Конструкция турбины | ТурбоМастер
Дата публикации: 2015-04-10
Содержание
Конструкция и основные функции турбокомпрессора (ТК) не претерпели принципиальных изменений с момента его изобретения швейцарским инженером Альфредом Бюхи, предложившим идею турбонаддува в 1905 году. Турбокомпрессор, как и следует из его названия, состоит из турбины и компрессора, соединенных общим валом. Турбина, приводимая в действие отработавшими газами (ОГ), передает энергию вращения на компрессор.
В автотехнике наиболее популярны центробежные компрессоры и радиально-осевые (центростремительные) турбины, которые и являются основой большинства современных ТК.
Компрессор
Входящий в состав турбокомпрессора центробежный компрессор состоит из трех основных компонентов: колеса компрессора, диффузора и корпуса. Вращающимся колесом поток воздуха всасывается в осевом направлении, разгоняется до большой скорости и затем вытесняется в радиальном направлении. Диффузор замедляет высокоскоростной поток воздуха практически без потерь, так что и его давление, и температура возрастают. Диффузор сформирован опорным диском компрессора и частью спирального корпуса (улитки). Последний, в свою очередь, собирает истекающий поток и еще больше замедляет его до выхода из компрессора.
Основные компоненты компрессора: крыльчатка (колесо компрессора), диффузор и спиралевидный корпус. Диффузор — узкий канал, сформированный опорным диском компрессора и частью корпуса.
Характеристики компрессора
Рабочие характеристики компрессора определяются картой режимов, которая отражает зависимость между степенью повышения давления и объемным или массовым расходом. Для удобства сравнения объемный и массовый расход компрессора соотносят со стандартными условиями на входе в компрессор. Рабочая область карты для центробежных компрессоров ограничивается зонами неустойчивых режимов (слева – линией помпажа, справа – линией насыщения), а также максимально допустимой частотой вращения. Компрессор для автомобильного применения должен устойчиво работать при изменении расхода воздуха в большом диапазоне. Поэтому он должен иметь карту режимов с широкой рабочей областью.
Область помпажа
Автомобильный турбокомпрессор — агрегат, состоящий из центробежного компрессора и радиально-осевой турбины, соединенных общим валом.Карта режимов слева ограничена линией помпажа. По сути, помпаж – это срыв потока воздуха на входе в компрессор. При слишком малом объемном расходе и слишком высокой степени повышения давления поток отрывается от входных плоскостей лопаток и нормальный процесс нагнетания нарушается. Поток воздуха через компрессор реверсируется до тех пор пока перепад давления не стабилизируется. Направление потока вновь становится нормальным, давление наддува восстанавливается и цикл повторяется. Эта нестабильность потока продолжается с фиксированной частотой. Возникающий из-за этого акустический шум известен как помпаж.
Линию помпажа смещают в область меньших объемных расходов путем применения лопаток с загнутыми назад кромками, так что рабочий диапазон расходов компрессора увеличивается. Обратный изгиб лопаток приводит к образованию длинных, постепенно расширяющихся каналов. Они замедляют скорость потока и производят меньше пограничных расслоений, чем в случае лопаток с радиальными кромками. 
Ширина диффузора также оказывает позитивный эффект на расположение линии помпажа. В общем случае компрессоры с диффузорами узкой конфигурации имеют более стабильную карту режимов.
Линия насыщения
Максимальный объемный расход центробежного компрессора обычно ограничивается величиной сечения на входе. Когда скорость потока на входе в колесо достигает скорости звука, дальнейшее увеличение расхода становится невозможным. Линию насыщения можно определить по круто снижающимся кривым максимальной частоты вращения компрессора в правой части карты режимов. Входное сечение компрессора может быть увеличено, а линия насыщения сдвинута в область больших расходов путем смещения передней кромки каждой второй лопатки (так называемые сплиттерные лопатки).
Когда увеличивается входной диаметр компрессора, возрастает так называемое хаб отношение ( hub ratio) — отношение между входным диаметром и диаметром колеса. Это приводит к росту максимального расхода. Из-за требований к прочности деталей и по соображениям аэродинамики увеличение хаб отношения возможно примерно до 0,8. По той же причине такие большие хаб отношения позволяют получить только относительно низкие значения степени повышения давления, которые требуются в пассажирских автомобилях.
Утоньшение лопаток и уменьшение их количества увеличивает площадь поперечного сечения на входе в колесо, так что линия насыщения отодвигается в сторону больших объемных расходов воздуха. Минимальная толщина лопаток лимитируется технологией литья и прочностными требованиями. Однако когда количество лопаток сокращается, степень повышения давления также уменьшается.
Таким образом, компрессорные колеса турбокомпрессоров пассажирских автомобилей характеризуются высоким хаб отношением и уменьшенным количеством тонких лопаток с сильным обратным загибом. 
Корпуса компрессоров для коммерческих дизелей, где требуются и высокая степень повышения давления, и широкая карта режимов, часто изготавливают с рециркуляционными каналами. По каналам часть всасываемого воздуха возвращается из компрессора в основной поток на входе в него. Благодаря возникающей рециркуляции течение стабилизируется и линия помпажа смещается в сторону меньших объемных расходов. Более того, тем же путем воздух можно подвести к колесу в зоне позади ограничивающего входного сечения, так что линия насыщения сдвигается в область больших расходов.
Предельная частота вращения
Частота вращения колеса компрессора ограничивается нагрузками, которые испытывают его компоненты. Максимальная частота вращения определяется допустимой скоростью кончиков лопаток и наружным диаметром колеса. Допустимая скорость кромок лопаток обычно составляет около 520 м/с. Если не принимаются никакие меры для снижения нагрузок, увеличение скорости оборачивается сокращением срока службы.
Турбина
Турбина турбокомпрессора (ТК) состоит из турбинного колеса и корпуса. Она преобразует энергию отработавших газов (ОГ) в механическую энергию для привода компрессора. Поток ОГ несет энергию в форме высокого давления и температуры. После прохождения через турбину энергия газов (давление и температура) уменьшается. Перепад давления и температуры газов между входом и выходом из турбины преобразуется в кинетическую энергию вращения турбинного колеса.
Существуют два основных вида турбин: с осевым и радиальным потоком. В случае колес диаметром до 160 мм используются только радиальные турбины. КПД маленьких радиальных турбин выше, а стоимость изготовления при больших объемах производства существенно ниже, чем осевых. Поэтому они обычно применяются в пассажирских и коммерческих дизелях, а также в индустриальных силовых агрегатах.
