Центробежный нагнетатель — это специальный тип нагнетателя , который использует центробежную силу для увеличения давления воздуха в коллекторе (MAP). Увеличение MAP позволяет двигателю сжигать больше топлива, что приводит к увеличению выходной мощности. Центробежные нагнетатели обычно крепятся к передней части двигателя посредством ременной или зубчатой передачи от коленчатого вала двигателя.
Центробежный нагнетатель используется во многих приложениях, включая, помимо прочего, автомобили, грузовики, морские суда, самолеты, мотоциклы и UTV. Из этих приложений они чаще всего используются для увеличения мощности уличных транспортных средств и гоночных автомобилей. Хотя первый практический центробежный компрессор был разработан в 1899 году, [1] центробежные нагнетатели появились во время Второй мировой войны и стали использоваться в самолетах, где их часто использовали в паре со своим аналогом с приводом от выхлопных газов — турбокомпрессором . [2] Этот термин относится к тому факту, что турбокомпрессоры представляют собой особый тип центробежного нагнетателя, который приводится в движение турбиной.
В последнее время [ когда? ] , центробежные нагнетатели стали очень распространены в современном автомобильном мире. [3] Нагнетатели иногда устанавливаются в качестве оригинального оборудования на некоторые автомобили, выпускаемые сегодня. Центробежный наддув создает эффективное, компактное и удобное для использования с интеркулером средство повышения мощности как бензиновых, так и дизельных двигателей широкого спектра гидроциклов, наземных судов и самолетов.
Центробежные нагнетатели стали популярны на рынке послепродажного обслуживания в качестве дополнения для повышения производительности. [4] Конструкция центробежных нагнетателей позволяет легко интегрировать промежуточное охлаждение воздух-воздух или воздух-вода. [5] Некоторые компании производят центробежные нагнетатели, а также предлагают их в виде законченных систем, которые могут быть легко установлены механиком или автолюбителем в домашних условиях.
Поскольку давление воздуха уменьшается с высотой, сжатие воздуха помогает поддерживать мощность двигателя при наборе высоты.
Четырьмя основными компонентами центробежного нагнетателя являются улитка (корпус компрессора), диффузор, рабочее колесо и трансмиссия. Спирали обычно отливают в форму из алюминия, а не из других металлов, из-за сочетания прочности, веса и устойчивости к коррозии. Затем волюты подвергаются точной обработке в соответствии с конструкцией рабочего колеса. [6] Рабочие колеса проектируются во многих конфигурациях, и уравнение Эйлера для насоса и турбины играет важную роль в понимании производительности рабочего колеса. [7] Рабочие колеса часто изготавливаются путем литья металлов в форму, а затем подвергаются механической обработке, при этом рабочие колеса высочайшего качества изготавливаются из твердой заготовки.
Трансмиссия обеспечивает повышающее передаточное число от входного вала (приводимого от коленчатого вала двигателя) к выходному валу, к которому крепится крыльчатка (нередко скорость крыльчатки центробежного нагнетателя превышает 100 000 оборотов в минуту). Основными компонентами зубчатой передачи центробежной передачи являются валы, шестерни, подшипники и уплотнения. Из-за высоких скоростей и нагрузок, которые приходится выдерживать трансмиссии, компоненты обрабатываются, шлифуются и собираются с очень жесткими допусками.
Центробежный нагнетатель черпает энергию от движения привода, к которому он прикреплен. В этот момент нагнетатель приводит в действие крыльчатку – или небольшое вращающееся колесо. Крыльчатка втягивает воздух в небольшой корпус компрессора (улитку), а центробежная сила направляет воздух в диффузор. В результате получается воздух под высоким давлением, но перемещающийся с низкой скоростью. [8] Воздух под высоким давлением и на низкой скорости затем подается в двигатель, где дополнительное давление дает двигателю возможность сжигать больше топлива и иметь более высокий уровень сгорания. В результате автомобиль становится более быстрым и отзывчивым благодаря большему объемному КПД двигателя.
Помимо использования в самолетах, что привело к множеству усовершенствований в конструкции центробежных компрессоров, более широкое использование центробежных нагнетателей было в значительной степени ориентировано на рынок послепродажного обслуживания автомобилей. [9]
Усовершенствования в конструкции и технологии обработки позволили существенно повысить эффективность компрессора, а также конструкцию подшипников и уплотнений. Центробежный наддув, являющийся надежным, безопасным и доступным (в долларах за лошадиную силу) вариантом повышения производительности автомобилей, грузовиков, лодок, мотоциклов и UTV, стал жизнеспособным вариантом для энтузиастов производительности в различных областях применения. Благодаря простоте установки и тому факту, что многие системы используют встроенное промежуточное охлаждение, центробежный наддув продолжает набирать популярность в индустрии высоких технологий.
Технология центробежных нагнетателей также нашла свое применение в промышленности. От очистки сточных вод до противообледенительной обработки самолетов — сжатие воздуха центробежным нагнетателем значительно повысило эффективность и надежность всей системы. Во многих отраслях промышленности пневматическая транспортировка в настоящее время является предпочтительным методом перемещения продуктов или сред внутри предприятия. Традиционно единственным источником воздушного потока такого объема считался компрессор типа Рутса . Благодаря своей эффективной конструкции в настоящее время все большее распространение получает центробежная технология, поскольку она обеспечивает существенную экономию энергии, более низкую температуру нагнетаемого воздуха и более тихую работу. [10]
Центробежные нагнетатели с приводом от двигателя уступают нагнетателям типа Рутса по созданию низкого крутящего момента в диапазоне оборотов, но превосходят нагнетатели типа Рутса по термодинамической эффективности (при сжатии воздуха выделяется меньше тепла).
Поскольку центробежные нагнетатели используют центробежные силы для сжатия воздуха, они обеспечивают более высокую эффективность, чем конструкции объемного типа, как с точки зрения энергопотребления, так и с точки зрения производства тепла. «Возможно, центробежный нагнетатель самый простой из всех нагнетателей, но он также может быть наиболее термически эффективным». [11] Турбокомпрессоры со стороны компрессора также представляют собой центробежную конструкцию и также отличаются высоким КПД.
Центробежные нагнетатели обычно устанавливаются сбоку в передней части двигателя. Расстояние между нагнетателем и двигателем с помощью монтажного кронштейна значительно снижает передачу тепла от двигателя к нагнетателю во время работы. Для сравнения, двухвинтовой вентилятор или нагнетатель Рута, расположенный в центре (впадине) двигателя, будет поглощать тепло (тепловое поглощение) во время работы за счет теплопередачи от блока двигателя и головок. Повышенные уровни температуры в нагнетателе напрямую влияют на температуру нагнетаемого воздуха, который затем поступает в двигатель. Более высокие температуры воздуха на входе в двигатель приводят к снижению увеличения мощности и увеличению вероятности повреждения двигателя из-за детонации в цилиндрах. См. также промежуточное охлаждение (увеличение плотности наддувочного воздуха).