Za povećanje snage motora s unutarnjim izgaranjem naširoko se koriste posebne jedinice - turbopunjači.O tome što je turbopunjač, koje su vrste ovih jedinica, kako su raspoređene i na kojim principima se temelji njihov rad, kao io njihovom održavanju i popravku, pročitajte u članku.
Što je turbopunjač?
Turbopunjač je glavna komponenta sustava za nadtlačenje agregata motora s unutarnjim izgaranjem, jedinica za povećanje tlaka u usisnom traktu motora zahvaljujući energiji ispušnih plinova.
Turbopunjač se koristi za povećanje snage motora s unutarnjim izgaranjem bez radikalnog uplitanja u njegov dizajn.Ova jedinica povećava tlak u usisnom traktu motora, osiguravajući povećanu količinu mješavine goriva i zraka u komorama za izgaranje.U ovom slučaju dolazi do izgaranja na višoj temperaturi uz stvaranje većeg volumena plinova, što dovodi do povećanja tlaka na klipu i, kao rezultat toga, povećanja momenta i karakteristika snage motora.
Korištenje turbopunjača omogućuje vam povećanje snage motora za 20-50% uz minimalno povećanje njegove cijene (a uz značajnije izmjene, rast snage može doseći 100-120%).Zbog svoje jednostavnosti, pouzdanosti i učinkovitosti, sustavi stlačivanja temeljeni na turbopunjačima naširoko se koriste na svim vrstama vozila s motorom s unutarnjim izgaranjem.
Vrste i karakteristike turbopunjača
Danas postoji veliki izbor turbopunjača, no oni se mogu podijeliti u skupine prema namjeni i primjenjivosti, tipu korištene turbine i dodatnoj funkcionalnosti.
Prema namjeni, turbo punjače možemo podijeliti u nekoliko vrsta:
• Za jednostupanjske sustave tlačenja - jedan turbopunjač po motoru ili dvije ili više jedinica koje rade na nekoliko cilindara;
•Za serijske i serijsko-paralelne sustave napuhavanja (razne varijante Twin Turbo) - dvije identične ili različite jedinice koje rade na zajedničkoj grupi cilindara;
• Za dvostupanjske sustave nadtlaka postoje dva turbopunjača s različitim karakteristikama, koji rade u parovima (sekvencijalno jedan za drugim) za jednu grupu cilindara.
Najrašireniji su jednostupanjski sustavi za nadtlačenje izgrađeni na temelju jednog turbopunjača.Međutim, takav sustav može imati dvije ili četiri identične jedinice - na primjer, u motorima u obliku slova V koriste se zasebni turbopunjači za svaki red cilindara, u višecilindričnim motorima (više od 8) mogu se koristiti četiri turbopunjača, svaki od koji radi na 2, 4 ili više cilindara.Rjeđi su dvostupanjski sustavi tlačenja i razne varijante Twin-Turbo, oni koriste dva turbopunjača različitih karakteristika koji mogu raditi samo u paru.
Prema primjenjivosti, turbopunjači se mogu podijeliti u nekoliko skupina:
• Prema vrsti motora - za benzinske, dizelske i plinske agregate;
• Po obujmu i snazi motora - za agregate male, srednje i velike snage;za motore velike brzine itd.
Turbo punjači mogu biti opremljeni jednom od dvije vrste turbina:
• Radijalno (radijalno-aksijalno, centripetalno) - tok ispušnih plinova dovodi se na periferiju rotora turbine, kreće se do njegovog središta i ispušta se u aksijalnom smjeru;
• Aksijalni - protok ispušnih plinova dovodi se duž osi (u središte) rotora turbine i odvodi se s njegove periferije.
Danas se koriste obje sheme, ali na malim motorima često možete pronaći turbopunjače s radijalno-aksijalnom turbinom, a na snažnim pogonskim jedinicama preferiraju se aksijalne turbine (iako to nije pravilo).Bez obzira na vrstu turbine, svi turbopunjači opremljeni su centrifugalnim kompresorom - u njemu se zrak dovodi u središte rotora i uklanja s njegove periferije.
