Типы турбин
Конструктивно различают три вида турбокомпрессоров:
- нагнетатель с перепуском отработавших газов;
- нагнетатель с изменяемой геометрией турбины;
- нагнетатель с дросселированием турбины.
Нагнетатель с перепуском отработавших газов.
При высоких нагрузках на двигатель часть потока отработавших газов через перепускной клапан направляется мимо турбины в систему выпуска отработавших газов. Вследствие этого поток газов через турбину уменьшается, что снижает как степень сжатия воздуха компрессором, так и излишне высокую частоту вращения вала турбонагнетателя. При низких нагрузках на двигатель клапан закрывается, и весь поток отработавших газов направляется в турбину.
Нагнетатель с изменяемой геометрией турбины.
Нагнетатель с изменяемой геометрией турбины (система VNT) дает возможность ограничить поток отработавших газов через турбину при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Подвижные направляющие лопатки соплового аппарата изменяют поперечное сечение каналов, через которые отработавшие газы устремляются на крыльчатку турбины. Этим они согласовывают возникающее в турбине давление газа с требуемым давлением наддува. При низкой нагрузке на двигатель подвижные лопатки открывают небольшое поперечное сечение каналов так, что увеличивается противодавление отработавших газов. Поток газов развивает в турбине высокую скорость, обеспечивая высокую частоту вращения вала нагнетателя. При этом поток отработавших газов действует на более удаленную от оси вала область лопаток крыльчатки турбины. Таким образом, возникает большее плечо силы, которое дополнительно увеличивает крутящий момент. При высокой нагрузке направляющие лопатки открывают большее поперечное сечение каналов, что уменьшает скорость течения потока отработавших газов. Вследствие этого турбонагнетатель при равном количестве отработавших газов меньше ускоряется и работает с меньшей частотой при большем количестве газов. Этим способом ограничивается давление наддува.
Нагнетатель с дросселированием турбины.
Нагнетатель с дросселированием турбины (система VST) устанавливают на небольших двигателях легковых автомобилей. Регулировочная заслонка постепенным открытием подводящих каналов изменяет в этой конструкции проходное сечение для потока отработавших газов к турбине.
При небольших частотах вращения коленчатого вала или малых нагрузках на двигатель открыт только один канал. Меньшее поперечное сечение приводит к высокому противодавлению отработавших газов, высокой скорости течения газов и тем самым к высокой частоте вращения вала газовой турбины.
При достижении желаемого давления наддува регулирующая задвижка плавно открывает второй канал. Скорость течения отработавших газов, а вместе с тем частота вращения вала турбины и давление наддува уменьшаются. Регулятор двигателя задает положение указанной задвижки с помощью пневматического цилиндра.
Через встроенный в корпус турбины перепускной канал можно также отвести почти весь поток газов от турбины и таким образом получить очень небольшое давление наддува.