В улитке радиальных (центростремительных) турбин давление ОГ преобразуется в кинетическую энергию и они с постоянной скоростью направляются с периферии на турбинное колесо. Трансформация кинетической энергии в мощность на валу происходит в турбинном колесе. Оно спроектировано так, чтобы почти вся кинетическая энергия газа преобразовалась к моменту, когда он выходит из крыльчатки.
Рабочие характеристики
Мощность турбины возрастает по мере роста перепада давления между ее входом и выходом, то есть, когда перед турбиной скапливается больше отработавших газов (ОГ). Это происходит в результате повышения оборотов двигателя или увеличения температуры газов вследствие их большей энергии.
Поведение турбинной характеристики определяется относительным сечением проточной части. Чем меньше относительное сечение, тем больше газов скапливается на входе в турбину (повышается давление перед турбиной). В результате увеличения перепада давления производительность турбины возрастает. Таким образом, с уменьшением относительного сечения давление наддува увеличивается.
Относительное сечение турбины можно легко варьировать путем замены ее корпуса. Большинство производителей турбокомпрессоров (ТК) для каждого типа турбины предлагает корпуса разных размеров. Это позволяет в широких пределах изменять давление наддува путем подбора нужного относительного сечения проточной части турбинного корпуса.
Помимо относительного сечения на массовый расход газов через турбину также оказывает влияние площадь отверстия на выходе из колеса. Механическая обработка литого турбинного колеса по контуру — трим (trim) — дает возможность регулировать площадь сечения а, следовательно, и давление наддува. Увеличение контура колеса выливается в большее проходное сечение для потока. В рамках одной серии ТК производители предлагают колеса турбин с разным тримом, которые изготовлены из одних литьевых заготовок.
В турбинах с изменяемой геометрией проходное сечение потока между каналом улитки и выходом из колеса варьируется. На входе в турбинное колесо оно изменяется с помощью подвижных управляемых лопаток или скользящего кольца, частично перекрывающего сечение.
На практике рабочие характеристики турбины ТК описываются картами, показывающими зависимость параметров потока ОГ от перепада давления на турбине. На карте турбины показаны кривые массового расхода и КПД турбины для разных частот вращения. Для упрощения карты зависимости расхода и эффективности могут быть представлены в виде усредненных кривых.
Материалы турбин
Поскольку при работе двигателя и после его останова турбина подвергается действию очень высоких температур, колесо и корпус турбины изготавливаются из материалов, обладающих высокой жаропрочностью. В общем случае крыльчатки турбин делают из сплавов на основе никеля, таких как Inconel 713 и GMR 235. Основные компоненты этих сплавов – никель и хром. В то время как GMR 235 работает в условиях температуры отработавших газов (ОГ) на входе в турбину до 850°С, Inconel 713 (73% никеля, 13% хрома) применяется при температурах свыше 1000°С.
Выбор материала для корпуса турбины также зависит от температуры. Сегодня серый чугун GGG40 со сферическим графитом (до 680°С) применяется реже. Для большинства дизельных агрегатов используется кремниево-молибденовый чугун GGG SiMo 5.1 (до 760°С) или GGV SiMo 4.5 0.6 (до 850 °С). Реже для температур ОГ до 850 °С используется высоколегированный никель-хромовый чугун GGG NiCrSi 20 2 2 (Niresist D2).
В большинстве турбокомпрессоров для бензиновых двигателей с температурами ОГ до 970°С применяется сплав GGG NiCrSi 35 5 2 (Niresist D5). Для самых высоких температур до 1050 °С, что потребуется в бензиновых двигателях ближайшего будущего, используется жаростойкая литьевая аустенитная сталь.
Турбины с двойным входом
Давление истекающих из двигателя отработавших газов (ОГ) не постоянное — оно пульсирует в соответствии с чередованием тактов выпуска в разных цилиндрах. Импульсные системы наддува используют пульсации давления ОГ, позволяющие кратковременно увеличить перепад давления на турбине. За счет роста перепада давления увеличивается КПД турбины, улучшая ее работу до тех пор пока через нее не пойдет большой, эффективный поток газов. В результате более полного использования энергии ОГ улучшаются характеристики давления наддува и, соответственно, поведение кривой крутящего момента, особенно на низких оборотах двигателя.
Для предотвращения взаимного влияния цилиндров при разных тактах впуска-выпуска они делятся на две независимые группы. Каждая группа объединяется в свой выпускной коллектор, который транслирует ОГ непосредственно на вход в турбину. В этом случае турбина с двойным входом позволяет утилизировать ОГ из двух групп цилиндров отдельно. В двигателях пассажирских автомобилей чаще используются неразделенные коллекторы и турбины с «однозаходным» корпусом. Это позволяет сделать коллектор компактнее и расположить турбину ближе к головке блока. Поскольку здесь сечение и длина газоподводящих каналов меньше, преимущества импульсного наддува нивелируются.
И все же в отдельных случаях турбины с двойным входом применяются в бензиновых моторах пассажирских автомобилей. Их преимущество — хорошая характеристика крутящего момента при низком давлении ОГ. В то же время им свойственны и недостатки – высокая термическая нагрузка разделяющей перегородки и дорогое производство маленьких корпусов с интегрированным байпасом, особенно, если в качестве материала нужно использовать литьевую сталь из-за больших температур.
Отклик
Для двигателей пассажирских автомобилей жизненно важную роль играют инерционные характеристики турбокомпрессора (ТК). Замедленная реакция на изменение положения педали акселератора, которую также называют «турбояма», часто воспринимается как фактор, снижающий управляемость автомобиля. В последние годы этот негативный эффект компенсирован применением ТК меньшего размера. У них меньше сечение проточной части и ниже инерция ротора как результат применения колес меньшего диаметра. Таким образом, при увеличении частоты вращения турбокомпрессора приходится раскручивать ротор меньшей массы. Момент инерции турбинного колеса также может быть снижен путем удаления сегментов опорного диска между лопатками. В еще большей степени динамические характеристики ТК могут быть улучшены применением турбин с изменяемой геометрией проточной части.
Оптимальные условия для потока и низкие потери тепла достигаются в интегрированных системах наддува с отлитыми заодно выпускным коллектором и корпусом турбины, что оборачивается улучшенными характеристиками отклика. Прочие аргументы за применение таких систем – сокращение веса до 1 кг, а также увеличение свободного пространства между двигателем и пассажирской кабиной, что часто жизненно необходимо по соображениям безопасности.
