Пенкилер Форум

Изходяща Тръба След Турбото (Даунпайп/Dounpipe) - Възможности За Оптимизация


Обърнете внимание на дизайна на изпускателната тръба на турбото от снимката.
Това ми се върти в главата буквално от години, но до сега нямах нищо от практиката, което да онагледи идеята ми. Както още на 16 годишна възраст установих, когато аз се сетя за нещо, то е вече измислено поне преди 10-15 години от някой на който му е работа да измисля такива неща... - Това по никакъв начин не ми намалява кефа от мислените експерименти!

Аргумент да се мисли в посока на оптимизиране на първата част от изпускателната тръба непосредствено след турбото:
- Потока от газове напуска турбинния корпус като се върти с висока скорост, като газовете имат съществена маса (напр. около 20 кг/мин/300 г./сек. за 400 к.с.). Съществената маса означава, че центробежните сили също са съществени. В резултат на центробежните сили изгорелите газове се притискат към вътрешните стени на изпускателната тръба, като налягането в тази зона и следователно дебита от там нарастват, което води до съпротивление спрямо новопостъпващият газ от изхода на турбината. Това води до зона с ниско налягане в средата на изходящата тръба и следователно изходящата тръба се държи като такава с по-малък от действителният си диаметър. Това ефективно намалява разликата в наляганията пред и зад турбината (delta P), което намалява както обемната ефективност на системата, така и ефективността на пръвръщане на единица тегло газове във въртящ момент за въртене на компресора.

Допълнителен аргумент от практиката:
- Понякога само заради ограничения породени от ефекта на центробежните сили на газовете описан в горния аргумент, турбо двигатели се оборудват с изпускателни системи с прекалено голям диаметър, което от своя страна води до създаване на излишно голяма инертност и съпротивление, които изгорелите газове трябва да преодоляват, което води до същият ефект описан в горния аргумент - по-малка разлика в наляганията (delta P) и по-лоша релация между преминаващото тегло през турбината и отдаваният въртящ момент.
Ако за даден дебит при ламинарен поток е достатъчно сечението на тръба с вътрешен диаметър 60 или 66 мм (външно 63 или 70 мм), то в следствие на ограничението от изходящата тръба, може да се наложи цялата изпускателна система да се изработи на 73 или дори 80 мм вътрешно, което е излишно и вредно.

Допълнителен аргумент от геометричните форми и дизайна на масовите турбинни колела:
- Турбинните колела имат ос, която ги свързва с компресора на турбо компресора. Тази ос преминава в основа за лопатките с по-голям диаметър и определен аеродинамичен дизайн и завършва с контрираща глава на болт позволяваща затягането на оста към компресорното колело. Площа и диаметъра на контриращата глава (обикновенно шестостен 15-20мм) са съществени и затова хвърлят аеродинамична сянка с много голямо разреждане в изходящият поток на работния флуид от изгорели газове. Това  допълнително намалява ефективното използваемо сечение на изходящата тръба.

Цел: Постигане на ламинарен поток възможно най-близо до турбинното колело.

Решение: Нещо подобно на изходящата тръба от прикачената снимка.

Допълнително възможно решение: Плътно тяло с аеродинамична форма следващо формата на продукта от аеродинамичната сянка и центробежните сили (приблизителна форма: много издължена капка) окачено на статори с атакуващ ръб с незначителна площ. Възможно е да се постигне ефект като от удвояване на площа на изходящата тръба въпреки, че в нея може да се намира плътно капковидно тяло чийто изходящ най-тънък край да се припокрива частично с центрирана тръба с по-малък от основния диаметър на изходящата тръба.

Ефекта от аеродинамичната сянка на оста на турбинното колело и центробежните сили в резултата на въртенето на изходящият поток е с много съществена величина и си заслущава да му се обърне внимание в дизайн с претенции за технологичност и изчерпателност.

Поздрави!

