждаясь коктейлем. Не будь тем парнем . Пейте extra -ответственно в полете.

    Эта еда безвкусная? Да! Есть большая вероятность, что ваша еда в полете действительно вкусная. Согласно исследованию, проведенному по заказу Lufthansa, низкая влажность в салоне самолета и более низкое давление воздуха снижают чувство вкуса и запаха на 30%.Кухни авиакомпаний часто добавляют к блюдам дополнительные специи и ароматизаторы, чтобы компенсировать ваши искалеченные вкусовые рецепторы!
    Особая благодарность моему другу в Твиттере (и коллеге-блоггеру) @Jen_Niffer за то, что он сообщил мне об исследовании Lufthansa!

    Дополнительная информация о повышении давления:

    Что произойдет, если возникнет проблема с системой наддува?
    Ваша кислородная маска против моей кислородной маски

    Нравится:

    Нравится Загрузка ...

    Герметизация самолета: руководство для новичков о том, как работает давление в салоне самолета | Тронэр | Тронэйр

    Мы часто воспринимаем полеты как должное и никогда не задумываемся о том, как мы можем функционировать так высоко в воздухе.В этой статье мы рассмотрим, как система герметизации салона самолета позволяет комфортно дышать кислородом во время полета и почему испытательное оборудование является необходимой частью вашего парка наземного вспомогательного оборудования.
    Обеспечение безопасности и комфорта пассажиров на высоте более 30 000 футов - это достижение, над которым производители самолетов пытались справиться десятилетиями. Как люди, мы лучше всего функционируем на уровне моря. Но самолеты лучше всего проявляют себя на большой высоте с разреженным и гладким воздухом.

    Как видите, это создает довольно затруднительное положение.Поэтому производители самолетов создали систему наддува кабины, чтобы пассажиры и сотрудники были в безопасности и чувствовали себя комфортно в воздухе. Но то, как работает давление в салоне самолета, может немного сбить с толку. Итак, мы отвечаем на несколько наиболее распространенных вопросов, которые возникают при обсуждении тонкостей герметизации самолетов.

    Откуда берется сжатый воздух?

    Ответ на этот первый вопрос немного сложен, поскольку он может варьироваться в зависимости от производителей самолетов, поэтому давайте углубимся.

    В более старых авиалайнерах с поршневым двигателем использовались электрические воздушные компрессоры для закачки наружного воздуха в салон самолета. Однако это приводило к увеличению веса самолета. Затем авиалайнеры начали использовать отбираемый из двигателей воздух для вращения турбокомпрессоров, которые затем закачивали наружный воздух в кабину. Сегодня на большинстве современных самолетов используется отбираемый из компрессоров двигателей воздух для обеспечения надлежащего давления в салоне.

    Но как работает давление в салоне самолета?

    Итак, мы ответили, откуда берется сжатый воздух, но как он работает на самом деле? Пристегнитесь.

    Компрессор двигателя содержит серию вращающихся лопастей, которые втягивают свежий воздух извне самолета. При сжатии воздух становится очень горячим. Затем он попадает в камеру сгорания двигателя, где он соединяется с топливом и сгорает. Затем расширенные газы проходят через лопатки турбины двигателя (питая лопатки компрессора) и выходят из двигателя, создавая тягу.

    Отбираемый воздух, представляющий собой чистый горячий воздух, забирается из компрессора перед смешиванием с любым топливом или выхлопными газами.Удаление воздуха может помочь в следующих случаях:

    • - Герметизация кабины
    • - Обледенение крыла и двигателя
    • - Гидравлические насосы с пневмоприводом
    • - Стартер двигателя

    Хотя некоторая часть уже нагретого отбираемого воздуха используется для таких вещей, как антиобледенение крыльев, отбираемый воздух из кабины необходимо сначала охладить. Охлаждение осуществляется в промежуточном охладителе, который похож на радиатор автомобиля. Интеркулер работает, отводя тепло в окружающий воздух.Затем воздух попадает в нижнюю часть самолета, где он еще больше охлаждается за счет использования воздушных пакетов, в которых используется машина с воздушным циклом (холодильная установка). Этот удивительно простой кондиционер использует воздушные пакеты для сжатия поступающего воздуха, чтобы нагреть его, прежде чем направить его в дополнительный интеркулер для отвода тепла за пределы самолета. Затем этот воздух расширяется через расширительную турбину, в результате чего получается холодный воздух.

    На этом этапе охлажденный воздух готов к смешению с рециркуляционным воздухом кабины с помощью вентиляторов.Автоматические системы работают на протяжении всего полета, регулируя смесь тепла двигателя и холода от воздушных пакетов. Чтобы поддерживать давление в салоне самолета на безопасном уровне, любой поступающий воздух удерживается внутри кабины с помощью автоматического выпускного клапана. Этот клапан открывается и закрывается на регулярной основе, чтобы выпустить поступающий воздух со скоростью, регулируемой датчиками давления. Выпускной клапан также действует как выпускной люк для старого зловонного воздуха, чтобы покинуть самолет.

    Как пилоты контролируют наддутие?

    Это вопрос с подвохом.Во время предполетной проверки пилот должен включить дисплей, на котором будет отображаться высота аэропорта посадки. Но после этого пилоты обычно не предпринимают никаких действий, связанных с герметизацией кабины, до конца полета. На всех самолетах, как мы уже упоминали, есть автоматический режим, управляющий клапаном оттока.

    Имейте в виду, что пилоты могут отключить автоматические режимы в случае неисправности. Ручной режим позволит пилоту отрегулировать положение выпускного клапана.

    Есть ли побочные эффекты?

