Turbokompressorite teave

TURBINA IDENTIFITSEERIMINE

Teabeteik on kinnitatud teie turbokompressori kompressori spiraalkorpusele. Sellel olevaid andmeid kasutatakse teie turbina remondil või varuosade otsimisel.

A – tootja number. Tootja ametlik number. Seda kasutatakse kataloogides ja kirjanduses. Kõige olulisem ja põhinumber turbina tuvastamiseks.

B – seerianumber. Seerianumber on iga turbina puhul unikaalne. Selle abil saab tuvastada ka turbina tüübi, nagu ka numbri A abil. Kuid see on töömahukam.

C – turbina kliendinumber. See on number, mille annab turbina tootja (tootja number). Seda numbrit kasutatakse kirjanduses, mis kirjeldab erinevate tootjate turbinaid. Lisaks sellele võib olla ka tootja/koostamisnumber A.

D – turbina tüüp. Tüüp vastab turbokompressori mudelile või paigaldusmõõtmetele.

TURBOÜLAKERDUSE AJALUGU

Turbokompressorite arengulugu algas umbes samal ajal kui esimeste sisepõlemismootorite ehitamine. Aastatel 1885–1896 viisid Gottlieb Daimler ja Rudolf Diesel läbi uuringuid, kuidas suurendada genereeritav võimsus ja vähendada kütusekulu, surudes õhku põlemiskambrisse. 1952. aastal viis Šveitsi insener Alfred Büchi esmakordselt edukalt läbi heitgaaside abil ülelaadimise, suurendades võimsust 40%. See sündmus pani aluse turbotehnoloogia järkjärgulisele arengule ja elluviimisele.

Esimeste turbokompressorite kasutusvaldkond piirdus äärmiselt suurte mootoritega, eelkõige laevamootoritega. Autotööstuses hakkasid turbokompressoreid esimesena kasutama veoautode tootjad. 1938. aastal ehitati tehases "Swiss Machine Works Sauer" esimene turbomootor veoautole.

Esimesed turboga varustatud sõiduautod olid Chevrolet Corvair Monza ja Oldsmobile Jetfire, mis tulid USA turule aastatel 1962–63. Vaatamata ilmsetele tehnilistele eelistele viis madal töökindlustase nende mudelite kiirele kadumisele.

1973. aasta naftakriis ajendas uurimistööd turbokompressorite kasutamise arendamise kaubanduslike diiselmootorite jaoks, kuna enne seda oli turbotehnoloogia arengut pärssinud vajadus suurte kapitaliinvesteeringute järele tehnoloogia arendamisse ning madal kütuse hind. 80ndate lõpus heitgaaside piirangute rangesem muutmine viis turboga varustatud veoautode arvu märkimisväärseni suurenemiseni. Tänaseks on turbotehnoloogia arengutase saavutanud nii kõrge taseme, et peaaegu iga veoauto mootor on varustatud turbokompressoriga.

Turbomootorite kasutuselevõtt spordiautodel, eelkõige Formel 1'il, 70ndatel aastatel tõi kaasa turbokompressorite populaarsuse märkimisväärse suurenemise. Eesliide "turbo" muutus moes. Tol ajal pakkus peaaegu iga autotootja vähemalt ühte mudelit bensiini turbomootoriga. Kuid mõne aasta pärast hakkas turbomootorite moeaine vähenema, kuna selgus, et turbokompressor, kuigi võimaldab suurendada bensiinimootori võimsust, suurendab oluliselt kütusekulu.

Turbokompressori reaktsiooniaeg (turbolag) oli selle seadme esimestel mudelitel piisavalt pikk, mis oli samuti tõsine argument turbina paigaldamise vastu bensiinimootorile.

Pöördepunkt turbokompressorite arengus toimus 1978. aastal, kui välja anti Mercedes-Benz 300 SD, esimene diiselturbomootoriga varustatud sõiduauto. 1981. aastal järgnes Mercedes-Benz 300 SD-le VW Turbodiesel. Turbokompressori abil õnnestus tootjatel tõsta diiselmootori efektiivsus bensiinimootori tasemele, säilitades samal ajal oluliselt madalama heitgaaside heite.

