مقایسه توربو شارژ و سوپر شارژ موتور دریایی

تصور کنید که یک کشتی عظیم در حال حرکت در دریاهای طوفانی است و قلب آن، یعنی موتور، آن را با نیروی فوق العاده ای به جلو می راند.پاسخ به این سوال در دو تکنولوژی کلیدی است.این مقاله این سیستم های محرک اجباری را بررسی می کند که در پیشبرد کشتی انقلابی ایجاد می کنند.

1. توربو شارژر: افزون کننده عملکرد موتور

توربو شارژرها به عنوان "سوپر شارژر" موتور عمل می کنند و هوا را به اتاق احتراق می کشند تا عملکرد و قدرت موتور احتراق داخلی را به طور قابل توجهی افزایش دهند.این امر باعث می شود قدرت بیشتری از همان محرکهای محرکهای مهم برای موتورهای دریایی با اولویت بهره وری و عملکرد بالا.

2طراحی پیچیده توربو شارژرها

توربو شارژر ها قطعات ساده ای نیستند بلکه سیستم های پیچیده ای هستند با قطعات متعدد همگام که در هماهنگی کار می کنند.

3اجزای اصلی توربو شارژر

3.1 توربین: مرکز تبدیل انرژی

توربین انرژی گازهای خروجی را به نیروی چرخش تبدیل می کند تا کمپرسور را حرکت دهد. عناصر کلیدی شامل خانه توربین، چرخ چرخ و حلقه نوزل است که جریان خروجی را بهینه می کند.

3.2 کمپرسور: واحد فشار هوا

این قطعه هوا را جذب می کند و فشرده می کند و تراکم اکسیژن وارد اتاق احتراق را افزایش می دهد. اجزای اصلی آن خانه کمپرسور، چرخ چرخ و پخش کننده هستند.

3.3 محرک: راهنمای جریان هوا

در ورودی کمپرسور قرار داده شده است، تیغه های طراحی شده ویژه ای از محرک به آرامی جریان هوا را به سمت چرخدار هدایت می کند و آشفتگی را کاهش می دهد.

3.4 دیفوزور: کنورتر Kinetic-to-Pressure

این قطعه که در خروجی کمپرسور قرار دارد، با استفاده از لوله های ثابت، هوا با سرعت بالا و فشار پایین را به جریان با فشار بالا و سرعت پایین تبدیل می کند.

3.5 مهر و موم لابراتوار: مانع نشت

این مهر و موم نشت روغن و هوا را بین اجزای چرخان و ثابت از طریق شکاف های متصل به هم به حداقل می رساند.

3.6 راننده: پایه چرخش

اسکناس ها با استفاده از اسکناس های توپ یا آستین با روانکاری مناسب، در محور چرخش با حداقل اصطکاک را پشتیبانی می کنند.

3.7 نوزل: کارگردان دقت

نوزل ها زاویه گاز خروجی را برای ضربه زدن به تیغه های توربین برای حداکثر استخراج انرژی بهینه می کنند، به طور معمول با استفاده از حلقه های قابل تنظیم.

3.8 فیلترها: موانع آلودگی

فیلترهای هوا در ورودی های کمپرسور و فیلترهای روغن در سیستم های روان کننده از اجزای موجود در برابر آسیب های باقی مانده محافظت می کنند.

3.9 فشار سنج: مانیتور عملکرد

این ها تفاوت فشار را در سراسر کمپرسور اندازه گیری می کنند تا سلامت توربو شارژر را ارزیابی کنند و مشکلات را تشخیص دهند.

3.10 Wastegate: محافظ بیش از حد سرعت

این شیر جریان گازهای خروجی را به توربین تنظیم می کند و از سرعت بیش از حد خطرناک جلوگیری می کند.

3.11 Intercooler: افزون کننده تراکم هوا

خنک کننده های میانگین دمای هوای فشرده را کاهش می دهند، تراکم و کارایی احتراق را افزایش می دهند.

4توربو شارژ پالس: استفاده از انرژی انفجاری

سیستم های پالس از نوسانات فشار خروجی از پالس های شلیک سیلندر استفاده می کنند.این پالس های انرژی بالا باعث واکنش سریع تر توربین می شوند که به ویژه در سرعت های پایین موتور مفید است..

4.1 نحوه کار توربو شارژ پالس

این سیستم از انفجارهای گازی متناوب از هر سیلندر استفاده می کند. این پالس های پر انرژی چرخش توربین را موثرتر از جریان ثابت هدایت می کنند.

