Автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштар
Автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштар
Шағын газ турбиналы автомобильді қозғалтқышының артықшылықтары
Кейбір кемшіліктері
Газ турбиналы қозғалтқыштарды жүк автокөліктері үшін қолданудың мүмкін артықшылықтары
Айналдыру моменті мен қуаттың сипаттамалары
Айналдыру моменттерінің мөлшерлерінің қатынастары
Газ турбиналы қозғалтқышты реттеу
Жылу алмастырғышты қолдану кезінде сипаттамалардың жақсаруы
Автоматты беріліс жүйесімен салыстыру
Дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану
Қозғалтқыштың автомобильдердегі орналасуы
Автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың дамуындағы жетістіктер
Қозғалтқышты жүк автокөлігінде сынау
«Дженерал Моторс» фирмасының GT.305 қозғалтқышы (1959)
Газ турбиналы қозғалтқыштардың тиімділігін арттыру
Шағын газ турбиналы автомобильді қозғалтқышының артықшылықтары
Кейбір кемшіліктері
Газ турбиналы қозғалтқыштарды жүк автокөліктері үшін қолданудың мүмкін артықшылықтары
Айналдыру моменті мен қуаттың сипаттамалары
Айналдыру моменттерінің мөлшерлерінің қатынастары
Газ турбиналы қозғалтқышты реттеу
Жылу алмастырғышты қолдану кезінде сипаттамалардың жақсаруы
Автоматты беріліс жүйесімен салыстыру
Дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану
Қозғалтқыштың автомобильдердегі орналасуы
Автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың дамуындағы жетістіктер
Қозғалтқышты жүк автокөлігінде сынау
«Дженерал Моторс» фирмасының GT.305 қозғалтқышы (1959)
Газ турбиналы қозғалтқыштардың тиімділігін арттыру
Газ турбиналы қозғалтқыштардыңбірқатар салаларда сәтті қолданыс табуына байланысты, шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың жүк және жеңіл автокөліктерде қолданылу мүмкіндігі де қарастырылған. Қуаттылығы 60-тан 250 л.с.-қа газ турбиналы қозғалтқыш бағасы төмен жанармай сортын қолданған жағдайда 1 км-ге шығыны бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш шығынымен салыстырмалы болып келеді, ал оны құрастыру бағасының төмендеген жағдайында белгілі автомобильді поршеньді қозғалтқышпен бәсекелесе алады. Газ турбиналы қозғалтқыштың бұған дейін қарастырылған артықшылықтарын да ескерген жөн.
Қазіргі уақытта автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың тәжірибе жүзінде сыналып жатқан немесе одан әрі дамытылып жатқан бірнеше түрлері бар. Олардың кейбіреулері жақсы нәтижелер көрсетсе де, өндіру сатысына жетіп қазіргі порщеньді іштен жану қозғалтқыштарымен бәсекеге түспес бұрын, басқа да бірқатар мәселелер шешілуі керек. Соған байланысты, көптеген заманауи техникалық құрылғыларды құрастыру тәжірибесі бұған дейін кезігіп, шешімі табылмастай болып көрінгенконструкцияны және талапқа сай көрсеткіштерге ие газ турбиналы қозғалтқышты дамытумен байланысты қиындықтар (ал газ турбиналы қозғалтқыш бұл жағдайда типтік мысал)соңында шешімін табуы мүмкін екендігін көрсетті.
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың автомобильдерде қолданылу мүмкіндігін бағалау үшін бұл жерде оның көпшілігі бұған дейінгі тарауларда көрсетілген негізгі артықшылықтары қарастырылады. Сонымен қатар, әлі де шешімін табуды қажет ететін негізгі кемшіліктері мен қиындықтары да қарастырылатын болады.
Қазіргі уақытта автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың тәжірибе жүзінде сыналып жатқан немесе одан әрі дамытылып жатқан бірнеше түрлері бар. Олардың кейбіреулері жақсы нәтижелер көрсетсе де, өндіру сатысына жетіп қазіргі порщеньді іштен жану қозғалтқыштарымен бәсекеге түспес бұрын, басқа да бірқатар мәселелер шешілуі керек. Соған байланысты, көптеген заманауи техникалық құрылғыларды құрастыру тәжірибесі бұған дейін кезігіп, шешімі табылмастай болып көрінгенконструкцияны және талапқа сай көрсеткіштерге ие газ турбиналы қозғалтқышты дамытумен байланысты қиындықтар (ал газ турбиналы қозғалтқыш бұл жағдайда типтік мысал)соңында шешімін табуы мүмкін екендігін көрсетті.
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың автомобильдерде қолданылу мүмкіндігін бағалау үшін бұл жерде оның көпшілігі бұған дейінгі тарауларда көрсетілген негізгі артықшылықтары қарастырылады. Сонымен қатар, әлі де шешімін табуды қажет ететін негізгі кемшіліктері мен қиындықтары да қарастырылатын болады.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 42 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 42 бет
Таңдаулыға:
Автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштар
Газ турбиналы қозғалтқыштардың бірқатар салаларда сәтті қолданыс табуына байланысты, шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың жүк және жеңіл автокөліктерде қолданылу мүмкіндігі де қарастырылған. Қуаттылығы 60-тан 250 л.с.-қа газ турбиналы қозғалтқыш бағасы төмен жанармай сортын қолданған жағдайда 1 км-ге шығыны бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш шығынымен салыстырмалы болып келеді, ал оны құрастыру бағасының төмендеген жағдайында белгілі автомобильді поршеньді қозғалтқышпен бәсекелесе алады. Газ турбиналы қозғалтқыштың бұған дейін қарастырылған артықшылықтарын да ескерген жөн.
Қазіргі уақытта автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың тәжірибе жүзінде сыналып жатқан немесе одан әрі дамытылып жатқан бірнеше түрлері бар. Олардың кейбіреулері жақсы нәтижелер көрсетсе де, өндіру сатысына жетіп қазіргі порщеньді іштен жану қозғалтқыштарымен бәсекеге түспес бұрын, басқа да бірқатар мәселелер шешілуі керек. Соған байланысты, көптеген заманауи техникалық құрылғыларды құрастыру тәжірибесі бұған дейін кезігіп, шешімі табылмастай болып көрінген конструкцияны және талапқа сай көрсеткіштерге ие газ турбиналы қозғалтқышты дамытумен байланысты қиындықтар (ал газ турбиналы қозғалтқыш бұл жағдайда типтік мысал) соңында шешімін табуы мүмкін екендігін көрсетті.
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың автомобильдерде қолданылу мүмкіндігін бағалау үшін бұл жерде оның көпшілігі бұған дейінгі тарауларда көрсетілген негізгі артықшылықтары қарастырылады. Сонымен қатар, әлі де шешімін табуды қажет ететін негізгі кемшіліктері мен қиындықтары да қарастырылатын болады.
Шағын газ турбиналы автомобильді қозғалтқышының артықшылықтары
Газ турбиналы қозғалтқыштың негізгі артықшылықтары келесідей:
1. Поршеньді қозғалтқышпен салыстырғанда бірқалыпты жұмысы, бұл негізінен қозғалтқыштың элементтері тек айналмалы қозғалыс жасайтындықтан, қозғалтқышта вибрациялар жоқ және валдағы айналдыру моменті қозғалтқыштың барлық айналымдар санында бірқалыпты болуымен түсіндіріледі.
2. Қозғалтқыштың көпшілік құрылымдық элементтерінің қарапайым конструкциясы мен бұндай элементтердің санының аздығы. Әдетте газ турбиналы қозғалтқышта тегершік пен валдың үйкелетін және айналатын элементтерінің бөлшектер саны қуаттылығы бірдей алты цилиндрлі бензинді қозғалтқыш бөлшектерінің санының 14-16 бөлігін құрайды. Жұмысшы күрекшелері, сонымен қатар бағыттаушы және түзетуші күрекшелері бар компрессор мен турбина роторлары қозғалтқыш конструкциясының ең қымбат элементтері болып табылады.
3. Салыстырмалы түрде төмен салмағы мен габариттері. Қарапайым газ турбиналы қозғалтқыштың салмағы қуаттылығы бірдей поршеньді қозғалтқыш салмағының 14-16 бөлігін құрайды. Бос турбинасы бар қозғалтқыштың салмағы сәл үлкенірек болып табылады. Газ турбиналы қозғалтқыштың формасы цилиндр тәрізді болғандықтан, оны поршеньді қозғалтқышпен салыстырғанда әлдеқайда шағын және бүйірлерінің өлшемдерін кішірек етіп дайындауға болады. Газ турбиналы қозғалтқыштың компрессор күрекшелері мен дисктерін дайындау үшін мысалы магний-титан құймаларын қолдану арқылы салмағын төмендетуге болады.
4. Ілініс муфтасы мен беріліс қорабының жоқтығы. Бос турбинасы бар қозғалтқышта валдың минутына бірнеше мың айналымында турбинаның бос жүрісінде өндіретін қуаты қол тежегішін босатқанда автомобильді орнынан қозғалту үшін жеткіліксіз. Сондықтан, ілініс муфтасына қажеттілік жоқ. Жану камерасына берілетін жанармай мөлшерін арттырған кезде бос турбина өндіретін айналдыру моменті де артады да, автокөлік қозғалысқа келе отырып, тез екпін ала бастайды. Осылайша, бұндай қозғалтқышта бос турбина автоматты берелес қорабының рөлін атқарады. Алайда, автомобиль үшін қосалқы тқменгі тісшелі беріліс орнату қажеттілігі туындауы мүмкін. Порщеньді қозғалтқышпен жүретін автомобильдердегідей, бұнда да артқы жүріс берілісін қолдану қажет.
5. Басқару қарапайымдылығы. Ілініс муфтасының педалі мен алдыңғы жүріс берілісін ауыстыру тұтқасы жоқ кезде, тек артқы жүріс берілісін қосу тұтқасы, газ бен аяқ тормозының педальдері ғана қажет болады. Алайда, алдыңғы жүрістің екі берілісі автомобиль үшін пайдалу болуы мүмкін екендігін атап өткен жөн.
6. Жанармайдың толық жануы. Қозғалтқыштың жану камерасына жану процесі мен ыстық газдарды салқындату үшін берілетін ауаның артық мөлшерінде қозғалтқыштың қалыпты жұмысында жанармайдың жануы толығымен жүзеге асырылады. Сондықтан, жану өнімдерінің құрамында, мысалы көмертегі оксиді сияқты, зиянды немесе улы газдар болмайды. Алайда, қозғалтқышты іске қосу кезінде орын алуы мүмкін жану камерасына берілетін жанармайдың артық мөлшерінде жанбай қалған жанармай бу күйінде турбина арқылы өтіп, пайдаланылған газдармен бірге сипатты иіс бере отырып шығуы мүмкін.
7. Сумен салқындату жүйесінің жоқтығы. Газ турбиналы қозғалтқыш ауамен салқындатылатындақтан, поршеньді қозғалтқыштағыдай сумен салқындату жүйесін қажет етпейді. Соған байланысты, конструкцияның салмағы артпайды және конструкцияның өзі қосымша күрделенбейді. Салқындату жүйесі бар күштік қондырғылардың салмақтарын салыстырғанда осы жүйелердің салмағын ескерген жөн (барлық жағдайларда емес).
8. Тұрақты әсер ететін тұтандыру жүйесінің жоқтығы. Газ турбиналы қозғалтқыштарда тұтандыру жүйесін қолданудың қажеті жоқ, ал поршеньді қозғалтқыштарда белгілі бір уақыт интервалында цилиндрлердегі жанармай-ауа қоспасын тұтандыру үшін ұщқын зарядын қамтамасыз етіп тұратын тұтандыру жүйесі болады. Жану камерасын іске қосу үшін қолданылатын тұтатушы қондырғыны ескермегенде, басқа ешқандай тұтандыру жүцесінің қажеті жоқ, себебі егер жану процесі басталса, ол камераға жанармай берілген сайын үздіксіз жалғаса береді. Автомобильді бензинді қозғалтқыштарда Ройял отомобил клаб жариялаған статистикалық мәліметтерге сәйкес тұтандыру жүйесі жолдағы ақаулардың ең негізгілерінің бірі болып табылады.
9. Өте төмен май шығыны. Газ турбиналы қозғалтқыштың жұмсайтын май шығыны бензинді немесе Дизель қозғалтқыштарының май шығынымен салыстырғанда мардымсыз болып табылады. Бұл газ турбиналы қозғалтқышта майлауды қажет ететін мойынтірек пен тісщелі берілістер санының аздығымен түсіндіріледі, ал поршеньді қозғалтқыштың мойынтіректері мен басқа да үйкелетін бөлшектерінің саны өте көп. Газ турбиналы қозғалтқыштарды авиацияда қолдану тәжірибесі бензинді қозғалтқыштағы май шығыны қуаттылығы дәл сондай газ турбиналы қозғалтқыштың май шығынынан 30-40 есе көп екенін көрсетті.
10. Жұмысшы қысымдардың аздығы. Қысымды арттыру дәрежесі 3,5 мен 5,5 аралығында жатқан жылу алмастырғышы бар немесе жылу алмастырғышсыз шағын газ турбиналы қозғалтқыштар 4,2-7 атм-ға тең салыстырмалы түрде төмен ауа қысымында жұмыс істейді. Ал бензинді қозғалтқышта жанармайдың жану процесі кезінде толық жүктемеде цилиндрлердегі қысым 38,6-дан 52,6 атм-ға дейін, Дизель қозғалтқышында - 49,1-ден 70 атм-ға дейін құрайды. Осылайша, газ турбиналы қозғалтқыш конструкциясындағы қысым әсеріне ұшырайтын элементтерін жеңілрек етіп жасауға болады. Алайда, бұл кезде конструкцияның бұл бөлшектерінде туындауы мүмкін жоғары температуралық кернеулерді ескерген жөн.
11. Қозғалтқышты іске қосу және қыздыру. Жану камерасына жанармайды жеткізу мен суық күйінен іске қосу кезінде оны тұтандыру газ турбиналы қозғалтқыштарда салыстырмалы түрде оңай жүреді. Алайда, газ турбиналы қозғалтқыштың іске қосу кезінде білігін айналдыру үшін қуаттылығы бірдей бензинді немесе Дизель қозғалтқышын іске қосу кезінде қажетті қуатпен салыстырғанда әлдеқайда көбірек қуат қажет. Дегенмен, газ турбиналы қозғалтқыш автоматты түрде іске қосылуы мүмкін, себебі жану камерасындаға жанармайдың бастапқы тұтануы қиын емес.