    Хотя нет никаких долгосрочных рисков нахождения в герметичной кабине самолета, есть некоторые странные побочные эффекты, которые вы можете заметить в самолете. Поскольку сжатый воздух имеет низкую влажность, вы очень быстро обезвоживаетесь. Итак, вам нужно пить много воды, чтобы избежать обезвоживания.

    При употреблении алкоголя может усилиться обезвоживание. Итак, если пассажиры решают выпить во время боя, они должны обязательно выпить воды и что-нибудь поесть.

    Герметизация самолета также снижает ваше чувство вкуса и запаха. Исследование, проведенное по заказу Lufthansa, показало, что он может уменьшить эти чувства на целых 30%. Вот почему в самолетах к еде часто добавляют дополнительные специи или ароматизаторы.

    Почему самолет не может просто лететь ниже?

    Вы можете спросить себя, почему самолет просто не может лететь ниже, чтобы избежать хлопот по созданию идеального давления в салоне самолета? Хотя самолеты, безусловно, могут летать на высоте ниже 10 000 футов, где атмосферное давление является идеальным, есть некоторые эксплуатационные недостатки в том, чтобы делать это в течение всего полета.Во-первых, есть много горных хребтов, высота которых превышает 10 000 футов. В дополнение к этому, большинство плохих погодных условий можно встретить на более низких высотах, поэтому пилоты обычно стараются избегать этого. А с точки зрения эффективности турбовентиляторные двигатели крайне неэффективны при использовании на малых высотах и ​​скоростях движения.

    Как можно проверить герметичность самолета?

    Чтобы убедиться, что самолет находится под безопасным давлением перед полетом, вам необходимо проверить давление. Для этого обязательно используйте соответствующее оборудование для проверки давления в салоне самолета.Эти элементы оборудования являются жизненно важными игроками в вашем парке GSE и помогают поддерживать стандарты безопасности для любого самолета, прибывающего в ваш аэропорт или вылетающего из него. Ниже приведены лишь некоторые из вариантов оборудования для испытания под давлением в кабине, предлагаемого Tronair.

    • - Дозатор утечки жидкости может определить, выходит ли воздух, когда кабина находится под давлением.
    • - Устройство для проверки давления в кабине (также доступное в виде переносного устройства), помимо проверки на герметичность, может проверять герметизирующие компоненты самолета, такие как выпускные клапаны, манометры и дверные уплотнения.

    Позвольте компании Tronair найти оборудование для проверки давления в салоне самолета, соответствующее вашим потребностям

    В Tronair мы неустанно работаем, чтобы предложить нашим клиентам разнообразный и беспрецедентный выбор продуктов GSE. Мы понимаем, насколько важна безопасность, когда речь идет о герметизации самолетов и авиаперелете в целом, - поэтому мы создаем испытательное оборудование, на которое вы можете положиться. Приобретите наш высококачественный ассортимент оборудования для испытания под давлением в кабине, дозаторов жидкости для утечек и многого другого. У вас есть вопрос или нужна цитата? Наш отдел обслуживания клиентов и команда продаж готовы помочь с любыми вопросами, которые могут у вас возникнуть относительно нашего обширного ассортимента продукции.Свяжитесь с нами сегодня.

    Система наддува - обзор

    Оборудование для флотации растворенным воздухом

    В процессе флотации растворенным воздухом используются принципы, описанные выше. На рис. 7-104 представлена ​​схема системы DAF в комплекте с оборудованием для химической коагуляции и обработки осадка. Как показано на рис. 7-104, неочищенные (или предварительно обработанные) сточные воды получают дозу химического коагулянта (например, соли металла), а затем направляются в резервуар для коагуляции-флокуляции.После коагуляции целевых веществ смесь направляется во флотационный резервуар, где она выпускается в присутствии рециркулированных сточных вод, которые только что были насыщены воздухом под давлением в несколько атмосфер в показанной системе наддува. Анионный полимер (коагулянт) впрыскивается в коагулированные сточные воды сразу после того, как они попадают во флотационный резервуар.

    Рисунок 7-104. Система флотации растворенного воздуха.

    Рециркулируемый сток насыщается воздухом под давлением следующим образом: подходящий центробежный насос нагнетает часть очищенного стока в резервуар для выдерживания давления.Клапан на выходе из резервуара для выдерживания давления одновременно регулирует давление в резервуаре, скорость потока через резервуар и время удерживания в резервуаре. Воздушный компрессор поддерживает соответствующий поток воздуха в резервуар для хранения давления. Под давлением в резервуаре воздух из компрессора диффундирует в воду в концентрации, превышающей его значение насыщения при нормальном атмосферном давлении. Другими словами, около 24 ppm «воздуха» (азот плюс кислород) могут быть «растворены» в воде при нормальном атмосферном давлении (14.7 фунтов на кв. Дюйм). Например, при давлении в шесть атмосфер (6 × 14,7 = около 90 фунтов на квадратный дюйм) закон Генри предсказывает, что около 6 × 23, или около 130 частей на миллион воздуха, может быть растворено в воде. На практике эффективность растворения воздуха в воде в резервуаре для хранения под давлением составляет менее 100%, и для расчета фактической концентрации используется поправочный коэффициент f, который варьируется от 0,5 до 0,8.

    После выдержки в резервуаре для выдерживания давления в присутствии сжатого воздуха рециркулируемые сточные воды выпускаются на дно флотационного резервуара, в непосредственной близости от того места, где сбрасываются коагулированные сточные воды.Давление, которому подвергаются рециркулируемые сточные воды, теперь снижено до одной атмосферы, плюс давление, вызванное глубиной воды во флотационном резервуаре. Здесь «растворимость» воздуха меньше, в несколько раз меньше, чем количество атмосфер давления в системе наддува, но количество воды, доступной для диффузии воздуха, увеличилось на объем рецикла. поток.