Tänapäeval ei käsitleta turbokompressori paigaldamist bensiinimootorile enam võimsuse suurendamise vaatepunktist, vaid kütusekulu vähendamise ja seega CO2 ning muude kahjulike ainete heite vähendamise seisukohalt. Seega on turbomootorid vahendiks energiakandjatarbimise ja keskkonda heitmete vähendamiseks.

text

TURBINA RIKETE PÕHILISED PÕHJUSED

Nagu praktika näitab, on valdav enamus turbinate "rikkeid" põhjustatud põhjustest, mis ei ole seotud turbina endaga. Enne otsustamist turbina remondi või vahetuse kohta on äärmiselt oluline tuvastada rikke põhjus.

4 PÕHILIST TURBINA RIKKE PÕHJUST 1. Õli saastumine

• Väikeste osakeste saastumine. Ei ole visuaalselt tuvastatav, kuid põhjustab laagrite kulumist ja laagri servade kulutamist.

2. Määrimise puudus

• Ebapiisav õli varustamine (nt tihendi osakeste blokeerimisel õlikanalid) iseloomustub laagrite istmete värvi olulise muutumisega.
• Keemiline saastumine. Põhjustab laagrite ja võlli tugevat kulumist ja ülekuumenemist. Kahjustused on visuaalselt peaaegu eristamatud ebapiisava määrimise tõttu tekkivatest kahjustustest. Sellise rikke peamiseks põhjuseks on kütuse sattumine õli, mis halvendab viimase määrivate omadusi.

3. Ekstreemsed töörežiimid

• Kiiruse ja/või võimsuse piirangu ületamine. Kiiruse ja/või võimsuse piirangu ületamine põhjustab laagrite istmete ülekuumenemist ja õli põlemist. Võllile tekivad söestumised. Kompressori ratase tagakülg ka söestub ja deformeerub. Mõnel juhul võivad turbiini rataste labadelt lahti peksta tükid.

4. Kahjustused võõrkehadesse sattumise tõttu

• Kõva võõrkeha - kompressor. Kahjustus tekib siis, kui võõrkeha sattub kompressorisse. Kompressorisse sattunud ese põrkab kompressori sissepääsu seintelt, põhjustades tõsiseid kahjustusi. Sool ja liiv põhjustavad labade tugevat erosiooni ja hävimist.
• Pehme võõrkeha. Pehmete võõrkehadesse, nagu paberitükid või lõngajäätmed, sattumine turbiini põhjustab labade deformatsiooni (tagasi painutamist) ja metallitükkide ära murdumist nendest.
• Kõva võõrkeha - turbiin. Turbiini sattuv võõrkeha põhjustab labadele iseloomulikke kahjustusi. Isegi sellised väikesed objektid nagu roostetükid võivad suure pöörlemiskiiruse tõttu põhjustada tõsist hävimist.

text

TURBOKOMPRESSORI TÖÖPÕHIMÕTE

Turbokompressori tööpõhimõttest selgema ettekujutuse saamiseks on vaja tutvuda sisepõlemismootori töösüsteemiga. Tänapäeval on enamik diisel-sõidu- ja veoautosid varustatud 4-taktiliste kolbmootoritega, mille tööd juhitakse sisse- ja väljalaskeklappide abil. Iga töötsükkel koosneb 4 taktist 2 täispöörde jooksul võllikäigul.

• Sisselase — kolvi liikumisel alla läheb õhk (diiselmootoris) või kütuse ja õhu segu (bensiinimootoris) läbi avatud sisselaskeklapi.
• Kompressioon – põleva massi tihendamine.
• Laiendus – õhu ja kütuse segu süüdatakse küünalde abil (bensiinimootor), diislikütus süstitakse rõhu all ja süttimine toimub iseeneslikult.
• Väljalase – kolvi liikumisel üles väljuvad heitgaasid.

Need tööpõhimõtted pakuvad järgmisi võimalusi mootori tööefektiivsuse suurendamiseks:

• Mahu suurendamine
• Mootori töökiiruse suurendamine
• Turbokompressioon

MAHU SUURENDAMINE

Mahu suurendamine tagab mootori võimsuse suurenemise, kuna põlemiskambri suurendamine võimaldab suurema õhuhulga ja suurema kütuse koguse sissepuhumist. Mahu suurendamist saab saavutada silindrite arvu suurendamise või iga silindri mahu suurendamise teel. Üldiselt toob mahu suurendamine kaasa mootori massi suurenemise. See meetod ei paku olulisi eeliseid heitkoguste ja kütusekulu tasemel.

