Compressori: "Doppia Geometria Variabile" / "E-Turbo" / "Volumetrici"

[EC2277]

A me risulta che la prima vettura con motore turbobenzina a geometria variabile sia stata l'Edonis (http://www.motorbox.com/374.html).
Cito dal secondo collegamento che ho inserito nel mio precedente intervento:

Grazie a questa soluzione è possibile mantenere elevata la velocità dei gas e della turbina anche quando il motore funziona ai bassi regimi. Infatti, facendo passare i gas attraverso piccole sezioni, essi fluiscono ad una velocità maggiore, cosicché anche la turbina gira più velocemente. Le palette mobili, vincolate meccanicamente all’anello d'unione, si trovano nella condizione di massima chiusura ai bassi regimi. La rotazione dell’anello e quindi l’orientamento della palette, viene effettuata tramite un tirante, comandato meccanicamente da un attuatore di tipo pneumatico, in funzione della pressione di funzionamento del compressore. Essendo la pressione legata al numero di giri del motore, l’orientamento delle palette, e quindi la variazione delle sezioni di passaggio dei gas di scarico, dipendono anch’essi dal regime di rotazione del motore. Agli alti regimi di funzionamento del motore il dispositivo pneumatico interviene in modo da aumentare le sezioni di passaggio e consentire ai gas in arrivo di fluire senza aumentare la loro velocità. Quindi l’attuatore svolge la funzione di regolatore della velocità massima del turbocompressore. Quando il motore funziona a basso regime di rotazione, i gas di scarico posseggono una piccola energia cinetica: in queste condizioni una turbina tradizionale girerebbe lentamente, fornendo una pressione di sovralimentazione limitata. Nella turbina a geometria variabile invece, le palette mobili si trovano in posizione di massima chiusura e le piccole sezioni di passaggio tra le palette conferiscono ai gas una maggior velocità d'ingresso nella girante. Maggiori velocità d'ingresso comportano maggiori velocità periferiche della turbina, e di conseguenza del compressore, rispetto ad una turbina di tipo tradizionale: ciò permette di ottenere dei tempi di risposta ridotti. Aumentando il regime di rotazione del motore, si ha un progressivo aumento dell’energia cinetica dei gas di scarico. Di conseguenza aumenta la velocità della girante e quindi la pressione di sovralimentazione, che agisce anche sull’attuatore. L’attuatore, tramite un tirante manovra l’apertura della palette, in funzione della pressione di sovralimentazione, sino a raggiungere la posizione di massima apertura. Si ha quindi un aumento delle sezioni di passaggio, che provoca un rallentamento del flusso dei gas di scarico: essi giungono così sulla girante con velocità uguali o minori rispetto alla condizione di basso regime di rotazione e con angolazioni differenti. La velocità della turbina diminuisce, per assestarsi ad un valore adeguato per un corretto funzionamento del motore agli alti regimi.

[Motron]

J-gian ti capisco... anch'io sn un ing alle prese con gli esami! anzi x la verità alle prese con la vacanza post esami
Comunque io ti faccio un discorso ipotetico... non sono certo della sua realtà, ma prova a vedere se riesci a seguirmi:
La turbina non è altro che un dispositivo in grado di trasformare il lavoro dato da una portata di fluido in un lavoro meccanico giusto? quindi prende la portata del fluido e trasmette una coppia a un alberetto o viceversa.. Ora ragionando sul lato scarico, noi abbiamo una portata di gas in uscita dal cilindro.. il guaio di questo è che questa portata non è costante (come ad esempio in un ciclo rankine giusto?) ma varia con il numero di giri, quindi tu non puoi dimensionare la girante alla perfezione.. poiche una girante grossa richiederà piu tempo per essere portata a regime (turbolag) mentre una eccessivamente piccola potrà convertire solo una piccola parte in coppia quindi generera solo una lieve sovralimentazione..
Da qui la geometria variabile che è semplicemente un sistema che con la forza di gravità indotta dal moto della girante apre le palette della turbina in modo da poter usufruire di una maggiore portata d'aria.
Ora il discorso è perfettamente inverso sul lato aspirazione, la coppia prodotta dalla girante lato scarico mette in movimento una girante sul lato dell'aspirazione per aumentare la portata di gas freschi nel cilindro e aiutare cosi l'aspirazione creata dal cilindro. La geometria variabile ha lo stesso scopo, a bassi regimi tu avrai una portata in entrata proporzionalmente bassa giusto? mettere in movimento una girante con una sezione ridotta rchiede meno tempo (e coppia) di una con una sezione elevata! è per questo che avremo una girante piccola che una volta messa in moto si "aprira" grazie alla forza centrifuga!
sono stato spiegato?

[owluca]

Scritto da Motron

J-gian ti capisco... anch'io sn un ing alle prese con gli esami! anzi x la verità alle prese con la vacanza post esami
Comunque io ti faccio un discorso ipotetico... non sono certo della sua realtà, ma prova a vedere se riesci a seguirmi:
La turbina non è altro che un dispositivo in grado di trasformare il lavoro dato da una portata di fluido in un lavoro meccanico giusto? quindi prende la portata del fluido e trasmette una coppia a un alberetto o viceversa.. Ora ragionando sul lato scarico, noi abbiamo una portata di gas in uscita dal cilindro.. il guaio di questo è che questa portata non è costante (come ad esempio in un ciclo rankine giusto?) ma varia con il numero di giri, quindi tu non puoi dimensionare la girante alla perfezione.. poiche una girante grossa richiederà piu tempo per essere portata a regime (turbolag) mentre una eccessivamente piccola potrà convertire solo una piccola parte in coppia quindi generera solo una lieve sovralimentazione..
Da qui la geometria variabile che è semplicemente un sistema che con la forza di gravità indotta dal moto della girante apre le palette della turbina in modo da poter usufruire di una maggiore portata d'aria.
Ora il discorso è perfettamente inverso sul lato aspirazione, la coppia prodotta dalla girante lato scarico mette in movimento una girante sul lato dell'aspirazione per aumentare la portata di gas freschi nel cilindro e aiutare cosi l'aspirazione creata dal cilindro. La geometria variabile ha lo stesso scopo, a bassi regimi tu avrai una portata in entrata proporzionalmente bassa giusto? mettere in movimento una girante con una sezione ridotta rchiede meno tempo (e coppia) di una con una sezione elevata! è per questo che avremo una girante piccola che una volta messa in moto si "aprira" grazie alla forza centrifuga!
sono stato spiegato?

