Введение

Центробежный нагнетатель – это специализированный тип нагнетателя, использующий центробежную силу для повышения давления воздуха во впускном коллекторе, MAP. Повышенное значение 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.

Типы центробежных сверхнагнетателей

Центробежный нагнетатель используется в широком спектре применений, включая автомобили, грузовики, морской транспорт, самолеты, мотоциклы и UTV. В этих областях они наиболее часто применяются для увеличения мощности в дорожных и гоночных автомобилях. Первый практический центробежный компрессор был разработан в 1899 году, а центробежные нагнетатели получили развитие во время Второй мировой войны, получив распространение в авиации, где их часто использовали в паре с турбокомпрессорами. Следует отметить, что турбокомпрессор является разновидностью центробежного нагнетателя, приводимого в действие турбиной. В последнее время центробежные нагнетатели стали очень популярны в современном мире высокопроизводительных автомобилей. На некоторые современные автомобили нагнетатели устанавливаются как стандартное оборудование. Центробежный наддув обеспечивает эффективный, компактный и совместимый с интеркулером способ увеличения мощности бензиновых и дизельных двигателей для широкого спектра водного, наземного и воздушного транспорта.

Автомобильные сверхнагнетатели

Центробежные нагнетатели стали популярны на вторичном рынке как готовое решение для повышения мощности. Конструкция центробежных нагнетателей предусматривает простую интеграцию интеркулеров типа "воздух-воздух" или "воздух-вода". Несколько компаний производят центробежные нагнетатели и предлагают их в виде комплектов, которые легко установить как механику, так и автолюбителю самостоятельно.

Сверхнагнетатели для самолетов

Поскольку атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты, компрессия воздуха помогает поддерживать мощность двигателя по мере набора высоты самолетом.

Компоненты

Четыре основных компонента центробежного нагнетателя – это волюта (корпус компрессора), диффузор, крыльчатка и трансмиссия. Волюты обычно отливаются из алюминия, а не из других металлов, благодаря сочетанию прочности, веса и коррозионной стойкости. Затем волюты прецизионно обрабатываются для соответствия конструкции крыльчатки. Крыльчатки разрабатываются в различных конфигурациях, и уравнение Эйлера для насосов и турбин играет важную роль в понимании их характеристик. Крыльчатки часто изготавливаются литьем металла с последующей механической обработкой, при этом крыльчатки наивысшего качества фрезеруются из цельного слитка. Трансмиссия обеспечивает увеличение передаточного числа от входного вала (приводимого в движение коленчатым валом двигателя) к выходному валу, к которому крепится крыльчатка (скорость вращения крыльчатки центробежного нагнетателя нередко превышает 100 000 оборотов в минуту). Основными компонентами центробежной трансмиссии являются валы, шестерни, подшипники и уплотнения. В связи с высокими скоростями и нагрузками, которые должна выдерживать трансмиссия, ее компоненты обрабатываются, шлифуются и собираются с очень малыми допусками.

Процесс

Центробежный нагнетатель получает энергию от движения привода, к которому он прикреплен. Нагнетатель приводит во вращение рабочее колесо – небольшую вращающуюся турбину. Рабочее колесо засасывает воздух в небольшой компрессорный корпус (волюту), а центробежная сила направляет воздух в диффузор. В результате получается воздух с высоким давлением, но низкой скоростью. Этот воздух высокого давления и низкой скорости затем подается в двигатель, где повышенное давление позволяет двигателю сжигать больше топлива и обеспечивать более полное сгорание. Это приводит к увеличению скорости и улучшению отклика автомобиля за счет повышения объемной эффективности двигателя.

Личный / рекреационный

Помимо применения в авиации, которое стимулировало множество усовершенствований центрифужной конструкции, более широкое распространение центрифужного нагнетателя было в основном сосредоточено на рынке тюнинга автомобилей. Улучшения в конструкции и технологиях обработки деталей позволили добиться значительного повышения эффективности компрессора, а также совершенствования конструкции подшипников и уплотнений. Благодаря своей надежности, безопасности и доступности (в пересчете на лошадиную силу), центрифужный нагнетатель стал эффективным способом повышения производительности автомобилей, грузовиков, катеров, мотоциклов и UTV, и востребован энтузиастами в самых разных областях. Простота установки и наличие интегрированного интеркулера во многих системах способствуют дальнейшему росту популярности центрифужного нагнетателя в индустрии тюнинга.

Коммерческий

Технология центробежных нагнетателей также нашла применение в промышленности. От очистки сточных вод до противообледенительной обработки самолетов, сжатый воздух, создаваемый центробежным нагнетателем, значительно повысил эффективность и надежность всей системы. Во многих отраслях пневматический транспорт теперь является предпочтительным способом перемещения продукции или сырья внутри предприятия. Ранее единственным источником воздушного потока такого объема считались компрессоры типа Roots. Благодаря эффективной конструкции, центробежная технология сейчас активно внедряется, поскольку обеспечивает существенную экономию энергии, более низкую температуру на выходе и более тихую работу.

Выступление

Центробежные нагнетатели, приводимые в действие двигателем, уступают нагнетателям типа Roots в создании крутящего момента на низких оборотах, но превосходят их по термодинамической эффективности (при сжатии воздуха выделяется меньше тепла).

Адьябатическая эффективность

Поскольку центробежные нагнетатели используют центробежные силы для сжатия воздуха, они обеспечивают более высокую эффективность по сравнению с нагнетателями с объёмным принципом действия, как с точки зрения энергопотребления, так и тепловыделения. «Пожалуй, самый простой из всех нагнетателей, центробежный может быть также и самым теплоэффективным». Компрессорная часть турбокомпрессоров также имеет центробежную конструкцию и также отличается высокой эффективностью.

Минимальная теплопередача

Центробежные нагнетатели обычно устанавливаются сбоку спереди двигателя. Размещение нагнетателя на расстоянии от двигателя с помощью монтажной скобы значительно снижает теплопередачу от двигателя к нагнетателю во время работы. В отличие от этого, двухвинтовой или роторный нагнетатель, расположенный в центральной части (в V-образной нише) двигателя, поглощает тепло (нагревается) во время работы из-за теплообмена с блоком и головками цилиндров двигателя. Повышенная температура нагнетателя напрямую влияет на температуру нагнетаемого воздуха, поступающего в двигатель. Более высокая температура воздуха на впуске двигателя приводит к уменьшению прироста мощности и увеличению вероятности повреждения двигателя из-за детонации в цилиндрах. См. также интеркулер (повышение плотности наддувочного воздуха).