Қозғалтқыш іске қосылып, тұрақты жұмыс істей бастағанда оны поршеньді қозғалтқыштардағыдай қыздырудың қажеті жоқ, себебі газ турбиналы қозғалтқыштарда поршеньді типті қозғалтқыштардағыдай цилиндр қабырғалары мен сырғу мойынтіректерін майлаудың қиын жүйесі жоқ. Газ турбиналы қозғалтқыштардың көпшілігінің негізгі шарикті немесе роликті мойынтіректері іске қосу кезінде арнайы майлауды ұйымдастыруды қажет етпейді, тек төмен температураларда жұмыс істеу үшін арнайы майларды қолдану қажет. Іске қосылғаннан кейін газ турбиналы қозғалтқыш майлау жүйесіндегі майдың қызуынан тәуелсіз бірте-бірте толық қуатына дейін жеткізіле алады.
12. Қолдану кезінде қажет күтімнің айтарлықтай аздығы. Қарапайым газ турбиналы қозғалтқыш өзінің қуатын өзінің негізгі элементі - турбокомпрессор көмегімен өндіреді. Сондықтан ,оның конструкциясы жеке цилиндрлер мен әр цилиндрде кіргізу мен шығару клапанды жүйесі бар поршеньдер тобынан құралған бензинді немесе Дизель қозғалтқышының конструкциясынан әлдеқайда қарапайым болуы керек. Газ турбиналы қозғалтқыштың формасы негізінен цилиндр тәрізді болғандықтан, оның негізгі құрам бөліктерін құрастыру мен шашу қол жетімді орындалуы мүмкін. Сонымен қатар, газ турбиналы қозғалтқыштың конструкциясында элементтер санының айтарлықтай аз болуының салдарынан оны күту поршеньді қозғалтқышты күтумен салыстырғанда айтарлықтай оңайрақ болып келеді.
Газ турбиналы қозғалтқыштың күтімін тұтандыру жүйесі мен жанармайды карбюрациялаудың жоқтығы да жеңілдетеді, себебі заманауи газ турбиналы қозғалтқыштың жанармайлы жүйесі конструкциясы бойынша күрделірек болса да, көп күтімді қажет етпейді.
Кез келген газ турбиналы қозғалтқышты күту, атап айтқанда оның негізгі мойынтіректерін, тісшелі берілістері мен олардың мойынтіректерін күту салыстырмалы түрде жеңіл операция болып табылады, және де тек қозғалтқыштың ұзақ уақыт жұмысынан кейін ғана атқарылуды қажет етеді.
Газ турбиналы қозғалтқыштың жұмысы кезінде ең тез бұзылатын элементтері: 1) жану камерасы; 2) турбинаның бағыттаушы және жұмысшы күрекшелері, 3) компрессор күрекшелері және 4) турбина дисктері. Авиациялық газ турбиналы қозғалтқыштардың ертеректегі типтеріндегі кейбір элементтерінің жұмыс істеу мерзімі 50-ден 100 сағ-қа дейін құраған.
Қазіргі уақытта қозғалтқыштың жұмысы кезінде оның бұл элементтеріне 1000-1500 сағ-қа дейін, кейде одан да көп күтім жасамауға болады. Алайда, қозғалтқыштың әр элементінің нақты қызмет ету мерзімі қазіргі уақытта 2500 сағ жұмыспен шектеледі.
13. Газ турбиналы қозғалтқыштар автомобильді дизельді қозғалтқыштармен салыстырғанда жанармайдың арзан сорттарында қанағаттанарлықтай жұмыс істей алады. Сондықтан, 1 км жолға жұмсалатын жанармай бағасын салыстырғанда бұл факт шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың жанармай шығынының жоғарылығын компенсациялайды. Оған қоса, автомобильдерде қолданылатын жоғары октанды жанармай сорттарымен салыстырғанда газ турбиналы қозғалтқыш жанармайының бағасы өте төмен болып қалады. Сонымен қатар, егер газ турбиналы қозғалтқыштағы жанармай шығыны өте төмен екендігін ескерсек, онда оның жалпы жұмсайтын жанармай мен май шығынықуаттылығы бірдей поршеньді қозғалтқышта жұмсалатын жанармай мен май шығынынан аспауы тиіс.
Кейбір кемшіліктері
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштың негізгі артықшылықтарымен қатар, қозғалтқыштың бұл типінің кемшіліктерін де атап өткен жөн.
1. Термиялық және толық ПӘК-і. Бұған дейін көрсетілгендей, шағын газ турбиналы қозғалтқыштың термиялық ПӘК-інің мәндері төмен болғандықтан, оның меншікті жанармай шығыны бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш шығынынан әлдеқайда үлкен болады. Бұл автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың одан әрі дамуының тежелуінің негізгі себебі болды. Алайда, алдыңғы тарауда қарастырылғандай, сәйкес жылу алмастырғыш конструкциясын қолдану арқылы газ турбиналы қозғалтқыштың жанармай шығынын поршеньді қозғалтқыш шығынымен салыстырмалы болатындай деігейге дейін төмендетуге болады. Дегенмен, термиялық ПӘК-ін қажетті деңгейге дейін көтеруге мүмкіндік беретін жылу алмастырғышты қолдану кезінде қозғалтқыштың салмағы, көлемі және бағасы айтарлықтай артады, нәтижесінде шағын газ турбиналы қозғалтқыштың алдыңғы тарауда қарастырылған негізгі артықшылыұтары жоғалады.
Алдыңғы тараулардың бірінде қарастырылған қозғалтқыш өлшемдерінің төмендеуінің әсері компрессор мен турбина ПӘК-інің, соның салдарынан қозғалтқыштың толық ПӘК-інің бірнеше пайызға төмендеуімен байланысты.
2. Ішінара жүктемелер кезіндегі ПӘК-і. Қарапайым газ турбиналы қозғалтқышқа бензинді немесе Дизельді қозғалтқышпен салыстырғанда, ішінара жүктемелер кезінде ПӘК-інің төмен мәндері, соған сәйкес меншіктк жанармай шығынының артуы тән. Алайда, жылуу алмастырғышы мен бос турбинасы бар қозғалтқыштың ішінара жүктемелер кезінде ПӘК-інің мәндері қарапайым газ турбиналы қозғалтқыш ПӘК-інің мәндерінен әлдеқайда жоғары. Автомобильдердегі қозғалтқыштар жұмыс уақытының көп бөлігін толық жүктеменің 25-35%-ын құрайтын жүктемелерде жұмыс істейтіндіктен, бұл жағдайларда қозғалтқыштың толық ПӘК-інің мейлінше жоғары мәндерін қамтамасыз ету мағызды. Сондықтан, егер қозғалтқышта жылу алмастырғыш қолданылса, ол тіпті толық жүктеме кезінде ПӘК-і мөлшерінің төмендеуіне алып келсе де, ішінара жүктемелер кезінде қозғалтқыштың мүмкіндігінше ең жоғары тиімділігін қамтамасыз етуі тиіс. Бос турбинасы мен дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқыш қолданылған жағдайда автокөліктің күштік қондырғысының эффективтілігін одан әрі арттыруға болады.
3. Айналымдардың үлкен сандары. Компрессор мен турбина салыстырмалы түрде жоғары айналымдар санында жұмыс істеу талабын қанағаттандыру үшін тісшелі редукторлардың беріліс қатынастары жоғары бола отырып, қозғалтқыш жұмысының шусыз болуын қамтамасыз етуі керек, ал бұл редуктордың күрделенуіне алып келеді. Газ турбиналы қозғалтқыштың өлшемдерінің кішіреюімен турбокомпрссордың есептік айналымдар саны ұлғаюы керек. Яғни, валда 2100 л.с. өндіретін, 541 серия қозғалтқыштары - турбовинттік қозғалтқыш немесе күштік валы бар Дарт қозғалтқышы үшін турбокомпрессор валының айналымдар саны 15 000 айнмин-на құрайды. 475 л.с қуат өндіретін қуаттылығы төменірек Блэкборн - Артоуст 610 қозғалтқышының айналу жылдамдығы 35 000 айнмин-на тең, ал қуаттылығы 60 л.с. өндірістік мақсатта қолданылатын Ровер 1S60 қозғалтқышы 46 000 айнмин-на тең компрессор роторының айналу жылдамдығында жұмыс істейді. Газ турбиналы қозғалтқыштарда қуатты вал арқылы беру кезінде айналымдар санын 2000-4500 айнмин-на дейін төмендету рудуктор қажет, ал редуктордың жалпы өткізу қатынасы қозғалтқыш өлшемдері неше есе кішірейсе, сонша есе артуы тиіс. Қозғалтқыштардың айналымдар санының бұндай үлкен мәндеріне орай компрессор мен турбинаның роторы және олардың валдары сияқты жеке элементтердің және жинақталған түрдегі турбокомпрессордың бүкіл роторын өте мұқият статикалық және динамикалық баланстау жүргізу қажет.
Ротордың айналымдар саны түбір астындағы қозғалтқыш қуатына пропорционалды деп те айтуға болады. Сондықтан, егер қуаттылығы 5000 л.с. қозғалтқыштың роторының айналу жылдамдығы 8000 айнмин-на тең болса, онда қуаттылығы 100 л.с. қозғалтқыштың аналы жылдамдығы 8000√(5000100) немесе 56 500 айнмин-на тең болады.
4. Пайдаланылған газдардың үлкен көлемі. Бұған дейін көрсетілгендей, газ турбиналы қозғалтқыш жану камерасында жану процесіне және ыстық газдарді салқындатуға қажетті ауа шығынына ие болуы керек. Сондықтан, ол арқылы өтетін ауа шығыны бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш арқылы өтетін ауа шығынынан айтарлықтай артық болғандықтан, қоршаған ортаға мардымды әсерінсіз автомобильден бұл ыстық газдардың үлкен көлемдерін жою қиындықтары туындайды. Бағымызға орай, заманауи жану камераларында жанармай жанғанда қалыпты жағдайда бұл газдардың жағымсыз иістері жоқ. Болашақта қозғалтқыштарда жылу алмастырғыштар мен эффективтілігі жоғарырақ компрессорлар мен турбиналарды қолдану есебінен пайдаланылған газдар көлемі мен олардың температурасы айтарлықтай төмендетілуі мүмкін.
5. Екпін алудың баяулығы. Қозғалтқыштың айналмалы элементтерінің салыстырмалы түрде үлкен инерциясының салдарынан газ педалін басқанда дроссельді жанармай клапанын тез ашқан кезде автокөлік қозғалмас бұрын бастапқы кешігу туындауы мүмкін - әдетте бір немесе екі секунд. Бұл кешігу периоды біте салысымен, автомобиль өте тез екпін ала бастайды. Бұл периодты минимумға дейін азайтуға өте көп көңіл бөлінді. Компрессор роторын, сонымен қатар, мысалы дәнекерленетін жеңіл ыстыққа төзімді материалдарды, турбина дисктері мен мүмкін күрекшелерін дайындау үшін алюминий, магний және титан құймаларын қолдану арқылы кешігу эффектін төмендетуге болатыны анық. Соған байланысты турбинаның өзінің инерциясы бүкіл турбокомпрессор роторының инерциясының 60-70%-ын құрайтынын атап өткен жөн.
Автомобильде бос турбинасы мен дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану да бұл кешігу периодын айтарлықтай қысқартуы мүмкін.
6. Қозғалтқышпен тежеу. Поршеньді қозғалтқышы бар автокөлікте қозғалыс баяулағанда беріліс қорабын қосулы етіп қалдыруға болады (әдетте солай жасалады да). Соның нәтижесінде беріліспен байланысқан және сол арқылы өткізілетін қозғалтқыш тежелу эффектін арттыра отырып, автомобильдің жүруіне қосымша кедергі тудырады. Бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш орнатылған автомобильде дөңгелектері қозғалтқышпен байланыспаған автомобильдердегідей, бұндай тежелудің болуы мүмкін емес. Соған байланысты қозғалтқыштың белгілі бір элементін дөңгелектердегң тежеу моментінен тәуелсіз қажетті мөлшерде тежеуіш айналдыру моментін алу үшін қолдану әрекеттері жасалды. Бұндай әрекеттердің бірі қозғалтқыштың екпін алуы үшін жасалатын автомобиль қозғалысы салдарынан белгілі бір инерция моменті бар бос турбина энергиясын пайдалану мүмкіндігі болды. Басқа ұсынылған әдісте бұл мақсатта сәйкес озу муфтасын қолдана отырып ауа компрессоры пайдаланылды. Сонымен қатар, автомобиль дөңгелектерінен келетін қуатты жұтуға арналған жеке ауа компрессоры қолданылатын әдістер де бар. Бұл барллық құрылғылар дроссельді клапанды жапқанда автономды жұмыс істеп қана қоймай, кез келген үлкен еңістерде автокөлікті тежеу мақсатымен энергияны аккумуляциялау үшін толық қолданылуы тиіс.
7. Пайдаланылған газдар шуы. Атмосфераға минутына шығарылатын пайдаланылған газдардың айтарлықтай үлкен көлемінің салдарынан және де жоғары өткізу қатынастары бар төмендетуші тісшелі берілістер қолданылатындықтан газ турбиналы қозғалтқыштың пайдаланылған газдарының шуы эффективті шу бәсеңдетушімен жабдықталған автомобильдердің көп цилиндрлі бензинді қозғалтқыш шуынан әлдеқайда көп. Пайдаланылған газдар шығатын жүйені мұқият жобалау, пайдаланылған газдар температурасын төмендету үшін жылу регенерациясын қолдану және қосалқы қондырғыны айналдыру үшін редукторлар мен тісшелі берілістерді құрастырудың арнайы әдістерін қолдану жолымен белгілі газ турбиналы қозғалтқыштар шуын лайықты деңгейге дейін төмендетуге болады. Пайдаланылған газдар ағынымен жасалатын жоғары жиілікті шу деңгейін төмендету үшін кері қысымы өте төмен жаңа конструкциялы бәсеңдеткіштерді қолдану қажет.
