7.2 Достоинства и недостатки осевых и радиальных турбин

Преимущества осевых турбин по сравнению с радиальными:

• более высокий к.п.д. при повышенных расходах газа и диаметрах рабочего колеса (d > 150 мм);

• меньшие окружные скорости при равных оборотах вала вследствие применения рабочего колеса меньших размеров для достижения одинаковой мощности;

• лучшая вибрационная прочность рабочих лопаток, что особенно важно при использовании потока газов с переменным давлением перед сопловым аппаратом;

• легкость ротора и простота конструкции корпуса турбины.

Недостатки осевых турбин:

• меньший к.п.д. при малых размерах рабочего колеса (d_K < 150 мм). Чем меньше объемный расход газа, тем меньше высота лопаток осевой, турбины, больше потери и меньше к.п.д. При увеличении расхода газа и размеров турбины уменьшаются относительные потери, поэтому к.п.д. осевой турбины становится больше, чем к.п.д. радиальной турбины;

• сложность конструктивного выполнения системы регулирования соплового аппарата.

Преимущества радиальных центростремительных турбин (по сравнению с осевыми):

• больший к.п.д. турбины при относительно малых расходах газа (Q_Г<2 м³/сек) и размерах рабочего колеса (d < 150 mm);

• простота конструкции и надежность рабочего колеса, выполняемого в виде единой отливки;

• возможность выполнения регулируемого соплового аппарата по сравнительно простой конструктивной схеме;

• возможность получения равных мощностей при меньшем числе оборотов.

Недостатки радиальных центростремительных турбин:

• повышенные размеры рабочего колеса, что приводит к росту окружной скорости при равном числе оборотов и к снижению надежности и срока службы подшипников;

• сравнительно низкий к.п.д. при больших расходах газа и мощности турбины.

Осевые турбины применяют в тех случаях, когда надо обеспечить значительные расходы газа и мощность при большом сроке службы. Радиальные центростремительные турбины целесообразно использовать для малых расходов газа и мощностей. Отечественный типоразмерный ряд турбокомпрессоров (ГОСТ 9658-66) предусматривает применение осевых турбин, начиная с диаметра d = 18 см и до d = 64 см (ТК) и радиальных центростремительных турбин от d = 7 см до d = 23 см (ТКР).

8. Основы теории компрессоров

Для воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания применяются лопаточные и объемные компрессоры. К лопаточным относятся центробежные и осевые компрессоры Наибольшее распространение в агрегатах наддува получили центробежные компрессоры.

К объемным компрессорам относятся роторно-лопастные, роторно-винтовые и поршневые.

Независимо от конструктивных особенностей, все компрессорные машины отличаются тем, что для получения сжатого воздуха необходимо затратить механическую энергию. У двигателей со свободным газотурбинным наддувом источником энергии для привода компрессора является газовая турбина. В некоторых случаях компрессоры соединяются механическим или гидравлическим приводом с коленчатым валом двигателя.

Ниже рассмотрены схемы устройства, принципы действия и основы теории перечисленных видов компрессоров.