Lai palielinātu iekšdedzes dzinēju jaudu, plaši tiek izmantoti speciālie agregāti - turbokompresori.Par to, kas ir turbokompresors, kādi ir šo agregātu veidi, kā tie ir izvietoti un uz kādiem principiem balstās to darbs, kā arī par to apkopi un remontu lasiet rakstā.
Kas ir turbokompresors?
Turbokompresors ir iekšdedzes dzinēju kopējās spiediena sistēmas galvenā sastāvdaļa, vienība spiediena palielināšanai dzinēja ieplūdes traktā, pateicoties izplūdes gāzu enerģijai.
Turbokompresors tiek izmantots, lai palielinātu iekšdedzes dzinēja jaudu bez radikālas iejaukšanās tā konstrukcijā.Šī iekārta palielina spiedienu dzinēja ieplūdes traktā, nodrošinot palielinātu degvielas un gaisa maisījuma daudzumu sadegšanas kamerās.Šajā gadījumā sadegšana notiek augstākā temperatūrā, veidojot lielāku gāzu daudzumu, kā rezultātā palielinās spiediens uz virzuli un rezultātā palielinās griezes moments un motora jaudas raksturlielumi.
Turbokompresora izmantošana ļauj palielināt dzinēja jaudu par 20–50%, minimāli palielinot tā izmaksas (un ar nozīmīgākām modifikācijām jaudas pieaugums var sasniegt 100–120%).Pateicoties to vienkāršībai, uzticamībai un efektivitātei, uz turbokompresoru balstītas spiediena noteikšanas sistēmas tiek plaši izmantotas visu veidu iekšdedzes dzinēju transportlīdzekļos.
Turbokompresoru veidi un īpašības
Mūsdienās turbokompresoru klāsts ir ļoti plašs, taču tos var iedalīt grupās pēc to mērķa un pielietojamības, izmantotās turbīnas veida un papildu funkcionalitātes.
Pēc mērķa turbokompresorus var iedalīt vairākos veidos:
• Vienpakāpes spiediena paaugstināšanas sistēmām - viens turbokompresors vienam dzinējam, vai divi vai vairāki agregāti, kas darbojas uz vairākiem cilindriem;
•Sērijveida un sērijveida paralēlās piepūšanas sistēmām (dažādi Twin Turbo varianti) - divi identiski vai atšķirīgi agregāti, kas darbojas uz kopīgas cilindru grupas;
• Divpakāpju hermetizācijas sistēmām ir divi dažādu raksturlielumu turbokompresori, kas darbojas pa pāriem (secīgi viens pēc otra) vienai cilindru grupai.
Visplašāk tiek izmantotas vienpakāpes spiediena paaugstināšanas sistēmas, kas veidotas uz viena turbokompresora bāzes.Taču šādai sistēmai var būt divi vai četri identiski agregāti – piemēram, V formas dzinējos katrai cilindru rindai tiek izmantoti atsevišķi turbokompresori, daudzcilindru dzinējos (vairāk par 8) var izmantot četrus turbokompresorus, katrs no kas darbojas uz 2, 4 vai vairāk cilindriem.Mazāk izplatītas ir divpakāpju spiediena paaugstināšanas sistēmas un dažādas Twin-Turbo variācijas, tajās tiek izmantoti divi turbokompresori ar dažādām īpašībām, kas var darboties tikai pa pāriem.
Pēc pielietojamības turbokompresorus var iedalīt vairākās grupās:
• Pēc dzinēja tipa - benzīna, dīzeļa un gāzes spēka agregātiem;
• Dzinēja tilpuma un jaudas ziņā - mazas, vidējas un lielas jaudas spēka agregātiem;ātrgaitas dzinējiem utt.
Turbokompresorus var aprīkot ar vienu no divu veidu turbīnām:
• Radiāls (radiāli-aksiāls, centripetāls) - izplūdes gāzu plūsma tiek padota uz turbīnas lāpstiņriteņa perifēriju, virzās uz tā centru un tiek izvadīta aksiālā virzienā;
• Aksiālā – izplūdes gāzu plūsma tiek padota pa turbīnas lāpstiņriteņa asi (līdz centram) un tiek izvadīta no tā perifērijas.
Mūsdienās tiek izmantotas abas shēmas, taču mazos dzinējos bieži var atrast turbokompresorus ar radiāli-aksiālo turbīnu, un jaudīgajos spēka agregātos priekšroka tiek dota aksiālajām turbīnām (lai gan tas nav noteikums).Neatkarīgi no turbīnas veida visi turbokompresori ir aprīkoti ar centrbēdzes kompresoru - tajā gaiss tiek padots uz lāpstiņriteņa centru un izņemts no tā perifērijas.