8. Үлкен іске қосу қуаты. Салқын поршеньді қозғалтқышты іске қосу үшін иінді білікті тек бірнеше айналымға айналдыру жеткілікті. Газ турбиналы қозғалтқыш жағдайында турбокомпрессор білігі қозғалтқыш іске қосылып, тұрақты жұмыс істеу қабілетіне ие болар алдында білік минутына мыңдаған айналым жасауы керек. Бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш айтарлықтай жеңілрек іске қосылады, алайда бұл жағдайда да компрессор өздігінен тұрақты жұмыс жасай бастағанша минималды жұмысшы айналымдар санына ие болуы керек. Соған байланысты, газ турбиналы қозғалтқышты іске қосу үшін компрессор мен турбина роторларының инерциясын жеңіп, оларды минималды іске қосушы айналымдар санына дейін айналымға келтіру қажет, ал ол үшін электрлі іске қосу құрылғысы ұзақ уақыт аралығында үлкен қуат өндіруі тиіс.
9. Пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр. Атмосфераға шығарылатын газдардың көп мөлшерінің салдарынан газ турбиналы қозғалтқыштың пайдаланылған газдар шығатын құрылғысы мен бәсеңдеткіш қозғалтқышта поршеньді қозғалтқыштардың пайдаланылған газдар шығатын құрылғысы мен бәсеңдеткіші алатын көлемнен айтарлықтай үлкен көлем алуы тиіс. Яғни, Дженерал Моторс автомобильді қозғалтқышы үшін анықталғандай, пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр мен бәсеңдеткіштің көлденең қимасының ауданы автомобильді бензинді қозғалтқышпен салыстырғанда 10 есе көп. Алайда, егер бәсеңдеткішті жылу алмастырғыштың пайдаланылған газдар шығатын келте құбырының бір бөлігі етіп құрастырса, онда пайдаланылған газдар шығатын құрылғының үлкен өлшемдерінің жеке пайдаланылған газдар шығатын жүйедегідей маңызы болмайды.
Газ турбиналы қозғалтқыштарды жүк автокөліктері үшін қолданудың мүмкін артықшылықтары
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың қолданылуы мүмкін салаларының ішінде бұған дейін қарастырылмаған маңызды сала бар, атап айтқанда, бұл қозғалтқыштардың қазіргі уақытта жүк автокөліктеріндегі айналдырулар үшін сәтті қолданылу мүмкіндігі. Бұл газ турбиналы қозғалтқыштардың салыстырмалы төмен салмағы, және де бұндай қозғалтқыш көмегімен автомобиль дөңгелектерін айналымға келтіру жүйесінің бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш қолданатын автомобильдрдің айналдыру жүйесімен салыстырғанда әлдеқайда қарапайы болуының есебінен автомобиль салмағында ұтуға мүмкіндік береді. Ауыр класқа жататын жүк автокөліктерінде 2 т-ға дейін жетуі мүмкін салмақтағы бұл тиімділік автомобильдің пайдалы жүктемесін арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, әсер радиусы үлкен жүк автокөліктері жеңіл автокөліктермен салыстырғанда газ турбиналы қозғалтқыштың жоғары ПӘК-ін жоғарылату арқылы жанармай шығынын азайта отырып, ішінара жүктемелерде көбірек жұмыс істейді. Бензинді немесе дизельді сортты жанармаймен салыстырғанда айтарлықтай арзан жанармайларды қолдану бұл ауыр жүк автокөліктерінің жанармай бағасын төмендетудің қосымша көзі болып табылады. Газ турбиналы қозғалтқыштың ең жақсы айналдыру моментінің сипаттамалары мен оның беретін тісшелі механизмдердің минималды санында өте бірқалыпты жұмысы қозғалтқыштардың бұл типін қолданудың енді бір қолайлы ерекшелігі болып табылады. Соған байланысты, алдағы уақытта қуаттылығы 150-ден 250 л.с.-қа тең газ турбиналы қозғалтқыштардың эффективтілігі жоғарырақ типтері ең алдымен жеңіл емес, жүк автокөліктерінде меңгерілетін көрінеді.
Айналдыру моменті мен қуаттың сипаттамалары
Жалпы бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқышты біріншілік қозғалтқыш ретінде, ал бір жағынан екі ғана жеке айналмалы элементі бар бір қондырғыда біріктірілген айналдыру моментін түрлендіруші ретінде қарастыруға болады. Қуатты алу мақсатында төмендеткіш редуктор да қажет. Бұған дейін анықталғандай, қозғалтқыштың бұл типі айналымдардың ең аз жұмысшы санында өзінің аздаған айналдыру моментін, және айналымдардың максималды санында минималды айналдыру моментін өндіреді. Соған байлансты, газ турбиналы қозғалтқыштың автомобильге арнаған айналдыру моментінің жылдамдығы бойынша жүруін бензинді қозғалтқышпен салыстыра қарастыру қызықты. Соған байланысты, Мичиган университетінде проф. Ф.Л. Шварц жүргізген газ турбиналы қозғалтқыштың автомобильдерде қолданылғандағы мүмкіндіктерін елестетуге мүмкіндік беретін егжей-тегжейлі зерттеу нәтижелерін [50] қолдануға болады.
Бұл жерде қарастырылатын зерттеу нәтижелері үшінші (жоғарғы) берілісте 133 кмсағ-на тең максималды жылдамдық кезінде қуаттылығы 100 л.с. бензинді қозғалтқышқа және 133 кмсағ жылдамдықта қуаттылығы 95 л.с. бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқышқа қатысты. Газ турбиналы қозғалтқыштың негізгі берілгендері келесідей: компрессордың ПӘК-і 0,80; турбинаның ПӘК-і 0,85; бос (күштік) турбинаның ПӘК-і 0,85; есептік нүктедегі газдардың жұмысшы температурасы 8160 С; жану камерасының ПӘК-і 0,95; компрессордағы ауа қысымының арту дәрежесі 3,4; қысымды жоғалту 2,5%; компрессорға кіре берістегі газдар температурасы 15,60 С. 72-суреттен көрініп тұрғандай, қозғалтқыштардың екі типінің де қуат мөлшерінің жылдамдықтан (бензинді қозғалтқыштың қуатының өзгеру қисығы үшінші жоғарғы беріліске сәйкес келеді) тәуелділіктері белгілі бір дәрежеге дейін бірдей сипатқа ие. Газ турбиналы қозғалтқыштың максимум маңайында қуатының өзгеруі, көрініп тұрғандай, бензинді қозғалтқыш қуатымен салыстырғанда еңістеу сипатқа ие. Газ турбиналы қозғалтқыштың қуат пен айналдыру моменті қисығы бойымен жүргенде турбинаға кіре берістегі газдардың жұмысшы температурасының жоғарылауының әсері жайлы графикте газдардың 8710 С-ге тең жұмысшы температурасы үшін көрсетілген үзік сызықтардан бағалауға болады.
Екі қисқтың да жүруінің ерекшелігі келесіде: қозғалыс жылдамдығының төмендеуімен қозғалтқыштың өндіретін қуаты күрт азаяды. Газ турбиналы қозғалтқыш жағдайында қозғалыстың төмен жылдамдықтарында айналдыру моментінің салыстырмалы түрде жоғары мәні жағымды фактор болып табылады, ал поршеньді қозғалтқыш жағдайында бұл шарттарда төмен жылдамдықтарда айналдыру моментін арттыру жолы ретінде төмен берілісті қолданған жөн. Осылайша, тісшелі берілістің беріліс санын азайтқанда (беріліс қорабында) қуаттың жылдамдық бойынша жүру қисығы солға жылжып, берілген беріліс үшін максималды мүмкін қозғалыс жылдамдығынан тәуелді тігірек жүреді.
Айналдыру моменттерінің мөлшерлерінің қатынастары
Егер жоғарғы берілісте автомобильдің 133 кмсағ-на тең максималды жылдамдықпен қозғалысы кезінде бензинді қозғалтқыш өндіретін айналдыру моментінің мөлшерін 100% деп қабылдасақ, онда айналдыру моментінің деп қабылдасақ, онда айналдыру моментінің 3-жылдамдықты беріліс қорабы үшін екінші және үшінші берілістерде айналдыру моменттерінің максималды мөлшерлері сәйкесінше 32 кмсағ максималды жылдамдықта 260%,және 16 кмсағ жылдамдықта 450%-ды құрауы тиіс.
Газ турбиналы қозғалтқыш қолданылған автомобиль үшін 133 кмсағ-на тең максималды жылдамдық пен турбинаға кіре берістегі газдар температурасы 8160 С болғанда, айналдыру моменттерінің қатынасы (яғни нөлдік жылдамдықтағы айналдыру моментінің максималды жылдамдықтағы айналдыру моментіне қатынасы) шамамен 2,75-ті құрайды. Бұл шама бензинді қозғалтқыш екінші берілісте өндіретін айналдыру моментінен айтарлықтай үлкен айналдыру моментіне сәйкес келеді. Оның мөлшері иілу 150 бұрышы бар өрден өтуге жеткілікті екендігін көрсетуге болады.
Газ турбиналы қозғалтқышты реттеу
Бұл жерде қарастырылып отырған газ турбиналы қозғалтқышта бос турбина тісшелі беріліс арқылы автомобиль дөңгелектерімен байланысқан. Бұл турбинаның айналу жылдамдығы тұрақты айналымдар санында жұмыс істейтін компрессор турбинасының айналу жылдамдығынан тәуелсіз өзгеруі мүмкін. Компрессор мен оның турбиналы айналымы реттеулер нәтижесінде қысымды, температураны және күштік турбинаға кіре берістегі газдар шығынын өзгертуге болатын газогенератор болып табылатынын еске түсірген жөн. Бос турбинаның бүкіл айналымдар саны диапазонын қамтамасыз ету үшін қозғалтқышты реттеуді турбокомпрессордың айналымдар санын өте кішкентай диапазонда, атап айтқанда, 20-30% шегінде өзгерту жолымен жүргізген ыңғайлы (8 тарауды қараңыз).
Жылу алмастырғышты қолдану кезінде сипаттамалардың жақсаруы
Бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш үшін айналдыру моменті мен қуаттың мәндерін проф. Шварц бұған дейінгі қозғлтқыш параметрлері үшін қозғалыс жылдамдығынан тәуелді анықтаған. Алайда, бұл жағдайда қозғалтқыш регенерация дәрежесі 0,75-ке, ал ауа және газ жақтарынан 0,035 кгсм2-ге тең жоғалтулары бар жылу алмастырғышпен жабдықталған болатын. 73-суретте газдардың 482-9270 С жұмысшы температуралары үшін алынған нәтижелері график түрінде берілген.
Жылу алмастырғышты енгізу негізінен, алдыңғы тарауда көрсетілгендей, жылу алмастырғышсыз қозғалтқышпен салыстырғанда 1 км жолға азырақ жанармай шығынын жұмсай отырып, қажетті қуат мөлшерін алуға мүмкіндік береді. Қарастырылып отырған мысалдан автомобиль қозғалысының 64, 96 және 129 кмсағ жылдамдықтарында жылу алмастырғышсыз қозғалтқыштың 1 л жанармай шығынына сәйкес келетін жүрілген жол мөлшері км-мен сәйкесінше 3,88; 3,39; және 2,82 кмл-ді құрайды, ал регенрация дәрежесі 0,75 жылу алмастырғыш өолданылғанда бұл мәндер сәйкесінше 6,07; 5,82 және 5,22-ге тең болады. Бұл жағдайда регенерация дәрежесі 0,75 жылу алмастырғышы бар қозғалтқыштың жанармай шығыны заманауи бензинді қозғалтқыштың жанармай шығынымен салыстырмалы бола алады.
Автоматты беріліс жүйесімен салыстыру
Бұған дейін автомобильді типті бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш сипаттамалары бірдей максималды қозғалыс жылдамдығында қуаттылығы бірдей бензинді қозғалтқыш сипаттамаларымен салыстырылды. Бұл кезде қозғалтқыш үш жылдамдықты беріліс қорабымен жабдықталған болатын.
Бір жағдайда газ турбиналы қозғалтқыш қондырылған, екіншіжағдайда автоматты беріліс қорабы бар заманауи жоғары эффективті бензинді қозғалтқыш қондырылған автомобильдерді салыстыру қызығушылық тудырып отыр. Соған байланысты, Дженерал Моторс фирмасының зерттеу лабораторияларында В. А. Туруненмен алынған кейбір қызықты нәтижелер автомобильді типті газ турбиналы қозғалтқыштардың артықшылықтары мен емшіліктері егжей-тегжейлі қарастырылған жинақта жарық көрді [51].
Мысал үшін әрқайсысының қуаты 100 л.с. газ турбиналы және бензинді қозғалтқыштар мен олардың 0-ден 160 кмсағ-қа дейінгі жылдамдықтар диапазонында сипаттамалары мен олардың 0-ден 160 кмсағ-на дейінгі жылдамдықтар диапазонындағы сипаттамаларын қарастырайық. 74-суретте бұл екі қозғалтқыш үшін толықтай ашық дроссельді клапандарда қуаттың өзгеру қисығы көрсетілген. Газ турбиналы қозғалтқыштың максималды қуаты бензинді қозғалтқыштың максималды қуатының салыстырмалы жылдамдықтағы мәніне сәйкес келетінін атап өткен жөн.
74-суреттен 2-суреттегі графиктегідей газ турбиналы қозғалтқыштың қуат қисығы бензинді қозғалтқыштың қуат қисығынан жоғары орналасқандығын көруге болады. Сондықтан, газ турбиналы қозғалтқыштың қозғалысының төменрек және жоғарырақ жылдамдықтарында салыстырмалы түрде үлкен қуат өндіреді. Айналдыру моменті қисығының төрт берліске автоматты ауыстыруы бар Дженерал Моторс Хидромэтик берілісімен жабдықталған бензинді қозғалтқышы бар автомобильдің жылдамдығы бойынша салыстырмалы жүруі 75-суретте көрсетілген. Бұл жерде газ турбиналы қозғалтқыштың 48-80 кмсағ жылдамдық диапазонында автоматты немесе тікелей ауыстыруы бар екі жылдамдықты қораппен қамтамасыз етілетін екі берілістік қатынастар - төмен және жоғары беріліс - үшін қозғалыс жылдамдығынан тәуелді айналдыру моментінің өзгерісіне сәйкес келетін екі тік сызық та көрсетілген. Бұндай жүйені қолдану газ турбиналы қозғалтқыш қолданатын автомобильге автоматты беріліспен жабдықталған бензинді қозғалтқыш қолданатын автомобильдің сипаттамаларына өте жақын сипаттамаларға ие болуға мүмкіндік беретін еді.