Керамические колеса турбин
В сравнении с металлическими колесами керамические турбинные колеса существенно легче, что улучшает характеристики отклика (чувствительность) турбокомпрессора. Современные керамические материалы позволили разработать такие колеса, пригодные для массового производства. Однако керамические материалы очень хрупкие и могут быть легко разрушены при попадании посторонних частиц. Более того, лопатки таких турбин толще и поэтому их эффективность ниже, так что они редко используются в автотехнике.
Алюминид титана имеет такую же плотность как керамика. Этот материал сравнительно менее подвержен разрушению, а лопатки такие же тонкие как металлические. Его недостаток – низкая температурная стойкость (максимум 700°С).
Типовая карта режимов компрессора. Рабочая область карты режимов ограничена линиями помпажа, насыщения и предельно допустимой частоты вращения.
Водоохлаждаемые корпуса
При разработке турбокомпрессоров (ТК) также должны учитываться аспекты безопасности. Например, в судовых моторных отсеках следует избегать горячих поверхностей из-за опасности пожара. Поэтому корпуса турбин ТК для морского применения изготавливаются с водяным охлаждением или с покрытием изолирующими материалами.
Система управления
Тяговые характеристики современных турбодвигателей должны отвечать таким же высоким требованиям, как и характеристики атмосферных моторов с идентичными мощностными параметрами. Это означает, что полное давление наддува должно быть доступно, начиная с минимально возможных частот вращения двигателя. Это, в свою очередь, может быть достигнуто только путем управления турбокомпрессором на турбинной стороне.
Байпасное регулирование на турбинной стороне
Установка байпасного клапана в турбинной части турбокомпрессора (ТК) – самый простой способ контроля давления наддува. Геометрические параметры турбины выбирают таким образом, чтобы обеспечить характеристику крутящего момента на низких оборотах, необходимую для достижения заданных динамических показателей автомобиля. При такой конструкции ТК уже незадолго до достижения максимального крутящего момента на турбину начинает поступать избыточное количество отработавших газов. Таким образом, как только номинальное давление наддува достигнуто, избыток отработавших газов направляется по байпасному каналу в обход турбинного колеса. Клапан «вейстгейт», который открывает и закрывает байпас, обычно приводится в действие пневматической камерой с подпружиненной диафрагмой, реагирующей на давление наддува. Так по мере дальнейшего увеличения оборотов двигателя давление наддува остается на неизменном уровне.
В этом, очень экономичном, решении на диафрагму камеры управления, предварительно нагруженную спиральной пружиной, воздействует давление наддува. Как только давление наддува преодолеет силу предварительного сжатия пружины, шток через рычаг открывает тарелку байпасного клапана и ОГ начинают перетекать вокруг турбины в систему выпуска.
В современных бензиновых и дизельных двигателях все чаще применяются электронно управляемые системы контроля наддувочного давления. В сравнении с чисто пневматическим регулированием, которое действует только как ограничитель давления на полной нагрузке, гибкое управление позволяет устанавливать оптимальное давление наддува в режимах частичной нагрузки. Электронное регулирование работает в соответствии с различными параметрами, такими как температура наддувочного воздуха, качество топлива и параметры опережения впрыска (зажигания). Также становится возможным кратковременный «перенаддув» при интенсивном ускорении.
Механический привод байпасной заслонки действует так же как и в описанном выше случае. Вместо полного давления наддува на диафрагму камеры управления подается модулированное управляющее давление. Оно меньше полного давления наддува и вырабатывается так называемым пропорциональным клапаном. Этим достигается то, что на диафрагму воздействует комбинация давления наддува и давления на выходе из компрессора в изменяющейся пропорции. Пропорциональный клапан управляется электроникой двигателя и срабатывает с частотой от 10 до 15 Гц. В сравнение с обычной системой управления усилие предварительного сжатия пружины существенно ниже, что позволяет осуществлять регулирование также и на режимах частичной нагрузки, то есть, при меньшем давлении наддува.
В электронных системах управления турбокомпрессоров дизельных двигателей пневмокамеры регулируются вакуумом.
Турбины с изменяемой геометрией
Байпасные системы регулирования управляют мощностью турбины, направляя часть отработавших газов (ОГ) в обход нее. Таким образом, «дармовая» энергия газов используется не полностью. Турбины с изменяемой геометрией позволяют варьировать сечение проточной части турбины в зависимости от режима работы двигателя. Это дает возможность полностью утилизировать энергию ОГ, оптимизируя конфигурацию канала, по которому ОГ попадают на турбинное колесо, для данного режима двигателя. Как результат, эффективность турбокомпрессора (ТК) и, соответственно, двигателя выше тех, что удается достичь при байпасном регулировании.
Сегодня турбины с РСА в виде подвижных направляющих лопаток (VNT, VTG, VGT) – самое передовое решение для современных легковых дизельных автомобилей. В результате непрерывной адаптации проходного сечения турбинного канала к рабочему режиму двигателя сокращаются потребление топлива и вредные выбросы. Высокий крутящий момент уже на низких оборотах и адекватная стратегия управления обеспечивают существенное улучшение динамических характеристик.
Подвижные направляющие лопатки между корпусом улитки и турбинным колесом влияют на протекание процесса восстановления давления и, таким образом, на выходные характеристики турбины. Это позволяет варьировать поток газов через турбину в диапазоне 1:3 при хороших уровнях эффективности. На низких оборотах сечение проточной части турбины уменьшается путем закрытия направляющих лопаток. Давление наддува и, следовательно, крутящий момент двигателя возрастают как результат увеличения перепада давления на входе и выходе из турбины. С повышением оборотов двигателя управляемые лопатки постепенно открываются. Требуемое давление наддува достигается при низком перепаде давления на турбине — так достигается сокращение расхода топлива. При ускорении машины с низкой скорости (оборотов двигателя) управляемые лопатки закрываются для получения максимальной энергии от ОГ. По мере увеличения скорости лопатки открываются и адаптируются к соответствующему рабочему режиму.
В настоящее время управление лопатками преимущественно электронное, с помощью вакуумно-регулируемой камеры управления и пропорционального клапана. В будущем все чаще будут применяться электрические приводы с положительной обратной связью, позволяющие реализовать точное и чрезвычайно гибкое управление давлением наддува.