    Однако на практике сточные воды уже насыщены азотом, но могут не содержать кислорода из-за биологической активности.Следовательно, «растворимость» воздуха на дне флотационного резервуара будет составлять около 25 частей на миллион, а избыточный воздух из сжатого рециркулируемого стока будет выпадать в осадок из «раствора». Когда этот воздух осаждается в виде крошечных, почти микроскопических пузырьков, пузырьки прикрепляются к коагулированным твердым веществам. Присутствие анионного полимера (вспомогательный коагулянт) плюс продолжающееся действие коагулянта вызывает образование более крупных твердых конгломератов, захватывающих многие из адсорбированных пузырьков воздуха. В результате твердые частицы всплывают на поверхность флотационного резервуара, где их можно каким-либо образом собрать и, таким образом, удалить из сточных вод.

    Некоторые системы DAF не имеют системы рециркуляции под давлением, скорее, весь прямоточный поток на пути к флотационному резервуару находится под давлением. Этот тип DAF называется «прямым нагнетанием» и не широко используется для очистки промышленных сточных вод из-за нежелательного сдвига химических хлопьев насосом и клапаном.

    Как все работает: давление в салоне | Рейс сегодня

    НАМ, ЧЕЛОВЕКАМ НУЖЕН ВОЗДУХ ДЛЯ ЖИЗНИ, поэтому мы лучше всего ориентируемся на уровне моря.Самолеты лучше всего работают на высоте, где воздух разреженный и гладкий. И в этом вся загвоздка: мы изобрели машину, которая процветает там, где нет. Это стало очевидным, как только мощность двигателя увеличилась до точки, при которой летчики могли достигать высоты, на которой они теряли сознание.

    Вначале летчики справлялись, наполняя баллоны сжатым кислородом и вдыхая газ через резиновые трубки; позже, облегающие маски для лица сделали доставку кислорода более надежной.Во многих высоко летающих легких самолетах и ​​военных самолетах кислородные системы и лицевые маски по-прежнему используются, чтобы пилот оставался живым и находился в сознании.

    В 1937 году авиакорпус армии США начал исследовательские полеты на модифицированной «Локхид Электра»; XC-35 был первым самолетом, построенным с герметичной кабиной. Фюзеляж был спроектирован с круглым поперечным сечением, чтобы исключить точки напряжения, возникающие при расширении фюзеляжа под давлением. Отверстия закрывали, чтобы воздух не выходил. Окна были уменьшены в размерах и усилены, а внутренняя кабина стала капсулой высокого давления - как большая алюминиевая банка - вмещала пять человек.В 1937 году XC-35 принес авиакорпусу награду Collier Trophy за самую значительную разработку года.

    Два года спустя компания Boeing представила в авиакорпус проект дальнего бомбардировщика B-29 Superfortress, который должен был иметь герметичные отсеки для экипажа. А в 1940 году самолет Boeing 307 Stratoliner начал перевозить пассажиров с повышенной комфортностью на высоте 20 000 футов. Сегодня все авиалайнеры герметичны, и хотя детали у них различаются, основные элементы систем герметизации салона практически универсальны.

    Воздух сжимается двигателями. Турбореактивные двигатели сжимают всасываемый воздух с помощью ряда лопастных роторов, расположенных сразу за вентилятором. На каждой стадии сжатия воздух становится горячее, а в точке, где температура и давление самые высокие, часть воздуха отводится. Часть горячего воздуха под высоким давлением, называемого стравливаемым воздухом , направляется на крылья и другие поверхности для удаления льда, часть идет в системы, работающие под давлением воздуха, а часть начинает свой путь в кабину.

    Воздух в салоне должен быть сначала охлажден в промежуточном охладителе , устройстве, подобном автомобильному радиатору, которое отдает тепло окружающему воздуху, собираемому на борту для этой цели.Оттуда воздух попадает в брюхо самолета, где воздушные блоки , охлаждают его дополнительно, используя охлаждение с воздушным циклом. Охладитель с воздушным циклом - это, пожалуй, самый простой кондиционер из когда-либо изобретенных, потому что ему не нужен хладагент в качестве промежуточной жидкости для отвода тепла. Воздушные пакеты сжимают поступающий воздух, чтобы нагреть его, прежде чем направить его в другой интеркулер, чтобы отвести тепло наружу. Затем воздух расширяется через расширительную турбину, которая охлаждает его так, как дуновение сжатыми губами приводит к образованию холодного потока воздуха.(Проверьте принцип, подуйте широко открытым ртом, чтобы увидеть, насколько теплым был бы воздух, если бы его не сжимали, а затем позволяли расширяться.)

    Теперь воздух готов к смешиванию с воздухом из кабины в смесителе или коллекторе , который добавляет новый воздух в рециркуляционный воздух кабины, перемещаемый вентиляторами. Чтобы поддерживать комфортную температуру для пассажиров, автоматические системы регулируют смесь тепла от двигателей и холода от воздушных компрессоров. Чтобы поддерживать давление в кабине, равное давлению на малой высоте, даже когда самолет находится на высоте 30 000 футов, входящий воздух удерживается внутри кабины путем открытия и закрытия выпускного клапана , который выпускает входящий воздух с регулируемой скоростью. датчиками давления.Думайте о герметичной кабине как о воздушном шаре, у которого есть утечка, но который постоянно надувается.

