Know How: Turbo Part IV

Compressor us radiusradius: Συμπιεστής ο ακτινικός

Όπως εξηγήσαμε στο Part I, όταν μιλάμε για τούρμπο μιλάμε για ακτινικούς συμπιεστές, με άλλα λόγια η ροή εισέρχεται αξονικά της φτερωτής στην είσοδο του πτερυγίου στο «inducer», που θα δούμε και το οποίο  είναι πολύ κοντά σχηματικά σε αυτό των αξονικών, φυγοκεντρίζεται στην ακτινική διεύθυνση και εξέρχεται περιφερειακά-εφαπτομενικά στην έξοδο της φτερωτής, σύμφωνα με τη γωνία διαφυγής του «exducer», που επίσης θα δούμε αναλυτικότερα σήμερα πιο κάτω (σε αντίθεση με τους αξονικούς π.χ. ενός κινητήρα αεροπλάνου, που η ροή μπαίνει και βγαίνει «σε μία ευθεία», για την ακρίβεια με μικρότερη αλλαγή γωνίας). Γι’ αυτόν το λόγο και ο ακτινικός συμπιεστής ονομάζεται στην πράξη περισσότερο και «φυγοκεντρικός συμπιεστής», αφού αδρανειακά και Coriolis φαινόμενα συνεισφέρουν σε μεγάλο μέρος στην αύξηση της πίεσης στο εσωτερικό του. Σε κάθε περίπτωση, όπως και με τους αξονικούς, μιλάμε για περιστρεφόμενη πτερύγωση, δηλαδή ομάδα περιστρεφόμενων αεροτομών. Πιο αναλυτικά, θεωρητικά (στην πράξη εξαρτάται σε κάποιον βαθμό από τη θέση του περιβάλλοντος του μηχανοστασίου μας) η ροή εισέρχεται καρφί (μηδενική σχετική γωνία) στην είσοδο της φτερωτής και καθώς περνάει μέσα από τα πτερύγιά της, η ροή εξαναγκάζεται να περιστρέφεται όλο και πιο γρήγορα κατά μήκος της διαδρομής της. Ενεργειακά-ρευστομηχανικά και βάσει εξισώσεων του κυρίου Euler, με τις οποίες, ωστόσο, δεν θα σας ταλαιπωρήσω, η ενέργεια που προσθέτει η φτερωτή στο ρευστό μας (δηλαδή εδώ στον - φιλτραρισμένο από την εισαγωγή πριν το τούρμπο- αέρα) είναι ανάλογη με την τοπική ταχύτητα περιστροφής της ροής καθαυτής πολλαπλασιασμένη με την τοπική εφαπτομενική ταχύτητα (την ονομαζόμενη γραμμική ταχύτητα, δηλαδή την ταχύτητα, που «τρέχει» πάνω στο κυκλικό τόξο και που αυξάνεται όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο, όσο μεγαλώνει η διάμετρος της φτερωτής, δηλαδή, και όχι τη γωνιακή, που δεν εξαρτάται από την ακτίνα). Η ροή, σε κάθε περίπτωση, ακόμα και στο μέγιστο της ταχύτητάς της, όταν δηλαδή «πετιέται» από την άκρη του πτερυγίου της φτερωτής, είναι από πολύ υψηλά υποηχητική έως διηχητική, αλλά όχι και τυπικά υπερηχητική (340 μέτρα/δευτερόλεπτο). Στη συνέχεια και μετά τη φτερωτή, η «γρήγορη» πλέον ροή πρέπει να επιβραδυνθεί. Γιατί? Γιατί βάσει του νόμου του Bernοulli όσο μειώνεται η ταχύτητά του (η δυναμική του πίεση ή η κινητική του ενέργεια δηλαδή), ομοίως πρέπει να αυξάνεται η στατική του πίεση (η δυναμική του ενέργεια δηλαδή). Η ολική ενέργεια και η ολική πίεση (πέραν των όποιων απωλειών φυσικά) πρέπει, δηλαδή, να μείνει σταθερή. Στην πράξη, και στο τούρμπο η μετατροπή της ταχύτητας της ροής του αέρα μετά τη φτερωτή σε ωφέλιμη στατική πίεση, που θα δει πιο εύκολα το μπαρόμετρο μας (εκτός κι αν είναι έτσι τοποθετημένο κόντρα στη ροή, ώστε να μετράει ολική πίεση, περισσότερα αργότερα μέσα στο καλοκαίρι), γίνεται στο διαχύτη (diffuser) του κελύφους του συμπιεστή, το κομμάτι του σαλιγκαριού, που αυξάνει συνεχώς σε διάμετρο βάσει του λόγου A/R, που θα δούμε πιο κάτω. Στα τούρμπο των αυτοκινήτων, ο διαχύτης είναι απλά ένας σκέτος αγωγός-σωλήνας, σε άλλες, όμως, πιο βιομηχανικές εφαρμογές υπάρχουν και σταθερά πτερύγια για την επιβράδυνση της ροής, όπως στους αξονικούς αεροπορικούς συμπιεστές. Και που είναι η διαφορά ενός φυγοκεντρικού συμπιεστή από τους γνωστούς μας φυγοκεντρικούς ανεμιστήρες / φυσητήρες? Και οι δύο αυξάνουν την ενέργεια της ροής μέσω της αυξανόμενης διαμέτρου τους, σωστά..? Ναι, αλλά στην περίπτωση του συμπιεστή οι ταχύτητες είναι ποοολύυυ μεγαλύτερες και ομοίως και η αύξηση της πίεσης: πιο συγκεκριμένα, ένας συμπιεστής αλλάζει αισθητά την πυκνότητα του αέρα (μέχρι και πέντε φορές πάνω σε μία βαθμίδα, πράγμα που δεν μπορεί να κάνει μία αξονική βαθμίδα συμπιεστή, αφού δεν «παίζει» με τόση διαφορά διαμέτρου μεταξύ εισόδου και εξόδου φτερωτής) και δεδομένου ότι και η ταχύτητα της ροής υπερβαίνει το Mach 0,3, η ροή θεωρείται συμπιεστή. Αντίθετα, ο ανεμιστήρας δεν αυξάνει την πυκνότητα του άερα πάνω από 5% και η ροή μπορεί να μοντελοποιηθεί ως ασυμπίεστη (κάτω από Mach 0,3 ταχύτητα). Πάμε, όμως, να δούμε τα επιμέρους τμήματα του συμπιεστή του τούρμπο πιο αναλυτικά ένα προς ένα, ξεκινώντας σήμερα από τη φτερωτή.