Температура ОГ современных высокоэффективных дизельных двигателей может достигать 830°С. Точная и надежная работа управляющих лопаток в потоке горячих газов предъявляет высокие требования к материалам и точности допусков в конструкции турбины. Независимо от типоразмера турбокомпрессора направляющие лопатки должны иметь минимальные зазоры для обеспечения надежной работы в течение всего срока службы автомобиля. С уменьшением размера ТК относительные потери потока через турбину возрастают и ее эффективность падает. Поэтому цель многих разработок – отодвинуть эти ограничения области применения технологии VTG как можно дальше в сторону ТК малых размеров.
Альтернативное решение – турбины с регулирующим механизмом в виде подвижного (скользящего) кольца (VST-variable sliding turbine). Простота конструкции и исполнение многих функций небольшим количеством компонентов – преимущества для маленьких турбин или там, где требуется работа в условиях высоких температур ОГ. Это особенно применимо в компактных дизельных двигателях с рабочим объемом менее 1,4 л. Преимущества – высокая эффективность, низкая цена и сокращение установочных размеров. Для бензиновых моторов с высокой температурой ОГ технология VST – надежная возможность управления давлением наддува путем изменения геометрии проточной части турбины.
Прочный механизм VST противостоит высоким температурам ОГ значительно лучше, чем VTG с направляющими лопатками. Байпас, который для бензиновых двигателей необходим даже в ТК с изменяемой геометрией из-за большого диапазона изменения расхода, интегрирован в механизм управления.
Корпус турбины аналогичен турбинам с двойной улиткой (с двухканальным направляющим аппаратом). Перегородка, разделяющая каналы, не выходит на впускной фланец, а начинается внутри улитки. На низких оборотах двигателя открыт только один канал. Второй канал, который закрыт скользящим кольцом, постепенно открывается по мере увеличения оборотов. Затем скользящее кольцо приоткрывает и байпасный канал, ведущий от входа в турбину по внешнему контуру скользящего кольца к выходу из турбины. Это дополнительно увеличивает расход газов через турбину. Для регулирования сечения проточной части и открытия байпасного канала требуется всего один управляющий механизм. Могут быть использованы как пневматический, так и электронный приводы.
Узел подшипников
Ротор турбокомпрессора (ТК) вращается с частотой до 300 000 мин -1. Срок службы ТК должен соответствовать ресурсу двигателя, который может составлять 1 000 000 км пробега для коммерческого автомобиля. Только специально разработанные для ТК подшипники скольжения могут соответствовать таким жестким требованиям при приемлемой стоимости.
Опорные подшипники
В подшипнике скольжения вал вращается практически без трения на масляной пленке внутри втулки подшипника.
Масло подается в турбокомпрессор (ТК) от системы смазки двигателя. Подшипниковый узел спроектирован так, что между неподвижным корпусом и вращающимся валом расположены «плавающие» бронзовые подшипниковые втулки. Они вращаются с частотой, вдвое меньшей частоты вращения вала. Это позволяет высокоскоростным подшипникам адаптироваться таким образом, что на любых режимах работы ТК нет прямого контакта «металл-металл» между валом и подшипниками.
Кроме функции смазки масляная пленка в зазорах подшипника играет роль демпфера, который способствует стабилизации вала и турбинного колеса. Гидродинамическая несущая способность пленки и демпфирующие характеристики подшипника оптимизируются величиной зазоров. Таким образом, толщина смазывающей пленки для внутренних зазоров выбирается исходя из нагрузки на подшипник, в то время как толщина внешних зазоров определяется с учетом демпфирования подшипника. Зазоры в подшипниках составляют несколько сотых долей миллиметра. Увеличение зазоров приведет к более мягкому демпфированию и, одновременно, к снижению несущей способности подшипника.
Так называемый патрон — специальный вид опорного подшипника скольжения. Вал вращается в неподвижной целиковой втулке, снаружи которой прокачивается масло. Внешний зазор выбирается исключительно из условия демпфирования подшипника, так как патрон не проворачивается. Вытекающая из этого меньшая ширина подшипника позволяет создать более компактный ТК.
Упорный подшипник
Ни один из рассмотренных типов опорных подшипников, ни свободно плавающие втулки, ни фиксированный плавающий патрон, не воспринимают нагрузки в осевом направлении. Поскольку газы воздействуют на компрессорное и турбинное колеса в осевом направлении с разной силой, ротор турбокомпрессора (ТК) испытывает осевую нагрузку. Она воспринимается упорным подшипником скольжения с конической плоскостью (рабочей поверхностью). Два маленьких диска, закрепленных на валу, служат контактными поверхностями. Упорный подшипник фиксируется в центральном корпусе подшипников. Маслоотражающая пластина предотвращает попадание масла в зону уплотнения вала.
Слив масла
Масло подается в турбокомпрессор (ТК) при давлении примерно 4 бар. Поскольку масло сливается из турбины при меньшем давлении (самотеком), диаметр трубки для слива значительно больше, чем маслоподающей трубки. Проток масла через корпус подшипников должен быть по возможности вертикальным, сверху вниз. Сливная трубка должна выходить в картер выше уровня масла. Любое препятствие на пути слива масла оборачивается увеличением противодавления в корпусе подшипников. В этом случае масло начинает просачиваться сквозь уплотнительные кольца в компрессор и турбину.
Уплотнения
Центральный корпус подшипников должен быть уплотнен от прорыва в него горячих отработавших газов из турбины и от утечек масла из корпуса. Для этого в канавки на валу ротора, со стороны компрессора и турбины установлены разрезные кольца, аналогичные поршневым. Кольца не вращаются, а неподвижно расклинены в центральном корпусе. Это бесконтактное уплотнение, один из видов лабиринтного уплотнения. Благодаря многочисленным резким изменениям направления движения потока оно затрудняет утечку масла и пропускает в картер лишь небольшое количество отработавших газов.
Тепловая нагрузка на подшипники
Учитывая небольшое расстояние между центральным корпусом и горячим корпусом турбины, тепло может проникать в центральный корпус и нагревать масло до температуры коксования. Тогда масляный кокс мог бы осаждаться в зазорах и на поверхностях, засорять масляные каналы и нарушать работу подшипников и уплотнений. Большое количество углеводородных отложений может вызвать дефицит смазки и граничное трение, приводящие к ускоренному износу системы подшипников.
Тепловой экран и охлаждение разбрызгиванием масла<
Тепловой экран, расположенный позади опорного диска турбинного колеса, предотвращает контакт горячих отработавших газов с центральным корпусом. В некоторых конструкциях при работе двигателя масло распыляется на вал ротора через маленькое распылительное отверстие в опоре подшипника с турбинной стороны, охлаждая вал и уменьшая риск коксования.