Moderni turbopunjači mogu imati različite funkcije:
• Dvostruki ulaz - turbina ima dva ulaza, svaki od njih prima ispušne plinove iz jedne grupe cilindara, ovo rješenje smanjuje pad tlaka u sustavu i poboljšava stabilnost prednabijanja;
• Varijabilna geometrija - turbina ima pomične lopatice ili klizni prsten, kroz koji možete mijenjati protok ispušnih plinova do impelera, to vam omogućuje promjenu karakteristika turbopunjača ovisno o načinu rada motora.
Konačno, turbopunjači se razlikuju po svojim osnovnim radnim karakteristikama i mogućnostima.Od glavnih karakteristika ovih jedinica treba istaknuti:
• Stupanj povećanja tlaka - omjer tlaka zraka na izlazu iz kompresora i tlaka zraka na ulazu, leži u rasponu od 1,5-3;
• Dovod kompresora (protok zraka kroz kompresor) - masa zraka koji prolazi kroz kompresor po jedinici vremena (sekundi) leži u rasponu od 0,5-2 kg/s;
• Raspon radnih brzina kreće se od nekoliko stotina (za snažne dizel lokomotive, industrijske i druge dizel motore) do nekoliko desetaka tisuća (za moderne forsirane motore) okretaja u sekundi. Maksimalna brzina ograničena je snagom rotora turbine i kompresora, ako je brzina rotacije prevelika zbog centrifugalnih sila, kotač se može srušiti.U modernim turbopunjačima, periferne točke kotača mogu se okretati brzinom od 500-600 ili više m / s, odnosno 1,5-2 puta brže od brzine zvuka, što uzrokuje pojavu karakterističnog zvižduka turbine;
• Radna / maksimalna temperatura ispušnih plinova na ulazu u turbinu leži u rasponu od 650-700 °C, u nekim slučajevima doseže 1000 °C;
• Učinkovitost turbine / kompresora je obično 0,7-0,8, u jednoj jedinici učinkovitost turbine je obično manja od učinkovitosti kompresora.
Također, jedinice se razlikuju po veličini, vrsti ugradnje, potrebi korištenja pomoćnih komponenti itd.
Dizajn turbopunjača
Općenito, turbopunjač se sastoji od tri glavne komponente:
1.Turbina;
2.Kompresor;
3.Kućište ležaja (centralno kućište).
Tipična shema sustava stlačivanja zraka agregata motora s unutarnjim izgaranjem
Turbina je jedinica koja pretvara kinetičku energiju ispušnih plinova u mehaničku energiju (u okretni moment kotača), čime se osigurava rad kompresora.Kompresor je jedinica za pumpanje zraka.Kućište ležaja povezuje obje jedinice u jednu strukturu, a osovina rotora smještena u njemu osigurava prijenos okretnog momenta s kotača turbine na kotač kompresora.
Sekcija turbopunjača
Turbina i kompresor imaju sličan dizajn.Osnova svake od ovih jedinica je kohlearno tijelo u čijem se perifernom i središnjem dijelu nalaze cijevi za spajanje na sustav tlačenja.U kompresoru je ulazna cijev uvijek u sredini, a ispuh (pražnjenje) na periferiji.Isti raspored cijevi za aksijalne turbine, za radijalno-aksijalne turbine, položaj cijevi je suprotan (na periferiji - usis, u sredini - ispuh).
Unutar kućišta nalazi se kotač s oštricama posebnog oblika.Oba kotača - turbinu i kompresor - drži zajednička osovina koja prolazi kroz kućište ležaja.Kotači su lijevani ili kompozitni, oblik lopatica kotača turbine osigurava najučinkovitije korištenje energije ispušnih plinova, oblik lopatica kotača kompresora osigurava maksimalni centrifugalni učinak.Moderne vrhunske turbine mogu koristiti kompozitne kotače s keramičkim lopaticama, koje imaju malu težinu i bolje performanse.Veličina kotača turbopunjača automobilskih motora je 50-180 mm, snažni lokomotivi, industrijski i drugi dizelski motori su 220-500 mm ili više.