molto ..almeno per un ing non meccanico

[J-Gian]

Scritto da Motron

[...] mettere in movimento una girante con una sezione ridotta rchiede meno tempo (e coppia) di una con una sezione elevata! è per questo che avremo una girante piccola che una volta messa in moto si "aprira" grazie alla forza centrifuga!
sono stato spiegato?

Forse mi hai illuminato, grazie! Cioè allora, dal lato aspirazione le palette mobili sono proprio sulla girante?
E quindi rimangono quasi chiuse ai bassi regimi (presumo grazie ad un sistema elastico) così effettivamente il diametro della turbina si riduce, ed il momento d'inerzia inferiore facilità l'accelerazione della girante.

Poi man mano che la velocità della girante cresce, le palette iniziano ad aprirsi per forza centrifuga e a comprimere come una normale turbina l'aria nei cilindri.

Io mi ero fissato che le palette mobili fossero sullo statore, come dal lato scarico!
In quel caso non vedevo nessun vantaggio, se non la possibilità di far crescere la velocità dell'aria immessa, ma a quel punto con (l'unica credo...) utilità di aumentare la turbolenza nel cilindro.

Ma se è così, dal punto di vista corstruttivo sarà un macello: resisterà mai una girante? Non è che a quei regimi la F. centrifuga strappi via ogni paletta?

[Regazzoni]

Non mi risulta sia possibile realizzare delle giranti da turbocompressore automobilistico con parti mobili o flessibili.
Troppo peso, troppo ingombro troppa delicatezza e rischio troppo elevato di innescare vibrazioni e risonanze distruttive. Le parti a geometria variabile possono essere solo sullo statore e non sulla rotante.
Almeno è quello che mi risulta.

[Motron]

mmmmmm..... scusate la banalità del mio intervento.. ma io ho sempre saputo che il funzionamento di una turbina fosse perfettamente reversibile no?? nel senso.. come essa funziona in un modo (lato scarico) idealmente puo funzionare nel modo inverso (lato aspirazione) anche se magari, anzi sicuramente, con rendimenti diversi... poi ripeto.. magari mi sbaglio io eh! ipotizzo e basta

[Motron]

http://www.itisvinci.com/matura/2000/Leoni/turbo.htm

in sostanza come da voi detto la "variabilità" della geometria è data la possibilità di rotare gli statori per modificare la sezione di entrata in turbina... la doppia geometria variabile non è lo stesso concetto applicato al lato asprirazione?
in pratica non c'è l'equivalente del diffure anche in queste turbine?

[J-Gian]

Scritto da Motron

la doppia geometria variabile non è lo stesso concetto applicato al lato asprirazione?
in pratica non c'è l'equivalente del diffure anche in queste turbine?

Secondo me no: infatti dal lato di scarico la sezione variabile creata delle palette di statore, ha uno scopo valido, ovvero far si che i gas escano ad elevata velocità e quindi accelerino più rapidamente la turbina.

Se invece applichiamo il medesimo sistema dal lato aspirazione, a mio avviso non si hanno particolari vantaggi: avremo gas più veloci (buoni solo per crear turbolenza) ma la portata d'aria rimarrebbe comunque la medesima... Anzi forse leggermente minore a causa della canalizzazione più contorta che si viene a creare con le palette.

[Motron]

ma io nn so molto bene come funziona ancora il tutto.. ma in uscita dalla turbina non va studiato alla perfezione il cosidetto "diffusore" per minimizzare le perdite di carico? va be che caso mai l'uscita della turbina è fuori dalla turbina stessa e quindi sulla linea di scarico mentre quella è casomai l'uscita del compressore.. però magari il funzionamento è il medesimo

[EC2277]

Dal vocabolario De Mauro:

Turbina: Macchina motrice a fluido, costituita essenzialmente da una girante a pale in grado di trasformare in lavoro meccanico l’energia ricevuta da una corrente fluida

Pertanto il compressore centrifugo, pur essendo di fatto una turbina che lavora al contrario, non è una turbina nell'accezione tecnica del termine.

P.S. Quel link era già stato postato dal sottoscritto:

Suggerisco, se non siete esperti degli argomenti citati da Regazzoni, di dare un'occhiata qui: http://it.wikipedia.org/wiki/Compres...ore_centrifugo e qui: http://www.itisvinci.com/matura/2000/Leoni/turbo.htm.
In poche parole l'aria esce dal compressore con una direzione quasi radiale alle basse velocità mentre, man mano che la velocità di rotazione della girante aumenta, ne efflue con una direzione quasi tangente alla circonferenza della girante. L'adozione di una palettatura supplementare (il dispositivo si chiama distributore Fink) consente di "accompagnare" meglio l'aria fuori dal compressore aumentando, poiché è possibile ottimizzare la progettazione della girante per i vari regimi di rotazione, la pressione di sovralimentazione a tutti i regimi.