Төменгі үзік сызық қозғалыс жылдамдығынан тәуелді аэродинамикалық қарсылықтың ескерілуімен автомобильдің жолдағы қозғалысқа қарсылығын жеңу үшін қажетті шын қуаттың өзгеруіне сәйкес келеді. Айналдыру моменті қисығы мен үзік қисықтың ординаталарының арасындағы айырмашылық жылдамдатылған қозғалысқа немесе еңістен өтуге қажетті қуаттың артық мөлшері болып табылады.
Егер газ турбиналы қозғалтқыштың төмен жылдамдықтарда автомобильдің екпін алуымен байланысты кемшіліктерін ескермесек, онда екі жылдамдықты тісшелі берілістің қажет болмауы да мүмкін екендігін атап өтуге болады. Бұл жағдайда оның 56-160 кмсағ жылдамдықтардағы сипаттамасы бензинді қозғалтқыш қолданатын автомобиль көрсеткіштерімен бірдей дерлік болады.
Қарастырылған зерттеулерге ұқсас зертеулер Дженерал Мотор фирмасының Дайнфлоу берілісі бар қозғалтқыш үшін жасалып, газ турбиналы қозғалтқыш үшін екі жылдамдықты берілісі үшін сәйкес берілістер қатынасын таңдағанда автомобильдің бензинді қозғалтқыш қолданатын автомобиль сипаттамаларына өте жақын сипаттамаларына қол жеткізуге болатынын көрсетті.
Дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану
Дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану төмен жылдамдықтарды қозғалтқыштың жоғары қуатына қол жеткізуге мүмкіндік береді, ал бұл өз кезегінде автомобильдің екпін алу көрсеткіштерін айтарлықтай жақсартуы тиіс. Сонымен қатар, бұндай схеманың қолданылуымен іске қосу кезіндегі кешігулер периоды төмендеп, қозғалтқыштың ішінара жүктемелер кезіндегі жанармайлық тиімділігі артады. Газ турбиналы қозғалтқыштың бұл типінің ерекшеліктері 5 тараудың соңында толығырақ қарастырылған.
Қозғалтқыштың автомобильдердегі орналасуы
Қарапайым газ турбиналы қозғалтқыштың өзі жинақы және шағын күштік қондырғы болып табылады. Алайда, егер жылу алмастырғышты, үлкен ауа және газ құбырларын, сонымен қатар жолаушылар бөлімін салқындату немесе желдету қажеттілігін ескерсек, онда автомобильде бұндай қозғалтқышты орналастыру үшін бензинді қозғалтқышпен салыстырғанда айтарлықтай көп орын қажет болады. Сонымен қатар, автомобильдің шасси агрегаттарының, жол-жөнекей жолаушылар бөлімінің жылулық изоляциясы қажет. Бір бөлігі осы тараудың келесі бөлімдерінде қарастырылатын ең сәтті тәжірибелік автокөліктер сәйкес поршеньді қозғалтқыштармен салыстырғанда күштік қондырғы мен құбырлардың алатын үлкен көлемдерімен сипатталады.
Газ турбиналы қозғалтқыштардың автомобиль шассиінде орналастырудың түрлі нұсқалары болғанымен, бүгінгі күнде ең қолайлы екі нұсқасы бар, олар схема түрінде 76-суретте көрсетілген [51]. Б схемасы бензинді қозғалтқыштың кәдімгі орналасуымен жүре отырып, қозғалтқышты автокөліктің алдыңғы жағында орналастыруды талап етеді, бұл кезде қуат тісшелі беріліс пен карданды білік арқылы кәдімгі дифференциалға немесе артқы ось механизміне беріледі. Б схемасында көрсетілген күштік қондырғы пршеньді қозғалтқыш қандай көлем алса, дәл сондай көлем алады деп болжанғанымен, іс жүзінде күтім мен қолданудың ыңғайлылығы үшін қозғалтқыштың алатын көлемі айтарлықтай үлкенірек болуы тиіс. Пайдаланылған газдардың үлкен көлемінің (немесе салмағының) салдарынан құбырлар мен пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр да үлкен өлшемді болуы керек. Әрі қарай қосымша көлем автомобиль шассиын қозғалтқыштың ыстық металдық бөлшектерінен қорғайтын жылулық қорғанышты орнату үшін қажет. Қозғалтқыш алдыңғы бөлікте орналасқанда жолаушылар бөлімін қозғалтқыш пен пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр жылуынан изоляциялау үшін қосымша арнайы шаралар жүргізілуі керек. Қозғалтқыштың орналасуының енді бір нұсқасы 76, А-суретте көрсетілген. Бұл схема бойынша, қозғалтқыш пен тісшелі беріліс автокөліктің артқы бөлігінде жолаушылар бөлімінің артында орналастырылады, ал алдыңғы капоттық жақта босаған орында жанармай багы, қосалқы дөңгелек және жүк бөлімі орналасуы мүмкін. Жылу алмастырғыш, тісшелі беріліс, дифференциалды механизм, ауа және газ құбырлары автокөліктің артқы бөлігінде орналасуы керек болғандықтан, оған қоса бұл бөлшектерді күту үшін қол жетімді болуы үшін автокөліктің сериялық моделінің артқы бөлігі кәдімгі автокөлік кузовының артқы бөлігінен айтарлықтай үлкен болуы тиіс. Күштік қондырғы мен берілістің автокөліктің артқы бөлігінде орналасуы алдыңғы дөңгелектер ілінісі мен тежеу моментін төмендетеді. Сол себептен, Ровер фирмасының Т-3 автокөлігінде жасалғандай барлық төрт дөңгелектің айналымға келтірілуі өте қызықты, себебі бұл көрсетілген міндеттердің шешімдерінің бірін береді.
Автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың дамуындағы жетістіктер
1950 жылы әлемде Ровер фирмасымен дайындалған алғаш газ турбиналы қозғалтқыш пайда болып, бензинді қозғалтқышқа бәсекелес ретінде ұсынылғаннан кейін, көптеген моторлы фирмалар қозғалтқыштың бұл типін зерттеп, дамыту жолында ауқымды жұмыстар жүргізді. Салыстырмалы түрде шусыз жұмыс істейтін және құрастыру бағасының арзандығы бойынша бензинді немесе Дизель қозғалтқыштарымен жабдықталған автомобильдермен салыстырмалы шағын, эффективтілігі жоғары автомобильді жасаумен байланысты міндеттер шешімін табуы тиіс. Сондықтан, бұған дейін жүргізілген тәжірибелік жұмыстардың көпшілігі бұл мақсаттарға бағытталған. Қазіргі уақытта жеңіл және жүк автокөліктерін шығаратын 25-тен аса әлемдік фирмалар газ турбиналық қозғалтқыштар жасап, оны жеңіл автомобильдерге де, жүк автокөліктеріне де орнатып зерттеу жұмыстарын жүргізіп жатыр.
Англияда Ровер және Остин фирмалары қазіргі таңда газ турбиналы қозғалтқыш орнатылған автомобиль тиімділігі, қозғалтқыш габариттерінің минималдығы және құрастыру бағасының төмендігі бойынша бензинді немесе Дизель қозғалтқыштары орнатылған автокөліктермен бәсекеге түсуге қабілетті болар алдында шешімін таппаған мәселелерді шешу үшін бүкіл күштерін салуда.
АҚШ-та бұл саладағы зерттеу және жобалау жұмыстарын жүргізуге салыстырмалы түрде өте көп қаржы жұмсалған. Үш жетекші фирма - Крайслер, Форд және Дженерал Моторс - газ турбиналы автомобильдердің дамуында айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізді. Бұл тараудың соңында аталмыш саладағы бұған дейін аталған кейбір фирмалардың заманауи жетістіктері қарастырылады.
Ровер фирмасының қозтқалтқышы орнатылған автомобиль алғашқылардың бірі болып жасалғанымен, бұл бастамадан көп кешікпей Боинг фирмасы максималды жүк көтеру қабілеті 31 т, қуаттылығы 160 л.с. газ турбиналы қозғалтқышпен жабдықталған жүк автокөлігін сынақтан өткізе бастағанын атап өтуге болады. Сынақтар кезінде автокөліктің жүрген жолы бірнеше мыңдаған километрді құраған. Бұған дейін орнатылған Дизель қозғалтқышымен автокөліктің орташа тиімділігі 1,41 кмл құраса, газ турбиналы қозғалтқыш жағдайында - 0,53 кмл. Алайда, ортадан тепкіш компрессор мен екі сатылы турбинадан құралған қозғалтқыштың схемасы қарапайым болғандықтан, оның жанармай шығыны бойынша жоғарғы көрсеткіштерге ие болуы мүмкін емес еді.
Еуропалық құрлықта газ турбиналы қозғалтқыштар саласындағы зерттеулер Рено, Лафли, S.O.C.E.M.A. (Франция) және Фиат (Италия) фирмаларымен жүргізілді. Соған байланысты, 1957 жылы газ турбиналы қозғалтқыш орнатылған автокөлік жылдамдығының рекорды (бұған дейін бұл рекорд Ровер фирмасының автокөлігіне тиесілі, және жүріс басынан 242 кмсағ құраған болатын) Рено фирмасының Этуаль Филанте автокөлігімен жасалған болатын және 309 кмсағ құрады. Бұл автомобиль Турбомека фирмасының біліктің 28 000 айнмин-на тең жылдамдығында 270 л.с. қуат өндіретін бос турбинасы бар Турмо І қозғалтқышымен жабдықталған болатын. 202 кмсағ максималды жылдамдық өндірген S.O.C.E.M.A фирмасының меншікті салмағы 0,5 кгл.с., қуаттылығы 100 л.с. қозғалтқышы Грегуар-Хотчкисс автомобилінде орнатылған.
Бұған дейін түрлі фирмалармен дамытылған тәжірибелік автокөліктердің көпшілігінде бастапқыда 100-ден 250 л.с.-қа дейін қуат өндіретін өндірістік күштік қондырғылар түрінде жобаланған газ турбиналы қозғалтқыштар орнатылған. Бұндай автомобильде орналастыруға бейімделген қозғалтқыштар бос турбинасы бар немесе бос турбинасыз, кейде жылу алмастырғышпен жабдықталған қарапайым газ турбиналы қозғалтқыш схемасы бойынша жасалған. Автомобильдердің кейбір конструкцияларында, мысалы Лафли және Сосема Сематурбо фирмаларының автокөліктерінде бос турбинасы бар қозғалтқыштағы тежеу эффектінің жоқтығымен байланысты қиындықтар қажетті тежеулік әсер алу үшін арнайы қондырғыларды қолдану жолымен шешілген болатын. Осылайша, Лафли фирмасының автомобильдерінің бірінде буріліс жүйесінде газ педалімен байланысқан көп дискті ауа тежегіші қолданылған. Бұл тежегіш педальді босатқан кезде тежеу эффектін тудырған. Сосема Сематурбо фирмасының автомобилінде дәл сондай тежеу эффекті автокөліктің тежеу жүйесінде элетромагнитті тежегішті қолдану арқылы алынған.
Бірнеше жылдар аралығында қуаттылығы 200 л.с. Фиат 8001 газ турбиналы қозғалтқышы интенсивті зерттелген болатын. Қозғалтқыш екі сатылы турбинамен айналымға келтірілетін екі сатылы ортадан тепкіш компрессормен жабдықталған болатын (сурет 77). Бұл турбинадан шығатын газдар содан кейін бір сатылы бос турбинада жұмыс атқаратын, одан пайдалы қуат алынатын. Жанармай шығынын азайту үшін қозғалтқышта 7-ге тең ауа қысымын арттыру дәрежесі қолданылған.
Басқа мемлекеттерде, әсіресе, Германия, Жапония және Ресейде автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштар саласында айтарлықтай зерттеу жұмыстары жүргізілді. Айтылғандардың барлығынан бұл қозғалтқыштарға деген қызығушылық бүкіл әлемде пайда болып жатыр деген қорытынды жасауға болады.
Осы уақытқа дейін жарияланған автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштар бойынша тәжірибелік жұмыстар нәтижелеріне баға беру әлі де ерте. Дегенмен, белгілі жеңіл және жүк автокөліктерінің шассилерінде зерттеу мақсаттары үшін газ турбиналық қозғалтқыштарды орнату болашақта сериялы газ турбиналы қозғалтқышты автокөліктер конструкциясында қазіргі уақытта автомобиль, оның шассиы мен кузовының жалпы қабылданған конструкциясының қолданылмайтындығын көрсетті.
Жолда сынау кезінде автомобилдерде орнатылған көпшілік шағын газ турбиналы қозғалтқыштар қанағаттанарлық нәтижелер бергенімен, бағасы ескеріле отырып газ турбиналық қозғалтқыштар орнатылған автокөліктерді жаппай шығарылымға жіберуге мүмкіндік беретін қозғалтқыштың барлық элементтерінің конструкциялары жасалғанша әлі ұзақ уақыт қажет болады. Қазіргі уақытта қуаттылығы 100-ден 200 л.с.-қа дейін, жылу алмастырғышы бар, бензинді қозғалтқыш сипаттамаларымен салыстырмалы сипаттамаларға ие, газ турбиналы қозғалтқыштар бар. Алайда, бұл қозғалтқыштарды өндіру құны жоғарырақ болып табылады. Сондықтан, қазіргі уақытта қозғалтқыштың кейбір элементтерін, әсіресе компрессор мен турбина роторларын, жұмысшы және бағыттаушы күрекшелердің өндіру әдістері бұл элементтерді дайындаудың қажетті дәлдігінің дәрежесі мен бағасының төмендігі тұрғысынан зерттеліп жатыр. Бұл мәселелер шешімін тапқаннан кейін газ турбиналы автомобильдер кең қолданыс табады деп күтуге болады.