MOOTORI TÖÖKIIRUSE SUURENDAMINE

Teine võimalus mootori võimsuse suurendamiseks on mootori töökiiruse suurendamine. Kiiruse suurendamine toimub kolvi käikude arvu suurendamise teel ajaühikus. Siiski on tehnilistel põhjustel sellel meetodil ranged piirangud. Mootori töökiiruse suurendamine suurendab pumbamise ja muude toimingute kadusid, mis põhjustab tööefektiivsuse langust.

TURBOKOMPRESSIOON

Kahe esimese meetodi rakendamisel varustatakse mootor ainult oma ülelaadimisega. Põlemiseks vajalik õhk läheb otse silindrisse sisselasketaktil. Turbokompressori kasutamisel surutakse põlemiskambrisse sisenev õhk eelnevalt kokku. Mootorisse jõuab sama maht õhku, kuid kõrgem rõhk tagab suurema õhumassi läbipääsu, mis võimaldab suurendada põletatava kütuse kogust. Seega, turbokompressori kasutamisel suureneb mootori võimsus võrreldes selle mahuga ja tarbitava kütuse kogusega.

ÜLELAETUD ÕHU JAHDUTAMINE

Tihendamise käigus kuumneb ülelaetud õhk kuni 180 °C-ni. Jahutamisel suureneb õhu tihedus, mis võimaldab suurendada ülelaetava õhu mahtu. Ülelaetud õhu jahutamine on üks vähestest meetmeist sisepõlemismootorite võimsuse suurendamiseks, mis avaldavad positiivset mõju kütusekulu ja kahjulike ainete heite tasemele. Sissepääsuva õhu temperatuuri alandamine tagab põlemistemperatuuri languse ja seega NO(x) tekkimise vähenemise. Õhu tiheduse suurenemine vähendab kütusekulu ja keskkonna saastamise taset.

On kahte tüüpi turbokompressiooni – mehaaniline turbokompressioon ja heitgaaside kompressioon.

MEHAANILINE TURBOKOMPRESSIOON

Mehaanilise turbokompressiooni korral surutakse õhk kokku kompressori abil, mida käitatakse mootorilt. Siiski läheb osa saadavast võimsuse suurenemisest kompressori käitamiseks. Sõltuvalt mootori suurusest on kompressori käitamiseks vajalik võimsus 10 kuni 15% mootori kogutoodangust. Seega on võrreldes tavalise sama võimsusega mootoriga mehaanilise turbokompressiooniga mootoril suurem kütusekulu.

HEITGAASIDE TURBOKOMPRESSIOON

Heitgaaside kompressiooni kasutamisel suunatakse gaasi energia, mida tavatingimustes ei kasutata, turbiini käitamiseks. Kompressor asub samal võllil turbiiniga ja tagab õhu võtmise, kokkusurumise ja toimetamise põlemiskambrisse. Sel juhul puuduvad mehaanilised ühendused mootoriga.

HEITGAASIDE TURBOKOMPRESSIOONI EELISED

• Võrreldes tavalise sama võimsusega mootoriga on turbomootoril väiksem kütusekulu, kuna osa heitgaaside energiast aitab kaasa mootori võimsuse suurenemisele. Väiksem mootori maht vähendab soojus- ja muid kadusid.
• Turbomootoril on oluliselt parem kaal-võimsuse suhe, st kW/kg.
• Turbomootori jaoks vajalik mootoriruumi pindala on väiksem kui tavalisel mootoril.
• Turbomootori kasutamisel on võimalik pöördemomendi omaduste edasine täiustamine, et hoida võimsust maksimumile lähedasel tasemel väga madalal mootori pöörlemiskiirusel, mis võimaldab vältida sagedast käikude vahetamist mägisel maastikul sõitmisel.
• Turbomootoritel on oluliselt paremad tööomadused kõrgmäestiku tingimustes. Madalama rõhu tingimustes kaotab tavaline mootor märkimisväärse osa oma võimsusest. Seevastu turbomootori tööomadused paranevad tänu turbiini ühenduste püsiva ülerõhu ja turbiini sissepääsu madalama välisrõhu erinevuse suurenemisele. Madal õhu tihedus sissepääsu juures kompenseeritakse, tagades peaaegu nullilise võimsuse kaotuse.
• Kuna turbomootor on väiksemate mõõtmetega ja seega ka müra tekitava pinnaga, on selle müraomadused paremad kui tavalistel mootoritel.
• Sel juhul toimib turbokompressor täiendava summutina.

