Vidaus degimo variklių galiai padidinti plačiai naudojami specialūs agregatai – turbokompresoriai.Apie tai, kas yra turbokompresorius, kokie yra šių agregatų tipai, kaip jie išdėstyti ir kokiais principais grindžiamas jų darbas, taip pat apie jų priežiūrą ir remontą skaitykite straipsnyje.
Kas yra turbokompresorius?
Turbokompresorius yra pagrindinė vidaus degimo variklių suminės slėgio sistemos sudedamoji dalis, agregatas, padidinantis slėgį variklio įsiurbimo trakte dėl išmetamųjų dujų energijos.
Turbokompresorius naudojamas siekiant padidinti vidaus degimo variklio galią be radikalių trukdžių jo konstrukcijai.Šis įrenginys padidina slėgį variklio įsiurbimo takoje, tiekdamas didesnį kuro ir oro mišinio kiekį į degimo kameras.Tokiu atveju degimas vyksta aukštesnėje temperatūroje, kai susidaro didesnis dujų tūris, dėl to padidėja slėgis stūmoklyje ir dėl to padidėja sukimo momentas bei variklio galios charakteristikos.
Turbokompresoriaus naudojimas leidžia padidinti variklio galią 20–50%, minimaliai padidinus jo sąnaudas (o atlikus reikšmingesnius pakeitimus galios augimas gali siekti 100–120%).Dėl savo paprastumo, patikimumo ir efektyvumo turbokompresorinės slėgio sistemos yra plačiai naudojamos visų tipų transporto priemonėse su vidaus degimo varikliais.
Turbokompresorių tipai ir charakteristikos
Šiandien turbokompresorių yra labai įvairių, tačiau juos galima suskirstyti į grupes pagal paskirtį ir pritaikomumą, naudojamos turbinos tipą ir papildomą funkcionalumą.
Pagal paskirtį turbokompresorius galima suskirstyti į keletą tipų:
• Vienpakopėms slėgio sistemoms – vienas turbokompresorius vienam varikliui, arba du ar daugiau agregatų, veikiančių keliuose cilindruose;
•Serijos ir serijinės lygiagrečios pripūtimo sistemoms (įvairūs Twin Turbo variantai) - du vienodi arba skirtingi agregatai, veikiantys bendrą cilindrų grupę;
• Dviejų pakopų slėgimo sistemoms yra skirti du skirtingų charakteristikų turbokompresoriai, kurie veikia poromis (paeiliui vienas po kito) vienai cilindrų grupei.
Plačiausiai naudojamos vienpakopės slėginės sistemos, pastatytos vieno turbokompresoriaus pagrindu.Tačiau tokia sistema gali turėti du ar keturis vienodus agregatus – pavyzdžiui, V formos varikliuose kiekvienai cilindrų eilei naudojami atskiri turbokompresoriai, kelių cilindrų varikliuose (daugiau nei 8) gali būti naudojami keturi turbokompresoriai, kiekvienas iš jų kuris veikia su 2, 4 ar daugiau cilindrų.Mažiau paplitusios yra dviejų pakopų slėgio didinimo sistemos ir įvairios Twin-Turbo variacijos, jose naudojami du skirtingų charakteristikų turbokompresoriai, kurie gali veikti tik poromis.
Pagal pritaikomumą turbokompresorius galima suskirstyti į kelias grupes:
• Pagal variklio tipą - benzininiams, dyzeliniams ir dujiniams jėgos agregatams;
• Pagal variklio tūrį ir galią – mažos, vidutinės ir didelės galios jėgos agregatams;greitaeigiams varikliams ir kt.
Turbokompresorius gali būti komplektuojamas su vienu iš dviejų tipų turbinų:
• Radialinis (radial-aksialinis, centripetalinis) - išmetamųjų dujų srautas paduodamas į turbinos sparnuotės periferiją, juda į jo centrą ir išleidžiamas ašine kryptimi;
• Ašinis – išmetamųjų dujų srautas tiekiamas išilgai turbinos sparnuotės ašies (į centrą) ir išleidžiamas iš jo periferijos.
Šiandien naudojamos abi schemos, tačiau mažuose varikliuose dažnai galite rasti turbokompresorių su radialine ašine turbina, o galinguose jėgos agregatuose pirmenybė teikiama ašinėms turbinoms (nors tai nėra taisyklė).Nepriklausomai nuo turbinos tipo, visi turbokompresoriai turi išcentrinį kompresorių – jame oras tiekiamas į sparnuotės centrą ir pašalinamas iš jo periferijos.
