Descripción

Este libro es el resultado de mis muchos años de experiencia en la industria automotriz, como ingeniero de desarrollo y experto sénior en rotordinámica de turbocompresores para automóviles. Está destinado a estudiantes de último año de ingeniería mecánica, científicos investigadores e ingenieros en ejercicio que trabajan en rotordinámica de turbocompresores para automóviles. También se puede utilizar como libro de texto de rotordinámica en colegios y universidades, y como manual práctico de rotordinámica en turbocompresores para automóviles.

El tema de rotordinámica de turbocompresores para automóviles es un campo de trabajo ampliamente interdisciplinario, que involucra, en primer lugar, rotordinámica para estudiar la dinámica de máquinas rotativas a velocidades de rotor muy altas y también para equilibrar el rotor. En segundo lugar, involucra termodinámica y adaptación de turbo para calcular las condiciones de trabajo de los turbocompresores. En tercer lugar, involucra dinámica de fluidos y cojinetes para calcular las cargas que actúan en los cojinetes en varias condiciones de operación y para diseñar cojinetes de película de aceite hidrodinámicos. Por último, involucra tribología aplicada para reducir la fricción de los cojinetes y el desgaste del muñón y los cojinetes.

Para comprender los fenómenos rotordinámicos, se supone que los lectores tienen algunos conocimientos matemáticos necesarios para modelar y simular la rotordinámicos no lineales de los turbocompresores. El autor intenta mantener los requisitos matemáticos lo más simples posible en este libro, sin embargo, sin ningún conocimiento matemático, es bastante difícil comprender y entender completamente los comportamientos rotordinámicos de los turbocompresores. Los turbocompresores de gases de escape utilizados en los automóviles de vehículos personales, comerciales y motores todoterreno tienen algunas discrepancias importantes con las turbomáquinas pesadas aplicadas a las plantas de energía, las industrias químicas y aeronáuticas.

Los turbocompresores automotrices son mucho más pequeños en comparación con las turbomáquinas industriales. Por lo tanto, generalmente funcionan a velocidades de rotor muy altas en varias condiciones de funcionamiento dinámico, como velocidades de rotor altamente transitorias, presiones variables, altas temperaturas de los gases de escape y también caudales másicos de estado inestable del aire de admisión y los gases de escape. Las turbomáquinas industriales son más grandes y pesadas, y a menudo funcionan en una condición casi estacionaria. Debido a las grandes ruedas de compresor y turbina, funcionan a velocidades de rotación relativamente bajas de 3000 rpm $Europa$ o 3600 rpm $EE. UU.$ en las centrales eléctricas para la frecuencia eléctrica de 50 Hz o 60 Hz hasta aproximadamente 15 000 rpm en las industrias químicas y aeronáuticas. Por el contrario, los turbocompresores de gases de escape funcionan principalmente a altas velocidades de rotor de 150 000 rpm a 350 000 rpm en las aplicaciones automotrices.

Por lo tanto, la fuerza de desequilibrio es mucho mayor que el peso del rotor, lo que conduce a características no lineales de los cojinetes de película de aceite utilizados en los turbocompresores automotrices. Como razón, la rotordinámica no lineal generalmente se aplica a los turbocompresores para estudiar y calcular las respuestas no lineales del rotor de las vibraciones armónicas, subsincrónicas y supersincrónicas. Además, los ingenieros de turbocompresores de la industria tienen que enfrentarse a muchos problemas a la vez, a saber, buena calidad, viabilidad, tolerancias de forma en la producción en masa, tiempo de comercialización $TTM$, productos altamente innovadores y precio del producto. Este último es un tema muy importante para la empresa. No importa lo buenos que sean los productos, pero nadie podría comprarlos porque son muy caros.

Entonces, la pregunta es, ¿cuánto tiempo podría sobrevivir la empresa sin vender ningún producto o siempre vendiendo productos con pérdidas? Paralelamente al precio del producto, los turbocompresores deben ser cualitativos e innovadores en términos de alta eficiencia, mejor par motor en el régimen bajo, trabajo a altas temperaturas de los gases de escape, menor o nulo desgaste de los cojinetes y, además, bajo nivel de ruido aéreo. Deben llegar al mercado lo antes posible, ya que el primer pájaro atrapa al gusano, es decir, a pesar de los productos altamente innovadores, el tiempo de comercialización $TTM$ siempre es más corto porque los competidores nunca duermen. Además, los turbocompresores deben funcionar en todas las condiciones de funcionamiento mientras se producen en un rango posiblemente amplio de tolerancias de forma en la producción en masa, Por ejemplo, cojinetes radiales y axiales con tolerancias de forma grandes, ya que producirlos con tolerancias estrechas aumenta el costo de producción, lo que lleva a un aumento en el precio del producto.

Todas estas condiciones límite hacen que el desarrollo de turbocompresores en la industria sea mucho más difícil, especialmente en la rotordinámica no lineal de los turbocompresores. Por lo tanto, los ingenieros de desarrollo de turbocompresores deben tener un conocimiento profundo de la rotordinámica y los sistemas de cojinetes que contienen cojinetes radiales y axiales aplicados a los turbocompresores automotrices. Además, se deben abordar cuestiones como el equilibrio del rotor y la tribología en los cojinetes, de modo que los turbocompresores producidos funcionen en cualquier caso en las condiciones de desarrollo industrial dadas. Los requisitos de los clientes de los turbocompresores automotrices son muy altos, en términos de rendimiento, rendimiento y fiabilidad.