Mūsdienu turbokompresoriem var būt dažādas funkcijas:
• Dubultā ieplūde - turbīnai ir divas ieejas, katra no tām saņem izplūdes gāzes no vienas cilindru grupas, šis risinājums samazina spiediena kritumus sistēmā un uzlabo pastiprinājuma stabilitāti;
• Maināma ģeometrija – turbīnai ir kustīgas lāpstiņas vai bīdāms gredzens, caur kuru var mainīt izplūdes gāzu plūsmu uz lāpstiņriteni, tas ļauj mainīt turbokompresora raksturlielumus atkarībā no dzinēja darba režīma.
Visbeidzot, turbokompresori atšķiras pēc to pamata veiktspējas īpašībām un iespējām.No šo vienību galvenajām īpašībām jāizceļ:
• Spiediena pieauguma pakāpe - gaisa spiediena attiecība kompresora izejā pret gaisa spiedienu ieplūdē ir robežās no 1,5-3;
• Kompresora padeve (gaisa plūsma caur kompresoru) - gaisa masa, kas iet caur kompresoru laika vienībā (sekundē), ir robežās no 0,5-2 kg / s;
• Darba ātruma diapazons svārstās no vairākiem simtiem (jaudīgām dīzeļlokomotīvēm, industriālajiem un citiem dīzeļdzinējiem) līdz desmitiem tūkstošu (moderniem piespiedu dzinējiem) apgriezieniem sekundē. Maksimālo ātrumu ierobežo turbīnas un kompresora lāpstiņriteņu izturība, ja griešanās ātrums ir pārāk liels centrbēdzes spēku dēļ, ritenis var sabrukt.Mūsdienu turbokompresoros riteņu perifērie punkti var griezties ar ātrumu 500–600 vai vairāk m / s, tas ir, 1,5–2 reizes ātrāk nekā skaņas ātrums, tas izraisa turbīnai raksturīgo svilpi;
• Izplūdes gāzu darba/maksimālā temperatūra turbīnas ieejā ir robežās no 650-700°C, dažos gadījumos sasniedz 1000°C;
• Turbīnas/kompresora efektivitāte parasti ir 0,7-0,8, vienā vienībā turbīnas efektivitāte parasti ir mazāka par kompresora efektivitāti.
Tāpat vienības atšķiras pēc izmēra, uzstādīšanas veida, nepieciešamības izmantot palīgkomponentus utt.
Turbokompresora dizains
Kopumā turbokompresors sastāv no trim galvenajām sastāvdaļām:
1.Turbīna;
2.Kompresors;
3.Gultņu korpuss (centrālais korpuss).
Tipiska iekšdedzes dzinēja agregāta gaisa spiediena sistēmas shēma
Turbīna ir iekārta, kas pārvērš izplūdes gāzu kinētisko enerģiju mehāniskajā enerģijā (riteņa griezes momentā), kas nodrošina kompresora darbību.Kompresors ir iekārta gaisa sūknēšanai.Gultņa korpuss savieno abas vienības vienā konstrukcijā, un tajā esošā rotora vārpsta nodrošina griezes momenta pārnešanu no turbīnas riteņa uz kompresora riteni.
Turbokompresora sadaļa
Turbīnai un kompresoram ir līdzīgs dizains.Katras šīs vienības pamatā ir kohleārais korpuss, kura perifēriskajā un centrālajā daļā ir caurules savienošanai ar spiediena sistēmu.Kompresorā ieplūdes caurule vienmēr atrodas centrā, izplūde (izlāde) atrodas perifērijā.Tāds pats cauruļu izvietojums aksiālajām turbīnām, radiāli-aksiālajām turbīnām, cauruļu izvietojums ir pretējs (perifērijā - ieplūde, centrā - izplūde).
Korpusa iekšpusē ir ritenis ar īpašas formas asmeņiem.Abi riteņi - turbīna un kompresors - tiek turēti ar kopēju vārpstu, kas iet caur gultņa korpusu.Riteņi ir cieti lieti vai salikti, turbīnas riteņu lāpstiņu forma nodrošina visefektīvāko izplūdes gāzu enerģijas izmantošanu, kompresora riteņu lāpstiņu forma nodrošina maksimālu centrbēdzes efektu.Mūsdienu augstākās klases turbīnās var izmantot kompozītmateriālu riteņus ar keramikas lāpstiņām, kuriem ir mazs svars un labāka veiktspēja.Automobiļu dzinēju turbokompresoru riteņu izmērs ir 50-180 mm, jaudīgo lokomotīvju, industriālo un citu dīzeļdzinēju - 220-500 mm vai vairāk.