Šiuolaikiniai turbokompresoriai gali turėti skirtingas funkcijas:
• Dvigubas įvadas – turbina turi du įėjimus, kiekvienas iš jų gauna išmetamąsias dujas iš vienos cilindrų grupės, šis sprendimas sumažina slėgio kritimus sistemoje ir pagerina pakėlimo stabilumą;
• Kintama geometrija – turbina turi judančias mentes arba slankiojantį žiedą, per kurį galima keisti išmetamųjų dujų srautą į sparnuotę, tai leidžia keisti turbokompresoriaus charakteristikas priklausomai nuo variklio darbo režimo.
Galiausiai, turbokompresoriai skiriasi savo pagrindinėmis eksploatacinėmis savybėmis ir galimybėmis.Iš pagrindinių šių vienetų savybių reikėtų pabrėžti:
• Slėgio padidėjimo laipsnis – oro slėgio kompresoriaus išėjimo angoje ir oro slėgio įleidimo angoje santykis yra 1,5-3 intervale;
• Kompresoriaus padavimas (oro srautas per kompresorių) – oro masė, praeinančio per kompresorių per laiko vienetą (sekundę), yra 0,5-2 kg/s ribose;
• Darbo greičio diapazonas svyruoja nuo kelių šimtų (galingiems dyzeliniams lokomotyvams, pramoniniams ir kitiems dyzeliniams varikliams) iki dešimčių tūkstančių (šiuolaikiniams priverstiniams varikliams) apsisukimų per sekundę. Didžiausią greitį riboja turbinos ir kompresoriaus sparnuotės stiprumas, jei sukimosi greitis yra per didelis dėl išcentrinių jėgų, ratas gali subyrėti.Šiuolaikiniuose turbokompresoriuose ratų periferiniai taškai gali suktis 500–600 ar daugiau m / s greičiu, tai yra 1,5–2 kartus greičiau nei garso greitis, todėl atsiranda būdingas turbinos švilpimas;
• Darbinė / maksimali išmetamųjų dujų temperatūra turbinos įleidimo angoje yra 650-700 °C, kai kuriais atvejais siekia 1000 °C;
• Turbinos/kompresoriaus naudingumo koeficientas dažniausiai yra 0,7-0,8, viename bloke turbinos efektyvumas dažniausiai yra mažesnis už kompresoriaus naudingumą.
Taip pat įrenginiai skiriasi dydžiu, montavimo tipu, būtinybe naudoti pagalbinius komponentus ir kt.
Turbokompresoriaus dizainas
Apskritai turbokompresorius susideda iš trijų pagrindinių komponentų:
1.Turbina;
2.Kompresorius;
3.Guolių korpusas (centrinis korpusas).
Tipinė vidaus degimo variklio agregatinės oro slėgio sistemos schema
Turbina – agregatas, kuris išmetamųjų dujų kinetinę energiją paverčia mechanine energija (rato sukimo momentu), kuri užtikrina kompresoriaus darbą.Kompresorius yra įrenginys, skirtas siurbti orą.Guolių korpusas sujungia abu agregatus į vieną konstrukciją, o jame esantis rotoriaus velenas užtikrina sukimo momento perdavimą iš turbinos rato į kompresoriaus ratą.
Turbokompresoriaus sekcija
Turbinos ir kompresoriaus konstrukcija panaši.Kiekvieno iš šių mazgų pagrindas yra kochlearinis korpusas, kurio periferinėje ir centrinėje dalyse yra vamzdžiai prijungti prie slėgio sistemos.Kompresoriuje įleidimo vamzdis visada yra centre, išmetimas (išmetimas) yra periferijoje.Tas pats vamzdžių išdėstymas ašinėms turbinoms, radialinėms-ašinėms turbinoms, vamzdžių vieta yra priešinga (periferijoje - įsiurbimas, centre - išmetimas).
Korpuso viduje yra ratas su specialios formos ašmenimis.Abu ratus – turbiną ir kompresorių – laiko bendras velenas, einantis per guolio korpusą.Ratai yra kieto liejimo arba kompozitiniai, turbinos ratų menčių forma užtikrina efektyviausią išmetamųjų dujų energijos panaudojimą, kompresoriaus ratų menčių forma užtikrina maksimalų išcentrinį efektą.Šiuolaikinės aukščiausios klasės turbinos gali naudoti kompozicinius ratus su keraminėmis mentėmis, kurie turi mažą svorį ir pasižymi geresnėmis savybėmis.Automobilių variklių turbokompresorių ratų dydis – 50–180 mm, galingų lokomotyvų, pramoninių ir kitų dyzelinių variklių – 220–500 mm ir daugiau.
