|
|
|
Grupul turbocompresor nu are legaturi mecanice cu motorul supraalimentat, turatia sa fiind dependenta de cea a motorului.
Intre compresor, motor si turbina exista o singura conditie restrictiva la orice regim stabil de functionare impusa de egalitatea intre debitul de aer livrat de compresor si cel ce intra in motor, si egalitatea dintre gazele evacuate de motor si intrate in turbina:
(24)
unde: - coeficientul de exces de aer; Lmin aerul minim necesar.
Pe de alta parte intre compresor si turbina exista o dubla legatura mecanica.
Deci, la un anumit regim de lucru pentru ca turbocompresorul sa functioneze stabil este necesar ca puterea turbinei sa fie egala cu puterea necesara compresorului indiferent de parametrii de intrare a aerului in compresor si ai gazelor de ardere in turbina. In cazul in care puterea turbinei este mai mare atunci turatia compresorului va creste pana cand se va restabili egalitatea puterilor.
Parametrii principali ce caracterizeaza functionarea unui compresor la un anumit regim de lucru, sunt: gradul de comprimare ps si randamentul compresorului as .
Se numeste
caracteristica normala sau de debit relatia care exprima variatia marimilor ps si as in functie de parametrii de stare ai mediului
ambiant (p0,T0) de debitul de aer al
compresorului 
si turatia compresorului (suflantei) ns:
(26)
Experimentul se constata ps nu depinde de p0, deci:
(27)
Caracteristica normala se ridica experimental.
In figura 15. este prezentata caracteristica normala a unui compresor centrifugal. Se constata ca pe masura ce debitul de aer refulat scade, turatia compresorului ramanand constanta, curbele ating un maxim, dupa care descresc ajungandu-se la un punct peste care functionarea turbocompresorului devine instabila.
Locul geometric al punctelor de functionare instabila la diverse turatii se numeste linie de pompaj.
Pe linia ns=constant exista un singur punct ce caracterizeaza regimul de lucru al compresorului ce se poate deplasa la stanga sau la dreapta functie de rezistentele aerodinamice existente in aval de compresor.
Linia AB ce uneste punctele regimurilor de lucru se numeste linie de lucru sau caracteristica de exploatare a compresorului. Se urmareste ca aceasta linie sa treaca prin punctele de randament maxim.
|
Fig.15. Caracteristica normala a compresorului |
|
Fig.16. Caracteristica normala a compresorului (varianta) |
In figura 16
s-a trasat caracteristica normala a unui compresor respectiv as= 
. Se determina valorile as care se suprapun pe graficul ps = . Dezavantajul principal al acestei caracteristici
este acela ca ea este valabila numai pentru parametrii de stare ai mediului
ambiant in care a fost ridicata. De aceea, functionarea unui compresor in
diferite conditii de mediu ambiant este determinata de o multitudine de
caracteristici. Acest inconvenient este eliminat prin exprimarea performantelor
compresorului cu ajutorul parametrilor dedusi pe baza teoriei similitudinii. In
acest caz, un punct din diagrama reprezinta totalitatea regimurilor asemenea in
care parametrii initiali ai fluidului de lucru s-au schimbat.
Caracteristica universala a compresorului se exprima prin parametrii de similitudine ai masinilor cu palete si este independenta de parametrii de stare ai fluidului in amontele compresorului diagrama prezentand totalitatea regimurilor posibile de functionare.
Caracteristica universala exprima variatia gradului de comprimare s al compresorului si gradul de destindere t al turbinei, a randamentului si puterii masinii functie de parametrii care determina regimurile asemenea ale masinii.
(28)
unde: 
si 
reprezinta turatia si debitul raportate.
Caracteristica universala a unui compresor se deduce pe baza caracteristicii normale ridicata experimental avand in vedere relatiile:
(29)
unde: D - este diametrul mediu al retelei de palete.
|
Fig.17. Caracteristica universala a compresorului |
|
Fig. Caracteristica universala a turbinei cu gaze |
Cu ajutorul acestor relatii se pot stabili performantele tuturor compresoarelor geometrice asemenea cu cel experimentat.
Daca se renunta la forma adimensionala a parametrilor si se elimina constantele D si R, atunci caracteristica universala a compresorului se exprima printr-o functie de rapoarte:
(30)
Aceasta caracteristica se prezinta in figura 17.
Spre deosebire de compresor, parametrii de stare din amontele turbinei variaza intr-o gama foarte larga, de aceea caracteristica normala a turbinei nu prezinta o utilitate practica. In acest caz se utilizeaza caracteristicile universale, ce se reprezinta in diferite sisteme de coordonate.
O
reprezentare mai des intalnita este cea redata in figura 18, in care se
prezinta variatia gradului de destindere t
si a randamentului turbinei t
in functie de criteriul de similitudine al debitului 
utilizandu-se ca parametru criteriul turatiei 
Este foarte important ca la punerea la punct a supraalimentarii unui motor, nici unul din punctele de functionare sa nu iasa dintr-o zona limitata in partea stanga de o parabola ce trece prin origine, numita parabola de pompaj (fig.17).
Daca nu se respecta aceasta conditie, presiunea data de compresor sufera variatii ciclice de amplitudini cu atat mai mari cu cat viteza de rotatie este mai ridicata.
Fenomenul de pompaj este specific compresoarelor nevolumice. Debitul critic de aparitie a pompajului reprezinta 0,75.0,85 din debitul maxim la turatia considerata pentru compresoarele axiale si de 0,5.0,6 din respectivul debit pentru compresoarele centrifugale.
Fenomenul de pompaj este consecinta formei curbate a caracteristicii debit-presiune din cauza compresibilitatii fluidului.
Daca se considera o turatie de functionare stabila a compresorului si debitul de aer cerut de motor este inferior valorii corespunzand presiunii maxime, presiunea aerului ce se afla intre compresor si motor devine superioara presiunii furnizate in acel moment de catre compresor. In aceste conditii o anumita cantitate de aer va traversa invers compresorul provocand o micsorare a debitului si presiunii in colector si permite compresorului sa restabileasca un debit pozitiv. Fenomenul se reflecta provocand un pompaj de amplitudine mai mica sau mai mare functie de caracteristicile constructive ale ansamblului.
Fenomenul poate continua si poate provoca socuri extrem de violente. Cresterea brusca a cuplului motor la regimurile joase de turatie poate da nastere fenomenului de pompaj.
Debitul critic depinde de asemenea de presiunea aerului la aspiratia in compresor si de felul cum aerul se comporta dupa compresor. In cazul in care colectorul de admisiune nu are o forma optima precum si aparitia oscilatiilor de presiune provocate de inchiderea si deschiderea supapelor de admisie, pot provoca deformarea parabolei de pompaj, limita de utilizare a turbocompresorului se restrange catre zona debitelor mari.
Accidental aparitia pompajului poate fi provocata de:
- reglaj incorect al distributiei (supapa de admisie se deschide mai devreme);
- temperatura gazelor de evacuare a fost depasita (dereglarea pompei de injectie sau a injectoarelor);
- obturarea partiala a colectorului de admisie;
- micsorarea perioadei de baleiaj (dereglarea distributiei);
- functionarea motorului la altitudine mare.
