Calcolo Wastegate: Guida e Dimensionamento

Ciao a tutti, ho seguito il vostro forum per un po' di tempo e ho notato che ci sono molte persone competenti qui. Forse qualcuno di voi può aiutarmi con un piccolo problema che ho.
Vorrei calcolare il wastegate per un turbocompressore, ma al momento fatico a trovare documentazione a riguardo. Qualcuno potrebbe darmi qualche consiglio su dove trovare formule, letteratura, suggerimenti e trucchi, in pratica qualsiasi cosa relativa alla progettazione e al funzionamento di un wastegate per turbocompressore? Cerco informazioni di base, fino a software di calcolo, simulazione fluidodinamica e altro. Sono grato per qualsiasi consiglio.
con Frank

Ciao bomba!

Hai davvero preso una bella decisione .
Spero che tu abbia le conoscenze di base necessarie (fisica, termodinamica, meccanica dei fluidi), perché senza di esse sarà davvero difficile!

Dovresti concentrarti soprattutto sulla gasdinamica .
Per avere una stima approssimativa, se mi fornissi i dati necessari, potrei forse decidermi. Tuttavia, dubito fortemente di poter disturbare il nostro calcolatore CFD con il tuo problema, perché è già prenotato per i prossimi mesi.

Ecco alcuni dati e informazioni (curva di funzionamento del turbocompressore, portata massica, ecc.), vediamo se si riesce a ricavarne qualcosa di utile.

Saluti.
Alex.

Ciao donalexo,
Non si può dire che sia stato fatto, ma si tratta di sviluppo di turbocompressori in generale, e mi è stato fatto notare il sistema del wastegate. La funzione generale è chiara, ma purtroppo mi manca un po' di base per la progettazione, quindi sono alla ricerca di letteratura che descriva qualcosa, magari anche qualcosa a cui potrei fare riferimento.
Le basi di termodinamica, fisica e discipline affini, le abbiamo studiate a sufficienza durante l'università.
Purtroppo, non ho ancora dati precisi e dettagliati sul motore specifico, quindi sto cercando prima informazioni generali o procedure.
Chi sa, forse c'è qualcosa.
Certo, nessun problema.
con Frank

Ciao, ora sono un po' più informato.
In sintesi, devo prima determinare il flusso volumetrico massimo proveniente dal motore, e il flusso volumetrico massimo che può passare attraverso la turbina, che posso ricavare dalla velocità di rotazione massima, a sua volta determinata dalla velocità tangenziale massima (dipendente dal materiale). La differenza tra i flussi volumetrici mi dà il flusso massimo di bypass. (Non dimenticare i margini di sicurezza e tutto il resto). Ora posso calcolare l'area minima della valvola wastegate in base al flusso volumetrico, tenendo conto della velocità del suono, della cavitazione e di altri fattori.
Ho dimenticato qualcosa di fondamentale, ho trascurato qualcosa o ho sbagliato completamente?
Inoltre, vorrei sapere come funziona in una turbina a due collettori, con sistema di sovralimentazione a impulsi. Il wastegate è collegato a entrambi i collettori? Qualcuno sa se un sistema del genere è già stato installato da qualche parte e, in caso affermativo, come?
Forse avete delle foto o qualcosa del genere, sarei davvero grato per qualsiasi aiuto.

con Frank

Ciao, demolitore!

Mi sembra che tu stia confondendo un po' alcuni termini tecnici. Quindi, procediamo con calma, in ordine:

Suppongo che tu ti riferisca a un turbocompressore a doppio flusso quando parli di turbocompressore a valvole. In questo caso, si parla di sovralimentazione a valvole. Il termine "sovralimentazione a impulsi" mi è noto principalmente nei motori aspirati, quando si cerca di ottimizzare la lunghezza dei condotti di aspirazione in modo da sfruttare l'induttanza del flusso d'aria per immettere più aria nei cilindri.

Successivamente, hai utilizzato il termine "cavitatione". Nel contesto dei flussi di liquidi, si parla di cavitatione quando la pressione locale scende al di sotto della pressione di vapore, causando un flusso a due fasi che contiene sia il fluido che il gas. Nel tuo caso, tuttavia, si tratta di un flusso di gas puro, quindi non può verificarsi la cavitatione.


Ora, passiamo all'interpretazione:

In linea di principio, l'approccio che stai seguendo è corretto, ovvero devi determinare il flusso massimo di massa o di volume del motore. La determinazione del flusso di massa è relativamente semplice, mentre la derivazione del flusso di volume è già più complessa. Penso che sia meglio determinare l'intervallo del flusso di massa/volume, dall'idle alla velocità massima, per non trascurare il comportamento del motore a basse velocità e carichi.
Comunque, per queste considerazioni, sarebbe meglio utilizzare un diagramma h-s per i gas di scarico (esistono?) e avere una buona conoscenza del campo della gasdinamica.

Purtroppo, al momento non ho più tempo, ma forse stasera potrei fornire alcune indicazioni sull'interpretazione.

Saluti.
Alex.

Suppongo che con 'turbina a due flutti' tu intenda un turbocompressore a registro.

no.