Кейбір басқа автомобильді қозғалтқыштар
Бұған дейін көрсетілгендей, қазіргі уақытта өте көп тәжірибелік газ турбиналы қозғалтқыштар жасалған. Жалпыға белгілі автомобильді фирмаларының көпшілігі газ турбиналы қозғалтқышпен байланысты негізгі міндеттері шешілсе, онда бұл поршеньді іштен жану қозғалтқыштарын қолданатын автокөліктердің рөлінің азаюына алып келетіндігін түсінеді. Газ турбиналы қозғалтқыштар мен автомобильдерді зерттеп, дамыту жолында өте көп фирмалар жұмыс істеп жатқандықтан, олардың барлығын қарастыруға мүмкіндік жоқ. Сондықтан, қарастыру үшін кейбір әйгілі автомобильді фирмалар жасаған немесе дамытып жатқан қозғалтқыштың ең қызықты деген конструкцияларының қатары алынды.
Ровер фирмасының газ турбиналы қозғалтқыштары
Газ турбиналы қозғалтқышы бар жеңіл автокөліктің алғаш көрсетілімін Ровер фирмасы (Солихул, Варфикс) жасаған болатын. Фирманың газ турбиналы қозғалтқыштарға деген қызығушылығы 1940 жылы Уиттл "Пауэр Джетспен" бірлесе отырып авиациялық қозғалтқыштар жасағанда пайда болған болатын. Соғыстан кейін, 1948 жылы фирфа тәжірибелік газ турбиналы қозғалтқыш жасап, ол ұзақ уақыт стендтік сынақтардан өткізілген болатын. Қозғалтқыштың қуаттылығы 100 л.с., салмағы 91 кг, ал өлшемдері қуаттылығы 75 л.с. автомобиль поршеньді қозғалтқышының өлшемдерінен кішірек болатын. Қозғалтқыш (78-сурет) крейсерлік режимде 50 000 айнмин, ал бос жүріс режимінде 6000 айнмин жылдамдық өндіретін. Қозғалтқыштың сол жақ бөлігінде ұзынша келген корпуста бекітілген, қозғалтқыш білігін автомобиль білігімен байланыстыруға арналған аралық біоік орналасқан. Ол кәдімгі ілініс муфтасы мен беріліс қорабының орнын басады.
1950 жылдың наурызында бос күштік турбинасы бар тәжірибелік газ турбиналы қозғалтқышпен жабдықталған "Ровер" ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Газ турбиналы қозғалтқыштардың бірқатар салаларда сәтті қолданыс табуына байланысты, шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың жүк және жеңіл автокөліктерде қолданылу мүмкіндігі де қарастырылған. Қуаттылығы 60-тан 250 л.с.-қа газ турбиналы қозғалтқыш бағасы төмен жанармай сортын қолданған жағдайда 1 км-ге шығыны бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш шығынымен салыстырмалы болып келеді, ал оны құрастыру бағасының төмендеген жағдайында белгілі автомобильді поршеньді қозғалтқышпен бәсекелесе алады. Газ турбиналы қозғалтқыштың бұған дейін қарастырылған артықшылықтарын да ескерген жөн.
Қазіргі уақытта автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың тәжірибе жүзінде сыналып жатқан немесе одан әрі дамытылып жатқан бірнеше түрлері бар. Олардың кейбіреулері жақсы нәтижелер көрсетсе де, өндіру сатысына жетіп қазіргі порщеньді іштен жану қозғалтқыштарымен бәсекеге түспес бұрын, басқа да бірқатар мәселелер шешілуі керек. Соған байланысты, көптеген заманауи техникалық құрылғыларды құрастыру тәжірибесі бұған дейін кезігіп, шешімі табылмастай болып көрінген конструкцияны және талапқа сай көрсеткіштерге ие газ турбиналы қозғалтқышты дамытумен байланысты қиындықтар (ал газ турбиналы қозғалтқыш бұл жағдайда типтік мысал) соңында шешімін табуы мүмкін екендігін көрсетті.
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың автомобильдерде қолданылу мүмкіндігін бағалау үшін бұл жерде оның көпшілігі бұған дейінгі тарауларда көрсетілген негізгі артықшылықтары қарастырылады. Сонымен қатар, әлі де шешімін табуды қажет ететін негізгі кемшіліктері мен қиындықтары да қарастырылатын болады.
Шағын газ турбиналы автомобильді қозғалтқышының артықшылықтары
Газ турбиналы қозғалтқыштың негізгі артықшылықтары келесідей:
1. Поршеньді қозғалтқышпен салыстырғанда бірқалыпты жұмысы, бұл негізінен қозғалтқыштың элементтері тек айналмалы қозғалыс жасайтындықтан, қозғалтқышта вибрациялар жоқ және валдағы айналдыру моменті қозғалтқыштың барлық айналымдар санында бірқалыпты болуымен түсіндіріледі.
2. Қозғалтқыштың көпшілік құрылымдық элементтерінің қарапайым конструкциясы мен бұндай элементтердің санының аздығы. Әдетте газ турбиналы қозғалтқышта тегершік пен валдың үйкелетін және айналатын элементтерінің бөлшектер саны қуаттылығы бірдей алты цилиндрлі бензинді қозғалтқыш бөлшектерінің санының 14-16 бөлігін құрайды. Жұмысшы күрекшелері, сонымен қатар бағыттаушы және түзетуші күрекшелері бар компрессор мен турбина роторлары қозғалтқыш конструкциясының ең қымбат элементтері болып табылады.
3. Салыстырмалы түрде төмен салмағы мен габариттері. Қарапайым газ турбиналы қозғалтқыштың салмағы қуаттылығы бірдей поршеньді қозғалтқыш салмағының 14-16 бөлігін құрайды. Бос турбинасы бар қозғалтқыштың салмағы сәл үлкенірек болып табылады. Газ турбиналы қозғалтқыштың формасы цилиндр тәрізді болғандықтан, оны поршеньді қозғалтқышпен салыстырғанда әлдеқайда шағын және бүйірлерінің өлшемдерін кішірек етіп дайындауға болады. Газ турбиналы қозғалтқыштың компрессор күрекшелері мен дисктерін дайындау үшін мысалы магний-титан құймаларын қолдану арқылы салмағын төмендетуге болады.
4. Ілініс муфтасы мен беріліс қорабының жоқтығы. Бос турбинасы бар қозғалтқышта валдың минутына бірнеше мың айналымында турбинаның бос жүрісінде өндіретін қуаты қол тежегішін босатқанда автомобильді орнынан қозғалту үшін жеткіліксіз. Сондықтан, ілініс муфтасына қажеттілік жоқ. Жану камерасына берілетін жанармай мөлшерін арттырған кезде бос турбина өндіретін айналдыру моменті де артады да, автокөлік қозғалысқа келе отырып, тез екпін ала бастайды. Осылайша, бұндай қозғалтқышта бос турбина автоматты берелес қорабының рөлін атқарады. Алайда, автомобиль үшін қосалқы тқменгі тісшелі беріліс орнату қажеттілігі туындауы мүмкін. Порщеньді қозғалтқышпен жүретін автомобильдердегідей, бұнда да артқы жүріс берілісін қолдану қажет.
5. Басқару қарапайымдылығы. Ілініс муфтасының педалі мен алдыңғы жүріс берілісін ауыстыру тұтқасы жоқ кезде, тек артқы жүріс берілісін қосу тұтқасы, газ бен аяқ тормозының педальдері ғана қажет болады. Алайда, алдыңғы жүрістің екі берілісі автомобиль үшін пайдалу болуы мүмкін екендігін атап өткен жөн.
6. Жанармайдың толық жануы. Қозғалтқыштың жану камерасына жану процесі мен ыстық газдарды салқындату үшін берілетін ауаның артық мөлшерінде қозғалтқыштың қалыпты жұмысында жанармайдың жануы толығымен жүзеге асырылады. Сондықтан, жану өнімдерінің құрамында, мысалы көмертегі оксиді сияқты, зиянды немесе улы газдар болмайды. Алайда, қозғалтқышты іске қосу кезінде орын алуы мүмкін жану камерасына берілетін жанармайдың артық мөлшерінде жанбай қалған жанармай бу күйінде турбина арқылы өтіп, пайдаланылған газдармен бірге сипатты иіс бере отырып шығуы мүмкін.
7. Сумен салқындату жүйесінің жоқтығы. Газ турбиналы қозғалтқыш ауамен салқындатылатындақтан, поршеньді қозғалтқыштағыдай сумен салқындату жүйесін қажет етпейді. Соған байланысты, конструкцияның салмағы артпайды және конструкцияның өзі қосымша күрделенбейді. Салқындату жүйесі бар күштік қондырғылардың салмақтарын салыстырғанда осы жүйелердің салмағын ескерген жөн (барлық жағдайларда емес).
8. Тұрақты әсер ететін тұтандыру жүйесінің жоқтығы. Газ турбиналы қозғалтқыштарда тұтандыру жүйесін қолданудың қажеті жоқ, ал поршеньді қозғалтқыштарда белгілі бір уақыт интервалында цилиндрлердегі жанармай-ауа қоспасын тұтандыру үшін ұщқын зарядын қамтамасыз етіп тұратын тұтандыру жүйесі болады. Жану камерасын іске қосу үшін қолданылатын тұтатушы қондырғыны ескермегенде, басқа ешқандай тұтандыру жүцесінің қажеті жоқ, себебі егер жану процесі басталса, ол камераға жанармай берілген сайын үздіксіз жалғаса береді. Автомобильді бензинді қозғалтқыштарда Ройял отомобил клаб жариялаған статистикалық мәліметтерге сәйкес тұтандыру жүйесі жолдағы ақаулардың ең негізгілерінің бірі болып табылады.
9. Өте төмен май шығыны. Газ турбиналы қозғалтқыштың жұмсайтын май шығыны бензинді немесе Дизель қозғалтқыштарының май шығынымен салыстырғанда мардымсыз болып табылады. Бұл газ турбиналы қозғалтқышта майлауды қажет ететін мойынтірек пен тісщелі берілістер санының аздығымен түсіндіріледі, ал поршеньді қозғалтқыштың мойынтіректері мен басқа да үйкелетін бөлшектерінің саны өте көп. Газ турбиналы қозғалтқыштарды авиацияда қолдану тәжірибесі бензинді қозғалтқыштағы май шығыны қуаттылығы дәл сондай газ турбиналы қозғалтқыштың май шығынынан 30-40 есе көп екенін көрсетті.
10. Жұмысшы қысымдардың аздығы. Қысымды арттыру дәрежесі 3,5 мен 5,5 аралығында жатқан жылу алмастырғышы бар немесе жылу алмастырғышсыз шағын газ турбиналы қозғалтқыштар 4,2-7 атм-ға тең салыстырмалы түрде төмен ауа қысымында жұмыс істейді. Ал бензинді қозғалтқышта жанармайдың жану процесі кезінде толық жүктемеде цилиндрлердегі қысым 38,6-дан 52,6 атм-ға дейін, Дизель қозғалтқышында - 49,1-ден 70 атм-ға дейін құрайды. Осылайша, газ турбиналы қозғалтқыш конструкциясындағы қысым әсеріне ұшырайтын элементтерін жеңілрек етіп жасауға болады. Алайда, бұл кезде конструкцияның бұл бөлшектерінде туындауы мүмкін жоғары температуралық кернеулерді ескерген жөн.
11. Қозғалтқышты іске қосу және қыздыру. Жану камерасына жанармайды жеткізу мен суық күйінен іске қосу кезінде оны тұтандыру газ турбиналы қозғалтқыштарда салыстырмалы түрде оңай жүреді. Алайда, газ турбиналы қозғалтқыштың іске қосу кезінде білігін айналдыру үшін қуаттылығы бірдей бензинді немесе Дизель қозғалтқышын іске қосу кезінде қажетті қуатпен салыстырғанда әлдеқайда көбірек қуат қажет. Дегенмен, газ турбиналы қозғалтқыш автоматты түрде іске қосылуы мүмкін, себебі жану камерасындаға жанармайдың бастапқы тұтануы қиын емес.
Қозғалтқыш іске қосылып, тұрақты жұмыс істей бастағанда оны поршеньді қозғалтқыштардағыдай қыздырудың қажеті жоқ, себебі газ турбиналы қозғалтқыштарда поршеньді типті қозғалтқыштардағыдай цилиндр қабырғалары мен сырғу мойынтіректерін майлаудың қиын жүйесі жоқ. Газ турбиналы қозғалтқыштардың көпшілігінің негізгі шарикті немесе роликті мойынтіректері іске қосу кезінде арнайы майлауды ұйымдастыруды қажет етпейді, тек төмен температураларда жұмыс істеу үшін арнайы майларды қолдану қажет. Іске қосылғаннан кейін газ турбиналы қозғалтқыш майлау жүйесіндегі майдың қызуынан тәуелсіз бірте-бірте толық қуатына дейін жеткізіле алады.
12. Қолдану кезінде қажет күтімнің айтарлықтай аздығы. Қарапайым газ турбиналы қозғалтқыш өзінің қуатын өзінің негізгі элементі - турбокомпрессор көмегімен өндіреді. Сондықтан ,оның конструкциясы жеке цилиндрлер мен әр цилиндрде кіргізу мен шығару клапанды жүйесі бар поршеньдер тобынан құралған бензинді немесе Дизель қозғалтқышының конструкциясынан әлдеқайда қарапайым болуы керек. Газ турбиналы қозғалтқыштың формасы негізінен цилиндр тәрізді болғандықтан, оның негізгі құрам бөліктерін құрастыру мен шашу қол жетімді орындалуы мүмкін. Сонымен қатар, газ турбиналы қозғалтқыштың конструкциясында элементтер санының айтарлықтай аз болуының салдарынан оны күту поршеньді қозғалтқышты күтумен салыстырғанда айтарлықтай оңайрақ болып келеді.
Газ турбиналы қозғалтқыштың күтімін тұтандыру жүйесі мен жанармайды карбюрациялаудың жоқтығы да жеңілдетеді, себебі заманауи газ турбиналы қозғалтқыштың жанармайлы жүйесі конструкциясы бойынша күрделірек болса да, көп күтімді қажет етпейді.