Abu korpusai montuojami ant guolio korpuso varžtais per sandariklius.Čia yra slydimo guoliai (rečiau specialios konstrukcijos riedėjimo guoliai) ir O-žiedai.Taip pat centriniame korpuse yra alyvos kanalai, skirti sutepti guolius ir veleną, o kai kuriuose turbokompresoriuose ir vandens aušinimo apvalkalo ertmėje.Montavimo metu įrenginys prijungiamas prie variklio tepimo ir aušinimo sistemų.
Turbokompresoriaus konstrukcijoje taip pat gali būti numatyti įvairūs pagalbiniai komponentai, įskaitant išmetamųjų dujų recirkuliacijos sistemos dalis, alyvos vožtuvus, detalių tepimo ir jų aušinimo gerinimo elementus, valdymo vožtuvus ir kt.
Turbokompresoriaus dalys gaminamos iš specialių plieno rūšių, turbinos ratui naudojami karščiui atsparūs plienai.Medžiagos kruopščiai parenkamos pagal šiluminio plėtimosi koeficientą, kuris užtikrina konstrukcijos patikimumą įvairiais darbo režimais.
Turbokompresorius yra įtrauktas į oro slėgio nustatymo sistemą, kurioje taip pat yra įsiurbimo ir išmetimo kolektoriai, o sudėtingesnėse sistemose - tarpinis aušintuvas (įkrovimo oro aušinimo radiatorius), įvairūs vožtuvai, jutikliai, sklendės ir vamzdynai.
Turbokompresoriaus veikimo principas
Turbokompresoriaus veikimas priklauso nuo paprastų principų.Įrenginio turbina įvedama į variklio išmetimo sistemą, kompresorius - į įsiurbimo taką.Variklio veikimo metu išmetamosios dujos patenka į turbiną, atsitrenkia į ratų mentes, suteikdamos jai dalį kinetinės energijos ir priversdamos suktis.Sukimo momentas iš turbinos per veleną tiesiogiai perduodamas kompresoriaus ratams.Sukdamasis kompresoriaus ratas išmeta orą į periferiją, padidindamas jo slėgį – šis oras tiekiamas į įsiurbimo kolektorių.
Vienas turbokompresorius turi nemažai trūkumų, iš kurių pagrindinis yra turbo uždelsimas arba turbo duobė.Agregato ratai turi masę ir tam tikrą inerciją, todėl, didėjant jėgos agregato greičiui, negali akimirksniu apsisukti.Todėl staigiai paspaudus dujų pedalą, turbokompresorinis variklis įsibėgėja ne iš karto – atsiranda trumpa pauzė, nutrūksta elektra.Šios problemos sprendimas – specialios turbinų valdymo sistemos, kintamos geometrijos turbokompresoriai, nuosekliai lygiagrečios ir dviejų pakopų slėgimo sistemos ir kt.
Turbokompresoriaus veikimo principas
Turbokompresorių priežiūros ir remonto klausimai
Turbokompresorius reikalauja minimalios priežiūros.Svarbiausia laiku pakeisti variklio alyvą ir alyvos filtrą.Jei variklis kurį laiką vis tiek gali veikti sena alyva, tai gali tapti mirtina turbokompresoriumi - net ir nedidelis tepalo kokybės pablogėjimas esant didelėms apkrovoms gali užstrigti ir sugadinti įrenginį.Taip pat rekomenduojama periodiškai valyti turbinos dalis nuo anglies nuosėdų, todėl ją reikia išardyti, tačiau šį darbą reikia atlikti tik naudojant specialius įrankius ir įrangą.
Sugedusį turbokompresorių daugeliu atvejų lengviau pakeisti nei taisyti.Norint pakeisti, būtina naudoti to paties tipo ir modelio įrenginį, kuris anksčiau buvo sumontuotas variklyje.Sumontavus kitų charakteristikų turbokompresorių, gali sutrikti maitinimo bloko veikimas.Agregato pasirinkimą, montavimą ir reguliavimą geriau patikėti specialistams – tai garantuoja teisingą darbų atlikimą ir normalų variklio darbą.Teisingai pakeitus turbokompresorių, variklis atgaus didelę galią ir galės išspręsti sudėtingiausias užduotis.
Paskelbimo laikas: 2023-08-21