    На земле самолет не находится под давлением, а выпускной клапан полностью открыт. Во время предполетной подготовки пилот устанавливает крейсерскую высоту с помощью регулятора давления в кабине . Как только при взлете груз снимается с основных колес, выпускной клапан начинает закрываться, и в кабине начинается повышение давления. Самолет может набирать высоту в тысячи футов в минуту, но внутри кабины скорость набора примерно такая же, как у вас, когда вы поднимаетесь в гору.Среднему авиалайнеру может потребоваться около 20 минут, чтобы достичь крейсерской высоты, скажем, 35000 футов, после чего система наддува может поддерживать в салоне давление, которое вы испытываете на высоте 7000 футов: около 11 фунтов на квадратный дюйм. Ваши уши могут хлопнуть, но эффект будет мягким, потому что скорость подъема составляет всего 350 футов в минуту. Когда самолет снижается, пилот устанавливает системный контроллер на высоту аэропорта назначения, и процесс работает в обратном порядке.

    Конструктивная прочность самолета определяет, какой перепад давления может выдержать кабина - типичное значение составляет восемь фунтов на квадратный дюйм - а фюзеляжи самолетов новой конструкции герметизируются и сбрасываются тысячи раз во время испытаний, чтобы гарантировать их целостность.Чем выше максимальный перепад давления, тем ближе к уровню моря система может поддерживать кабину. Федеральные авиационные правила гласят, что без наддува пилоты начинают нуждаться в кислороде, когда они летают на высоте более 12500 футов в течение более 30 минут, а пассажиры должны постоянно использовать его на высоте более 15000. На авиалайнерах, которые летают на высоте намного выше этой, правила требуют, чтобы все находящиеся на борту получали 10 минут кислорода на случай, если давление в салоне не может поддерживаться, что приводит нас к драматическому сценарию, известному как взрывная декомпрессия .

    Если дверь сдувает струю на высоте, весь воздух в кабине улетает очень быстро, и мгновенный густой туман окутывает кабину, поскольку водяной пар в воздухе мгновенно конденсируется. Незакрепленные предметы будут летать, и поролон лопнет, поскольку крошечные пузырьки воздуха внутри него расширятся. Через пару секунд кислородные маски упадут с потолочных панелей, и вам придется тянуть свою на себя и надевать на рот и нос. При надевании маски натягивает шнурок, который запускает поток жизненно необходимого кислорода.

    Если вы следили за новостями и слышали, что в наши дни летает больше вооруженных маршалов авиации и что шальная пуля может вызвать декомпрессию, вы можете перестать беспокоиться. В самолете уже есть огромная дыра, называемая выпускным клапаном. А маршалы авиации считаются отличными стрелками.

    Системы наддува самолетов | Авиационные системы

    Давление атмосферы

    Газы атмосферы (воздух) хоть и невидимы, но имеют вес.Столб воздуха размером один квадратный дюйм, простирающийся от уровня моря в космос, весит 14,7 фунта. Таким образом, можно утверждать, что атмосферное давление или атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм. [Рисунок 1]

    Рис. 1. Вес, оказываемый столбом воздуха площадью 1 квадратный дюйм, простирающимся от уровня моря до верхних слоев атмосферы, - это то, что измеряется, когда говорят, что атмосферное давление равно 14,7 фунтов на квадратный дюйм

    Атмосферное давление также известно как барометрическое давление и измеряется барометром.[Рис. 2] Выраженные различными способами, например, в дюймах ртутного столба или миллиметрах ртутного столба, эти измерения происходят из наблюдения за высотой ртутного столба, когда давление воздуха действует на резервуар с ртутью, в который устанавливается столбец. Из колонки необходимо откачать воздух, чтобы воздух внутри не препятствовал поднятию ртути. Столб ртути высотой 29,92 дюйма весит столько же, сколько столб воздуха, простирающийся от уровня моря до верхних слоев атмосферы, и имеет такое же поперечное сечение, как столб ртути.

    Рис. 2. Вес атмосферы давит на ртуть в резервуаре барометра, что вызывает подъем ртути в колонке. На уровне моря ртуть поднимается в столбик примерно на 29,92 дюйма. Поэтому говорят, что атмосферное давление составляет 29,92 дюйма ртутного столба на уровне моря

    Авиаторы часто обмениваются ссылками на атмосферное давление между линейным перемещением (например,г., дюймы ртутного столба) и единицы силы (например, фунты на квадратный дюйм). С годами метеорология переместила использование представления атмосферного давления с линейным смещением в единицы силы. Однако единицей силы, которая сегодня почти повсеместно используется для представления атмосферного давления в метеорологии, является гектопаскаль (гПа). Гектопаскаль - это метрическая единица (СИ), которая выражает силу в ньютонах на квадратный метр. 1013,2 гПа равно 14,7 фунтов на квадратный дюйм. [Рисунок 3]

    Рисунок 3.Различные эквивалентные представления атмосферного давления на уровне моря

    Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Самым простым объяснением этого является то, что взвешиваемый столб воздуха короче. Как давление изменяется для данной высоты, показано на рисунке 4. Давление падает быстро, и на высоте 50 000 футов атмосферное давление упало почти до одной десятой значения уровня моря.

    Рисунок 4. Атмосферное давление падает с высотой. На уровне моря давление составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, а на высоте 40000 футов, как показано пунктирными линиями, давление составляет всего 2,72 фунтов на квадратный дюйм

    Температура и высота

    Колебания температуры в атмосфере беспокоят авиаторов. Погодные системы вызывают изменения температуры у поверхности земли. Температура также изменяется с увеличением высоты. Тропосфера - это самый нижний слой атмосферы.В среднем он колеблется от поверхности земли до примерно 38 000 футов над ней. Над полюсами тропосфера простирается всего на 25 000–30 000 футов, а на экваторе может достигать около 60 000 футов. Эта продолговатая природа тропосферы проиллюстрирована на рис. 5.