Наивысшие температуры в центральном корпусе достигаются вскоре после останова двигателя. Горячий турбинный корпус нагревает систему подшипников, которая больше не охлаждается моторным маслом.
Термическая развязка
В расчете на термическую развязку правой подшипниковой опоры передача тепла от корпуса турбины к системе подшипников сокращается даже после того как двигатель был заглушен. Для этого систему подшипников располагают ниже точки подачи масла, так же как силовой агрегат размещают под крылом самолета. Правая подшипниковая опора больше не контактирует с горячей стенкой центрального корпуса, значит, передача тепла к системе подшипников ограничивается.
Водяное охлаждение
Бензиновые двигатели, у которых температура отработавших газов на 200-300°С выше чем у дизелей, обычно оснащаются турбокомпрессорами с охлаждаемыми центральными корпусами. При работе двигателя центральный корпус интегрируется в его контур охлаждения. После выключения двигателя остаточное тепло снимается посредством малого кольца циркуляции, которое задействуется электрическим насосом с термостатом.
Рециркуляционный клапан
В бензиновых турбодвигателях дроссельная заслонка, которая управляет нагрузкой двигателя, располагается после компрессора, во впускном коллекторе. В момент внезапного сброса газа заслонка закрывается, а компрессор из-за своей инерционности продолжает нагнетать воздух в почти замкнутый объем. Вследствие этого начался бы помпаж компрессора. Частота вращения турбокомпрессора (ТК) быстро упала бы.
Начиная с определенного давления, открывается подпружиненный клапан и направляет воздух обратно на вход в компрессор, ограничивая рост давления и исключая помпаж. Частота вращения ТК остается высокой, и давление наддува появится, как только будет задействован акселератор.
Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель
Турбонаддув представляет собой разновидность наддува, позволяющий подавать воздух в цилиндры ДВС под высоким давлением, которое обеспечивается высвобождаемой от сгорания топлива энергией выхлопных газов.
За счет турбонаддува повышается рабочая мощность двигателя, при этом не увеличивается внутренние объемы цилиндров двигателя и количество оборотов, совершаемых коленвалом. Кроме всего прочего турбонаддув позволяет снизить прожорливость двигателя, а также уменьшить токсичность газов благодаря более эффективному сгоранию топливовоздушной смеси.
Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе. При этом использование системы турбонаддува на дизелях считается более выгодным благодаря высокому показателю сжатия ДВС и малой частоте оборотов коленвала.
В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).
Устройство системы турбонаддува
Система турбонаддува состоит из следующих элементов:
- воздушный заборник и фильтр;
- дроссельная заслонка;
- турбинный компрессор;
- интеркулер;
- коллектор впускной;
- соединительные патрубки;
- напорные шланги
Турбинный компрессор (нагнетатель)
Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.
Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.
Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.
Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.
Интеркулер
Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.
Регулятор давления наддува
Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува.
Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.
Предохранительный клапан
Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.
Принцип действия турбонаддува
Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.
Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.
Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.
Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.
Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:
- Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно – это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
- Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
- Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем – механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.
что это такое? Принцип работы турбонаддува
Турбонаддув предстваляет собой устройство которое подаёт воздух в рабочие цилиндры под давлением используя энергию отработанных газов.
В настоящее время наиболее рационально использовать именно турбонаддув если перед вами стоит цель увеличить мощность двигателя без увеличения его объёма и количества оборотов коленвала. Также турбонаддув увеличивает экологические показатели двигателя за счёт более полного сгорания топлива.
Системы турбонаддува могут применяться как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Наибольшую эффективность имеет турбонаддув на «дизеле», т.к. коленвал имеет невысокую скорость вращения и двигатель имеет высокую степень сжатия. Сложность применения турбонаддува на бензиновых двигателях является возможность появления детонации при резком увеличении количества оборотов коленвала, а также с более высокой температурой отработанных газов что приводит к нагреву турбонаддува.
Видео — изготовление турбокомпрессора
Турбонаддув в большинстве случаев состоит из:
1. Воздухозаборника
2. Воздушный фильтр
3. Дроссельная заслонка
4. Турбокомпрессор
5. Впускной коллектор
6. Соединительные трубки и напорные шланги
7. Управляющие элементы
Многие элементы турбокомпрессора являются типовыми деталями ( элементами) впускной системы. Также турбонаддув имеет интеркулер и турбокомпрессор. Турбокомпрессор, его часто называют турбонагнетатель, является основным элементом турбонаддува. Он повышает давление воздуха во впускной системе.
В состав турбокомпрессора входят следующие детали:
1. Турбинное колесо
2. Корпус турбины
3. Компрессорное колесо
4. Корпус компрессора
5. Вал ротора
6. Корпус подшипников
Турбинное колесо принимает на себя всю энергию отработанных газов. Она вращается в корпусе, который имеет специальную форму. Всё это изготавливает из жаропрочных материалов.
Компрессорное колесо всасывает воздух, затем его сжимает и нагнетает в цилиндры. Оно также вращается в специальном корпусе.
Турбинное и компрессорное колесо закрепляется на валу ротора, вал опирается на подшипники скольжения. Подшипники плавающего типа, т.е. имеются зазоры между корпусом и валом. Смазывание подшипников происходит моторным маслом из системы смазывания двигателя. Масло подаётся по специальным каналам в корпусе подшипников.
В некоторых бензиновых двигателях в дополнение к смазке применяют и жидкостное охлаждение турбонагнетателей. В таком случае корпус турбонагнетатель подключён к двухконтурной системе охлаждения двигателя.
Регулятор давления наддува является основным элементом управления турбонаддува . Регулятор давления представляет собой перепускной клапан, который ограничивает энергию отработанных газов. Часть их отработанных газов направляет в обход турбинного колеса. Это и обеспечивает оптимальное давление. Клапан может иметь пневмо- либо электро- привод. Срабатывание клапана производится путём подачи сигнала датчика давления системой управления двигателем.
После компрессора может стоять предохранительный клапан. Он предохраняет систему от скачков давления если вдруг дроссельная заслонка закроется. Избыточное давление стравливается в атмосферу булл-офф клапаном или пускается на вход компрессора байпас-клапаном.
Принцип работы турбокомпрессора
Выхлопные газы вращают турбинное колесо, а оно с помощью вала ротора крутит компрессорное колесо. Оно сжимает воздух и подаёт его в систему. Затем воздух поступает в интеркулер где охлаждается, а затем поступает в цилиндры. Минусом такой конструкции является то, что при малых оборотах коленвала энергии отработанных газов недостаточно чтобы вращать турбину.