Α και Ω: η ακτινική φτερωτή

Μιλάμε φυσικά για την καρδιά του συμπιεστή, χωρίς τη φτερωτή («πτερωτή/impeller») δεν ορίζεται συμπιεστής και όλα τα άλλα γύρω του, κελύφη κτλ., είναι εκεί απλά για να υποδεχτούν και να προσαρμόσουν το αποτέλεσμα της δουλειάς της φτερωτής, δηλαδή της σταδιακής αύξησης της ενέργειας του αέρα από τα πτερύγιά της. Οι φτερωτές, γενικώς, στους φυγοκεντρικούς συμπιεστές έρχονται σε πληθώρα διαφορετικών τύπων, γεωμετριών και ειδών πτερυγίων, αριθμού πτερυγίων, υλικών κατασκευής, αεροδυναμικών χαρακτηριστικών κτλ. Κάθε φτερωτή, ακόμα και αν ανήκει στην ίδια οικογένεια μοντέλων τούρμπο ενός κατασκευαστή, διαθέτει διαφορετικό συνδυασμό βασικών χαρακτηριστικών, που οδηγούν φυσικά σε διαφορετικά χαρακτηριστικά πίεσης και παροχής, όπως αυτά αντικατοπτρίζονται στο χάρτη του συμπιεστή, που θα δούμε σε επόμενη συνέχεια. Επίσης, κάθε φτερωτή πάει πακέτο με συγκεκριμένα γεωμετρικά χαρακτηριστικά κελύφους (τον επόμενο μήνα αυτά), άρα δεν μπορούμε να πειράξουμε τη φτερωτή μόνη της χωρίς να δούμε τι επιπτώσεις θα έχει στο κέλυφος. Ας δούμε πρώτα κάποια κατασκευαστικά θέματα πριν ασχοληθούμε με τα επιμέρους μέρη της φτερωτής. Παραδοσιακά, οι φτερωτές του συμπιεστή του τούρμπο είναι αλουμινένιες και συγκεκριμένα από διάφορα κράματα αλουμινίου (κάποιος συνδυασμός Al-Si-Cu-Mg). Φυσικά, κράμα από κράμα διαφέρει, δεν μπαίνουν όλες οι φτερωτές από αλουμίνιο στο ίδιο σακί: ανάλογα με το κράμα (και την αξία του...) υπάρχουν άλλες αντοχές σε μέγιστες πιέσεις και ρυθμούς περιστροφής (φυγοκεντρικά φαινόμενα, για την ακρίβεια οι τάσεις καταπόνησης της φτερωτής δεν είναι ανάλογες με τη μάζα/ροπή αδράνειάς της, αλλά ανάλογες του τετραγώνου της ταχύτητας περιστροφής της, με άλλα λόγια στις 150.000rpm έχει τετραπλάσια μηχανική καταπόνηση απ’ ότι στις 75.000rpm). Επίσης, παραδοσιακά, οι φτερωτές είναι χυτές υπό ατμοσφαιρική πίεση π.