TURBOKOMPRESSORI EHITUS TURBIINI SPIRAALKORPUS Turbiini spiraalkorpus on valmistatud erinevatest sfäärilise grafiidiga malmist, et taluda soojuskoormust ja turbiini rataste purunemist. Nagu turbiini ratas, on spiraalkorpuse profaile viidud täielikule vastavusse rataste labade kujuga. Turbiini spiraalkorpuse sisselaskeflants töötab turbiini kinnitamise paigaldusalusena, kandes koormust. Parameetrid:

• Tavaliselt on tegu raua sulamiga sfäärilise grafiidiga
• Tavaliselt on see paigaldusalus, mis kannab kogu turbiini kaalu

Peamised nõuded:

• Impaktkindlus
• >Oksüdeerumiskindlus
• Kuumuskindlus
• Kuumuselektiivsus
• Lihtne mehaaniline töötlemine turbiini rattaga

TURBIINI RATTAS VÕLLIGA Turbiini ratas on paigaldatud turbiini korpusesse ja ühendatud tihvtiga, mis paneb pöörlema kompressori ratast. Parameetrid:

• Kvaliteetne niklisulamist kate
• Valmistatud vastupidavatest ja vastupidavatest sulamitest
• Talub kuni 760 °C töötemperatuure

Peamised nõuded:

• Kulumiskindlus
• Deformatsioonikindlus
• Korrosioonikindlus

KOMPRESSORI SPIRAALKORPUS Kompressori spiraalkorpus on valatud alumiiniumist. Erinevat tüüpi kompressorite jaoks kasutatakse erinevaid sulameid. Kasutatakse nii vaakumvalu kui ka "liivavalu". Täpne viimistlustöötlus mõõtmete ja pindade kvaliteedi tagamiseks, mis on vajalikud turbiini normaalseks tööks. Parameetrid:

• tavaliselt valmistatud erinevatest alumiiniumsulamitest
• täpsed mõõtmed ja kujud
• töötemperatuurid kuni 200 °C

Peamised nõuded:

• Vastupidavus löök- ja mehaanilistele koormustele
• Töötluskvaliteet ja täpsed mõõtmed

KOMPRESSORI RATTAS Kompressori ratas on valmistatud alumiiniumsulamitest valamise teel. Valamiseks kasutatakse kummivormi. Selle järgi tehakse valuvorm ja sellesse valatakse sulametall. Rataste labade täpsed mõõtmed ja täpne mehaaniline töötlemine on olulised kompressori normaalseks tööks. Puurimine ja poleerimine suurendavad väsimuskindluse koefitsiente. Ratas asub võlli sõlmes. Parameetrid:

• tavaliselt alumiiniumsulam (Cu-Si)
• selle valuprotsessi kasutuselevõtt aastal 1976

Peamised nõuded:

• kõrge väsimuskindlus
• kõrge tõmbetugevus
• kõrge korrosioonikindlus
• mõnel mudelil ratastel, mis on mõeldud väga võimsaks ja pikaajaliseks tööks kõrgetel temperatuuridel, on labad valmistatud titaanist

LAAGRITE MÄÄRIMISSÜSTEEM Halli metallist laagrisüsteemi korpus tagab ujuvlaagrisüsteemi asukoha võlli, turbiini ja kompressori jaoks, mis võib pöörelda kuni 170 000 p/min. Parameetrid:

• tavaliselt valmistatud metallist
• tootmises ja töötlemises on kasutatud lihvimist, puurimist, treimist ja poleerimist
• keeruline geomeetriline konstruktsioon jahutamiseks

Peamised nõuded:

• Töötluskvaliteet
• Jäikus
• Kuumuskindlus

LAAGRISÜSTEEM Laagrisüsteem peab vastu pidama kõrgetele temperatuuridele, töörežiimide lülitumisele, määrdeaines olevale mustusele jne. Laagrid on valmistatud spetsiaalselt arendatud pronks- või vasesulamitest. Spetsiaalselt arendatud tootmisprotsess on loodud laagrite loomiseks vajalike kuumuskindluse ja kulumiskindluse omadustega. Tsementeeritud terasest surve rõngad ja õli sooned on eriti täpselt valmistatud. Teljesuunaline rõhk neelatakse pronksist hüdrodünaamilise teljesurve laagriga, mis asub võlli sõlme otsas. Täpne kalibreerimine tagab laagri ühtlase koormuse.