Кез келген газ турбиналы қозғалтқышты күту, атап айтқанда оның негізгі мойынтіректерін, тісшелі берілістері мен олардың мойынтіректерін күту салыстырмалы түрде жеңіл операция болып табылады, және де тек қозғалтқыштың ұзақ уақыт жұмысынан кейін ғана атқарылуды қажет етеді.
Газ турбиналы қозғалтқыштың жұмысы кезінде ең тез бұзылатын элементтері: 1) жану камерасы; 2) турбинаның бағыттаушы және жұмысшы күрекшелері, 3) компрессор күрекшелері және 4) турбина дисктері. Авиациялық газ турбиналы қозғалтқыштардың ертеректегі типтеріндегі кейбір элементтерінің жұмыс істеу мерзімі 50-ден 100 сағ-қа дейін құраған.
Қазіргі уақытта қозғалтқыштың жұмысы кезінде оның бұл элементтеріне 1000-1500 сағ-қа дейін, кейде одан да көп күтім жасамауға болады. Алайда, қозғалтқыштың әр элементінің нақты қызмет ету мерзімі қазіргі уақытта 2500 сағ жұмыспен шектеледі.
13. Газ турбиналы қозғалтқыштар автомобильді дизельді қозғалтқыштармен салыстырғанда жанармайдың арзан сорттарында қанағаттанарлықтай жұмыс істей алады. Сондықтан, 1 км жолға жұмсалатын жанармай бағасын салыстырғанда бұл факт шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың жанармай шығынының жоғарылығын компенсациялайды. Оған қоса, автомобильдерде қолданылатын жоғары октанды жанармай сорттарымен салыстырғанда газ турбиналы қозғалтқыш жанармайының бағасы өте төмен болып қалады. Сонымен қатар, егер газ турбиналы қозғалтқыштағы жанармай шығыны өте төмен екендігін ескерсек, онда оның жалпы жұмсайтын жанармай мен май шығынықуаттылығы бірдей поршеньді қозғалтқышта жұмсалатын жанармай мен май шығынынан аспауы тиіс.
Кейбір кемшіліктері
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштың негізгі артықшылықтарымен қатар, қозғалтқыштың бұл типінің кемшіліктерін де атап өткен жөн.
1. Термиялық және толық ПӘК-і. Бұған дейін көрсетілгендей, шағын газ турбиналы қозғалтқыштың термиялық ПӘК-інің мәндері төмен болғандықтан, оның меншікті жанармай шығыны бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш шығынынан әлдеқайда үлкен болады. Бұл автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың одан әрі дамуының тежелуінің негізгі себебі болды. Алайда, алдыңғы тарауда қарастырылғандай, сәйкес жылу алмастырғыш конструкциясын қолдану арқылы газ турбиналы қозғалтқыштың жанармай шығынын поршеньді қозғалтқыш шығынымен салыстырмалы болатындай деігейге дейін төмендетуге болады. Дегенмен, термиялық ПӘК-ін қажетті деңгейге дейін көтеруге мүмкіндік беретін жылу алмастырғышты қолдану кезінде қозғалтқыштың салмағы, көлемі және бағасы айтарлықтай артады, нәтижесінде шағын газ турбиналы қозғалтқыштың алдыңғы тарауда қарастырылған негізгі артықшылыұтары жоғалады.
Алдыңғы тараулардың бірінде қарастырылған қозғалтқыш өлшемдерінің төмендеуінің әсері компрессор мен турбина ПӘК-інің, соның салдарынан қозғалтқыштың толық ПӘК-інің бірнеше пайызға төмендеуімен байланысты.
2. Ішінара жүктемелер кезіндегі ПӘК-і. Қарапайым газ турбиналы қозғалтқышқа бензинді немесе Дизельді қозғалтқышпен салыстырғанда, ішінара жүктемелер кезінде ПӘК-інің төмен мәндері, соған сәйкес меншіктк жанармай шығынының артуы тән. Алайда, жылуу алмастырғышы мен бос турбинасы бар қозғалтқыштың ішінара жүктемелер кезінде ПӘК-інің мәндері қарапайым газ турбиналы қозғалтқыш ПӘК-інің мәндерінен әлдеқайда жоғары. Автомобильдердегі қозғалтқыштар жұмыс уақытының көп бөлігін толық жүктеменің 25-35%-ын құрайтын жүктемелерде жұмыс істейтіндіктен, бұл жағдайларда қозғалтқыштың толық ПӘК-інің мейлінше жоғары мәндерін қамтамасыз ету мағызды. Сондықтан, егер қозғалтқышта жылу алмастырғыш қолданылса, ол тіпті толық жүктеме кезінде ПӘК-і мөлшерінің төмендеуіне алып келсе де, ішінара жүктемелер кезінде қозғалтқыштың мүмкіндігінше ең жоғары тиімділігін қамтамасыз етуі тиіс. Бос турбинасы мен дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқыш қолданылған жағдайда автокөліктің күштік қондырғысының эффективтілігін одан әрі арттыруға болады.
3. Айналымдардың үлкен сандары. Компрессор мен турбина салыстырмалы түрде жоғары айналымдар санында жұмыс істеу талабын қанағаттандыру үшін тісшелі редукторлардың беріліс қатынастары жоғары бола отырып, қозғалтқыш жұмысының шусыз болуын қамтамасыз етуі керек, ал бұл редуктордың күрделенуіне алып келеді. Газ турбиналы қозғалтқыштың өлшемдерінің кішіреюімен турбокомпрссордың есептік айналымдар саны ұлғаюы керек. Яғни, валда 2100 л.с. өндіретін, 541 серия қозғалтқыштары - турбовинттік қозғалтқыш немесе күштік валы бар Дарт қозғалтқышы үшін турбокомпрессор валының айналымдар саны 15 000 айнмин-на құрайды. 475 л.с қуат өндіретін қуаттылығы төменірек Блэкборн - Артоуст 610 қозғалтқышының айналу жылдамдығы 35 000 айнмин-на тең, ал қуаттылығы 60 л.с. өндірістік мақсатта қолданылатын Ровер 1S60 қозғалтқышы 46 000 айнмин-на тең компрессор роторының айналу жылдамдығында жұмыс істейді. Газ турбиналы қозғалтқыштарда қуатты вал арқылы беру кезінде айналымдар санын 2000-4500 айнмин-на дейін төмендету рудуктор қажет, ал редуктордың жалпы өткізу қатынасы қозғалтқыш өлшемдері неше есе кішірейсе, сонша есе артуы тиіс. Қозғалтқыштардың айналымдар санының бұндай үлкен мәндеріне орай компрессор мен турбинаның роторы және олардың валдары сияқты жеке элементтердің және жинақталған түрдегі турбокомпрессордың бүкіл роторын өте мұқият статикалық және динамикалық баланстау жүргізу қажет.
Ротордың айналымдар саны түбір астындағы қозғалтқыш қуатына пропорционалды деп те айтуға болады. Сондықтан, егер қуаттылығы 5000 л.с. қозғалтқыштың роторының айналу жылдамдығы 8000 айнмин-на тең болса, онда қуаттылығы 100 л.с. қозғалтқыштың аналы жылдамдығы 8000√(5000100) немесе 56 500 айнмин-на тең болады.
4. Пайдаланылған газдардың үлкен көлемі. Бұған дейін көрсетілгендей, газ турбиналы қозғалтқыш жану камерасында жану процесіне және ыстық газдарді салқындатуға қажетті ауа шығынына ие болуы керек. Сондықтан, ол арқылы өтетін ауа шығыны бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш арқылы өтетін ауа шығынынан айтарлықтай артық болғандықтан, қоршаған ортаға мардымды әсерінсіз автомобильден бұл ыстық газдардың үлкен көлемдерін жою қиындықтары туындайды. Бағымызға орай, заманауи жану камераларында жанармай жанғанда қалыпты жағдайда бұл газдардың жағымсыз иістері жоқ. Болашақта қозғалтқыштарда жылу алмастырғыштар мен эффективтілігі жоғарырақ компрессорлар мен турбиналарды қолдану есебінен пайдаланылған газдар көлемі мен олардың температурасы айтарлықтай төмендетілуі мүмкін.
5. Екпін алудың баяулығы. Қозғалтқыштың айналмалы элементтерінің салыстырмалы түрде үлкен инерциясының салдарынан газ педалін басқанда дроссельді жанармай клапанын тез ашқан кезде автокөлік қозғалмас бұрын бастапқы кешігу туындауы мүмкін - әдетте бір немесе екі секунд. Бұл кешігу периоды біте салысымен, автомобиль өте тез екпін ала бастайды. Бұл периодты минимумға дейін азайтуға өте көп көңіл бөлінді. Компрессор роторын, сонымен қатар, мысалы дәнекерленетін жеңіл ыстыққа төзімді материалдарды, турбина дисктері мен мүмкін күрекшелерін дайындау үшін алюминий, магний және титан құймаларын қолдану арқылы кешігу эффектін төмендетуге болатыны анық. Соған байланысты турбинаның өзінің инерциясы бүкіл турбокомпрессор роторының инерциясының 60-70%-ын құрайтынын атап өткен жөн.
Автомобильде бос турбинасы мен дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану да бұл кешігу периодын айтарлықтай қысқартуы мүмкін.
6. Қозғалтқышпен тежеу. Поршеньді қозғалтқышы бар автокөлікте қозғалыс баяулағанда беріліс қорабын қосулы етіп қалдыруға болады (әдетте солай жасалады да). Соның нәтижесінде беріліспен байланысқан және сол арқылы өткізілетін қозғалтқыш тежелу эффектін арттыра отырып, автомобильдің жүруіне қосымша кедергі тудырады. Бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш орнатылған автомобильде дөңгелектері қозғалтқышпен байланыспаған автомобильдердегідей, бұндай тежелудің болуы мүмкін емес. Соған байланысты қозғалтқыштың белгілі бір элементін дөңгелектердегң тежеу моментінен тәуелсіз қажетті мөлшерде тежеуіш айналдыру моментін алу үшін қолдану әрекеттері жасалды. Бұндай әрекеттердің бірі қозғалтқыштың екпін алуы үшін жасалатын автомобиль қозғалысы салдарынан белгілі бір инерция моменті бар бос турбина энергиясын пайдалану мүмкіндігі болды. Басқа ұсынылған әдісте бұл мақсатта сәйкес озу муфтасын қолдана отырып ауа компрессоры пайдаланылды. Сонымен қатар, автомобиль дөңгелектерінен келетін қуатты жұтуға арналған жеке ауа компрессоры қолданылатын әдістер де бар. Бұл барллық құрылғылар дроссельді клапанды жапқанда автономды жұмыс істеп қана қоймай, кез келген үлкен еңістерде автокөлікті тежеу мақсатымен энергияны аккумуляциялау үшін толық қолданылуы тиіс.
7. Пайдаланылған газдар шуы. Атмосфераға минутына шығарылатын пайдаланылған газдардың айтарлықтай үлкен көлемінің салдарынан және де жоғары өткізу қатынастары бар төмендетуші тісшелі берілістер қолданылатындықтан газ турбиналы қозғалтқыштың пайдаланылған газдарының шуы эффективті шу бәсеңдетушімен жабдықталған автомобильдердің көп цилиндрлі бензинді қозғалтқыш шуынан әлдеқайда көп. Пайдаланылған газдар шығатын жүйені мұқият жобалау, пайдаланылған газдар температурасын төмендету үшін жылу регенерациясын қолдану және қосалқы қондырғыны айналдыру үшін редукторлар мен тісшелі берілістерді құрастырудың арнайы әдістерін қолдану жолымен белгілі газ турбиналы қозғалтқыштар шуын лайықты деңгейге дейін төмендетуге болады. Пайдаланылған газдар ағынымен жасалатын жоғары жиілікті шу деңгейін төмендету үшін кері қысымы өте төмен жаңа конструкциялы бәсеңдеткіштерді қолдану қажет.
8. Үлкен іске қосу қуаты. Салқын поршеньді қозғалтқышты іске қосу үшін иінді білікті тек бірнеше айналымға айналдыру жеткілікті. Газ турбиналы қозғалтқыш жағдайында турбокомпрессор білігі қозғалтқыш іске қосылып, тұрақты жұмыс істеу қабілетіне ие болар алдында білік минутына мыңдаған айналым жасауы керек. Бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш айтарлықтай жеңілрек іске қосылады, алайда бұл жағдайда да компрессор өздігінен тұрақты жұмыс жасай бастағанша минималды жұмысшы айналымдар санына ие болуы керек. Соған байланысты, газ турбиналы қозғалтқышты іске қосу үшін компрессор мен турбина роторларының инерциясын жеңіп, оларды минималды іске қосушы айналымдар санына дейін айналымға келтіру қажет, ал ол үшін электрлі іске қосу құрылғысы ұзақ уақыт аралығында үлкен қуат өндіруі тиіс.
9. Пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр. Атмосфераға шығарылатын газдардың көп мөлшерінің салдарынан газ турбиналы қозғалтқыштың пайдаланылған газдар шығатын құрылғысы мен бәсеңдеткіш қозғалтқышта поршеньді қозғалтқыштардың пайдаланылған газдар шығатын құрылғысы мен бәсеңдеткіші алатын көлемнен айтарлықтай үлкен көлем алуы тиіс. Яғни, Дженерал Моторс автомобильді қозғалтқышы үшін анықталғандай, пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр мен бәсеңдеткіштің көлденең қимасының ауданы автомобильді бензинді қозғалтқышпен салыстырғанда 10 есе көп. Алайда, егер бәсеңдеткішті жылу алмастырғыштың пайдаланылған газдар шығатын келте құбырының бір бөлігі етіп құрастырса, онда пайдаланылған газдар шығатын құрылғының үлкен өлшемдерінің жеке пайдаланылған газдар шығатын жүйедегідей маңызы болмайды.