χ. για τα μαμά τούρμπο ευρείας παραγωγής, αλλά τα τελευταία χρόνια συγκεκριμένα σε high-end/tuning-dragster εφαρμογές πάμε προς τις πολύ πιο ακριβές «billet» (ή «FMW» - Forged Milled Wheel) φτερωτές, δηλάδη μέσω διαμόρφωσης σε κέντρο κατεργασίας από «μασίφ» σφυρηλατημένο μπλοκ μετάλλου (και πάλι τυπικά αλουμίνιο): φυσικά -κατά βάση- μιλάμε για διαμόρφωση σε πανάκριβες 5-αξονικές CNC φρέζες, ενώ, θεωρητικά αναφορικά και με το όριο αντοχής τους, άξια λόγου είναι και η ποιότητα επιφανείας, που έχουν οι billet φτερωτές στα σημεία ενώσης των πτερυγίων με το κορμό (hub) της φτερωτής, που ξεχωρίζουν από το χιλιόμετρο σε σχέση με τις χυτές. Γενικώς, η κουβέντα «χυτή vs. billet φτερωτή» είναι τεράστια και τα επιχειρήματα δεν είναι προφανώς υπέρ των billet: υπάρχουν κατασκευαστές (που φτιάχνουν και τις δύο), που για ίδια γεωμετρικώς φτερωτή ορκίζονται ότι παίρνουν τα ίδια χαρακτηριστικά σε δοκιμές και με τις δύο μεθόδους και ότι κάποιοι πελάτες προτιμούν τις billet μόνο και μόνο επειδή είναι πιο γυαλιστερές στο μάτι...Σε γενικές γραμμές, το σίγουρο είναι ότι για σχετικά μικρή παραγωγή ειδικών τούρμπο, η billet κατασκευή είναι φθηνότερη από τα χυτά (αφού τα καλούπια για τη χύτευση είναι ακριβά να σχεδιαστούν), αφού απλά πετάς έναν κώδικα G στην CAD-CAM εργαλειομηχανή, ενώ όταν μιλάμε για μαζική παραγωγή, όπου το κόστος του καλουπιού επιμερίζεται σε κάτι εκατοντάδες χιλιάδες  κομμάτια, οι χυτές βγαίνουν φθηνότερες. Αλλά σίγουρα κάτι θα έχει πάρει το μάτι σας τα τελευταία χρόνια και για φτερωτές τιτανίου, ε? Όντως, σε εφαρμογές με πολύ υψηλές απαιτήσεις αντοχής σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες εξόδου συμπιεστή, που δεν θα άντεχε το αλουμίνιο (θα άντεχε αρχικά, αλλά θα αστοχούσε λόγω κόπωσης μετά από κάποιους κύκλους λειτουργίας), περνάμε στις πιο βαρβάτες φτερωτές τιτανίου. Αυτές φυσικά είναι πανάκριβες και απαιτούν ειδικές μεθόδους κατεργασίας (υπάρχουν τόσο χυτές, μέσω ειδικών χυτεύσεων σε κενό, όσο και billet φτερωτές τιτανίου), αφού -μεταξύ άλλων- δεν είναι εύκολη και η ένωσή τους με τον (ατσάλινο) άξονα του τούρμπο. Αυτό ήταν? Τιτάνιο και τέλος? Αμ δε, ακόμα πιο σπάνιες είναι οι φτερωτές κράματος μαγνησίου: ήταν οι αγαπημένες φτερωτές συμπιεστή της Mitsubishi την προηγούμενη δεκαετία, όταν μεσουρανούσε στα WRC/Group N με τα διάφορα Lancer, ένω και κάποιες ειδικές εκδόσεις δρόμου του Evo IX βγήκαν από το εργοστάσιο με φτερωτή μαγνησίου...