    Рис. 5. Тропосфера простирается выше земной поверхности на экваторе, чем на полюсах
    Большая часть гражданской авиации осуществляется в тропосфере, в которой температура снижается с увеличением высоты.Скорость изменения в некоторой степени постоянна и составляет около –2 ° C или –3,5 ° F на каждые 1000 футов увеличения высоты. Верхняя граница тропосферы - тропопауза. Он характеризуется как зона с относительно постоянной температурой –57 ° C или –69 ° F.
    Выше тропопаузы находится стратосфера. Температура увеличивается с высотой в стратосфере примерно до 0 ° C, а затем снова снижается в мезосфере, которая находится над ней. В стратосфере содержится озоновый слой, который защищает жителей Земли от вредных ультрафиолетовых лучей.Некоторые гражданские полеты и многочисленные военные полеты происходят в стратосфере. На рисунке 6 показаны графики изменения температуры в разных слоях атмосферы.
    Рис. 6. Слои атмосферы с изменениями температуры, изображенные красной линией
    Когда самолет летит на большой высоте, он сжигает меньше топлива для данной воздушной скорости, чем при той же скорости на меньшей высоте.Это связано с уменьшением лобового сопротивления в результате уменьшения плотности воздуха. Плохой погоды и турбулентности также можно избежать, летая в относительно гладком воздухе над штормами и конвективной активностью, которые происходят в нижних слоях тропосферы. Чтобы воспользоваться этой эффективностью, самолеты оснащены системами защиты окружающей среды, позволяющими преодолевать экстремальные уровни температуры и давления. В то время как дополнительного кислорода и средств сохранения тепла достаточно, системы наддува самолета и кондиционирования воздуха были разработаны, чтобы сделать полет на большой высоте более комфортным.На рисунке 7 показаны значения температуры и давления на различных высотах в атмосфере.
    Рис. 7. Системы окружающей среды салона создают условия, совершенно отличные от тех, которые существуют вне самолета

    Условия герметизации

    Следующие термины следует понимать при обсуждении систем наддува и климатических систем кабины, которые следует далее:

    1. Высота в кабине - с учетом давления воздуха внутри кабины, высота в стандартный день с таким же давлением, как и в кабине.Вместо того, чтобы говорить, что давление внутри кабины составляет 10,92 фунтов на квадратный дюйм, можно сказать, что высота кабины составляет 8000 футов (над уровнем моря).
    2. Перепад давления в кабине - разница между давлением воздуха внутри кабины и давлением воздуха вне кабины. Давление в кабине (фунт / кв. Дюйм) - давление окружающей среды (фунт / кв. Дюйм) = перепад давления в кабине (фунт / кв. Дюйм или Δ фунт / кв. Дюйм).
    3. Скороподъемность кабины - скорость изменения давления воздуха внутри кабины, выраженная в футах в минуту при изменении высоты кабины.
    СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ
    Проблемы с наддувом
    Источники сжатого воздуха
    Контроль давления в салоне
    Самолеты под давлением

    G450: система наддува

    Обзор системы наддува

    [Руководство по эксплуатации самолета G450, §2A-21-10.]

    • Система кондиционирования воздуха обеспечивает поток воздуха с контролируемым давлением и температурой для поддержания комфортных условий для пассажиров самолета и является источником охлаждения оборудования.
    • Горячий сжатый воздух из компрессорных секций двигателей или вспомогательной силовой установки (APU) охлаждается посредством серии процессов блоками кондиционирования (ACP) системы экологического контроля (ECS), смешиваясь с некоторым количеством высокотемпературного отбираемого воздуха. для достижения желаемой температуры, а затем доставляется по всему самолету. Распределительные каналы подают воздух в кабину, пассажирский салон и багажное отделение.
    • Более высокое давление этого воздушного потока позволяет регулировать атмосферное давление внутри самолета для поддержания плотности воздуха, удобной для дыхания, даже если самолет может находиться на максимальной рабочей высоте в сорок пять тысяч (45000) футов.Плотность воздуха внутри самолета регулируется путем регулирования того, сколько сжатого кондиционированного воздуха остается внутри самолета. Воздушный поток, покидающий самолет, регулируется выпускным клапаном восстановления тяги (TROV), который открывается и закрывается в ответ на автоматические или ручные команды для поддержания желаемого уровня плотности воздуха.

    Говорят, что воздух в G450 полностью заменяется каждые две минуты во время нормальной работы.

    [Руководство по эксплуатации самолета G450, §2A-21-30, ¶1.]

    • Повышение давления регулируется путем регулирования выхода кондиционированного воздуха, производимого блоками кондиционирования воздуха (ACP). Кондиционированный воздух выпускается из самолета через выпускной клапан восстановления тяги (TROV). TROV изменяет размер отверстия, доступного для выпуска кондиционированного воздуха, тем самым поддерживая желаемый уровень давления в самолете.
    • TROV управляется электрически в ответ на команды от контроллера давления в кабине (CPC), который имеет три режима работы: автоматический (AUTO), полуавтоматический (SEMI) и РУЧНОЙ.Режимы работы выбираются кнопками переключения на панели КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В КАБИНЕ на потолке кабины.
    • Работоспособность системы можно контролировать на ПАНЕЛИ ДАВЛЕНИЯ В КАБИНЕ, установленной на центральной консоли кабины справа от MCDU №3. Панель селектора имеет цифровые показания высоты самолета, высоты кабины, высоты посадочной площадки, настройки барометра и скорости изменения высоты кабины (набор высоты или снижение). Когда CPC находится в режиме AUTO, цифровые считывающие устройства пассивно контролируют работу системы.Если режим CPC по умолчанию установлен на режим SEMI, ручки поворотного переключателя, соответствующие цифровым показаниям, становятся активными, чтобы обеспечить ввод команд для управления повышением давления.
    • Поскольку правильная работа системы наддува имеет решающее значение для безопасности пассажиров и экипажа, компоненты системы в значительной степени избыточны. TROV может управляться любым из трех электрических приводов (двигателей), два из которых питаются от 115 В переменного тока, а другой - от 28 В постоянного тока. CPC, в дополнение к трем рабочим режимам, имеет два канала управления, доступные для работы в режимах AUTO и SEMI.Данные для каналов управления могут быть предоставлены воздушными системами передачи данных (ADS) №1, №2 или №3. В РУЧНОМ режиме данные о высоте в кабине получаются непосредственно из отдельного модуля измерения давления в кабине (CPAM), который имеет выделенный независимый статический порт. Если весь контроль над повышением давления потерян, клапан сброса давления в кабине (CPRV) откроется, чтобы сбросить избыточное давление, чтобы предотвратить структурные повреждения фюзеляжа, окон и дверей. CPRV также открывается для предотвращения отрицательного давления внутри самолета, как для предотвращения повреждений, так и для облегчения открытия обычных выходных дверей или окон аварийного выхода.