'A due flussi' significa che la turbina viene alimentata da due 'ugelli' separati.
Questo si fa nei motori più grandi con molti cilindri. In questo modo, il flusso dei gas di scarico viene distribuito correttamente ai vari cilindri. Altrimenti, si creerebbero flussi tra i cilindri e nulla raggiungerebbe la turbina.
Le applicazioni tipiche si trovano sulla rampa di carico .
http://www.egarrett.com/technology/tech_twin_scroll.jsp?justlist=1&l1id=2&l2id=2&l3id=1

La modalità di carica, sia per l'accumulo di energia cinetica che per la carica statica, indica il 'principio di funzionamento' del caricatore.

Con la sovralimentazione a impulsi, il flusso dei gas di scarico passa direttamente dal collettore di scarico alla turbina, che viene quindi azionata a impulsi. Questo è il tipo più comune, e l'unico realizzabile, nei motori di piccole dimensioni.
ma ha una bassa efficienza.

Nella ricarica a depressione, i gas di scarico vengono prima immessi in un 'serbatoio di raccolta' e da lì, con una pressione relativamente costante, vengono inviati alla turbina. Questo sistema funziona solo con motori di grandi dimensioni che non presentano grandi variazioni di carico e di giri. Ad esempio, motori diesel navali e gruppi elettrogeni.

Ciao Gremlin.

@ Gremlin
Certo, assolutamente.
Ma non è vero che, in caso di doppio scarico, ho più probabilità di avere una sovrapressione, oppure, in quel caso, sarebbero necessari due bacini di raccolta per gestire la sovrapressione?

@donalexo
Mmmmmh, hai ragione, ho confuso qualcosa riguardo alla cavitazione, ma ho capito bene che, nella progettazione dell'area della sezione trasversale, devo fare attenzione che il flusso non raggiunga la velocità del suono?

@tutti
Qualcuno sa come è fatto il wastegate di una turbina a due volumi? Ha una o due valvole?

A presto e grazie mille.

Frank.

ma non è vero che, in caso di biflutto, ho più probabilità di avere un'elettrosintesi?

In ambito automobilistico, si utilizza prevalentemente la sovralimentazione per compensare i volumi parziali e i flussi limitati. Nelle applicazioni automobilistiche, è possibile utilizzare solo la sovralimentazione (o avvicinarsi a essa) perché le condizioni di funzionamento del motore sono tutt'altro che stabili...
Ecco perché si cerca di mantenere il percorso il più breve possibile.


@tutti
Qualcuno sa come è fatto il wastegate di una turbina a due volumi? Ha una o due valvole?


Secondo me, ne servono due, uno per ogni tubo di raccolta.

Ciao Gremlin.

Certo.

Certo, non ho una laurea, ma vorrei comunque esprimere alcune mie opinioni.

Non devi preoccuparti della cavitazione, poiché, come ha già detto donalexo, si verifica solo nei liquidi.

Per calcolare con precisione una valvola wastegate, è necessario iniziare con la progettazione del turbocompressore. Infatti, non è possibile determinare la quantità di flusso di massa che deve essere deviata dalla turbina se non si conosce quanta aria essa stessa assorbe. Inoltre, entrano in gioco anche gli effetti della curva di aspirazione e delle proprietà dei gas a monte del turbocompressore.

Se però non vuoi essere troppo preciso nell'interpretazione e hai già il turbocompressore, ti suggerirei di installare una valvola wastegate di dimensioni maggiori e compensare questo svantaggio tramite la regolazione.

Non sarà affatto semplice, ad esempio, determinare il momento di inerzia di massa dell'albero del turbocompressore in un compressore assemblato.
Für einige grundlegende Formeln empfehle ich dir die Seite 402 aus Handbuch Verbrennungsmotor (2. Edizione.

Philipp.

Ciao, grazie mille per tutto l'aiuto che mi hai dato.
@ euwing
Bene, i dati del caricatore li ho (o potrei ottenerli), dato che si tratta, in linea di massima, di un progetto puramente teorico (quindi progettazione e costruzione, ovvero modellazione CAD).

'Inoltre, entrano in gioco anche le influenze della linea di aspirazione e delle proprietà dei gas a monte del compressore.'
Cosa intendi esattamente con 'linea della gola'? A cosa devo prestare particolare attenzione?

E hai per caso un numero ISBN per il manuale, oppure potresti inviarmi la pagina in formato elettronico?

Ciao e grazie mille.
Frank.

Capacità di carico: capacità di assorbimento/idoneità del caricatore.

Purtroppo, non ho uno scanner! ISBN 3-528-13933-1.
Ma quel libro costava 74 euro all'epoca, è meglio cercarlo in biblioteca.
Wenn du fertig bist mit dem CAD, kannst du mir mal die Datei zukommen lassen. Würde mich freuen. Ho Solid 2004!
Buona fortuna.

@Donalexo:
'La sovralimentazione, per quanto ne so, è tipicamente utilizzata nei motori ad aspirazione naturale, quando si cerca di ottimizzare la lunghezza dei condotti di aspirazione in modo da sfruttare l'induttanza dell'aria per immettere una maggiore quantità di miscela nei cilindri.'
Quello a cui ti riferisci è la ricarica tramite collettore di risonanza. Si parla di ricarica del registro quando si collegano più turbocompressori in serie.

Saluti, B_Man23.

@B_Man23:

Hai perfettamente ragione, ho confuso la sovralimentazione a impulsi con la sovralimentazione risonante .

Saluti.
Alex.