Ето малко пояснителни рисунки за онагледяване.

Не съм убеден дали формите са точно такива, но с радиална турбина би трябвало да са такива, центробежните сили са най-малки в средата и най-големи в края на въртящ се диск, съответно с изкачване към външния диаметър, стръмността на изкачването би трябвало да се покачва докато налягането на газовете не се изравни по големина на силата с центробежните сили. Затова и съм нарисувал зоните с тази форма, обратното би било нелогично, кривите да започват стръмно и наклона да намалява, защото центробежната сила се увеличава, а не намалява в тази посока. Освен това там няма нищо, което да забави въртенето и в първите сантиметри след изхода забавянето би следвало да е незначително.

Има един слабо известен тип турбинни корпуси, който се нарича on center turbines, което е обратното на по-популярните radial gas turbines. При он център турбините корпуси фланеца за входа на турбината е с равнина перпендикулярна на радиуса, тоест сочи към центъра, докато при радиалните турбини оста на входа е по някаква допирателна. Други особени разлики няма, защото аеровото стеснение при он център турбинните корпуси отново има стесняваща се центростремителна форма. Потока през аеровото стеснение при тези турбини е по-разколебан в сравнение с радиалните, но пък се пести място, както в диаметър, така и в дълбочина. Както и да е.

Газовете влизат и се движат в аеровото стеснение по посока на въртенето на турбината, навлизат през слота към турбинното колело между лопатките, като се движат надолу и се опитват да напуснат по посока на по-ниското съпротивление, каго лопатките ги карат а отдадат още въртящ момент, като им обръщат посоката на движение наобратно и ги насочват назад, а центробежните сили ги изтласкват към периферията на изходящата тръба.

Здравей Тошко. Това е интересна идея но за жалост не съм чувал за нещо подобно досега което не пречи да е работещо. Само да споделя че при изхода на турбината налягането рязко пада и това е свързано с дизайна на самия корпус тъй като от това зависи КПД то на турбината. Тоест разликата в началното и крайното налягане колкото по голяма толкова по добре. И освен всичко да не забравяме че източника е пулсиращ с определена дължина на вълната. Просто е необходимо да се съобрази дължината на генерацията с дължината на вълната при определени обороти и потока сам ще се ускори. Другото което е непонятно какъв ще е ефекта от турбуленцията на самата мантракука сложена в колекторите. Въпреки че тя е с ниско челно съпротивление пред нея ще се получи зона със силно повишено налягане. За мен лично по реален ефект за увеличаване КПД то на турбината може да има от настроени правилно изпускателни тръби и принудително силно понижаване температурата на газовете след турбината.Има такива разработки но са скъпи недостатъчно ефективни решения за масово използване.

Ти не си чувал, аз не бях чувал, обаче тия дето са направили този очевидно състезателен шест цилиндров боксер, явно са чували  

Ето една тема в тунинг.бг в която преди 2 и кусур години съм казал, че ми се върти нещо в главата... малко след това съм направил рисунките, но не съм публикувал нищо, защото не бях виждал и чувал нищо по въпроса...

Няма да се получи челно съпротивление, защото то и така си се получава като газовете се опитват да се натъпчат по периферията и не щат да пътуват през средата на тръбата, където нормално би следвало да е най-големия дебит! Нормално по стените отвътре има плъзгане с лека турболенцийка, а потока пътува през средата.

ЕДИТ:
- Идеята на сепаратора (статора) е да хване въртящите се газове и да ги накара да спрат да се въртят и да ги подведе назад, тогава вече непосредствено зад турбината имаме поток, а не избутване. Капковидното тяло е само опция. На първата снимка се вижда, че са използвали само статорни сепаратори и вътрешна тръба.
- Настроена изпускателна система на турбо не става. Възможно е само при много голяма турбина и много високооборотен двигател, но е безсмислено, защото разходите за високооборотен двигател са много по-големи от разходите за много надут двигател, а не са много по-малки от тези за високооборотен и много надут двигател.
Каквито и настройки да правиш на дължините и сеченията на изпускателната система, феномена с центробежните сили няма да изчезне. 