    Выпускной клапан восстановления тяги (TROV)

    Фото: ТРОВ и ПРВ, (самолет Эдди)

    [Руководство по эксплуатации самолета G450, §2A-21-30, ¶2.A.]

    • Аэродинамическая форма TROV имеет две противолежащие заслонки, установленные вертикально в квадратной раме. Передняя заслонка поворачивается наружу, а задняя заслонка поворачивается внутрь, образуя отверстие для выпуска сжатого воздуха. Размер отверстия, создаваемого движением заслонки, контролирует наддув самолета.
    • Ставни устанавливаются с помощью одного из трех электродвигателей привода (двух переменного и одного постоянного). Связи между ставнями обеспечивают симметрично противоположное движение. Электродвигатель рабочего привода вращает зубчатый механизм, который перемещает жалюзи. Конструкция шестерен такова, что для перемещения заслонок в любом направлении требуется положительный вход двигателя. Это предотвращает перемещение заслонки и потерю контроля над давлением в случае неисправности или отказа электрической системы.
    • Когда CPC работает в режиме AUTO или SEMI, любой из двигателей переменного тока 115 В доступен для перемещения заслонок TROV.Каждый двигатель связан с одним из двух каналов управления CPC (№1 и №2). Чтобы сохранить долговечность компонентов системы наддува, активный канал переключается с каждым полетом (логика CPC требует, чтобы самолет находился на земле с грузом на колесах, был полностью сброшен давление в течение одной минуты с полностью открытым TROV перед переключением каналов управления - логика избегает повторяющихся изменений во время приземлений касания и гоу). Если двигатель переменного тока, обычно связанный с активным каналом управления, выходит из строя, CPC автоматически переключается на оставшийся приводной двигатель переменного тока.Если из-за неисправности или отказа системы питания 115 В переменного тока оба двигателя не работают, CPC сообщит об отказе летному экипажу, предлагая выбрать РУЧНОЙ режим. В ручном режиме двигатель постоянного тока устанавливает заслонки TROV с помощью команд переключения непосредственно с панели управления давлением в кабине, минуя CPC.
    • Отказ одного канала CPC сообщается в окне дисплея системы оповещения экипажа (CAS) в виде синего сообщения об отказе канала CPCS (1 или 2). При выходе из строя обоих каналов отображается желтый индикатор «Ошибка CPCS» - выберите «Предупреждение CAS вручную» и загорится раздел «НЕИСПРАВНОСТЬ» кнопки «НЕИСПРАВНОСТЬ / РУЧНОЙ» на панели управления давлением в кабине.В случае неисправности TROV (независимо от операционной системы управления) отображается синее сообщение CAS о неисправности выходного клапана.

    Когда G550 только вышел, «они» сказали, что TROV направляет воздух в корму и обеспечивает прямую тягу, отсюда и название. У них даже были испытания в аэродинамической трубе, чтобы доказать это. Похоже, что никто больше этого не заявляет. Я подозреваю, что улучшения в тестах в аэродинамической трубе произошли из-за уменьшения сопротивления паразитов, вызванного направлением наружу обычного выпускного клапана.

    Видео: Открытие ТРОВ.

    Регулятор давления в кабине (CPC)

    [Руководство по эксплуатации самолета G450, §2A-21-30, ¶2.B.]