Oba kućišta su montirana na kućište ležaja vijcima kroz brtve.Ovdje se nalaze klizni ležajevi (rjeđe kotrljajući ležajevi posebne izvedbe) i O-prstenovi.Također u središnjem kućištu nalaze se uljni kanali za podmazivanje ležajeva i vratila, a kod nekih turbopunjača i šupljina vodeno rashladnog plašta.Tijekom ugradnje jedinica je spojena na sustave za podmazivanje i hlađenje motora.
U dizajnu turbopunjača također se mogu predvidjeti različite pomoćne komponente, uključujući dijelove sustava recirkulacije ispušnih plinova, uljne ventile, elemente za poboljšanje podmazivanja dijelova i njihovo hlađenje, regulacijske ventile itd.
Dijelovi turbopunjača izrađeni su od posebnih vrsta čelika, a za kotače turbine koriste se čelici otporni na toplinu.Materijali su pažljivo odabrani prema koeficijentu toplinskog širenja, što osigurava pouzdanost dizajna u različitim načinima rada.
Turbopunjač je uključen u sustav stlačivanja zraka, koji također uključuje usisne i ispušne grane, au složenijim sustavima - intercooler (radijator za hlađenje zraka za punjenje), razne ventile, senzore, prigušnice i cjevovode.
Princip rada turbopunjača
Rad turbopunjača svodi se na jednostavne principe.Turbina jedinice uvodi se u ispušni sustav motora, kompresor - u usisni trakt.Tijekom rada motora ispušni plinovi ulaze u turbinu, udaraju u lopatice kotača, dajući joj dio svoje kinetičke energije i uzrokujući njezino okretanje.Zakretni moment iz turbine se izravno prenosi na kotače kompresora preko osovine.Prilikom rotacije, kotač kompresora baca zrak na periferiju, povećavajući njegov tlak - ovaj zrak se dovodi u usisnu granu.
Jedan turbopunjač ima brojne nedostatke, od kojih je glavni turbo kašnjenje ili turbo jama.Kotači jedinice imaju masu i nešto inercije, tako da se ne mogu trenutno okretati kada se brzina pogonske jedinice poveća.Stoga, kada naglo pritisnete papučicu gasa, motor s turbopunjačem ne ubrzava odmah - postoji kratka stanka, nestanak struje.Rješenje ovog problema su posebni sustavi upravljanja turbinama, turbopunjači promjenjive geometrije, serijsko-paralelni i dvostupanjski sustavi tlačenja i drugi.
Princip rada turbopunjača
Problemi održavanja i popravka turbopunjača
Turbopunjač zahtijeva minimalno održavanje.Glavna stvar je promijeniti motorno ulje i filter ulja na vrijeme.Ako motor još neko vrijeme može raditi na starom ulju, to može postati smrtonosno za turbopunjač - čak i malo pogoršanje kvalitete maziva pri velikim opterećenjima može dovesti do zaglavljivanja i uništenja jedinice.Također se preporučuje povremeno čišćenje dijelova turbine od naslaga ugljika, što zahtijeva njezinu demontažu, ali ovaj posao treba izvoditi samo uz upotrebu posebnih alata i opreme.
Neispravan turbopunjač je u većini slučajeva lakše zamijeniti nego popraviti.Za zamjenu je potrebno koristiti jedinicu istog tipa i modela koja je ranije bila ugrađena na motor.Ugradnja turbopunjača s drugim karakteristikama može poremetiti rad agregata.Odabir, ugradnju i podešavanje jedinice bolje je povjeriti stručnjacima - to jamči ispravno izvođenje radova i normalan rad motora.Uz pravilnu zamjenu turbopunjača, motor će ponovno dobiti veliku snagu i moći će riješiti najteže zadatke.
Vrijeme objave: 21. kolovoza 2023