Турбонаддув имеет следующие негативные особенности:
1. Задерживается увеличение мощности при резком нажатии на газ, её ещё называют турбоямой.
2. Давление наддува резко увеличивается при преодолении турбоямы.
Избежать турбоямы можно избежать следующим образом: применить турбонаддув с изменяемой геометрией, использовать 2 параллельных или последовательных турбокомпрессора, использовать комбинированный турбонаддув.
Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработанных газов за счёт изменения площади входного канала. Широкое применение получили в турбинах дизельных двигателей.
Система с двумя параллельными турбинами (twin-turbo) — наибольшее применение получила на мощных V- образных двигателях. Работа основана на том что 2 турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая.
Две последовательные турбины (bi-turbo) — принцип работы основан на использовании различных турбин на разных оборотах двигателя. Некоторые производители в целях ещё большого увеличения мощности устанавливают 3, а то и 4 турбины. Очень часть Bi-turbo можно увидеть на автомобилях Ауди, например на Audi Allroad c бензиновым двигателем объемом 2700 см3.
Комбинированный турбонаддув (twincharger)- сочетает в себе механический наддув и турбонаддув. На низких оборотах работает нагнетатель с механическим приводом. По мере роста оборотов подключается турбонаддув, а механический нагнетатель отключается, такую систему имеет двигатель «Фольксванген» TSI.
- < Назад
- Вперёд >
Турбокомпрессоры
Описание основных элементов смазочной системы.2.1 Масляные насосы
Основной масляный насос с приводом от вала, приводимый в движение валом воздуходувки с низкой скоростью. Вспомогательный насос с приводом от электродвигателя и имеет равную мощность с основным масляным насосом. Должны поставляться роторные поршневые масляные насосы прямого вытеснения. Масляные насосы имеют размеры в соответствии с API 614, которые обеспечивают достаточную смазку во время работы в случае потери электроэнергии. Масляные насосы должны комплектоваться сервисными клапанами, клапанами сброса давления и фильтрами согласно схеме трубной обвязки и КИП. Насосы имеют окрашенные литые стальные корпуса и кованые стальные роторы.
2.2 Маслоохладитель
Целью маслоохладителя является снижение температуры масла до его подачи в компрессор для смазки. Маслоохладитель представляет собой один маслоохладитель кожухотрубного типа по стандарту производителя. Водоохладитель предназначен для рассеивания максимальной тепловой нагрузки компрессора. Байпасный клапан маслоохладителя замкнут на короткий контур маслоохладителя при запуске в условиях низкой температуры окружающей среды и регулировки температуры масла в компрессоре.
2.3 Масляный фильтр
Масляный фильтр — это дуплексная установка с переключающим клапаном, который позволяет совершать замену, пока используется резервный элемент. Фильтрующая установка соответствует ASME VIII Разд. 1 и API 614. Элементы являются сменными элементами стекловолоконного типа с фильтрацией 10 микрон. На масляных фильтрах установлен датчик дифференциального давления для сигнала тревоги при засорении фильтра.
2.4 Саморегулирующиеся клапаны регулировки давления
Эти клапаны управления шарового типа с окрашенным корпусом из углеродистой стали и проточной частью из нержавеющей стали. Этот клапан регулирования давления предусмотрен для предотвращения изменения давления масла в оборудовании, когда главный насос работает, и запускается вспомогательный насос. Клапан автоматический и имеет точку замера, расположенную на масляном коллекторе. Давление коллектора смазочного масла номинально регулируется при давлении 1,1 Бар (изб). Когда поставляется кожухотрубный охладитель, предусмотрен дополнительный клапан регулировки давления для поддержания давления в масляной системе выше давления охлаждающей воды. Давление масляной системы обычно поддерживается на уровне 8 Бар (изб).
2.5 Клапан регулирования температуры масла
Это клапан регулировки шарового типа с корпусом из углеродистой стали и проточной частью из нержавеющей стали. Этот клапан регулировки температуры предназначен для масла на перепуске вокруг охладителя для регулирования подачи смазочного масла. Клапан имеет пневматический привод и позиционер и регулируется сигналом 4-20 мА от датчика температуры в масляном коллекторе. Температура масла в коллекторе обычно поддерживается на уровне от 45 до 50 °С.
2.6 Клапан сброса давления системы смазки
Клапан сброса давления устанавливается на нагнетании каждого насоса, чтобы гарантировать, что дифференциальное давление в масляной системе на нагнетании не превышает безопасного предела. Эти клапаны способны рассчитаны на полную производительность насоса. Клапаны сброса давления должны располагаться как можно ближе к нагнетанию масляного насоса, чтобы избежать ненужной задержки открытия. Клапаны сброса давления не должны использоваться для непрерывного регулирования давления.
2.7 Обратные клапаны насоса
Обратные клапаны устанавливаются на нагнетании каждого насоса. Это клапаны типа бесфланцевого кольца с окрашенным корпусом из углеродистой стали и внутренними элементами из нержавеющей стали.
2.8 Нагреватель масла
Нагреватель снабжен встроенным термостатом.
2.9 Маслобак
Поставляется бак из углеродистой стали. Бак является неотъемлемой частью плиты основания компрессора.
2.10 Система масляных трубопроводов и фитинги
Система смазочного масла поставляется полностью соединенной и сваренной с системой трубопроводов из нержавеющей стали 316. Сварка соответствует европейским стандартам. Все трубопроводные клапаны, фильтры и т. д. должны поставляться в окрашенных углеродистых стальных корпусах с проточной частью из нержавеющей стали. Все манометровые трубки и фитинги также выполнены из нержавеющей стали 316.
2.11 Панель с измерительными приборами смазочного масла
Панель с измерительными приборами из нержавеющей стали и шина распределительной коробки, содержащие измерительные приборы и индикаторы, должны быть установлены на краю скида.
3. КИП и контроль за состоянием установки
Система зондового контроля коробки передач поставляется в соответствии с API 670 4-го издания. Пожалуйста, обратитесь к прилагаемой схеме трубной обвязки и КИП по Контролю Состояния Установки. Все местные КИП должны быть подходящими по классификации зон Зоны 2 IIC T3 и должны являться Eex (i). КИП должны быть подключены к распределительным коробкам края скида Eex (d) для подключения к Распределенной Системе Управления (другими). Короба для кабелей будут из оцинкованной стали и закрыты там, где может произойти контакт с атмосферы.
Описание системы контроля и регулирования состояния.
3.1 Контроль температуры и вибрации.