Η ανατομία μίας φτερωτής

Σε κάθε περίπτωση και ανεξαρτήτως μεθόδου κατασκευής και υλικών, η τυπική φτερωτή συμπιεστή έχει μία βασική δομή-μορφολογία, πάμε να την δούμε με οδηγό τα συνοδευτικά σχήματα και φωτογραφίες. Κατ’ αρχήν, στα αυτοκινητιστικά τούρμπο μιλάμε πάντα για «ανοικτές-ορατές» (unshrouded) φτερωτές, δηλαδή χωρίς συνδετικό περιστρεφόμενο κέλυφος, που ενώνει τις κορυφές των πτερυγίων κλείνοντας τα περιφερειακά (shrouded impellers): σε βιομηχανικά τούρμπο (αλλά και πολύ παλιότερα αγωνιστικά αυτοκίνητα) μπορεί να δείτε και τέτοια ...εξώκοσμα (αυξάνουν τον ισεντροπικό βαθμό απόδοσης από 82-83% σε 85% περίπου, αλλά μαζεύουν σκόνη, έχουν θέματα αντοχής και είναι ακριβές) για εμάς τους αυτοκινητόβιους πράγματα. Bασική δομή της φτερωτής είναι ο κορμός, στις πλευρές του οποίου θα ρθει να «κάτσει» κάθε πτερύγιο και ο οποίος στο κέντρο του και κατά μήκος είναι τρύπιος για να συνδεθεί στον άξονα του τούρμπο (τυπικά, σε αυτοκινητιστικές εφαρμογές, ο κορμός είναι πάντα «Thrubore», δηλαδή ο άξονας του τούρμπο περνάει από άκρη σε άκρη τη φτερωτή, σε άλλες μη αυτοκινητιστικές εφαρμογές, όμως, «boreless», μπορεί η φτερωτή να είναι μασίφ χωρίς τρύπα για τον άξονα καθόλο το μήκος, πράγμα που αυξάνει την αντοχή σε κόπωση και το προσδόκιμο ζωής της). Μία φτερωτή σε τομή μοιάζει με ηφαίστειο, αφού εκτός από το κούφιο εσωτερικό, οι πλευρές-διάμετρός της ανοίγουν από το εμπρός προς το πίσω μέρος, σχηματίζοντας μία «ράμπα-πλαγιά», που αλλάζει 90 μοίρες σε κλίση, όσο δηλαδή αλλάζει και η ροή του αέρα σε έναν ακτινικό συμπιεστή. Σε πολλές φτερωτές, το πίσω μέρος του κορμού γύρω από την οπή του άξονα προεκτείνεται λίγο (προς το cartridge) και πέραν του πλάτους του πτερυγίων και όχι τυχαία: εκείνο είναι το σημείο (μαζί με τις εδράσεις των πτερυγώσεων), που -λόγω της κατανομής των αυξημένων μαζών στο κομμάτι της φτερωτής με τη μεγάλη διάμετρο- καταπονείται περισσότερο μηχανικά και κινδυνεύει θεωρητικά με αστοχία και αποκόλληση. Η μεγαλύτερη θερμική καταπόνηση μίας φτερωτή συμπιεστή αντίθετα, συμβαίνει στο άλλο άκρο: στις άκρες των πτερυγίων, αφού εκεί ο αέρας συμπιέζεται περισσότερο και άρα θερμαίνεται περισσότερο. Προεξοχή πέραν του inducer έχει ο κορμός και στο εμπρός, λεπτό μέρος, που ονομάζεται «μύτη» της φτερωτής.  