38
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
турбинами. Пионером в области производства турбостартеров явля-
ется компания TDI, США [3] — крупнейший производитель таких
систем. Ко всем перечисленным выше достоинствам турбостартеров
следует добавить отсутствие необходимости в жидкой смазке рабо-
чей полости и весьма длительный срок эксплуатации (от 12 до 20 лет)
[1]. В работах [4, 5] отмечается и более высокий КПД этих систем по
сравнению с роторно-пластинчатыми.
Однако данные турбостартерные системы имеют и серьезный не-
достаток. Радиально-осевые турбины эффективно работают в диапа-
зоне десятков и сотен тысяч оборотов в минуту, а пусковые частоты
мощных средне- и низкооборотных транспортных дизелей не превы-
шают 1 500 мин
–1
. В сложных дорогостоящих редукторах, заметно
снижающих КПД системы, необходимо применение смазки. Число
оборотов можно понизить при использовании многоступенчатых
турбин, однако такое усложнение конструкции нерационально. Аль-
тернативным решением является использование низкооборотных
вихревых турбин, в которых поток в процессе вихревого движения
многократно вступает во взаимодействие с лопатками ротора. При
этом вихревые турбины имеют достаточно простую конструкцию
даже в случае многоступенчатого исполнения.
При сравнении технико-экономических показателей (таблица)
электростартерной и пневмостартерной систем, обеспечивающих
одинаковую мощность пуска, показано значительное преимущество
системы с вихревой турбиной. Пониженные обороты вихревой тур-
бины приводят к повышению ресурса, снижению стоимости, габари-
тов и массы приводного редуктора. Габариты такой стартерной си-
стемы и низкие обороты позволяют устанавливать турбостартер на
посадочные места электростартеров.
Однако конструкция проточной части существующих вихревых
турбин неоптимальна, и в ряде исследований показано, что имеются
большие резервы совершенствования вихревых агрегатов [6, 7].
Наиболее эффективным инструментом исследования и оптимизации
конструкции этих турбин сегодня служит трехмерное математиче-
ское моделирование сложнейших газодинамических процессов в их
проточных частях.
На рис. 1 представлен фрагмент рабочего канала вихревой турби-
ны, состоящего из двух половин. В данном случае внешняя относится
к ротору и снабжена рабочими лопатками, внутренняя половина кана-
ла свободна и относится к статору. Такое расположение вращающейся
части турбины продиктовано необходимостью использования центро-
бежной силы в вихревом потоке, многократно взаимодействующем с
лопатками ротора. Струя, подаваемая под высоким давлением из
соплового устройства в рабочий канал, приобретает вихревой спира-
леобразный характер. Многократное взаимодействие с рабочим коле-
сом можно сравнить с использованием нескольких ступеней в тур-
бине, что позволяет фактически в одной вихревой ступени создать
1 3,4,5,6,7,8,9,10,11