Качвам рисунките от тогава, както и допълнителното мнение, което съм пуснал в Тунинг.бг в тази тема: http://tuning.bg/forum/viewtopic.php?f=8&t=146172&start=15

"
Намерих рисунките, не съм намерил мнението, защото се опасявам, че е под ключ в един друг форум в който пишат "велики"  :lol: мастори, се ухапя по гъза ако съм им изплюл толкова ценно нещо... а те могат да се ухапят по гъзовете ако не са го приложили още  :giggle:

Покрай тия рисунки намерих и още едни за статор пред компресора, който сваля минималния дебит за дадено налягане, тоест мести помпажната линия наляво (surge line), качвам ги и тях.

Тези приспособления не са новост за техниката, има ги във всеки осев компресор и във всяка осева турбина. Статорите служат именно затова, да разширят работния диапазон и да подведат или отведат газа по такъв начин, че едновременно да се използва цялото налично сечение и работното колело да се използва максимално, като помпажната граница се отмести максимално наляво за компресора, а ако е турбина, да сработи с минимално количество газове и при максимална разлика в наляганията (delta P)

Ако ви се струва много странно, имам приятел турбинен инженер   той ми потвърди теориите и ми обясни къде и как се използват на практика, а където имах недоглеждания ми ги показа.
- например подвижния статор пред компресора трябва да има тъкав дизайн, че в нито един момент при вкарването или изваждането да не запушва входа на компресора  :wink:

Поздрави!
"

Ам хубаво дотука. На снимката по горе се вижда че точно това е направено отделен е със сепаратори ламинарния поток след турбината и е дадена посока право назад по тръбата. Обаче съгласи се че без емпирична обосновка на това колко защо и как се променя работата на турбината всичко остава в сферата на догадките . При такава реализация са от решаващо значение  ъглите диаметрите и преходите в сеченията .....Някакси за да тръгнеш да го реализираш трябва да има текущи данни за работата на турбаната в изходния монтаж и след поставяне на това допълнително устройство пак да се напрви карта и се снемат параметри за да се сравни.Ако трябва да се експериментира аз лично бих заложил на системата на БМВ за охлаждане на газовете след турбината до 45-50 градуса с кожухотръбен топлообменик вода /въздух което по данни на фирмата довежда 8-10% допълнителен POWER. Все пак идеята която лансираш е интересна и с интерес ще следя развитието ако захванеш да го реализираш.

Пропускаш едно важно обстоятелство, ламинарен поток няма. Има въртящи се газове натискащи се към стената на тръбата.

Сепараторите са там за да им попречат да се въртят и да ги накарат по-бързо да преминат към ламинарен поток 

Нека и аз да си кажа виждането по въпроса!
След като изгорелите газове преминат през лопатките те се движат праволинейно и по посока на стената на тръбата.Въртеливото движение се получава в момента,когато газовете се блъснат в тръбата,тогава тя им придава посока на движение,направлява ги.От скоростта и ъгъла,под който се блъска газа в стената на тръбата ще зависи и плътността му на това място.Едно гърне непосредствено след турбината ще разреди,охлади и намали скоростта им.Казвам гърне,а не непосредствено изпускане в атмосферата,защото тръба след гърнето ще придава инертност на газовете - нещо важно при по-ниските обороти.

Това с гърнето изглежда добра идея, ама хубаво надупчено така. Газовете като искат да бягат настрани, да бягат, нема ги спираме  а в средата още по-ниско налягане. Това ще е добре за един импулс, но за поток не съм сигурен.

Въртеливото движение не е в резултат от среща със стената под ъгъл. Газовете са завъртяни още във аеровото стеснение и после се завъртат от срещата с изходящия ръб на лопатките, затова веднага щом напуснат турбинното колело, вече са под влияние на  центробежните сили.