Газ турбиналы қозғалтқыштарды жүк автокөліктері үшін қолданудың мүмкін артықшылықтары
Шағын газ турбиналы қозғалтқыштардың қолданылуы мүмкін салаларының ішінде бұған дейін қарастырылмаған маңызды сала бар, атап айтқанда, бұл қозғалтқыштардың қазіргі уақытта жүк автокөліктеріндегі айналдырулар үшін сәтті қолданылу мүмкіндігі. Бұл газ турбиналы қозғалтқыштардың салыстырмалы төмен салмағы, және де бұндай қозғалтқыш көмегімен автомобиль дөңгелектерін айналымға келтіру жүйесінің бензинді немесе Дизельді қозғалтқыш қолданатын автомобильдрдің айналдыру жүйесімен салыстырғанда әлдеқайда қарапайы болуының есебінен автомобиль салмағында ұтуға мүмкіндік береді. Ауыр класқа жататын жүк автокөліктерінде 2 т-ға дейін жетуі мүмкін салмақтағы бұл тиімділік автомобильдің пайдалы жүктемесін арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, әсер радиусы үлкен жүк автокөліктері жеңіл автокөліктермен салыстырғанда газ турбиналы қозғалтқыштың жоғары ПӘК-ін жоғарылату арқылы жанармай шығынын азайта отырып, ішінара жүктемелерде көбірек жұмыс істейді. Бензинді немесе дизельді сортты жанармаймен салыстырғанда айтарлықтай арзан жанармайларды қолдану бұл ауыр жүк автокөліктерінің жанармай бағасын төмендетудің қосымша көзі болып табылады. Газ турбиналы қозғалтқыштың ең жақсы айналдыру моментінің сипаттамалары мен оның беретін тісшелі механизмдердің минималды санында өте бірқалыпты жұмысы қозғалтқыштардың бұл типін қолданудың енді бір қолайлы ерекшелігі болып табылады. Соған байланысты, алдағы уақытта қуаттылығы 150-ден 250 л.с.-қа тең газ турбиналы қозғалтқыштардың эффективтілігі жоғарырақ типтері ең алдымен жеңіл емес, жүк автокөліктерінде меңгерілетін көрінеді.
Айналдыру моменті мен қуаттың сипаттамалары
Жалпы бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқышты біріншілік қозғалтқыш ретінде, ал бір жағынан екі ғана жеке айналмалы элементі бар бір қондырғыда біріктірілген айналдыру моментін түрлендіруші ретінде қарастыруға болады. Қуатты алу мақсатында төмендеткіш редуктор да қажет. Бұған дейін анықталғандай, қозғалтқыштың бұл типі айналымдардың ең аз жұмысшы санында өзінің аздаған айналдыру моментін, және айналымдардың максималды санында минималды айналдыру моментін өндіреді. Соған байлансты, газ турбиналы қозғалтқыштың автомобильге арнаған айналдыру моментінің жылдамдығы бойынша жүруін бензинді қозғалтқышпен салыстыра қарастыру қызықты. Соған байланысты, Мичиган университетінде проф. Ф.Л. Шварц жүргізген газ турбиналы қозғалтқыштың автомобильдерде қолданылғандағы мүмкіндіктерін елестетуге мүмкіндік беретін егжей-тегжейлі зерттеу нәтижелерін [50] қолдануға болады.
Бұл жерде қарастырылатын зерттеу нәтижелері үшінші (жоғарғы) берілісте 133 кмсағ-на тең максималды жылдамдық кезінде қуаттылығы 100 л.с. бензинді қозғалтқышқа және 133 кмсағ жылдамдықта қуаттылығы 95 л.с. бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқышқа қатысты. Газ турбиналы қозғалтқыштың негізгі берілгендері келесідей: компрессордың ПӘК-і 0,80; турбинаның ПӘК-і 0,85; бос (күштік) турбинаның ПӘК-і 0,85; есептік нүктедегі газдардың жұмысшы температурасы 8160 С; жану камерасының ПӘК-і 0,95; компрессордағы ауа қысымының арту дәрежесі 3,4; қысымды жоғалту 2,5%; компрессорға кіре берістегі газдар температурасы 15,60 С. 72-суреттен көрініп тұрғандай, қозғалтқыштардың екі типінің де қуат мөлшерінің жылдамдықтан (бензинді қозғалтқыштың қуатының өзгеру қисығы үшінші жоғарғы беріліске сәйкес келеді) тәуелділіктері белгілі бір дәрежеге дейін бірдей сипатқа ие. Газ турбиналы қозғалтқыштың максимум маңайында қуатының өзгеруі, көрініп тұрғандай, бензинді қозғалтқыш қуатымен салыстырғанда еңістеу сипатқа ие. Газ турбиналы қозғалтқыштың қуат пен айналдыру моменті қисығы бойымен жүргенде турбинаға кіре берістегі газдардың жұмысшы температурасының жоғарылауының әсері жайлы графикте газдардың 8710 С-ге тең жұмысшы температурасы үшін көрсетілген үзік сызықтардан бағалауға болады.
Екі қисқтың да жүруінің ерекшелігі келесіде: қозғалыс жылдамдығының төмендеуімен қозғалтқыштың өндіретін қуаты күрт азаяды. Газ турбиналы қозғалтқыш жағдайында қозғалыстың төмен жылдамдықтарында айналдыру моментінің салыстырмалы түрде жоғары мәні жағымды фактор болып табылады, ал поршеньді қозғалтқыш жағдайында бұл шарттарда төмен жылдамдықтарда айналдыру моментін арттыру жолы ретінде төмен берілісті қолданған жөн. Осылайша, тісшелі берілістің беріліс санын азайтқанда (беріліс қорабында) қуаттың жылдамдық бойынша жүру қисығы солға жылжып, берілген беріліс үшін максималды мүмкін қозғалыс жылдамдығынан тәуелді тігірек жүреді.
Айналдыру моменттерінің мөлшерлерінің қатынастары
Егер жоғарғы берілісте автомобильдің 133 кмсағ-на тең максималды жылдамдықпен қозғалысы кезінде бензинді қозғалтқыш өндіретін айналдыру моментінің мөлшерін 100% деп қабылдасақ, онда айналдыру моментінің деп қабылдасақ, онда айналдыру моментінің 3-жылдамдықты беріліс қорабы үшін екінші және үшінші берілістерде айналдыру моменттерінің максималды мөлшерлері сәйкесінше 32 кмсағ максималды жылдамдықта 260%,және 16 кмсағ жылдамдықта 450%-ды құрауы тиіс.
Газ турбиналы қозғалтқыш қолданылған автомобиль үшін 133 кмсағ-на тең максималды жылдамдық пен турбинаға кіре берістегі газдар температурасы 8160 С болғанда, айналдыру моменттерінің қатынасы (яғни нөлдік жылдамдықтағы айналдыру моментінің максималды жылдамдықтағы айналдыру моментіне қатынасы) шамамен 2,75-ті құрайды. Бұл шама бензинді қозғалтқыш екінші берілісте өндіретін айналдыру моментінен айтарлықтай үлкен айналдыру моментіне сәйкес келеді. Оның мөлшері иілу 150 бұрышы бар өрден өтуге жеткілікті екендігін көрсетуге болады.
Газ турбиналы қозғалтқышты реттеу
Бұл жерде қарастырылып отырған газ турбиналы қозғалтқышта бос турбина тісшелі беріліс арқылы автомобиль дөңгелектерімен байланысқан. Бұл турбинаның айналу жылдамдығы тұрақты айналымдар санында жұмыс істейтін компрессор турбинасының айналу жылдамдығынан тәуелсіз өзгеруі мүмкін. Компрессор мен оның турбиналы айналымы реттеулер нәтижесінде қысымды, температураны және күштік турбинаға кіре берістегі газдар шығынын өзгертуге болатын газогенератор болып табылатынын еске түсірген жөн. Бос турбинаның бүкіл айналымдар саны диапазонын қамтамасыз ету үшін қозғалтқышты реттеуді турбокомпрессордың айналымдар санын өте кішкентай диапазонда, атап айтқанда, 20-30% шегінде өзгерту жолымен жүргізген ыңғайлы (8 тарауды қараңыз).
Жылу алмастырғышты қолдану кезінде сипаттамалардың жақсаруы
Бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш үшін айналдыру моменті мен қуаттың мәндерін проф. Шварц бұған дейінгі қозғлтқыш параметрлері үшін қозғалыс жылдамдығынан тәуелді анықтаған. Алайда, бұл жағдайда қозғалтқыш регенерация дәрежесі 0,75-ке, ал ауа және газ жақтарынан 0,035 кгсм2-ге тең жоғалтулары бар жылу алмастырғышпен жабдықталған болатын. 73-суретте газдардың 482-9270 С жұмысшы температуралары үшін алынған нәтижелері график түрінде берілген.
Жылу алмастырғышты енгізу негізінен, алдыңғы тарауда көрсетілгендей, жылу алмастырғышсыз қозғалтқышпен салыстырғанда 1 км жолға азырақ жанармай шығынын жұмсай отырып, қажетті қуат мөлшерін алуға мүмкіндік береді. Қарастырылып отырған мысалдан автомобиль қозғалысының 64, 96 және 129 кмсағ жылдамдықтарында жылу алмастырғышсыз қозғалтқыштың 1 л жанармай шығынына сәйкес келетін жүрілген жол мөлшері км-мен сәйкесінше 3,88; 3,39; және 2,82 кмл-ді құрайды, ал регенрация дәрежесі 0,75 жылу алмастырғыш өолданылғанда бұл мәндер сәйкесінше 6,07; 5,82 және 5,22-ге тең болады. Бұл жағдайда регенерация дәрежесі 0,75 жылу алмастырғышы бар қозғалтқыштың жанармай шығыны заманауи бензинді қозғалтқыштың жанармай шығынымен салыстырмалы бола алады.
Автоматты беріліс жүйесімен салыстыру
Бұған дейін автомобильді типті бос турбинасы бар газ турбиналы қозғалтқыш сипаттамалары бірдей максималды қозғалыс жылдамдығында қуаттылығы бірдей бензинді қозғалтқыш сипаттамаларымен салыстырылды. Бұл кезде қозғалтқыш үш жылдамдықты беріліс қорабымен жабдықталған болатын.
Бір жағдайда газ турбиналы қозғалтқыш қондырылған, екіншіжағдайда автоматты беріліс қорабы бар заманауи жоғары эффективті бензинді қозғалтқыш қондырылған автомобильдерді салыстыру қызығушылық тудырып отыр. Соған байланысты, Дженерал Моторс фирмасының зерттеу лабораторияларында В. А. Туруненмен алынған кейбір қызықты нәтижелер автомобильді типті газ турбиналы қозғалтқыштардың артықшылықтары мен емшіліктері егжей-тегжейлі қарастырылған жинақта жарық көрді [51].
Мысал үшін әрқайсысының қуаты 100 л.с. газ турбиналы және бензинді қозғалтқыштар мен олардың 0-ден 160 кмсағ-қа дейінгі жылдамдықтар диапазонында сипаттамалары мен олардың 0-ден 160 кмсағ-на дейінгі жылдамдықтар диапазонындағы сипаттамаларын қарастырайық. 74-суретте бұл екі қозғалтқыш үшін толықтай ашық дроссельді клапандарда қуаттың өзгеру қисығы көрсетілген. Газ турбиналы қозғалтқыштың максималды қуаты бензинді қозғалтқыштың максималды қуатының салыстырмалы жылдамдықтағы мәніне сәйкес келетінін атап өткен жөн.
74-суреттен 2-суреттегі графиктегідей газ турбиналы қозғалтқыштың қуат қисығы бензинді қозғалтқыштың қуат қисығынан жоғары орналасқандығын көруге болады. Сондықтан, газ турбиналы қозғалтқыштың қозғалысының төменрек және жоғарырақ жылдамдықтарында салыстырмалы түрде үлкен қуат өндіреді. Айналдыру моменті қисығының төрт берліске автоматты ауыстыруы бар Дженерал Моторс Хидромэтик берілісімен жабдықталған бензинді қозғалтқышы бар автомобильдің жылдамдығы бойынша салыстырмалы жүруі 75-суретте көрсетілген. Бұл жерде газ турбиналы қозғалтқыштың 48-80 кмсағ жылдамдық диапазонында автоматты немесе тікелей ауыстыруы бар екі жылдамдықты қораппен қамтамасыз етілетін екі берілістік қатынастар - төмен және жоғары беріліс - үшін қозғалыс жылдамдығынан тәуелді айналдыру моментінің өзгерісіне сәйкес келетін екі тік сызық та көрсетілген. Бұндай жүйені қолдану газ турбиналы қозғалтқыш қолданатын автомобильге автоматты беріліспен жабдықталған бензинді қозғалтқыш қолданатын автомобильдің сипаттамаларына өте жақын сипаттамаларға ие болуға мүмкіндік беретін еді.
Төменгі үзік сызық қозғалыс жылдамдығынан тәуелді аэродинамикалық қарсылықтың ескерілуімен автомобильдің жолдағы қозғалысқа қарсылығын жеңу үшін қажетті шын қуаттың өзгеруіне сәйкес келеді. Айналдыру моменті қисығы мен үзік қисықтың ординаталарының арасындағы айырмашылық жылдамдатылған қозғалысқа немесе еңістен өтуге қажетті қуаттың артық мөлшері болып табылады.
Егер газ турбиналы қозғалтқыштың төмен жылдамдықтарда автомобильдің екпін алуымен байланысты кемшіліктерін ескермесек, онда екі жылдамдықты тісшелі берілістің қажет болмауы да мүмкін екендігін атап өтуге болады. Бұл жағдайда оның 56-160 кмсағ жылдамдықтардағы сипаттамасы бензинді қозғалтқыш қолданатын автомобиль көрсеткіштерімен бірдей дерлік болады.
Қарастырылған зерттеулерге ұқсас зертеулер Дженерал Мотор фирмасының Дайнфлоу берілісі бар қозғалтқыш үшін жасалып, газ турбиналы қозғалтқыш үшін екі жылдамдықты берілісі үшін сәйкес берілістер қатынасын таңдағанда автомобильдің бензинді қозғалтқыш қолданатын автомобиль сипаттамаларына өте жақын сипаттамаларына қол жеткізуге болатынын көрсетті.
Дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану
Дифференциалды механизмі бар газ турбиналы қозғалтқышты қолдану төмен жылдамдықтарды қозғалтқыштың жоғары қуатына қол жеткізуге мүмкіндік береді, ал бұл өз кезегінде автомобильдің екпін алу көрсеткіштерін айтарлықтай жақсартуы тиіс. Сонымен қатар, бұндай схеманың қолданылуымен іске қосу кезіндегі кешігулер периоды төмендеп, қозғалтқыштың ішінара жүктемелер кезіндегі жанармайлық тиімділігі артады. Газ турбиналы қозғалтқыштың бұл типінің ерекшеліктері 5 тараудың соңында толығырақ қарастырылған.
