Нагнетатели

Двухскоростной ПЦН

"Самолётостроение в СССР", т.2.,

ЦАГИ Москва 1992г.

Конструкция передачи двухскоростного ПЦН* позволяет вращать крыльчатку с двумя разными передаточными числами.

Односкоростной ПЦН, рассчитанный на достижение большой расчетной высоты, неизбежно расходует на свой привод значительную мощность, поэтому мощность мотора на малых высотах заметно уменьшается по сравнению с мощностью маловысотных моторов.

Установка двухскоростного ПЦН позволяет увеличить на 15—20% мощность мотора на малых высотах благодаря меньшей затрате мощности на свой привод при уменьшенной частоте вращения крыльчатки на первой скорости.

Примечание (админ) * ПЦН - приводной центобежный нагнетатель.

ПЦН Долежаля

Особенностью ПЦН системы В. А. Доллежаля было то, что между первой и второй ступенями была поставлена гидравлическая (масляная) турбомуфта примерно такого же типа, какая применялась на немецких моторах Даймлер-Бенц.

Привод был сделан таким образом, что первая ступень ПЦН имела частоту вращения, определяемую передаточным числом привода и, следовательно, постоянную при постоянной частоте вращения вала мотора.

Вторая ступень до расчетной высоты, определяемой степенью повышения давления первой ступени, работала при значительно меньшей частоте вращения, которая обеспечивала такую степень повышения давления, чтобы были компенсированы потери давления, возникающие при протекании воздуха через эту ступень. Турбомуфта при этом, естественно, работает с большим скольжением за счет того, что в нее подается небольшое количество масла с пониженным давлением.

После достижения первой расчетной высоты подача масла и его давление постепенно увеличиваются, скольжение турбомуфты уменьшается и частота вращения крыльчатки второй ступени увеличивается таким образом, чтобы обеспечить необходимое давление наддува. При достижении расчетной высоты и превышении ее турбомуфта работает с минимально возможным скольжением и, следовательно, почти с той же частотой вращения, что и первая ступень.

Протекание высотных характеристик моторов с такими ПЦН более благоприятно, чем у моторов с односкоростными или двухскоростными одноступенчатыми ПЦН, вследствие меньшей затраты мощности на привод при высоте меньше расчетной.

На рис. 2 показаны примерные высотные характеристики мотора М-105ПД и для сравнения характеристики моторов с двухскоростным ПЦН и односкоростным ПЦН с лопатками Поликовского на входе для расчетной высоты 6 км. Как видно из графика, применение двухступенчатого ПЦН с промежуточной турбомуфтой создает мотору существенное преимущество по мощности на промежуточных высотах.

Коловратные нагнетатели

"Авиационные двигатели. Конструкция и расчёт двигателей." Москва 1941г

Коловратные нагнетатели в отличие от поршневых имеют преимущество в весе и габаритах и обладают большой производительностью при избыточном давлении от 0,5 до 0,7 кг\см2.

Для уменьшения трения лопаток в коловратных нагнетателях Козетт и Ривеля выдвижные лопатки упираются в перфорированный хорошо смазываемый барабан а, вращающийся в кожухе нагнетателя б (фиг. 51). Для той же цели в нагнетателе „Пауэр-Плюс" лопатки вращаются на шариковых подшипниках вокруг вала. Между лопатками и кожухом устанавливается фиксированный зазор. На выходе из ротора делается уплотнение в виде цилиндрического сальника. Основным недостатком подобных нагнетателей является относительно большой вес и габарит, в силу чего в авиации они не применяются.

Из объемных нагнетателей применение в авиации находил лишь нагнетатель типа Рута **, схема которого показана на фиг. 52.

Внутри кожуха вращаются навстречу друг другу два ротора, имеющие в сечении форму восьмерок. Эти роторы, связанные шестернями, имеют между собой и кожухом небольшой зазор, вследствие чего трение отсутствует.

В положении, изображенном на фиг. 52, в полости А происходит всасывание, в полости В — перенос засосанного объема к стороне нагнетания и в полости С—нагнетание.

В отличие от поршневого компрессора, у этого нагнетателя вследствие отсутствия выпускного клапана давление в полости В быстро повышается, как только она войдет в соединение с напорной трубой.

Таким образом правая восьмерка при вращении будет преодолевать постоянное рабочее давление воздуха, а не постепенно повышающееся, как в поршневом насосе.

Индикаторная диаграмма этого типа нагнетателя будет иметь вид 1—2—5—4 (фиг. 53) в отличие от 1—2—3—4 — поршневого компрессора (фиг. 17). Заштрихованная площадь 2—3—5 представляет собой потерю мощности, потребной на вращение нагнетателя Рута по сравнению с поршневым. Потеря мощности тем относительно больше, чем выше давление сжатого воздуха. К этой потере добавляются потери, связанные с трением и утечкой воздуха через зазоры. В результате с повышением наддува к. п. д. нагнетателя падает до величин, характерных для ПЦН (фиг. 54).

Нагнетатель Рута дает пульсирующий поток. В некоторых случаях эта пульсация бывает настолько чувствительна, что вызывает необходимость постановки рессивера и связана со значительным увеличением веса и габарита установки. Наконец, в нагнетателях этого типа имеются производственные затруднения в связи с обработкой восьмерок при сохранении минимальных зазоров между ними. Это осложняется еще и тем, что разность температур на входе И выходе (около 70°С) при рабочем состоянии компрессора создает неравномерное температурное расширение кожуха, приводящее к неравномерному изменению зазоров.

Данные для характеристики нагнетателей Рута приведены в табл. 3. Все перечисленные в табл. 3 нагнетатели выполнялись с приводом от коленчатого вала.

Несмотря на преимущество турбокомпрессорного привода в части увеличения мощности мотора на высоте, общий недостаток состоит в том, что его работа связана с быстрым ростом противодавления на выхлопе с высотой. Так, для высотности 5000 м необходимое для работы турбины давление выхлопа колеблется в пределах от 1,2 до 1,5 от давления на всасывание (Рк) в зависимости от к.п.д. Повышенные давления и температуры выхлопа ставят в очень тяжелые условия работы выхлопные клапаны, сопловой венец и в особенности колесо турбины, работающей при окружной скорости около 250-300 м/сек и температуре 650 - 700° С, когда величина временного сопротивления наиболее подходящей стали резко падает.

К недостаткам турбокомпрессора следует отнести также перегрев выхлопных трубопроводов, которые при работе накаляются до красного цвета.

** - Роторный нагнетатель Roots. Создан Фрэнсисом Рутсом в 1860 году. Первоначально использовался как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Суть конструкции: две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые «шестерни», помещенные в общий кожух.

Возврат в Форум