- 1 симплексный терморезистор на каждом радиальном подшипнике.
- 2 симплексных терморезистора на активных и неактивных упорных торцах упорного подшипника низкоскоростного вала.
- бесконтактные осевые виброзондызонды, монтируемые на плоскости X и Y, установленные на каждом подшипнике высокоскоростного вала и низкоскоростного вала — всего 4 (2X и 2Y).
- Датчик вращения низкоскоростного вала.
- Каждый зонд / проксиметр будет подключен к распределительным коробкам, установленным на краю скида.
ПРИМЕЧАНИЕ. Система мониторинга может быть предоставлена в качестве дополнительной опции, если требуется.
4. ГЛАВНЫЙ ПРИВОДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
— 1050 кВт, 2 полюса, приводной электродвигатель
— 6 кВ / 3 Фазы / 50 Гц
— Взрывоопасная зона (Ex-n)
— Окрашивание по стандарту поставщика
— 2 встроенных терморезистора на фазу, подключенных к краю скида JB – всего 6
— 1 встроенный терморезистор на каждый радиальный подшипник, подключенный к краю скида JB – всего 2
— бесконтактные осевые виброзонды, монтируемые на плоскости X и Y, установленные на каждом подшипнике
5. ЛОКАЛЬНАЯ ОПЕРАТОРСКАЯ ПАНЕЛЬ ОСТАНОВА/ПУСКА
Для каждой воздуходувки также должна быть предусмотрена локальная операторская панель, установленная на скиде. Эта панель оператора состоит из:
— Выбор локального / автоматического оператора
— Кнопки пуска / останова
— Лампы работы вспомогательных приводов
— Лампа работы воздуходувки
— Транзитный терминал
Панель будет пригодна для использования во взрывоопасной зоне.
6. АНТИПОМПАЖНОЕ РЕГУЛИРОВОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Воздуходувка будет поставляться со всем требуемым оборудованием для обнаружения и предотвращения предпомпажного состояния.
— Датчик перепада давления с протоколом HART
— Датчик давления с протоколом HART
— Комплект приборных клапанов
— Алгоритм управления (FDS) должен быть выполнен в рамках Распределённой системы управления (другими). Распределённая система управления требует ответное время в 250 мс для срабатывания антипомпажа.
— Всережимный регулируемый клапан баттерфляй высокой производительности 350 NB вместе с пневматическим приводом, позиционером и электропневматическим преобразователем. Клапан является клапаном типа сэндвич для установки между фланцами класс ANSI 150.
— Расходомер с трубкой Пито (torbar).
7. ГИБКИЙ СИЛЬФОН ДЛЯ ВХОДА И НАГНЕТАНИЯ ВОЗДУХОДУВКИ
7.1 Сильфоны на входе
Жесткая муфта из этиленпропиленового каучука (EPDM) будет предоставлена для данной стороны входа установки. Резиновая втулка обладает отличной стойкостью к озону и погодным условиям и подходит для окружающих условий площадки. Входное гибкое соединение является резиновой муфтой, которая проходит через втулку крана на входном кожухе воздуходувки и втулку такого же диаметра на выходе входного шумоглушителя. Резиновая втулка удерживается на кранах натянутыми стальными лентами. Резиновая втулка является более предпочтительной, чем стальные сильфоны, так как у нее имеется очень низкая жесткость и высокие характеристики глушения, что сильно снижает потенциал для недопустимых внешних нагрузок по отношению к кожуху воздуходувки.
7.2 Сильфоны на выходе
Компенсаторы, одинарно зафиксированные, с мембранами и дефлекторами из нержавеющей стали 321 оборудованы фланцами с выступами ANSI class 150 из углеродистой стали для выхода воздуходувки. Сильфоны спроектированы только для компенсации теплового расширения кожуха воздуходувки. Внешние нагрузки на сильфоны недопустимы.
8. ВНЕШНИЙ КОНИЧЕСКИЙ ШУМОГЛУШИТЕЛЬ
Воздуходувка будет поставлена с изготовленной стальной выходной конической трубой, спроектированной для обеспечения максимального восстановления напора динамического давления. Коническая труба спроектирована по собственным стандартам производителя. Конические трубы будут со штампом “U“ или с кодом по ASME VIII. Конические трубы считаются неотъемлемой частью воздуходувной установки.
Конический шумоглушитель спроектирован для уменьшения шума нагнетания на 10/12 дБА. Потребуется, чтобы с акустической точки зрения воздуховод нагнетания был изолирован, чтобы поддерживать суммарный уровень звука в 80 дБА.
9. КОМБИНИРОВАННЫЙ ВХОДНОЙ ФИЛЬТР/ШУМОГЛУШИТЕЛЬ
Входной фильтр требуется для установления на вход воздуходувки. Мы дали предложение на наш стандартный съемный заменяемый панельный фильтр с входом 6 м для предотвращения проникновения песка и пыли. Другие опции доступны.
Аттенюатор на входе для воздуха
Примерный размер: Подлежит уточнению
Перепад давления: 350 Па при 20°С
Дополнительные характеристики: выходная смесительная камера с акустическими футерованными подъемными проушинами.
Конструкция и покрытие: предварительно оцинкованная мягкая сталь и отсутствие покраски
Для уменьшения уровня шума на входе воздуха до 80 дБ(А) при 1 м свободном пространстве с одной работающей установкой в звукопоглощающей среде.
Блок входного фильтра и кожух от дождя
Тип: Одноступенчатый с передним отводом
Ячейки фильтра: Гофрированные заменяемые панельные фильтры EU4
Чистое давление: 60 Пa
Грязное давление: 300 Пa
Примерный размер: Подлежит уточнению
Жалюзийная решетка на входе
Блок фильтра: подлежит уточнению.
Конструкция и покрытие: В качестве аттенюатора на входе для воздуха
10. СБРОСНОЙ ГЛУШИТЕЛЬ
Описание: Воздуховод встроенного типа. Кольцевой поглощающий глушитель с центральным защитным кожухом
Конструкция и покрытие: Кожух – черное мягкое листовое железо, снаружи покрашенное эпоксидным покрытием.
Перфорированный внутри – предварительно оцинкованная мягкая сталь и отсутствие покраски
Размер: Подлежит уточнению
Соединение
Сверление: пластинчатый 20 мм фланец с плоской поверхность по ASME
Перепад давления: Подлежит уточнению
Исключено: Испытание давлением
Для уменьшения уровня сбросного шума до 80 дБ(А) при 1 м свободного пространства с одной работающей установкой в звукопоглощающей среде.
