История турбин

Турбонаддув — метод наддува, основанный на переработке энергии отработавших газов. Главная часть системы – турбокомпрессор. Патент на турбонаддув был выдан в США  Альфреду Бюхи в 1911 году.

Время развития турбокомпрессоров совпало с постройкой первых моделей двигателей внутреннего сгорания.

С 1885 года по 1896 год Рудольф Дизель и Готлиб Даймлер с помощью дополнительного сжатия воздуха, подаваемого в камеру сгорания, пытались увеличить уровень вырабатываемой мощности и снизить расход топлива. Для достижения поставленной задачи было проведено огромное количество опытов.

Но только в 1952 году инженер из Швейцарии Альфред Бюхи смог успешно осуществить процесс турбонаддува. В результате проделанной работы мощность возросла на 40%.

Данное событие дало толчок дальнейшему развитию и постепенному внедрению в жизнь турботехнологий. Конечно, до этого момента многие ученые предлагали компрессоры разных типов для наддува ДВС. Например, еще в 1912 году инженер Маркос Биркинг, создавший компанию Испано-Сюиза, анонсировал в Париже свое изобретение, которое представляло из себя компрессор с лопатками. По своей структуре он был трехступенчатым. Три колеса, расположенных на одном валу, последовательно проводили сжатие воздуха. Понятно, что расход топлива одинаково происходит через каждую ступень. На объем влияет размер колес. Иначе говоря, при одной и той же частоте вращения, объем расходуемого топлива уменьшается, а давление наоборот увеличивается.

С 1914-1918 года, во время первой мировой войны, для военных действий стали достаточно широко использоваться самолеты. В это время инженеры стали задумываться над тем, чтобы наладить подачу топлива в двигатель под давлением, уровень которого превышает атмосферное давление. Такой шаг должен был компенсировать потерю мощности двигателей самолетов во время набора высоты.

Как правило, в то время компании, которые выпускали авиационные моторы, занимались и производством автомобильных двигателей. В связи с этим идеи, направленные на увеличение высоты полета самолета, отыскали свое применение и в автомобильных двигателях, в значительной степени повысив их мощность. Кроме этого, данный подход должен был компенсировать потерю мощности во время движения в высокогорных районах. Многие знают, что с подъемом на высоту плотность атмосферного воздуха значительно снижается. Таким образом, на высоте в 5400 метров над уровнем моря мощность двигателя снижается вдвое. В связи с этим и появилась идея о предварительном увеличении давления воздуха еще до подачи его в цилиндры с помощью компрессора. В то время в авиации не использовались дизельные двигатели. Это было обусловлено достаточно внушительными габаритами и большой массой.

Самый первый компрессор, созданный по конструкции Уиттинга, был установлен на двигатели Мерседес и Фиат. Но небольшой срок службы и постоянные проблемы со смазкой привели к распространению компрессоров типа “Рут”, которые широко применялись на подводных лодках и в авиации. Более мощные компрессоры стали широко использоваться на тепловозных двигателях.

Турбокомпрессор предназначен для закачивания воздуха в цилиндры двигателя. Так как топливо без воздуха не горит , одного увеличения количества подаваемого топлива не достаточно для роста мощности. Необходимо увеличение и количества воздуха находящегося в цилиндре в момент взрыва. С этой целью и создан турбокомпрессор. В отличии от обычных компрессоров , турбокомпрессор приводится в действие не жестким приводом( ремня или шестерни) , а использует энергию выхлопных газов.

После отработки газ попадает в корпус турбины и приводит к вращению ротор как показано на рисунке. Колесо компрессора находится с ротором на жесткой оси (оси ротора ), вращение передается ему. Лопатки колеса компрессора изготовлены таким образом, что при вращении захватывают воздух. Скорость вращения колеса компрессора достаточно велика от 60 000 до 260 000 об/мин. На воздух начинает действовать центробежная сила. Под действием которой воздух направляется в цилиндры двигателя. Где создает дополнительное давление увеличивает количество сгорающего топлива. Это в свою очередь приводит к росту мощности взрыва. Таким образом не увеличивая площадь рабочей поверхности поршня (объем цилиндра). Увеличивается мощность двигателя.