4.2 پیکربندی سیستم

• دسته بندی های خروجی اختصاصی:هر سیلندر دارای لوله های مستقل است
• گروه بندی دستور تیراندازی:لوله های ترتیب داده شده با توالی روشنایی زمان نبض را بهینه می کنند
• هدف قرار دادن نوزل:جریان های خروجی به طور دقیق به سمت بخش های توربین هدایت می شوند

4.3 مزایا

• پاسخ سریع گاز با کمترین تاخیر
• چرخش کم در دقیقه افزایش یافته
• پاکسازی بهتر سیلندر از امواج فشار

4.4 معایب

• فشار معکوس بیشتری در گازهای خروجی با سرعت بالا
• لوله کشی پیچیده باعث افزایش هزینه می شود
• صداهای بلند تر از تقویت پالس

4.5 کاربردها

ایده آل برای:

• موتورهای کمکی دریایی
• موتورهای کوچک تر که اولویت واکنش با سرعت پایین را دارند
• برنامه های کاربردی با تغییرات بار مکرر

5. توربو شارژ فشار ثابت: تحویل قدرت ثابت

این روش گازهای خروجی را از تمام سیلندر ها به یک انبوه مشترک جمع آوری می کند و پالس ها را برای عملکرد صاف تر توربین بهینه سازی شده برای کارایی RPM بالا از بین می برد.

5.1 اصل کار

با حفظ فشار گازهای خروجی پایدار از طریق جمع آوری یکپارچه، توربین ها جریان ثابت را بدون تأثیر وقایع آتش زدن سیلندر دریافت می کنند.

5.2 ساختار سیستم

• دسته بندی مشترک:جمع آوری کننده بزرگ که تمام جریان های خروجی را ترکیب می کند
• لوله کشی ساده:لوله تغذیه ی تک توربین پیچیدگی را کاهش می دهد

5.3 مزایا

• کاهش فشار معکوس باعث افزایش عملکرد در سرعت بالا می شود
• کاهش هزینه های تولید از طریق طراحی ساده
• عملکرد صاف تربین با فرسایش کمتر
• بهره وری بالاتر در بار بالا

5.4 معایب

• واکنش آهسته تر به تغییرات گاز
• کاهش اثربخشی در دورهای کم

5.5 موارد اجرا

معمولاً در:

• دیزل های بزرگ دریایی
• نیروگاه های تولیدی برق
• وسایل نقلیه سنگین با بار ثابت

6انواع توربو شارژر

6.1 توربو شارژرهای شعاعی

طراحی:استفاده از کمپرسورهای سانتریفیوژ با توربین های شعاعی
مزایا:ساخت ساده، هزینه کمتر، مناسب برای موتورهای کوچک
معایب:عدم کارایی در فشار بالا، افزایش فشار عقب
روغن:سیستم تغذیه روغن پایه

6.2 توربو شارژرهای محوری

طراحی:کمپرسورها و توربین های جریان موازی
مزایا:عملکرد عالی در فشار بالا، کاهش فشار معکوس
معایب:عملکرد کم سرعت کمی ضعیف تر
روغن:نیاز به سیستم های پیشرفته فشار بالا

6.3 توربو شارژرهای جریان مخلوط

طراحی:پیکربندی هیبریدی شعاعی/ محوری
مزایا:بهره وری متعادل و پایداری
معایب:به اندازه طرح های محوری خالص در جریان های شدید کارآمد نیست

7سوپربارگرها: تحویل قدرت فوری

7.1 اصل کار

سوپرکاچرها قبل از احتراق هوا را فشرده می کنند. مستقیماً توسط کراکشافت هدایت می شوند، پاسخ فوری را ارائه می دهند اما 30 تا 35٪ از قدرت موتور را برای کار مصرف می کنند.

7.2 چرا توربو ها بر کاربردهای دریایی تسلط دارند

توربو شارژرها در استفاده از کشتی ها غالب هستند زیرا به جای مصرف قدرت موتور، انرژی هدر رفته گاز خروجی را به کار می برند.این باعث می شود که آن ها به طور قابل توجهی کارآمدتر باشند، با فشرده سازی هوا بیشتر در هر واحد سوخت در حالی که اقتصاد موتور را بهبود می بخشد.

8مقایسه توربو شارژر و سوپرا شارژر