    • CPC работает в режиме AUTO или SEMI, используя один из двух каналов управления для позиционирования TROV, регулируя наддув кабины. Активный канал управления изменяется с каждым полным циклом полета, при этом активный канал отображается на синоптическом дисплее ECS / Bleed 2/3.
    • Во время нормальной работы в автоматическом режиме CPC получает информацию из активной FMS о путевой скорости самолета (для сигнала предварительного нагнетания) и использует входные данные ADM для барометрической коррекции высоты самолета и барометрической коррекции.Канал CPC № 1 по умолчанию использует ADM № 1 с ADM № 3 в качестве основного резервного, затем ADM № 2. Для канала №2 по умолчанию используется ADM №2 с ADM №3 в качестве основного резервного, затем ADM №1. Каждый канал блока CPC имеет встроенный датчик высоты в кабине, который передает данные в активный канал управления. В режиме CPC AUTO никаких действий экипажа не требуется, а панель выбора давления в кабине служит только для отображения информации о наддуве.
    • Режим
    • SEMI доступен в случае потери данных FMS или когда требуется меньшая крейсерская высота кабины.Режим SEMI позволяет пилоту вручную вводить высоту самолета / кабины, высоту посадочной площадки, барометрическую коррекцию и скорость набора высоты / снижения в кабине.
    • В типичных полетах с CPC в автоматическом режиме последовательность создания давления начинается с фазы предварительного повышения давления во время руления перед взлетом. Когда кнопка ПОЛЕТ / ПОСАДКА на панели управления давлением в кабине выбрана в положение ПОСАДКА, скорость руления ≥ девяти (9) узлов, рычаги привода в положение на пятнадцать градусов (15 °) вперед или более, а дверь кабины или багажа ранее открывается и закрывается, система наддува переходит на ПОЛЕТ.CPC сигнализирует TROV о том, что давление в самолете должно быть на пятьсот (500) футов ниже высоты поля. Эту последовательность также можно запустить, вручную установив переключатель ПОЛЕТ / ПОСАДКА в положение ПОЛЕТ. Когда самолет набирает высоту, программное обеспечение в CPC регулирует высоту кабины до максимального значения из отметки посадочной площадки или графика набора высоты, поднимаясь по кабине с программно запрограммированной скоростью (до 500 футов в минуту) до максимальной высоты кабины в шесть тысяч (6000). ноги. Во время крейсерского полета спуск на высоту более 1000 футов изменит систему с ПОЛЕТА на ПОСАДКУ.Когда самолет начинает снижение, CPC использует данные FMS для превышения аэродрома, чтобы установить скорость снижения (до 300 футов в минуту) для кабины так, чтобы высота кабины была на 250 футов ниже превышения аэродрома при приземлении. После приземления с грузом на колесах TROV открывается для сброса давления со скоростью 500 футов в минуту в течение одной минуты, 2000 футов в минуту в течение второй минуты, а затем переходит в полностью открытое положение. Через девяносто (90) секунд на земле (груз на колесах) TROV откроется, чтобы обеспечить полную разгерметизацию.Затем CPC меняет каналы управления для следующей эволюции полета.
    • TROV автоматически закроется при выключении, чтобы предотвратить попадание мусора или других посторонних веществ (птиц, насекомых и т. Д.), Которые могут помешать работе системы. Чтобы функция автоматического закрытия работала, полет должен быть завершен, а главная входная дверь должна быть открыта до того, как последний из двигателей или ВСУ будет отключен.
    • Если высота кабины превышает восемь тысяч (8000) футов, отображается красное предупреждение CAS о низком давлении в кабине.Если самолет находится в спаренном полете (включен автопилот) на высоте сорок тысяч (40000) футов или выше, когда высота кабины достигает 8000 футов, самолет переходит в режим аварийного снижения, поворачиваясь влево на девяносто (90 °) градусов и быстрый спуск на пятнадцать тысяч (15000) футов. Во время спуска точка срабатывания низкого давления в кабине на высоте 8000 футов над уровнем моря будет автоматически сброшена в режиме AUTO / SEMI при посадке в высокогорных аэропортах. Если высота посадочного аэродрома составляет от 7500 футов до 9500 футов, предупреждение о низком давлении в кабине будет сброшено для полета на высоте в кабине 10 000 футов.Если высота посадочной площадки составляет 9500 футов или больше, точка срабатывания будет сброшена на 14 500 футов. Если самолет работает в режиме наддува SEMI, летный экипаж должен убедиться, что на панели переключателя давления в кабине установлена ​​правильная высота посадочного поля, чтобы сбросить точку срабатывания низкого давления в кабине.
    • Во время снижения в автоматическом режиме, если самолет выровнялся на высоте выше 25000 футов (FL250) более трех (3) минут, режим CPCS переключится с ПОСАДКИ на ПОЛЕТ, а точка срабатывания по низкому давлению в кабине будет постепенно увеличиваться. от 8000 футов до не более 15000 футов над уровнем моря в кабине, исходя из высоты посадочной площадки.Высота кабины будет оставаться постоянной, пока не начнется набор высоты более 500 футов или снижение более 1000 футов.

    Панель управления давлением в кабине

    Фото: Панель управления давлением в кабине (самолет Эдди)

    [Руководство по эксплуатации самолета G450, §2A-21-30, 2.C.] Панель КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ В КАБИНЕ на потолке кабины оснащена кнопочными переключателями и поворотной (подпружиненной нейтральной) ручкой для выбора режима наддува и ручного управления. контроль.Также имеется индикатор положения заслонки TROV. Кнопочные переключатели подсвечиваются, указывая на активный режим наддува. Часть FAULT кнопки FAULT / MANUAL также служит индикатором отказа режимов AUTO и SEMI. Выборы на панели позволяют летному экипажу выполнять и контролировать следующие функции:

    • Выберите режим работы АВТО, ПОЛУ или РУЧНОЙ.
    • Выберите режим работы ПОЛЕТ или ПОСАДКА.
    • Вручную переведите заслонки TROV в положение открытия или закрытия или в любое промежуточное положение.
    • Контролируйте скорость движения затвора TROV.

    [Руководство по эксплуатации самолета G450 §2A-21-30.2.B.] С кнопкой ПОЛЕТ / ПОСАДКА на панели управления давлением в кабине, выбранной в положение ПОСАДКА, скорость руления> девяти (9) узлов, рычаги привода в положение на пятнадцать градусов (15 °) вперёд или более, а дверь кабины или багажа ранее открывалась и закрывалась, система наддува переходит на ПОЛЕТ.

    Если режим не ПОЛЕТ, вы можете просто нажать кнопку и сделать ПОЛЕТ.

    Режим ПОЛЕТ / ПОСАДКА автоматически выбирается на ПОСАДКУ, когда вы спускаетесь более чем на 1000 футов, но переключается обратно, если вы выравниваетесь более чем на 3 минуты на высоте более 25000 футов. Вы можете переключить его вручную.

    Переключатель MANUAL активирует реостат DESCEND / CLIMB и делает вас, пилота, регулятором давления в кабине.