Abi korpusi ir uzstādīti uz gultņa korpusa ar skrūvēm caur blīvēm.Šeit atrodas slīdgultņi (retāk īpašas konstrukcijas rites gultņi) un O-gredzeni.Arī centrālajā korpusā ir eļļas kanāli gultņu un vārpstas eļļošanai, kā arī dažos turbokompresoros un ūdens dzesēšanas apvalka dobumā.Uzstādīšanas laikā iekārta ir savienota ar dzinēja eļļošanas un dzesēšanas sistēmām.
Turbokompresora konstrukcijā var paredzēt arī dažādas palīgkomponentes, tai skaitā izplūdes gāzu recirkulācijas sistēmas daļas, eļļas vārstus, elementus detaļu eļļošanas un to dzesēšanas uzlabošanai, vadības vārstus u.c.
Turbokompresora daļas izgatavotas no speciālām tērauda markām, turbīnas ritenim izmantoti karstumizturīgi tēraudi.Materiāli tiek rūpīgi atlasīti pēc termiskās izplešanās koeficienta, kas nodrošina konstrukcijas uzticamību dažādos darbības režīmos.
Turbokompresors ir iekļauts gaisa spiediena paaugstināšanas sistēmā, kurā ietilpst arī ieplūdes un izplūdes kolektori, un sarežģītākās sistēmās - starpdzesētājs (uzlādes gaisa dzesēšanas radiators), dažādi vārsti, sensori, amortizatori un cauruļvadi.
Turbokompresora darbības princips
Turbokompresora darbība ir saistīta ar vienkāršiem principiem.Iekārtas turbīna tiek ievadīta dzinēja izplūdes sistēmā, kompresors - ieplūdes traktā.Dzinēja darbības laikā izplūdes gāzes iekļūst turbīnā, atsitas pret riteņu lāpstiņām, piešķirot tai daļu kinētiskās enerģijas un liekot tai griezties.Griezes moments no turbīnas caur vārpstu tiek tieši pārsūtīts uz kompresora riteņiem.Rotējot, kompresora ritenis izmet gaisu uz perifēriju, palielinot tā spiedienu - šis gaiss tiek piegādāts ieplūdes kolektoram.
Vienam turbokompresoram ir vairāki trūkumi, no kuriem galvenais ir turbo aizkave vai turbo bedre.Agregāta riteņiem ir masa un zināma inerce, tāpēc, palielinoties spēka agregāta ātrumam, tie nevar uzreiz pagriezties uz augšu.Tāpēc, strauji nospiežot gāzes pedāli, turbodzinējs uzreiz nepaātrinās - ir īsa pauze, strāvas padeves pārtraukums.Šīs problēmas risinājums ir īpašas turbīnu vadības sistēmas, turbokompresori ar mainīgu ģeometriju, sērijveida paralēlās un divpakāpju spiediena sistēmas un citas.
Turbokompresora darbības princips
Turbokompresoru apkopes un remonta jautājumi
Turbokompresoram nepieciešama minimāla apkope.Galvenais ir laicīgi nomainīt motoreļļu un eļļas filtru.Ja dzinējs kādu laiku joprojām var darboties ar veco eļļu, tas var kļūt nāvējošs turbokompresoram - pat neliela smērvielas kvalitātes pasliktināšanās pie lielām slodzēm var izraisīt iekārtas iesprūšanu un iznīcināšanu.Tāpat ir ieteicams periodiski attīrīt turbīnas daļas no oglekļa nogulsnēm, kas prasa tās demontāžu, taču šis darbs jāveic tikai ar īpašu instrumentu un aprīkojuma izmantošanu.
Bojātu turbokompresoru vairumā gadījumu ir vieglāk nomainīt nekā salabot.Nomaiņai ir jāizmanto tāda paša veida un modeļa vienība, kas iepriekš tika uzstādīta dzinējam.Turbokompresora ar citiem parametriem uzstādīšana var traucēt barošanas bloka darbību.Iekārtas izvēli, uzstādīšanu un regulēšanu labāk uzticēt speciālistiem - tas garantē pareizu darba izpildi un normālu dzinēja darbību.Pareizi nomainot turbokompresoru, dzinējs atgūs lielu jaudu un spēs atrisināt vissarežģītākos uzdevumus.
Publicēšanas laiks: 21. augusts 2023