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Bürgermeister

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Sonntag, 2. September 2012, 02:32

Wie der Verdichter eines Turboladers den Ladedruck erzeugt

Nachdem ich dieses Thema im Original schon in D im http://evofan.de/index.php Forum eingestellt habe, werde ich hier dann die leicht abgewandelte Kopie auch einstellen.


Eben, beim zig-wiederholten Lesen des Motair® Turbolader-Lehrgang-Heftes = http://books.google.de/books/about/Techn…AAJ&redir_esc=y erinnerte ich mich an einen alten Austausch mit, bei Euch @Just-Solutions über das hierige Thema : Nach welchen Prinzipien funktiert die Ladedruckerzeugung im Inneren des Turbo-Kompressors ?

So, oder so ähnlich wird es sein, ... Zitat : "Der Kompressor eines Turboladers ist ein Kreiselverdichters, bei dem die kinetische Energie der (schnell umgeschleuderten) Luft im Diffusor innen im Kompressorgehäuse in Druckenergie umgewandelt wird. Vereinfacht kann man sich vorstellen, daß wenn man Kaffee in einer Tasse mit einem Löffel schnell umrührt, dieser durch die Drehbewegung gegen die Tassenwand geschleudert wird. Die Luft im Kompressor rotiert genauso und wird in den Diffusor geschleudert, worauf sie als Druckluft zum Motor strömt."

Unter dem Stichwort "Kreiselverdichter" hab ich bei Wiki nix gefunden, aber dafür Turbokompressor = http://de.wikipedia.org/wiki/Turbokompressor



Das Bild zeigt zwar nur einen Axial-Verdichter, unseren Kompressor würde ICH eher als einen #Axial-Radial-Verdichter#(korrigiert in der Ergänzung) bezeichnen, aber ich denke ES "trifft" es einigermaßen, oder ? :?:

Zitat : "Der Turbokompressor (auch Turboverdichter) gehört zu den thermischen Turbomaschinen. Er arbeitet in der Umkehrung des Prinzips der Turbine, ähnelt in Bauteilen und Aufbau auch der Kreiselpumpe und fördert das jeweilige Medium ebenfalls durch Übertragung kinetischer Energie in Form eines Drallimpulses. Im Unterschied zur Pumpe wird das Gas im Verdichter komprimiert, das heißt bei gleichem Massenstrom ist der Volumenstrom am Austritt geringer. Die aufzuwendende Volumenänderungsarbeit muss von einer Pumpe nicht aufgebracht werden, weshalb bei gleichem Druckaufbau die Pumparbeit wesentlich geringer ist als die Verdichter-bzw. Kompressorarbeit."

In dem Text steht auch was zu dem uns allbekannten "Surge" :

"Eine der typischen Eigenschaften jedes Turbokompressors ist die Neigung, in ungünstigen Betriebszuständen zu „pumpen“ (engl. surge) – ein Phänomen, das auftritt, wenn bei einem bestimmten Druck ein Mindestmassenstrom unterschritten wird, denn von diesem hängt die Anströmung der Turbinenschaufeln ab. Bei zu kleinem Massenstrom wird der Anströmwinkel so groß, dass die Strömung abreißt. Dadurch wird weniger Impuls auf das Medium übertragen, sodass der Massenstrom weiter abnimmt und die Strömung auch an anderen Schaufeln oder Verdichterstufen abreißt. Die Druckdifferenz zwischen Austritt und Eintritt kann nicht aufrecht erhalten werden, es kommt zu einer Rückströmung durch den Kompressor. In der Folge sinkt die Druckdifferenz und der Kompressor fördert wieder, bis der Pumppunkt erneut erreicht wird. Dieser Vorgang läuft zyklisch mit einer Frequenz von ca. 0,3–5 Hz ab und ist mit einem typischen Geräusch verbunden :D ... . Dieses Pumpen tritt je nach Stärke der Fehlanpassung des Verdichters in verschiedenen Intensitäten auf. Bei einer leichten Fehlanpassung kommt es zu einem "rotating stall", wobei lediglich einzelne Schaufeln des Kompressors einen Strömungsabriss erfahren. Dabei rotiert der Strömungsabriss entgegen der Verdichterdrehrichtung. Dies ist mit einem knurrenden bzw. brummenden Geräusch verbunden und führt zu einem leichten Leistungsabfall der Verdichters. Dabei werden die Kompressorschaufeln zu Schwingungen angeregt, was zu Schaufelbrüchen führen kann. Wenn die Fehlanpassung größer wird, kann es zu einem totalen Strömungsabriss kommen, wobei die Leistung total zusammenbricht und ein lauter Knall entsteht."

Das mit dem Surge, .... "hochspannend" nicht ?