Қозғалтқыштың автомобильдердегі орналасуы
Қарапайым газ турбиналы қозғалтқыштың өзі жинақы және шағын күштік қондырғы болып табылады. Алайда, егер жылу алмастырғышты, үлкен ауа және газ құбырларын, сонымен қатар жолаушылар бөлімін салқындату немесе желдету қажеттілігін ескерсек, онда автомобильде бұндай қозғалтқышты орналастыру үшін бензинді қозғалтқышпен салыстырғанда айтарлықтай көп орын қажет болады. Сонымен қатар, автомобильдің шасси агрегаттарының, жол-жөнекей жолаушылар бөлімінің жылулық изоляциясы қажет. Бір бөлігі осы тараудың келесі бөлімдерінде қарастырылатын ең сәтті тәжірибелік автокөліктер сәйкес поршеньді қозғалтқыштармен салыстырғанда күштік қондырғы мен құбырлардың алатын үлкен көлемдерімен сипатталады.
Газ турбиналы қозғалтқыштардың автомобиль шассиінде орналастырудың түрлі нұсқалары болғанымен, бүгінгі күнде ең қолайлы екі нұсқасы бар, олар схема түрінде 76-суретте көрсетілген [51]. Б схемасы бензинді қозғалтқыштың кәдімгі орналасуымен жүре отырып, қозғалтқышты автокөліктің алдыңғы жағында орналастыруды талап етеді, бұл кезде қуат тісшелі беріліс пен карданды білік арқылы кәдімгі дифференциалға немесе артқы ось механизміне беріледі. Б схемасында көрсетілген күштік қондырғы пршеньді қозғалтқыш қандай көлем алса, дәл сондай көлем алады деп болжанғанымен, іс жүзінде күтім мен қолданудың ыңғайлылығы үшін қозғалтқыштың алатын көлемі айтарлықтай үлкенірек болуы тиіс. Пайдаланылған газдардың үлкен көлемінің (немесе салмағының) салдарынан құбырлар мен пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр да үлкен өлшемді болуы керек. Әрі қарай қосымша көлем автомобиль шассиын қозғалтқыштың ыстық металдық бөлшектерінен қорғайтын жылулық қорғанышты орнату үшін қажет. Қозғалтқыш алдыңғы бөлікте орналасқанда жолаушылар бөлімін қозғалтқыш пен пайдаланылған газдар шығатын келте құбыр жылуынан изоляциялау үшін қосымша арнайы шаралар жүргізілуі керек. Қозғалтқыштың орналасуының енді бір нұсқасы 76, А-суретте көрсетілген. Бұл схема бойынша, қозғалтқыш пен тісшелі беріліс автокөліктің артқы бөлігінде жолаушылар бөлімінің артында орналастырылады, ал алдыңғы капоттық жақта босаған орында жанармай багы, қосалқы дөңгелек және жүк бөлімі орналасуы мүмкін. Жылу алмастырғыш, тісшелі беріліс, дифференциалды механизм, ауа және газ құбырлары автокөліктің артқы бөлігінде орналасуы керек болғандықтан, оған қоса бұл бөлшектерді күту үшін қол жетімді болуы үшін автокөліктің сериялық моделінің артқы бөлігі кәдімгі автокөлік кузовының артқы бөлігінен айтарлықтай үлкен болуы тиіс. Күштік қондырғы мен берілістің автокөліктің артқы бөлігінде орналасуы алдыңғы дөңгелектер ілінісі мен тежеу моментін төмендетеді. Сол себептен, Ровер фирмасының Т-3 автокөлігінде жасалғандай барлық төрт дөңгелектің айналымға келтірілуі өте қызықты, себебі бұл көрсетілген міндеттердің шешімдерінің бірін береді.
Автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштардың дамуындағы жетістіктер
1950 жылы әлемде Ровер фирмасымен дайындалған алғаш газ турбиналы қозғалтқыш пайда болып, бензинді қозғалтқышқа бәсекелес ретінде ұсынылғаннан кейін, көптеген моторлы фирмалар қозғалтқыштың бұл типін зерттеп, дамыту жолында ауқымды жұмыстар жүргізді. Салыстырмалы түрде шусыз жұмыс істейтін және құрастыру бағасының арзандығы бойынша бензинді немесе Дизель қозғалтқыштарымен жабдықталған автомобильдермен салыстырмалы шағын, эффективтілігі жоғары автомобильді жасаумен байланысты міндеттер шешімін табуы тиіс. Сондықтан, бұған дейін жүргізілген тәжірибелік жұмыстардың көпшілігі бұл мақсаттарға бағытталған. Қазіргі уақытта жеңіл және жүк автокөліктерін шығаратын 25-тен аса әлемдік фирмалар газ турбиналық қозғалтқыштар жасап, оны жеңіл автомобильдерге де, жүк автокөліктеріне де орнатып зерттеу жұмыстарын жүргізіп жатыр.
Англияда Ровер және Остин фирмалары қазіргі таңда газ турбиналы қозғалтқыш орнатылған автомобиль тиімділігі, қозғалтқыш габариттерінің минималдығы және құрастыру бағасының төмендігі бойынша бензинді немесе Дизель қозғалтқыштары орнатылған автокөліктермен бәсекеге түсуге қабілетті болар алдында шешімін таппаған мәселелерді шешу үшін бүкіл күштерін салуда.
АҚШ-та бұл саладағы зерттеу және жобалау жұмыстарын жүргізуге салыстырмалы түрде өте көп қаржы жұмсалған. Үш жетекші фирма - Крайслер, Форд және Дженерал Моторс - газ турбиналы автомобильдердің дамуында айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізді. Бұл тараудың соңында аталмыш саладағы бұған дейін аталған кейбір фирмалардың заманауи жетістіктері қарастырылады.
Ровер фирмасының қозтқалтқышы орнатылған автомобиль алғашқылардың бірі болып жасалғанымен, бұл бастамадан көп кешікпей Боинг фирмасы максималды жүк көтеру қабілеті 31 т, қуаттылығы 160 л.с. газ турбиналы қозғалтқышпен жабдықталған жүк автокөлігін сынақтан өткізе бастағанын атап өтуге болады. Сынақтар кезінде автокөліктің жүрген жолы бірнеше мыңдаған километрді құраған. Бұған дейін орнатылған Дизель қозғалтқышымен автокөліктің орташа тиімділігі 1,41 кмл құраса, газ турбиналы қозғалтқыш жағдайында - 0,53 кмл. Алайда, ортадан тепкіш компрессор мен екі сатылы турбинадан құралған қозғалтқыштың схемасы қарапайым болғандықтан, оның жанармай шығыны бойынша жоғарғы көрсеткіштерге ие болуы мүмкін емес еді.
Еуропалық құрлықта газ турбиналы қозғалтқыштар саласындағы зерттеулер Рено, Лафли, S.O.C.E.M.A. (Франция) және Фиат (Италия) фирмаларымен жүргізілді. Соған байланысты, 1957 жылы газ турбиналы қозғалтқыш орнатылған автокөлік жылдамдығының рекорды (бұған дейін бұл рекорд Ровер фирмасының автокөлігіне тиесілі, және жүріс басынан 242 кмсағ құраған болатын) Рено фирмасының Этуаль Филанте автокөлігімен жасалған болатын және 309 кмсағ құрады. Бұл автомобиль Турбомека фирмасының біліктің 28 000 айнмин-на тең жылдамдығында 270 л.с. қуат өндіретін бос турбинасы бар Турмо І қозғалтқышымен жабдықталған болатын. 202 кмсағ максималды жылдамдық өндірген S.O.C.E.M.A фирмасының меншікті салмағы 0,5 кгл.с., қуаттылығы 100 л.с. қозғалтқышы Грегуар-Хотчкисс автомобилінде орнатылған.
Бұған дейін түрлі фирмалармен дамытылған тәжірибелік автокөліктердің көпшілігінде бастапқыда 100-ден 250 л.с.-қа дейін қуат өндіретін өндірістік күштік қондырғылар түрінде жобаланған газ турбиналы қозғалтқыштар орнатылған. Бұндай автомобильде орналастыруға бейімделген қозғалтқыштар бос турбинасы бар немесе бос турбинасыз, кейде жылу алмастырғышпен жабдықталған қарапайым газ турбиналы қозғалтқыш схемасы бойынша жасалған. Автомобильдердің кейбір конструкцияларында, мысалы Лафли және Сосема Сематурбо фирмаларының автокөліктерінде бос турбинасы бар қозғалтқыштағы тежеу эффектінің жоқтығымен байланысты қиындықтар қажетті тежеулік әсер алу үшін арнайы қондырғыларды қолдану жолымен шешілген болатын. Осылайша, Лафли фирмасының автомобильдерінің бірінде буріліс жүйесінде газ педалімен байланысқан көп дискті ауа тежегіші қолданылған. Бұл тежегіш педальді босатқан кезде тежеу эффектін тудырған. Сосема Сематурбо фирмасының автомобилінде дәл сондай тежеу эффекті автокөліктің тежеу жүйесінде элетромагнитті тежегішті қолдану арқылы алынған.
Бірнеше жылдар аралығында қуаттылығы 200 л.с. Фиат 8001 газ турбиналы қозғалтқышы интенсивті зерттелген болатын. Қозғалтқыш екі сатылы турбинамен айналымға келтірілетін екі сатылы ортадан тепкіш компрессормен жабдықталған болатын (сурет 77). Бұл турбинадан шығатын газдар содан кейін бір сатылы бос турбинада жұмыс атқаратын, одан пайдалы қуат алынатын. Жанармай шығынын азайту үшін қозғалтқышта 7-ге тең ауа қысымын арттыру дәрежесі қолданылған.
Басқа мемлекеттерде, әсіресе, Германия, Жапония және Ресейде автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштар саласында айтарлықтай зерттеу жұмыстары жүргізілді. Айтылғандардың барлығынан бұл қозғалтқыштарға деген қызығушылық бүкіл әлемде пайда болып жатыр деген қорытынды жасауға болады.
Осы уақытқа дейін жарияланған автомобильді газ турбиналы қозғалтқыштар бойынша тәжірибелік жұмыстар нәтижелеріне баға беру әлі де ерте. Дегенмен, белгілі жеңіл және жүк автокөліктерінің шассилерінде зерттеу мақсаттары үшін газ турбиналық қозғалтқыштарды орнату болашақта сериялы газ турбиналы қозғалтқышты автокөліктер конструкциясында қазіргі уақытта автомобиль, оның шассиы мен кузовының жалпы қабылданған конструкциясының қолданылмайтындығын көрсетті.
Жолда сынау кезінде автомобилдерде орнатылған көпшілік шағын газ турбиналы қозғалтқыштар қанағаттанарлық нәтижелер бергенімен, бағасы ескеріле отырып газ турбиналық қозғалтқыштар орнатылған автокөліктерді жаппай шығарылымға жіберуге мүмкіндік беретін қозғалтқыштың барлық элементтерінің конструкциялары жасалғанша әлі ұзақ уақыт қажет болады. Қазіргі уақытта қуаттылығы 100-ден 200 л.с.-қа дейін, жылу алмастырғышы бар, бензинді қозғалтқыш сипаттамаларымен салыстырмалы сипаттамаларға ие, газ турбиналы қозғалтқыштар бар. Алайда, бұл қозғалтқыштарды өндіру құны жоғарырақ болып табылады. Сондықтан, қазіргі уақытта қозғалтқыштың кейбір элементтерін, әсіресе компрессор мен турбина роторларын, жұмысшы және бағыттаушы күрекшелердің өндіру әдістері бұл элементтерді дайындаудың қажетті дәлдігінің дәрежесі мен бағасының төмендігі тұрғысынан зерттеліп жатыр. Бұл мәселелер шешімін тапқаннан кейін газ турбиналы автомобильдер кең қолданыс табады деп күтуге болады.
Кейбір басқа автомобильді қозғалтқыштар
Бұған дейін көрсетілгендей, қазіргі уақытта өте көп тәжірибелік газ турбиналы қозғалтқыштар жасалған. Жалпыға белгілі автомобильді фирмаларының көпшілігі газ турбиналы қозғалтқышпен байланысты негізгі міндеттері шешілсе, онда бұл поршеньді іштен жану қозғалтқыштарын қолданатын автокөліктердің рөлінің азаюына алып келетіндігін түсінеді. Газ турбиналы қозғалтқыштар мен автомобильдерді зерттеп, дамыту жолында өте көп фирмалар жұмыс істеп жатқандықтан, олардың барлығын қарастыруға мүмкіндік жоқ. Сондықтан, қарастыру үшін кейбір әйгілі автомобильді фирмалар жасаған немесе дамытып жатқан қозғалтқыштың ең қызықты деген конструкцияларының қатары алынды.
Ровер фирмасының газ турбиналы қозғалтқыштары
Газ турбиналы қозғалтқышы бар жеңіл автокөліктің алғаш көрсетілімін Ровер фирмасы (Солихул, Варфикс) жасаған болатын. Фирманың газ турбиналы қозғалтқыштарға деген қызығушылығы 1940 жылы Уиттл "Пауэр Джетспен" бірлесе отырып авиациялық қозғалтқыштар жасағанда пайда болған болатын. Соғыстан кейін, 1948 жылы фирфа тәжірибелік газ турбиналы қозғалтқыш жасап, ол ұзақ уақыт стендтік сынақтардан өткізілген болатын. Қозғалтқыштың қуаттылығы 100 л.с., салмағы 91 кг, ал өлшемдері қуаттылығы 75 л.с. автомобиль поршеньді қозғалтқышының өлшемдерінен кішірек болатын. Қозғалтқыш (78-сурет) крейсерлік режимде 50 000 айнмин, ал бос жүріс режимінде 6000 айнмин жылдамдық өндіретін. Қозғалтқыштың сол жақ бөлігінде ұзынша келген корпуста бекітілген, қозғалтқыш білігін автомобиль білігімен байланыстыруға арналған аралық біоік орналасқан. Ол кәдімгі ілініс муфтасы мен беріліс қорабының орнын басады.
1950 жылдың наурызында бос күштік турбинасы бар тәжірибелік газ турбиналы қозғалтқышпен жабдықталған "Ровер" ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz