Pentru a crește puterea motoarelor cu ardere internă, unitățile speciale - turbocompresoare - sunt utilizate pe scară largă.Citiți despre ce este un turbocompresor, ce tipuri sunt aceste unități, cum sunt aranjate și pe ce principii se bazează activitatea lor, precum și despre întreținerea și repararea lor, în articol.
Ce este un turbocompresor?
Turbocompresorul este componenta principală a sistemului de presurizare agregată a motoarelor cu ardere internă, o unitate de creștere a presiunii în tractul de admisie al motorului datorită energiei gazelor de eșapament.
Turbocompresorul este folosit pentru a crește puterea unui motor cu ardere internă fără interferențe radicale în designul său.Această unitate mărește presiunea în tractul de admisie al motorului, oferind o cantitate crescută de amestec combustibil-aer camerelor de ardere.În acest caz, arderea are loc la o temperatură mai mare cu formarea unui volum mai mare de gaze, ceea ce duce la o creștere a presiunii asupra pistonului și, ca urmare, la o creștere a caracteristicilor cuplului și puterii motorului.
Utilizarea unui turbocompresor vă permite să creșteți puterea motorului cu 20-50% cu o creștere minimă a costului acestuia (și cu modificări mai semnificative, creșterea puterii poate ajunge la 100-120%).Datorită simplității, fiabilității și eficienței lor, sistemele de presurizare bazate pe turbocompresoare sunt utilizate pe scară largă pe toate tipurile de vehicule cu motor cu ardere internă.
Tipuri și caracteristici ale turbocompresoarelor
Astăzi, există o mare varietate de turbocompresoare, dar acestea pot fi împărțite în grupuri în funcție de scopul și aplicabilitatea lor, tipul de turbină utilizat și funcționalitatea suplimentară.
În funcție de scop, turbocompresoarele pot fi împărțite în mai multe tipuri:
• Pentru sisteme de presurizare cu o singură treaptă - un turbocompresor per motor, sau două sau mai multe unități care funcționează pe mai mulți cilindri;
•Pentru sisteme de umflare în serie și serie-paralel (diverse variante de Twin Turbo) - două unități identice sau diferite care funcționează pe un grup comun de cilindri;
• Pentru sistemele de presurizare în două trepte, există două turbocompresoare cu caracteristici diferite, care lucrează în perechi (secvențial unul după altul) pentru un grup de cilindri.
Cele mai utilizate sunt sistemele de presurizare cu o singură treaptă construite pe baza unui singur turbocompresor.Cu toate acestea, un astfel de sistem poate avea două sau patru unități identice - de exemplu, în motoarele în formă de V, se folosesc turbocompresoare separate pentru fiecare rând de cilindri, în motoarele cu mai mulți cilindri (mai mult de 8) pot fi utilizate patru turbocompresoare, fiecare dintre care functioneaza pe 2, 4 sau mai multi cilindri.Mai puțin obișnuite sunt sistemele de presurizare în două trepte și diferitele variante ale Twin-Turbo, ele folosesc două turbocompresoare cu caracteristici diferite care pot funcționa doar în perechi.
În funcție de aplicabilitate, turbocompresoarele pot fi împărțite în mai multe grupuri:
• După tipul de motor - pentru motoare pe benzină, diesel și pe gaz;
• În ceea ce privește volumul și puterea motorului - pentru unități de putere de putere mică, medie și mare;pentru motoare de mare viteză etc.
Turbocompresoarele pot fi echipate cu unul dintre cele două tipuri de turbine:
• Radial (radial-axial, centripet) - fluxul de gaze de evacuare este alimentat la periferia rotorului turbinei, se deplasează în centrul acestuia și este evacuat pe direcția axială;
• Axial - fluxul de gaze de evacuare este furnizat de-a lungul axei (spre centru) rotorului turbinei și este evacuat de la periferia acestuia.
Astăzi, se folosesc ambele scheme, dar pe motoarele mici puteți găsi adesea turbocompresoare cu o turbină radial-axială, iar pe unități puternice de putere sunt preferate turbinele axiale (deși aceasta nu este regula).Indiferent de tipul de turbină, toate turbocompresoarele sunt echipate cu un compresor centrifugal - în acesta aerul este furnizat în centrul rotorului și îndepărtat de la periferia acestuia.
Turbocompresoarele moderne pot avea diferite funcționalități:
• Intrare dublă - turbina are două intrări, fiecare dintre ele primește gaze de eșapament de la un grup de cilindri, această soluție reduce căderile de presiune în sistem și îmbunătățește stabilitatea boost-ului;
• Geometrie variabilă - turbina are pale mobile sau un inel de glisare, prin care puteți modifica debitul gazelor de eșapament către rotor, acest lucru vă permite să modificați caracteristicile turbocompresorului în funcție de modul de funcționare a motorului.
În cele din urmă, turbocompresoarele diferă în ceea ce privește caracteristicile de bază și capacitățile lor de performanță.Dintre principalele caracteristici ale acestor unități trebuie evidențiate:
• Gradul de creștere a presiunii - raportul dintre presiunea aerului la ieșirea compresorului și presiunea aerului la intrare, se află în intervalul 1,5-3;
• Alimentarea compresorului (debitul de aer prin compresor) - masa de aer care trece prin compresor pe unitatea de timp (secundă) se află în intervalul 0,5-2 kg/s;
• Gama de viteze de funcționare variază de la câteva sute (pentru locomotive diesel puternice, motoare industriale și alte motoare diesel) până la zeci de mii (pentru motoarele forțate moderne) de rotații pe secundă. Viteza maximă este limitată de puterea rotoarelor turbinei și compresorului, dacă viteza de rotație este prea mare din cauza forțelor centrifuge, roata se poate prăbuși.La turbocompresoarele moderne, punctele periferice ale roților se pot roti la viteze de 500-600 sau mai mult m/s, adică de 1,5-2 ori mai rapid decât viteza sunetului, ceea ce determină apariția fluierului caracteristic al turbinei;
• Temperatura de funcționare / maximă a gazelor de evacuare la intrarea în turbină se situează în intervalul 650-700 ° C, în unele cazuri ajunge la 1000 ° C;
• Eficiența turbinei/compresorului este de obicei 0,7-0,8, într-o unitate randamentul turbinei este de obicei mai mic decât randamentul compresorului.
De asemenea, unitățile diferă ca dimensiune, tip de instalare, necesitatea folosirii componentelor auxiliare etc.
Design turbocompresor
În general, turbocompresorul este format din trei componente principale:
1.Turbină;
2.Compresor;
3.Carcasa rulmentului (carcasa centrala).
Diagrama tipică a sistemului de presurizare a aerului agregat al motorului cu ardere internă
O turbină este o unitate care transformă energia cinetică a gazelor de eșapament în energie mecanică (în cuplul roții), ceea ce asigură funcționarea compresorului.Un compresor este o unitate pentru pomparea aerului.Carcasa rulmentului conectează ambele unități într-o singură structură, iar arborele rotorului situat în acesta asigură transferul cuplului de la roata turbinei la roata compresorului.
Secțiunea turbocompresor
Turbina și compresorul au un design similar.Baza fiecăreia dintre aceste unități este corpul cohlear, în părțile periferice și centrale ale căruia există conducte pentru conectarea la sistemul de presurizare.În compresor, conducta de admisie este întotdeauna în centru, evacuarea (descărcarea) este la periferie.Același aranjament de țevi pentru turbinele axiale, pentru turbinele radial-axiale, amplasarea țevilor este inversă (la periferie - admisie, în centru - evacuare).
In interiorul carcasei se afla o roata cu lame de o forma speciala.Ambele roți - turbină și compresor - sunt ținute de un arbore comun care trece prin carcasa rulmentului.Roțile sunt turnate solid sau compozit, forma palelor roții turbinei asigură utilizarea cât mai eficientă a energiei gazelor de eșapament, forma palelor roților compresorului asigură efectul centrifugal maxim.Turbinele moderne high-end pot folosi roți compozite cu pale ceramice, care au o greutate redusă și au performanțe mai bune.Dimensiunea roților turbocompresoarelor motoarelor de automobile este de 50-180 mm, locomotiva puternică, motoarele industriale și alte motoare diesel sunt de 220-500 mm sau mai mult.