Και περνώντας, λοιπόν, στα πτερύγια και έχοντάς το ήδη αναφέρει, έχουμε δύο βασικές διαμέτρους: η μία είναι η μικρή διάμετρος ή διάμετρος εισαγωγής της φτερωτής (αυτή που βλέπετε, όταν κοιτάτε το συμπιεστή του τούρμπο από μπροστά), η λεγόμενη διάμετρος του «inducer» («επαγωγέας» στα Ελληνικά, αλλά προτείνω να μην ζητήσετε επαγωγέα 68mm στην πιάτσα, γιατί κάτι άλλο θα πάρετε...) και η άλλη είναι η μεγάλη ή εξαγωγής διάμετρος (που δεν την βλέπετε, αν δεν λύσετε το τούρμπο), η διάμετρος του «exducer». Αλλά και πέρα από διαμέτρους, ως «inducer» σκέτο εννοούμε το κομμάτι εισόδου του πτερυγίου, όπου η ροή είναι κυρίως αξονική και σκοπό έχει την εξισορρόπηση των επιταχύνσεών της πριν συναντήσει το κέλυφος και ως «exducer», το καθαρά ακτινικό κομμάτι εξόδου. Σημειώστε ότι μία φτερωτή θα «δούλευε» και χωρίς καθόλου inducer/αξονικό μέρος (το αντίστροφο, δηλαδή χωρίς ακτινικό μέρος / exducer δεν θα γινόταν, αφού εκεί γίνεται όλη η δουλειά), αλλά με μειωμένη αεροδυναμική απόδοση, μεταξύ άλλων, γιατί τοπικά η ροή μπορεί έτσι να γίνει υπερηχητική ακόμα κι αν στο exducer είναι υποηχητική. Μορφολογικά, οι άκρες των πτερυγίων στο inducer είναι ελεύθερες (αλλά κεκλιμένες σε περίπου 65 μοίρες, ώστε να «φτυαρίζουν» ροή, πολύ παλιότερες φτερωτές μόνο δεν έχουν κεκλιμένο inducer, αφού δεν γινόταν εύκολα η ανάλογη χύτευση σε προ-lost wax εποχές), ενώ οι άκρες των πτερυγίων στο exducer σταματάνε στο πίσω τοίχωμα της φτερωτής, το οποίο ρίχνει πόρτα στις όποιες αξονικές «ιδέες» της ροής, εξαναγκάζοντάς την να φύγει ακτινικά. Η διάμετρος exducer τώρα δεν είναι σημειακή και μπορεί να εκτείνεται σε ύψος αρκετών χιλιοστών στην άκρη της πτερύγωσης, ορίζοντας το λεγόμενο ύψος ή πλάτος άκρης του exducer: και όχι μόνο αυτό, αλλά η γωνία-άκρη του exducer μπορεί να βγαίνει πιο έξω και από τη διάμετρο του πίσω τοιχώματος, σχηματίζοντας το λεγόμενο «extendedtip», που προσφέρουν πολλοί κατασκευαστές τούρμπο κυρίως για τις μεγάλες φτερωτές. Η ιδέα πίσω από την κατεργασία του exducer σε extended tip είναι η δημιουργία μεγαλύτερη πίεσης (στο σημείο μέγιστης διαμέτρου), αλλά μειώνοντας ταυτόχρονα τη μάζα και επομένως τη ροπή αδράνειας της φτερωτής στη μέγιστη διάμετρό της.  Στις μοντέρνες φτερωτές, η διάμετρος του πίσω τοιχώματος συμπίπτει με τη διάμετρο του exducer, δεν ήταν πάντα έτσι, όμως, τα πράγματα: παλιότερα, ο πίσω δίσκος είχε μικρότερη διάμετρο ανάμεσα στις άκρες του πτερυγίων, που προεξείχαν σαν βραχίονες και επομένως, όταν έβλεπες τη φτερωτή από μπροστά, έμοιαζε περισσότερο με ...αστερία. Γιατί το έκαναν αυτό? Και πάλι για λόγους μάζας / ροπής αδράνειας, αφού ουσιαστικά πετάγανε υλικό, που δεν χρειαζόταν άμεσα σε κάτι. Με την εισαγωγή ωστόσο της τεχνολογίας των οπισθοκλινών πτερυγώσεων, που θα δούμε αμέσως πιο κάτω, οι κατασκευαστές κατάλαβαν ότι χρειάζονται πλήρη τον πίσω δίσκο της φτερωτής για δομικούς λόγους και έτσι συμβιβάστηκαν: ουσιαστικά προτίμησαν τα πλεονεκτήματα της backswept φτερωτής από τα πλεονεκτήματα του -μερικής επιφανείας- πίσω δίσκου.