Eine Steigerung des Prinzips des Turbokompressors ist die Turbomolekularpumpe = http://de.wikipedia.org/wiki/Turbomoleku..._.28TMP.29 ... diese wird aber nur zur Erzeugung eines hohen Vakuums verwendet.
Daraus auch ein für uns sehr interessantes Zitat = "Die Pumpwirkung resultiert vielmehr daraus, daß den Atomen und Teilchen Impulse mit einer axialen Komponente zugefügt werden. Ob dieser zusätzliche Impuls zum Verlassen des Rezipienten ausreicht, hängt dabei von der Teilchenmasse und damit von der Atomsorte ab. Leichte Moleküle haben zum Beispiel bei Raumtemperatur eine sehr hohe Geschwindigkeit, sodass über die Pumpe nur ein kleiner zusätzlicher Impuls übertragen wird."

So, obiges ist also das Ergebnis meiner "Fleißarbeit" .. :) ... mal schauen, wie es bei Euch ankommt. :?:

#Korrigierende Ergänzung : Bei Wiki läuft ER unter Radial-Verdichter. Zitat : "Beim Radialverdichter strömt das Gas axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial) abgelenkt ... Eingesetzt werden diese Verdichter etwa im Abgasturbolader. Hier erhöht sich der Druck jedoch nicht durch den sich verengenden Kanalquerschnitt, sondern vielmehr dadurch, dass der Zwischenraum zwischen den Schaufeln eines solchen Verdichters die Form eines Diffusors einnimmt. Hier steigen der Druck und die Temperatur, während die Geschwindigkeit sinkt. Im sich drehenden Teil einer Verdichterstufe (Laufrad, Rotor) wird der Luft die für den weiteren Druckaufbau nötige kinetische Energie wieder zugeführt."
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Sonntag, 11. November 2012, 12:01

.
Hab da noch eine, wie ich meine, gute Ergänzung gefunden :

"Der Zentrifugalverdichter eines Turboladers besteht aus dem Laufrad, dem Diffusor und dem Spiralgehäuse. Die Ladeluft wird axial angesaugt und im Rad auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt (im Absolutsystem, d. h. für einen gehäusefesten Beobachter ... :D ) . Die Luft verläßt das Verdichterrad im allgemeinen in radialer Richtung. Unmittelbar an das Laufrad schließt sich ein Diffusor an, der konstuktiv aus der Verdichterrückwand und einem Teil des Spiralgehäuses gebildet wird. Im Diffusor wird die Geschwindigkeit der Luft weitgehend verlustfrei verringert. Dabei steigen der Druck, allesdings auch die Gastemperatur, weiter an. Selbst bei konstanter Diffusorbreite ergibt sich aufgrund der Vergrößerung des Radius in Strömungsrichtung eine Zunahme des Srömungsquerschnittes und damit eine Verzögerung der Strömung. Bislang werden im Pkw-Bereich im allgemeinen unbeschaufelte Diffusoren fixer Geometrie eingesetzt. Diese weisen eine große Kennfeldbreite auf. Im Spiralgehäuse wird die Luft gesammelt und die Geschwindigkeit bis zum Verdichteraustritt weiter reduziert, was einen weiteren Druckanstieg mit sich bringt. Aerodynamisch betrachtet ist die Verdichterströmung eine verzögerte Strömung (im Relativsystem, das heißt für einen auf dem Rad positionierten Beobachter ... nochmal ein :D ) . Die Kanäle des Verdichterrades sind komplex geformte Diffusoren. Die Strömung in den Kanälen erfolgt in Richtung eines positiven Druckgradienten. Verdichterräder für Pkw-Anwendungen weisen ein Vergleichsweise großes Nabenverhältnis (Verhältnis zwischen Verdichterein- und Verdichteraustrittsdurchmesser), eine angepaßte Schaufelanzahl,sowie dünne, rückwärts gekrümmte Schaufeln auf. Zur Verringerung der Bauteilspannung im Betrieb sind die Schaufeln konstruktiv schräg an die Nabe angebunden."

..... aus dem Buch "Ottomotor mit Direkteinspritzung" von Dr.-Ing. Richard von Basshuysen (Hrsg.)
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Montag, 30. Juni 2014, 14:39

Transsonischer Verdichter, auch Zentrifugal-Kompressor

.
Ich habe noch ein bißchen was grundlagenmäßiges gefunden, was auf die Verdichterseite der Turbolader zutrifft. Zitate :