Ambele carcase sunt montate pe carcasa rulmentului cu șuruburi prin garnituri.Lagărele simple (mai rar rulmenți cu un design special) și inelele O sunt amplasate aici.De asemenea, în carcasa centrală există canale de ulei pentru lubrifierea rulmenților și arborelui, iar în unele turbocompresoare și cavitatea mantalei de răcire cu apă.În timpul instalării, unitatea este conectată la sistemele de ungere și răcire a motorului.
În proiectarea turbocompresorului pot fi prevăzute și diverse componente auxiliare, inclusiv părți ale sistemului de recirculare a gazelor de eșapament, supape de ulei, elemente pentru îmbunătățirea lubrifierii pieselor și răcirea acestora, supape de control etc.
Piesele turbocompresorului sunt fabricate din oțeluri speciale, pentru roata turbinei se folosesc oțeluri rezistente la căldură.Materialele sunt atent selectate în funcție de coeficientul de dilatare termică, ceea ce asigură fiabilitatea designului în diferite moduri de funcționare.
Turbocompresorul este inclus în sistemul de presurizare a aerului, care include și galeriile de admisie și evacuare, iar în sistemele mai complexe - un intercooler (radiator de răcire cu aer de încărcare), diferite supape, senzori, amortizoare și conducte.
Principiul de funcționare al turbocompresorului
Funcționarea turbocompresorului se rezumă la principii simple.Turbina unității este introdusă în sistemul de evacuare al motorului, compresorul - în tractul de admisie.În timpul funcționării motorului, gazele de eșapament intră în turbină, lovesc paletele roților, dându-i o parte din energia sa cinetică și determinând-o să se rotească.Cuplul de la turbină este transmis direct roților compresorului prin intermediul arborelui.Când se rotește, roata compresorului aruncă aer spre periferie, crescând presiunea - acest aer este furnizat galeriei de admisie.
Un singur turbocompresor are o serie de dezavantaje, dintre care principalul este turbo delay sau turbo pit.Roțile unității au masă și o anumită inerție, astfel încât nu se pot învârti instantaneu atunci când viteza unității de putere crește.Prin urmare, atunci când apăsați brusc pedala de accelerație, motorul turbo nu accelerează imediat - există o pauză scurtă, o pană de curent.Soluția la această problemă este sistemele speciale de control al turbinelor, turbocompresoarele cu geometrie variabilă, sistemele de presurizare în serie-paralelă și în două trepte și altele.
Principiul de funcționare al turbocompresorului
Probleme de întreținere și reparare a turbocompresoarelor
Turbocompresorul necesită întreținere minimă.Principalul lucru este să schimbați uleiul de motor și filtrul de ulei la timp.Dacă motorul încă mai poate funcționa cu ulei vechi de ceva timp, atunci poate deveni mortal pentru turbocompresor - chiar și o ușoară deteriorare a calității lubrifiantului la sarcini mari poate duce la blocarea și distrugerea unității.De asemenea, se recomandă curățarea periodică a pieselor turbinei de depunerile de carbon, ceea ce necesită demontarea acesteia, dar această lucrare trebuie efectuată numai cu utilizarea de unelte și echipamente speciale.
Un turbocompresor defect este în cele mai multe cazuri mai ușor de înlocuit decât de reparat.Pentru înlocuire, este necesar să utilizați o unitate de același tip și model care a fost instalată mai devreme pe motor.Instalarea unui turbocompresor cu alte caracteristici poate perturba funcționarea unității de alimentare.Este mai bine să aveți încredere în selecția, instalarea și reglarea unității către specialiști - acest lucru garantează executarea corectă a lucrărilor și funcționarea normală a motorului.Odată cu înlocuirea corectă a turbocompresorului, motorul va recăpăta putere mare și va putea rezolva cele mai dificile sarcini.
Ora postării: 21-aug-2023