Οι παραλλαγές στα πτερύγια των φτερωτών

Πρώτο χαρακτηριστικό είναι η επιπρόσθετη γωνία-καμπυλότητα των πτερυγίων, που δίνουμε σε inducer-exducer, που είναι ουσιαστικά οι γωνίες προσβολής και διαφυγής του πτερυγίου. Στα παλιότερα σχέδια φτερωτών (κυρίως μεγάλων ντιζελομηχανών και ντιζελογεννητρίων) και καθώς βλέπεις τη φτερωτή από εμπρός, το κάθε πτερύγιο εκτεινόταν από το inducer μέχρι το exducer σε ευθεία, δηλαδή απολύτως ακτινικά σαν τις ακτίνες του ήλιου. Πλέον δεν θα βρείτε τέτοια, όχι γιατί δεν αναπτύσσουν αρκετή πίεση (το αντίθετο βασικά, μεταφέρουν μεγαλύτερη ενέργεια ανά μονάδα μάζας στο ρευστό και σε σενάρια. που θέλουμε τρίμπαρα κτλ.. πετυχαίνουν πιο εύκολα μεγάλες πιέσεις). αλλά επειδή δεν έχουν καλό βαθμό απόδοσης (χωρίς επιπλέον πτερύγια στο διαχύτη) σε σχέση με τις «backswept» ή «backward curved» φτερωτές του σήμερα, όπου, δηλαδή, το σχήμα του πτερυγίου στη βάση του «στρίβει» προς τα πίσω (σε σχέση με τη φορά, δηλαδή, περιστροφής «υπολείπεται»), καθώς οδεύει προς το exducer (τυπικές τιμές είναι 30-40 μοίρες κλίσης). Η οπισθοκλινής αυτή τοποθέτηση του πτερυγίου προς το exducer βοηθάει στη διάχυση της ροής του αέρα (επιβραδύνοντάς τον πριν την έξοδο από τη φτερωτή) πριν καν η ροή φύγει από την πτερύγωση προς το διαχύτη του κελύφους και αυξάνει το συντελεστή απόδοσης σε ευρύτερες περιοχές λειτουργίας του χάρτη απόδοσης του συμπιεστή. Επίσης, με τα backswept πτερύγια μειώνουμε την ταχύτητα (τον αριθμό Mach, που λέγαμε) στην είσοδο του διαχύτη του κελύφους, όπως θα δούμε στο Part V. Δεύτερος διαχωρισμός είναι αυτός, που έχει να κάνει με το είδος των πτερυγίων, δηλαδή, αν αυτά είναι όλα ολόκληρα (full blades) ή αν κάποια, εναλλάξ με τα ολόκληρα, είναι «ημιτελή/ μισά», δηλαδή χωρίς καθόλου inducer, τα λεγόμενα «splitters ή splittervanes» («διαχωριστικά πτερύγια» ελληνιστί). Τα splitters είναι τα πτερύγια, που βλέπει κανείς στο βάθος, κοιτώντας στο ύψος του inducer ανάμεσα στα ολόκληρα πτερύγια και τα οποία, ενώ φτάνουν κανονικά μέχρι το exducer, δεν φτάνουν μέχρι τέρμα μπροστά. Φτερωτές μόνο με full blades, δηλαδή χωρίς splitters, δεν βρίσκει εύκολα κανείς σήμερα, σε «ΙΧ» εφαρμογές τουλάχιστον, παρά μόνο σε άλλες εφαρμογές πολύ χαμηλών επιπέδων περιστροφής τούρμπο: σε εφαρμογές υψηλής πίεσης υπερπλήρωσης και υψηλών ρυθμών περιστροφής, όπως όλα τα επιβατικά τούρμπο σήμερα, συναντάμε full και μισά πτερύγια εναλλάξ, οπότε λίγο-πολύ θεωρήστε την ύπαρξή τους δεδομένη. Θεωρητικά, μία φτερωτή με ολόκληρα πτερύγια μόνο μπορεί να δώσει τη μέγιστη πίεση και απόδοση, στην πράξη όμως και λόγω αεροδυναμικών φαινομένων σε υψηλούς ρυθμούς περιστροφής αδυνατεί να έχει καλύτερη παροχή στο inducer: πρακτικά, όταν οι rpm ανεβαίνουν, το κενό, που δημιουργεί στο inducer ένα splitter  πτερύγιο ανάμεσα σε δύο ολόκληρα πτερύγια, βοηθάει στην εισρόφηση. Με άλλα λόγια, τα splitter vanes δεν φτάνουν μέχρι εμπρός για να αποφευχθεί η στένωση της διατομής και η δημιουργία του λεγόμενου ηχητικού λαιμού (Mach 1), που θα έβαζε απότομο ταβάνι στην παροχή του συμπιεστή λόγω φαινομένων στραγγαλισμού («choke»). Από τη στιγμή τώρα που θα μπει ο αέρας στη φτερωτή, η παρουσία των splitter πτερυγίων υποβοηθάει στη συμπίεση του αέρα και στην οδήγησή του στο ακτινικό τμήμα της φτερωτής, καθώς αυτός επιταχύνεται ακτινικά προς τα έξω και συναντά αυξημένη ακτίνα.