Transsonischer Verdichter
"Unter einem transsonischen Verdichter versteht man einen Turboverdichter axialer oder radialer Bauart, in dem die Strömungsgeschwindigkeit im Relativsystem (der Beobachter „sitzt auf der rotierenden Rotorschaufel“) mindestens lokal die Schallgeschwindigkeit übersteigt. Der Vorteil transsonischer Verdichter sind die hohen Leistungsdichten ... , da das System sehr kompakt ist. Diese Verdichter sind durch komplexe Systeme von Verdichtungsstößen gekennzeichnet, die die Auslegung und den stabilen Betrieb des Verdichters erheblich erschweren. Nachteilig sind auch die hohen Verluste, die mit den Verdichtungsstößen einhergehen und welchen nur durch komplexe dreidimensionale Beschaufelungen und ausgefeilte Profile begegnet werden kann."
Transsonische Strömung
"Bei einer transsonischen Strömung treten im Strömungsfeld eines kompressiblen Fluids gleichzeitig Bereiche mit Strömungsgeschwindigkeiten im Unter- und Überschallbereich auf."

Zentrifugalkompressor
"Der Zentrifugalkompressor oder auch Radialkompressor ist ein Kompressor, bei dem das zu komprimierende Gas durch ein in einem angepassten Gehäuse laufendes Flügelrad in Rotation versetzt wird und von innen nach außen läuft. Wird das Abfließen des Fluids behindert, baut sich durch die Zentrifugalkraft ein erhöhter Druck auf, der an der Peripherie sein Maximum hat.
Diese Art von Kompressoren wird u.A. zur Aufladung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Die Antriebsleistung stammt entweder über ein Übersetzungsgetriebe von der Kurbelwelle oder über eine Turbine vom Abgasstrom des Motors - in letzterem Fall handelt es sich um einen Abgasturbolader."

;) ;)
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Montag, 21. März 2016, 07:00

"Surge" :

"Eine der typischen Eigenschaften jedes Turbokompressors ist die Neigung, in ungünstigen Betriebszuständen zu „pumpen“ (engl. surge) – ein Phänomen, das auftritt, wenn bei einem bestimmten Druck ein Mindestmassenstrom unterschritten wird, denn von diesem hängt die Anströmung der Turbinenschaufeln ab. Bei zu kleinem Massenstrom wird der Anströmwinkel so groß, dass die Strömung abreißt. Dadurch wird weniger Impuls auf das Medium übertragen, sodass der Massenstrom weiter abnimmt und die Strömung auch an anderen Schaufeln oder Verdichterstufen abreißt. Die Druckdifferenz zwischen Austritt und Eintritt kann nicht aufrecht erhalten werden, es kommt zu einer Rückströmung durch den Kompressor. In der Folge sinkt die Druckdifferenz und der Kompressor fördert wieder, bis der Pumppunkt erneut erreicht wird. Dieser Vorgang läuft zyklisch mit einer Frequenz von ca. 0,3–5 Hz ab und ist mit einem typischen Geräusch verbunden :D ... . Dieses Pumpen tritt je nach Stärke der Fehlanpassung des Verdichters in verschiedenen Intensitäten auf. Bei einer leichten Fehlanpassung kommt es zu einem "rotating stall", wobei lediglich einzelne Schaufeln des Kompressors einen Strömungsabriss erfahren. Dabei rotiert der Strömungsabriss entgegen der Verdichterdrehrichtung. Dies ist mit einem knurrenden bzw. brummenden Geräusch verbunden und führt zu einem leichten Leistungsabfall der Verdichters. Dabei werden die Kompressorschaufeln zu Schwingungen angeregt, was zu Schaufelbrüchen führen kann. Wenn die Fehlanpassung größer wird, kann es zu einem totalen Strömungsabriss kommen, wobei die Leistung total zusammenbricht und ein lauter Knall entsteht."
...

.
Als Maßnahme gegen den surge wird ein entsprechend gestaltetes Verdichtergehäuse verwendet. Prinzipskizze :
.

.
Diese surge port Gehäuse haben einen doppelten Effekt. Einmal gegen den surge und zusätzlich für das Hochziehen bzw. Erweitern der sog. Stopfgrenze der Verdichterseite.

"Die Stopfgrenze begrenzt den Durchsatzbereich zu hohen Volumenströmen hin, womit der Verdichter an die Grenze seiner Förderkapazität stößt.
Dies ist dann der Fall, wenn die Luft am Verdichterrad-Eintritt Schallgeschwindigkeit hat.
Die Surge-Rezirkulationskanäle dienen dort dann als Erweiterung des Eintrittsquerschnitts, durch den zusätzliche Luft angesaugt werden kann.
Mit surge port Gehäusen kann obenrum also mehr Luftmenge geliefert werden als die ohne surge port !!!"

Selbst bei Ladern wo kein surge auftritt, ist das Cover für mehr Luftmenge gut. Verkürzt : Man kann n bißchen mehr PS damit rausholen .. eine win - win Angelegenheit halt !!
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