3.4.3. Характеристики объёмных компрессоров, их достоинства и недостатки.

На рис. 3.16 показаны универсальные характеристики компрессора типа Рут.

Рис. 3.16. Характеристики компрессора типа Рут.

В координатах частота вращения (n) – степень повышения давления (Р₂/Р₁) нанесены кривые постоянных значений производительности компрессора (G), постоянных к. п. д. (_i) и постоянных манометрических давлений (М).

Отличительной особенностью характеристик компрессоров типа Рут по сравнению с поршневыми является значительно более низкий уровень повышения давления. А это является значительно более приемлемо для применения их для наддува. Кроме того видно, что наиболее высокий к. п. д. 0,9 располагается в зоне наиболее применимых для наддува значений расхода G, наиболее часто используемых частот вращения и степеней повышения давления Р₂ /Р₁, причём при наиболее желательном манометрическом давлении. Характерно также то, что линии расхода проходят практически параллельно друг другу, что также удобно для применения компрессоров этого типа на двигателях.

На рис. 3.17 показаны характеристики зависимости объёмной производительности компрессора типа Рут (расхода воздуха при нормальных условиях, м³/мин) от частоты вращения n, об/мин. Причём, производительность показана для разного манометрического давления подачи воздуха. Характеристика показывает, что при одном и том же уровне частоты вращения, например, при 1300 об/мин, увеличение манометрического давления подаваемого воздуха от атмосферного (нулевого) до 0,7 кг/см² приводит к снижению расхода от 4,8 м³/мин до 2,8 м³/мин. Определяется это в основном утечками воздуха, которые пропорциональны примерно корню квадратному из перепада давления.

Рис. 3.17. Характеристики расхода и температур воздуха, подаваемого объёмным лопастным компрессором.

При низком расходе воздуха эти утечки существенно снижают к. п. д. компрессора. Здесь же на характеристиках пунктирными линиями нанесены зависимости температуры воздуха в функции от частоты вращения при разных манометрических давлениях воздуха. Так, при повышении давления от атмосферного до 0,7 кг/см² избыточных при частоте вращения 1300 об/мин происходит увеличение температуры воздуха от 80 ⁰С до 149 ⁰С. Очевидно, что через плотность воздуха это влияет на массовую производительность нагнетателя и массовое наполнение цилиндров двигателя.

Компрессоры типа Рут применяются для наддува сравнительно небольших дизелей, но более распространены в качестве агрегата продувки на крупных двухтактных дизелях. Причём, на крупных дизелях чаще применяются трёхлопастные и даже четырёхлопастные компрессоры, а на более мелких – более простые двухлопастные. Пример размещения трёхлопастного компрессора типа Рут в развале цилиндров V - образного двухтактного дизеля приведён на рис. 3.18.

Достоинством такого компрессора является прежде всего его простота. А отсутствие контактов между роторами и роторов с корпусом позволяет существенно увеличивать частоту их вращения, а значит уменьшать габариты и массу. Достоинством компрессора является также его прямая связь с валом двигателя. Поэтому в условиях неустановившихся режимов, например, интенсивных разгонов, вал компрессора ускоряется вместе с валом двигателя пропорционально ускорению коленчатого вала. Благодаря этому практически исключается отставание в воздухоснабжении двигателя при интенсивных разгонах, набросах нагрузки и т. д. (что происходит при применении турбокомпрессоров). Благодаря механическому приводу такой компрессор не имеет контакта с выпускными газами с высокой температурой, как это имеет место, например, у турбокомпрессоров. Т. е. такие компрессора не имеют повышенных температурных напряжений, не имеют проблем с охлаждением или со смазкой.

Рис. 3.18. Схема подачи воздуха нагнетателем типа РУТ в V – образный дизель. В левом блоке цилиндров идёт продувка, а в правом – выпуск ОГ. 1 – вход воздуха, 2 – выпуск отработавших газов.

О тсюда – высокая надёжность и долговечность таких машин. Благодаря отсутствию высоких температур применяемые в компрессоре материалы не должны иметь высокой термической, да и механической прочности, более дёшевы. Достоинством такого компрессора является также отсутствие примеси масла в нагнетаемом воздухе. Следует принять во внимание, что благодаря механической связи с коленчатым валом, такие компрессоры предпочтительны для наддува бензиновых автомобильных двигателей, благодаря высоким показателям ускорения, которые они обеспечивают двигателю и автомобилю. Однако, такой нагнетатель в сравнении с турбокомпрессором имеет и свои недостатки. Важнейшим является то, что для привода компрессора требуется затратить часть мощности самого двигателя. В этом случае энергия отработавших газов бесполезно выбрасывается в атмосферу, в отличие от случая использования турбокомпрессора. Т. е. двигатель с турбокомпрессором всегда будет иметь более высокий к. п. д., в частности благодаря использованию (утилизации) части энергии отработавших газов. Этот факт менее ощутим в бензиновых двигателях, благодаря сравнительно низкому уровню применяемого в них наддува и особенностям дроссельного регулирования их мощности. Но это чрезвычайно важно для дизельных ДВС. Важными показателями нагнетателя является, конечно, его габариты. Очевидно, что благодаря высокой частоте вращения, достигнутой у турбокомпрессоров, их габариты чрезвычайно уменьшились по сравнению с габаритами объёмных нагнетателей. То же относится и к массам нагнетателей. На рис. 3.19 показано сравнение масс и габаритов трёх типов нагнетателей.

Рис. 3.19. Сравнение параметров трёх типов наиболее распространённых компрессоров. А – объёмный лопастной, В – турбокомпрессор, С – типа Компрекс (Comprex).

Они широко применяются в настоящее время для наддува автомобильных дизелей (нагнетатель “Компрекс” будет рассмотрен далее).

Очевидно преимущество в этой части турбокомпрессора. И наконец, следует отметить, что размещение на двигателе объёмного компрессора, с учётом его габаритов и необходимости механической связи с валом двигателя, является также сложной проблемой и соответственно недостатком этого типа нагнетателя.