Ολίσθηση και αριθμός πτερυγίων

Σε κάθε περίπτωση και άσχετα με τη γεωμετρία, που θα επιλέξουμε ως προς τις δύο βασικές παραμέτρους του συμπιεστή του τούρμπο, που αναφέραμε παραπάνω, η βασική επιδίωξη του σχεδιαστή της φτερωτής και σκοπός της όλης διάταξης είναι η ροή του αέρα να ακολουθεί πιστά την (όποια) μορφή των πτερυγίων, με τις λιγότερες δυνατές αποκλίσεις και αποκολλήσεις και εδώ είναι που έρχεται να κουμπώσει το φαινόμενο της «ολίσθησης» (slip): κατά την περιστροφή της φτερωτής ορίζεται η «πλευρά υπερπίεσης» (pressureside), που είναι η πλευρά, που «σπρώχνει» (του ίδιου του πτερυγίου, που προηγείται) και η «πλευρά υποπίεσης» (suctionside), που είναι η περιοχή χαμηλής πίεσης, που ακολουθεί. Η διαφορά αυτή πίεσης των δύο πλευρών δημιουργεί την αντισταθμιστική δύναμη Coriolis, που πρακτικά αυτή η τελευταία είναι η δύναμη εκείνη, που απαιτείται για να ακολουθήσει ο αέρας τη μορφή των πτερυγίων. Όσο πάμε προς την άκρη του πτερύγιου στο exducer, η διαφορά-δύναμη αυτή μειώνεται, μέχρι το σημείο που μηδενίζεται εντελώς στην άκρη-άκρη του πτερυγίου, με αποτελέσμα η ροή εκεί να αρχίζει να αποκλίνει από τη διεύθυνση, που θα της έδινε η τοπική γεωμετρία του πτερυγίου. Στην απόκλιση αυτή ρόλο παίζει κυρίως η ροή ενδιάμεσα των δύο διαδοχικών πτερυγίων, που είναι ολίγον τι «αδέσποτη». Αυτό, που τελικά συμβαίνει, είναι η ροή του αέρα να μας την κάνει από τη φτερωτή με διαφορά στη γωνία αποχώρησης σε σχέση με το σχήμα της άκρης του exducer και, να, η ολίσθηση, που λέγαμε. Πρακτικά-αεροδυναμικά, η ύπαρξη ολίσθησης σημαίνει ότι στην έξοδο της φτερωτής, η ροή προς το διαχύτη του κελύφους του τούρμπο δεν είναι ομοιόμορφη, αλλά χωρίζεται σε δύο περιοχές: μία υψηλών ταχυτήτων, που ονομάζεται περιοχή δέσμης (jet) και μία χαμηλότερων, που αποτελεί τον ομόρρου (wake, «απόνερα»). Το φαινόμενο της ολίσθησης δεν το αναφέραμε καθαρά «ακαδημαϊκά» ή τόσο για να εξηγήσουμε τι συμβαίνει εκεί ανάμεσα στα πτερύγια αεροδυναμικά, αλλά περισσότερο χρειάζεται στην κουβέντα, γιατί επηρεάζεται από τον αριθμό των πτερυγίων της φτερωτής: αυτό είναι κάτι, που δεν είχαμε αναφέρει ως τώρα και προφανώς οι περισσότεροι γνωρίζετε ότι δεν έχουν όλα τα τούρμπο ίδιο αριθμό πτερυγίων στις φτερωτές τους (κάποιοι ήδη μετράτε πτερύγια στις φωτογραφίες, σας βλέπω), οπότε να που τώρα ξέρετε, τι παίζει με αυτό το θέμα. Υπάρχει συγκεκριμένη μαθηματική σχέση, που συνδέει το συντελεστή ολίσθησης (ισούται με το λόγο της πραγματικής με τη θεωρητική τιμή, οπότε μηδέν ολίσθηση έχουμε για συντελεστή ολίσθησης ίσο με 1), τις ταχύτητες της ροής και της φτερωτής, τη γωνία εξόδου του exducer και τον αριθμό των πτερυγίων. Η ποιοτική ερμηνεία αυτής της ωραίας σχέσης είναι ότι όσο αυξάνουμε τον αριθμό των πτερυγίων, αυξάνουμε και το συντελεστή ολίσθησης (δηλαδή ως απόλυτο νούμερο πλησιάζει τη μονάδα, που σημαίνει ότι μειώνεται η ολίσθηση όσο αυξάνουμε τον αριθμό των πτερυγίων), αλλά αυτό ισχύει μέχρι κάποιο όριο: από κάποιο σημείο και μετά έχουμε υπέρμετρη αύξηση των απωλειών λόγω πρόσθετων τάσεων τριβής. Ανάλογα με τα επιθυμητά, λοιπόν, χαρακτηριστικά ροής του τούρμπο κάνουμε ένα συμβιβασμό μεταξύ ολίσθησης και απωλειών, βρίσκοντας τη χρυσή τομή στον αριθμό των πτερυγίων (5 ως 9 συνήθως συν τα splitters, 9-11 σε εφαρμογές χωρίς splitters για μειωμένο θόρυβο, ακόμα περισσότερα για μη αυτοκινητιστικές εφαρμογές).