От както съм пуснал темата се чудя, дали сепалаторите трябва да са непосредствено след турбинното колело или малко по-назад. При тези размишления, трябва да се отчете и че ниското налягане в средата на тръбата непосредствено зад турбинното колело всъщност не е чак толкова лошо.

Малко е бая сложно и трябва да се помисли още преди да се излезе с някакъв проекто дизайн.

Поздрави!

Аз пак да напомня че газовия поток след турбинното колело а и преди него притежава всички характеристики на източника тоест горивната камера.
1 честота която е променлива според оборотите
2 енергия която се променя постоянно
3 скорост която се променя постоянно
4 температура относително постоянна
5 посока или вектор
Всичките горе изброени параметри са взаимно свързани и постоянно променящи се .
Освен това от теорията на флуидите знаем че при движение в тръба се получават рефракции интерферентни трептения и стоящи вълни които още повече усложняват гатанката.Така че идва ред на формулите и от тва ми се доспива рано рано.

Въпроса е в посоката. Преди да се пристъпи към хамалогията със смятането, трябва да се отдели същественото от не същественото.

Според мен, същественото е че газовете се въртят и са под влиянието на центробежни сили, което води до според мен поведение като на примерните ми рисунки.

Мама му стара, защо знанията не стават за ядене? http://www.bakker.org/cfm/index.htm или поне за пиене...
Изобщо не знам какво има в този сайт и дали нещо от него ще ни свърши работа, обаче изглежда много сериозно.

Тук има диаграма на потока през турбинното колело, но имам съмнения, че изходящият поток не е такъв. http://paultan.org/2006/08/16/how-does-variable-turbine-geometry-work/
Може да е такъв при работа с постоянна скорост и ниско налягане, но със сигурност не е такъв при нарастващ поток, защото въртящите се части на турбо-компресора (комперосно колело, ос, лагери и турбинно колело) имат инерция.
В постоянен режим, газовете трябва да отдават само толкова енергия, колкото консумира компресора.
При режим на ускорение обаче, не е същото. Тогава газовете стават все повече като тегло, но трябва да преодоляват инерцията на въртящите се части и нарастващото потребрение на мощност на компресора, тогава изходящите лопатки на турбинното колело няма как да не отразяват газовете настрани, тоест да ги завъртат.

Стигам до извода, че нашите статорни елементи биха били по-ефективни при постоянен режим ако са прави и по-евективни при ускорение и големи товари, ако са извити.

Също така най-голямо съпротивление има където има най-голяма скорост, най-голяма ъглова скорост ще имат газовете напускащи турбинното колело  по-близо до външния му край, затова статора трябва да е отдръпнат там. Най-много газове ще има по външния край на колелото при най-големи товари, когато средата на колелото ще е пренаситена, затова освен отдръпнати, статорите трябва да са извити с атакуващ ръб гледащ към потока.
От друга страна най-бавно ще бъде въртеливото движение на газовете напускащи турбината близо до центъра, тоет тяхното движение ще е най-близко до праволинейното и точно тях искаме да накараме да използват средата на тръбата без да отиват към нейната периферия, където ще пречат на газовете напускащи турбинното колело по-близо до външният му край. Затова статора трябва да бъде най-близо до средата на турбинното колело и с най-малък или без наклон именно там.

Очаквайте рисунка.

Като се замисли човек турбокомпресора на автомобила е същия като турбокомпресорния двигател на самолета. Все едно са разделени горивната камера и турбокомпресорната част но принципа е пак същия. А при самолета газовете след турбината се насочват от лопатките на соплото и въпреки това се движат по спирала. Това което важи за самолетна турбина трябва да важи и при малката автомобилна такава. Имам подозрение че от решаващо значение за ефективноста е дължината и диаметъра на даунпайпа а защо да е само с едно постояно ф ? Ако е с фуниевидна форма както при самолетниата турбина? Мнооо въпроси много нещо мани мани...