11. ЗВУОИЗОЛЯЦИОННЫЙ КОЖУХ
Описание: Звукоизоляционный кожух, установленный над воздуходувкой, редуктор и двигатель.
Условия воздуходувки: Открытый вход/ нагнетание в трубах
Конструкция: Предварительно оцинкованные звукоизоляционные панели из мягкой стали
Особенные характеристики: Две одностворчатые смотровые дверцы
Подъемные проушины (панель крыши)
Принудительная вентиляционная система.
Примерный размер: Смотрите приложенный сборочный чертеж
Для уменьшения уровня шума нагнетания до 80 дБ(А) при 1 м свободного пространства с одной работающей установкой в звукопоглощающей среде.
12. ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
Обратный клапан поставляется на нагнетании воздуходувки для ее предотвращения от включения при противодавлении и попадании в помпаж.
— Обратный клапан с двойной пластиной и галетным переключателем, подходящий для установки между фланцами
— Чугунный литой корпус и пластины
— Нержавеющие штифты и стопорная шайба
— Уплотнения из витона и пружинки Inconel
Примечание: Невозвратный клапан спроектирован только для горизонтальной установки. Если требуется вертикальная установка, тогда могут потребоваться дополнительные расходы.
Турбокомпрессор — это… Что такое Турбокомпрессор?
Турбокомпрессор или газотурбинный нагнетатель — центробежный или осевой компрессор, работающий в паре с турбиной.[1] Являются основным конструктивным элементом газотурбинных двигателей.[2]
Газотурбинные двигатели
Схема двигателя с турбовентилятором.1 — Вентилятор.
2 — Компрессор низкого давления.
3 — Компрессор высокого давления.
4 — Камера сгорания.
5 — Турбина высокого давления.
6 — Турбина низкого давления.
7 — Сопло.
8 — Вал ротора высокого давления.
9 — Вал ротора низкого давления.
Основной агрегат, состоящий из центробежного или осевого компрессора и газовой турбины для его привода, установленных на одном валу, называется турбокомпрессором. Основным назначением турбокомпрессора является повышения давления рабочего тела газотурбинного двигателя за счет его нагнетания компрессором, который получает мощность от турбины. Турбокомпрессор в совокупности с камерой сгорания, расположенной между турбиной и компрессором, называется газогенератором. Турбокомпрессор низкого давления турбореактивного двигателя (ТРДД), состоящий из компрессора низкого давления (вентилятора) и турбины, иногда называют турбовентилятором.[2][3]
Автомобильные
Разрез автомобильного турбокомпрессораВ автомобилях турбокомпрессор, используется для нагнетания воздуха или топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания за счет энергии выхлопных газов для повышения его характеристик.
Для двигателей малой мощности[источник не указан 402 дня] применяют турбокомпрессоры с центростремительной турбиной, а на двигателях большой мощности[источник не указан 402 дня] (тракторные, тепловозные, судовые) — с осевой турбиной.[источник не указан 402 дня] Компрессор всегда центробежный,[источник не указан 402 дня] так как осевой компрессор имеет более сложную конструкцию и склонность к помпажу. Наименьшие размеры имеют турбокомпрессоры для двигателей легковых автомобилей — диаметр их колес порядка 50 мм. Наибольшие размеры у судовых турбокомпрессоров — диаметр колес — до 1,2 м.
Примечания
См. также
Ссылки
Турбины и механизмы с турбинами в составе
Зачем нужен турбокомпрессор в автомобиле, принцип его работы
Что такое турбокомпрессор – известно многим, а вот принцип его работы знают не все. Но чтобы избежать серьезных поломок в будущем, необходимо знать не только принцип его работы. Для своевременного выявления всех неисправностей необходимо знать, что входит в его комплект и как это все работает.
Зачем нужен турбокомпрессор
Есть несколько способов увеличить мощность автомобиля. Например, увеличить количество или объем цилиндров ДВС, вследствие чего, соответственно, увеличится и объем самого двигателя или камер сгорания горючего.
Но такие методы нельзя назвать оптимальными. Дело в том, что при таком решении проблемы недостаточной мощности может привести к не самым положительным результатам. Во-первых, существенно повысится расход горючего.
Во-вторых, это отрицательно скажется на экологии, так как количество вредных выбросов из выхлопной трубы тоже увеличится.
В то же время автомобиль, оборудованный турбированным двигателем, при хорошей мощности характеризуется незагрязненным выхлопом и небольшим расходом горючего.
Из чего состоит турбокомпрессор
Начнем с комплектации турбокомпрессора. Итак, основными его составляющими являются:
- Турбина;
- Центробежный компрессор;
- Центральный корпус.
Каждая из этих деталей в отдельности отвечает за определенный процесс. Например, турбина служит для преобразования кинетической энергии, полученной путем захвата отработанных двигателем выхлопных газов, в механическое движение.
Центробежный компрессор повышает давление за счет сжатия газообразной среды.
В центральном корпусе размещается вал, который способен вращаться с большой скоростью и минимальным трением.
В сборе турбокомпрессор представляет собой устройство, обеспечивающее повышение давления во впускной системе. В результате этого увеличивается количество воздуха в цилиндрах, что приводит к увеличению мощности двигателя.
Функция турбины в турбокомпрессоре
Турбина одна из составляющих компрессора, от ее работы зависит многое. Основные требования, применяемые при изготовлении турбин, это:
- удароустойчивость,
- стабильность работы при высоких температурах,
- большая прочность под воздействием этих самых температур,
- устойчивость к окислениям.
Каждая деталь турбины изготавливается из жаропрочного материала и проходит специальную обработку. Но даже все эти технологии не могут гарантировать бесперебойную работу устройства.
От постоянного движения детали изнашиваются, и их приходится заменять на новые. Комплектующие для турбин можно найти на сайте интернет-магазина «Мастер Сервис». Здесь представлен широкий выбор запчастей необходимых для ремонта.
Из чего состоит турбина
В состав турбины входит:
- Вестгейт, он выполняет защитную функцию, оберегая турбину от перегрузок;
- Картридж, который в принципе и является турбокомпрессором, за исключением трех деталей;
- Сопловой аппарат, называемый геометрией турбины и предназначенный для регулирования потока газовой смеси;
- Подшипники, служащие уплотнением и обеспечивающие герметичность.
Все эти составляющие играют важную роль в работе турбокомпрессора в целом. Своевременное выявление неполадок поможет значительно сэкономить средства, продлив при этом жизнь уже существующего турбокомпрессора.