Το trim της φτερωτής του συμπιεστή

Το πιο «εμπορικό» και συχνά απαντόμενο χαρακτηριστικό ενός συμπιεστή στους καταλόγους των κατασκευαστών, μετά τις διαμέτρους των inducer-exducer, είναι το trim. Και ενώ το trim έχει να κάνει με τις προαναφερθείσες διαμέτρους αποκλειστικά, αυτό που εκφράζει αριθμητικά -από τη μία πλευρά- είναι η σχέση διαστασιολογικά των δύο (λόγος επιφανειών εμπρός και πίσω «δίσκου» της φτερωτής ) και αυτό που εκφράζει ποιοτικά - από την άλλη- είναι τα χαρακτηριστικά παροχής.

Trim = (inducer^2 / exducer^2) x 100

Αν, για παράδειγμα, έχουμε inducer διάμετρου 53,1mm και exducer διαμέτρου 71mm, τότε η παραπάνω σχέση μας δίνει Trim = 56. Φυσικά και μαθηματικά από την παραπάνω σχέση μπορούμε να βρούμε το inducer, αν έχουμε μόνο το exducer και το trim ή το exducer, αν έχουμε μόνο το inducer και το trim.

Πρακτικά, το trim μας δίνει τις ικανότητες παροχής της φτερωτής: για όλα τα άλλα μεγέθη σταθερά (βασικά για σταθερό exducer), μία φτερωτή με μεγαλύτερο trim θα έχει μεγαλύτερη παροχή από μία με μικρότερο, αφού σημαίνει ότι θα έχει μεγαλύτερο inducer. Με άλλα λόγια, αν ξέρουμε μόνο τα trim σε δύο τούρμπο, δεν μπορούμε να πούμε πιο έχει μεγαλύτερη απόλυτη παροχή, αφού δεν ξέρουμε τα άλλα μεγέθη (ένα τεράστιο τούρμπο με μικρό trim φυσικά και θα έχει μεγαλύτερη παροχή από ένα μικρό με μεγάλο trim). Trim μεταξύ τους συγκρίνουμε μόνο για συγγενικά τούρμπο, π.χ. κοινού exducer.

Προσοχή θέλει και ο διαχωρισμός μεταξύ areatrim και diametertrim: παραδοσιακά, όταν λέμε trim, εννοούμε το πρώτο, που είναι ο λόγος εμβαδών κυκλικών διατομών (εξού και τα τετράγωνα στον τύπο πάνω), πολλοί κατασκευαστές, όμως, χρησιμοποιούν (και) το trim διαμέτρων, που είναι απλά ο λόγος inducer/exducer x 100, χωρίς δηλαδή τα τετράγωνα στον τύπο. Τα δύο ειδη trim μεταξύ τους θα είναι πάντα διαφορετικά σαν νούμερα (το diamater trim θα είναι μεγαλύτερο από το area trim), αφού δεν θα βρείτε πουθενά inducer ίδιο με exducer (ώστε να ήταν ο λόγος «1» ασχέτως δυνάμεων στο κλάσμα).

Καλά μπάνια με ή χωρίς τουρμπόκαιρο!