Въртеливото движение не е в резултат от среща със стената под ъгъл. Газовете са завъртяни още във аеровото стеснение и после се завъртат от срещата с изходящия ръб на лопатките, затова веднага щом напуснат турбинното колело, вече са под влияние на  центробежните сили.

Всяко тяло запазва посоката си на праволинейно движение докато не му въздейства външна сила.

Въртеливото движение е следствие на това,че нещо оказва сила върху газовете и те си променят посоката.Това нещо първо е топлия "охлюв",който им променя посоката.Силата,с която им въздейства е същата с която те противодействат,т.е. по периферията налягането се покачва,защото там се променя посоката.Лопатите променят посоката на газовете и така им въздействат,газовете противодействат и прилагат върху лопатите същата по стойност сила,но с противоположна посока.Може би по-разбираемо е да се каже,че газовете въздействат до толкова,до колкото лопатите противодействат - все едно е!Газовете не са твърдо тяло и не запазват въртеливото движение,както колелото на автомобила например,което запазва въртеливото движение в следствие на центростремителната сила от твърдостта (здравината) на тялото.Центростремителна сила в самия газ се получава от гравитацията между частиците,но тук не говорим за нещо с космически размери.Щом напуснат лопатите,докато стигнат стената на тръбата,върху газовете не се оказва никакво въздействие.В малкото пространство между тръбата и ръба на лопатките няма какво да променя посоката и затова в този участък газовете се движат праволинейно,като запазват посоката,която са добили след напускане на лопатата.Евентуално с нищожна форма на конус заради разликата между вътрешното налягане и това след ръба на лопатата.Наречи го оптичане.
Подобно на рязането с флекс - диска се върти,а искрите,които излитат не се въртят.Движат се праволинейно,по направление на допирателната.В заобления предпазител на флекса искрите описват окръжност,само защото предпазителя им въздейства и им променя посоката.Излизайки от предпазителя искрите се движат праволинейно понеже вече нищо не им въздейства за промяна на посоката.

Коничната форма на тръбата след турбината намаля ъгъла (в синьо),под който газовете попадат върху самата тръба.Ъгълът зависи от извитостта на лопатката,скоростта на лопатката и скоростта на газовете.При по-ниска скорост на газовете и висока скорост на лопатката може да стане така,че газовете да се движат успоредно на оста на тръбата.Но това ще е само при минимално натоварване или при принудителен празен ход.

М да. Добра контра теза, пасва идеално на опасенията ми, че явлението може да е с незначителен мащаб.

Понеже дори пръстта и бетона могат да се държат като газ при прилагане на досаттъчно енергия, смятам, че една видео камера, един градински маркуч и едно турбо могат емпирично да ни дадат насока от тук нататък.

Обявявам награда от 20 лева платими с пощенски запис (разноските за моя сметка) за всеки потребител до 22 годишна възраст, който филмира подробно как пуска вода под високо налягане през топлата част на турбо на което ясно се вижда турбинното колело, тоест турбото трябва да без фланец към изходящата тръба.
Ако не се намери млад човек да ме изпревари, ще си ги изпия сам 
Ако някой реши да се пробва, нека първо се регистрира и пише тук, за да получи по-нататъшни методически указания.

 

Идеята на темата е да се елиминира въртенето на газовете след турбината.Един празен охлюв след лопатите би могъл да им даде праволинейно движение на изхода си.Като студения охлюв,но без компресорното колело.Повече от един изход ще означава по-малко съпротивление при излизане на газовете от охлюва.Тръбите от всеки един изход могат да се съберат в една обща.Ето визуализация на идеята,но само с един изход.Идеята с гърне ми харесва повече - едно вретеновидно гърне с реактори (направляващи пластини) от средата до края му,които да елиминират въртенето.