ТУРБО

0878 99 99 00 / 0899 799 999

Турбо с променлива геометрия

Турбо с променлива геометрия

Турбината с променлива геометрия позволява значителна гъвкавост спрямо съотношението на налягане в турбината. При дизеловите двигатели тази гъвкавост може да се използва за подобряване на характеристиките на въртящия момент с ниска скорост, намаляване на забавянето на турбокомпресора и задвижване на EGR потока. Най-често срещаните конструкции на турбокомпресори с променлива геометрия включват шарнирния дизайн на лопатките и дизайна на подвижната стена.
Въведение

Алтернатива на фиксирана геометрия турбината е променлива геометрия турбината . Предимствата на турбините с променлива геометрия пред турбините с изхабяване включват

няма загуба на дроселиране на клапана на отпадъчните газове;
по-високо съотношение въздух / гориво и по-висок въртящ момент при ниски обороти на двигателя;
подобрени ускорения на превозното средство, без да е необходимо да се прибягва до турбини с висока загуба на помпа при високи обороти на двигателя;
потенциал за по-ниски двигатели ΔP (разликата между налягането на изпускателния колектор и налягането на всмукателния колектор);
контрол върху двигателя ΔP, който може да се използва за задвижване на EGR потока в дизелови двигатели с EGR системи с високо налягане (HPL);
по-добра способност за покриване на по-широк регион с нисък BSFC в областта на скоростта на двигателя и натоварване;
способност за осигуряване на спиране на двигателя;
възможност за повишаване на температурата на отработените газове за управление на системата за последващо третиране.
Идеята за използване на турбина с променлива геометрия в турбокомпресор датира поне от 50-те години на миналия век . От това време се появяват редица различни дизайни. Две от по-често срещаните са въртящите се фрези и подвижните стени. Други включват типа на променливата зона, променливия тип на потока и конструкциите на плъзгащия пръстен. Тези дизайни ще бъдат разгледани по-подробно в следващите раздели.

Има редица различни съкращения, които обикновено се използват, когато се говори за турбокомпресори с турбини с променлива геометрия. В повечето случаи това са или са търговски марки, които конкретен производител е използвал по отношение на техния продукт. При по-честа употреба, определен акроним може да се използва в по-общ смисъл, а не непременно да е препратка към продукта на определен производител. Някои от тези съкращения включват:

VGT – Турбокомпресор с променлива геометрия (Cummins / Holset),
VNT – турбина с променлива дюза (Honeywell / Garrett),
VTG – променлива геометрия на турбината (BorgWarner и ABB)
VG – Турбокомпресор с променлива геометрия (MHI)
VGS – турбокомпресор за система с променлива геометрия (IHI)
VTA – Променлива зона на турбината (MAN Diesel & Turbo)
В много проекти турбината с променлива геометрия не включва байпас, така че турбината трябва да може да се справи с целия поток от изгорели газове от двигателя, като същевременно избягва пренасищането и превишаването на турбокомпресора. За дадена мощност на двигателя това би означавало по-голям капацитет на поглъщане на турбината от този, изискван от турбината с фиксирана геометрия с фиксирана геометрия и съпоставим с този, използван за турбокомпресор с неподвижна геометрия без байпас.

Основната разлика между турбината с фиксирана геометрия и турбината с променлива геометрия. В сравнение с турбината с фиксирана геометрия, турбината с променлива геометрия позволява значителна гъвкавост по отношение на съотношението налягане / дебит в турбината и при разширение на двигателя ΔP. Тази гъвкавост може да се използва за подобряване на характеристиките на въртящия момент при ниски обороти, намаляване на забавянето на турбокомпресора и при дизелови двигатели, задвижване на EGR потока .

Сравнение на фиксирана геометрия (BorgWarner KP39) и променлива геометрия (BorgWarner BV40) на масовия поток спрямо съотношението на налягане
Пиковата ефективност на турбината с променлива геометрия се получава при около 60% отваряне на дюзата. Обикновено тя е сравнима или с няколко процента по-ниска от тази за турбина с фиксирана геометрия. Въпреки това, ефективността отпада доста бързо, тъй като отворът на дюзата се намалява или увеличава от позиция на отваряне на средна криста.

Егер клапан на турбокомпресора –– заглавие
EGR с високо налягане намалява масовия поток през турбокомпресора и изисква компресор с напречна линия далеч отляво на картата на компресора. За да се избегне използването на по-скъпи, двустепенни турбокомпресори, са разработени методи за разширяване на ширината на картата на компресора. Тези методи, някои от тях въведени в дизеловите двигатели, включват пасивна и активна обработка на корпуса, контролни лопатки на входящите вихри и дифузьорни лопатки.

При избора на турбокомпресор за дадено приложение, един турбокомпресор с решение на един компресор е предпочитаният избор поради причини за цена и сложност. С увеличената употреба на по-високи нива на високо налягане EGR, особено при дизелови двигатели, това може да бъде особено предизвикателно. Както е показано на фигура 1, високите нива на EGR с високо налягане могат да облагат границите на един разтвор на компресор [ Krivitzky 2012 ], Големите фракции с високо налягане EGR при ниско натоварване / ниска скорост намаляват масовия поток през турбокомпресора и изтласкват търсенето на компресор с напречна линия далеч вляво. При условия на високо натоварване / скорост, при които фракциите на EGR са сравнително ниски, търсенето на мощност с висока номинална стойност изисква високо съотношение на налягането при голям масов поток. С увеличаване на нивото на натоварване / скорост на EGR, разликата между тези две крайности може да се увеличи и да изисква много големи ширини на картата на компресора. Докато множеството компресори предлагат едно решение на този проблем, потенциалната икономия на разходи и сложност на използването на един компресор осигурява силна мотивация за обмисляне на опции за разширяване на ширината на картата на един компресор.