    АВТО / ПОЛУ - это способ переключения режимов. Режим AUTO может делать все без участия пилота, режим SEMI необходимо программировать почти так же, как систему наддува GIV в автоматическом режиме.(Режим SEMI GV / G450 выполняет действия, недоступные для GIV, например, автоматически переключается на ПОСАДКУ после спуска на 1000 футов)

    Панель переключателя давления в кабине

    Фото: Панель выбора давления в салоне (самолет Эдди)
    Щелкните фото, чтобы увеличить изображение

    [Руководство по эксплуатации самолета G450, §2A-21-30, ¶2.D.] Панель ВЫБОРА ДАВЛЕНИЯ В КАБИНЕ расположена в кормовой части правой части центральной стойки кабины.Функции функций панели зависят от режима работы системы наддува:

    • Когда система наддува находится в автоматическом режиме, цифровая жидкокристаллическая панель ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ КАБИНЫ (ЖК-дисплеи) отображают данные FMS и ADS, используемые в настоящее время CPC. Ручки поворотного переключателя отключены.
    • В системе наддува в режиме SEMI ручки поворотного переключателя активны и используются вместе с ЖК-дисплеями для ввода высоты самолета / кабины, барометрической коррекции, высоты посадочной площадки и скорости набора высоты / снижения в кабине.

    В автоматическом режиме эта панель просто сообщает вам, что делает система, на основе входных данных, которые она получает от FMS. В режиме SEMI эта панель входит в показанные входы, удаляя входы FMS.

    Когда бы вы это использовали? Допустим, у вас есть больной пассажир, который хочет максимально снизить давление во время короткого перелета. Вы в основном начинаете с переключения на SEMI и программирования желаемой высоты кабины. Окно покажет вам максимальную доступную высоту самолета слева, когда вы повернете правую цифру, чтобы показать желаемую высоту кабины.Также необходимо указать высоту посадочной площадки и текущий высотомер. Я полагаю, что для выруливания система автоматически перейдет от ПОСАДКИ к ПОЛЕТУ, а также к ПОСАДКЕ во время снижения. Я делал это несколько раз, но это было давно. В общем, вы можете подняться до двадцатых годов и поддерживать каюту на уровне моря.

    Клапан сброса давления в кабине (PRV)

    Рисунок: Блок-схема клапана сброса давления из Руководства по эксплуатации самолета G450, §2A-21-00, рисунок 7)

    [Руководство по эксплуатации самолета G450, §2A-21-30, 2.H.] CPRV расположен под нижней полкой REER, рядом с TROV. Он предотвращает повреждение фюзеляжа, дверей, окон и связанных с ними уплотнений из-за чрезмерного положительного или отрицательного давления. CPRV предоставляет:

    • Сброс избыточного дифференциального давления при 9,74 - 10,15 фунт / кв. Дюйм
    • Сброс отрицательного перепада давления при -0,25 фунта на кв. Дюйм
    • Дополнительная возможность оттока во время наземных операций (только в автоматическом режиме)

    Во время наземных операций, когда TROV полностью открыт, клапан сброса давления в кабине также открывается, чтобы обеспечить минимальный перепад давления в кабине с высокой выходной мощностью ECS.

    Книги не тратят много времени на PRV, но вы можете собрать следующее:

    • PRV подключен к внешнему давлению через два самых кормовых статических порта справа от самолета.
    • PRV подключен к кабине через порт с фильтром, расположенный внутри REER.
    • PRV подключен к воздуху под высоким давлением (20 фунтов на кв. Дюйм), который используется для полного открытия при нахождении на земле.
    • Единственное электрическое соединение - через одиночный прерыватель цепи (REER E-10) для подключения PRV к контроллеру давления в кабине, который дает команду PRV сбрасывать давление, когда он находится на земле в режиме AUTO.
    Работа клапана сброса давления в кабине

    Примечание: AOM называет это клапаном сброса давления в кабине (CPRV), а MM - клапаном сброса давления (PRV).

    1. Устройство сброса положительного перепада давления

    [Руководство по техническому обслуживанию G450, §21-33-00, 4.A.] PRV содержит две полностью независимые секции измерения сброса избыточного давления, которые измеряют перепад давления между кабиной и атмосферой. Когда перепад давления превышает откалиброванную уставку, дозирующие секции открываются, чтобы модулировать давление в камере управления.Это служит для регулирования открытия тарельчатого клапана в достаточной степени для регулирования перепада давления между кабиной и атмосферой ниже максимального значения. Основная измерительная секция настроена на ограничение давления в кабине до 9,74–9,94 фунтов на кв. Дюйм. Секция вторичного измерения настроена на 9,95 - 10,15 фунта на квадратный дюйм.

    2. Устройство сброса отрицательного дифференциального давления

    [Руководство по техническому обслуживанию G450, §21-33-00, 3.A.] Когда атмосферное давление превышает давление в кабине, атмосферное давление действует на уравновешивающую диафрагму тарелок клапана, что заставляет тарелку клапана подниматься над седлом тарелки. .Это позволяет воздуху с более высоким давлением попадать в кабину. Эта функция ограничивает отрицательный перепад давления максимумом -0,25 фунта на кв. Дюйм.

    3. Дополнительная зона оттока в наземном режиме

    [Руководство по техническому обслуживанию G450, §21-33-00, 4.A.] PRV открывается при определенных наземных операциях в режиме AUTO, чтобы обеспечить дополнительную зону оттока воздуха. PRV содержит струйный эжекторный насос и соленоид перекрытия подачи воздуха для приведения в действие клапана. Это происходит на земле, когда воздух под высоким давлением попадает в струйный насос и создает вторичный вакуумный поток на соленоиде перекрытия воздуха.Когда на соленоид воздушного отключения поступает команда открыть, вторичный вакуумный поток втягивает воздух из камеры управления, открывая тарельчатый клапан.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *