Turbodoładowanie zawdzięcza swój wygląd słynnej niemieckiej roztropności i praktyczności we wszystkim. Nawet Rudolfa Diesela i Gottlieba Daimlera pod koniec XIX wieku dręczyło takie pytanie. Jak to jest, że spaliny są po prostu wrzucane do rury, a energia, którą posiadają, nie przynosi żadnej korzyści? Nieład... W XXI wieku silniki wyposażone w turbinę już dawno przestały być egzotyką i są stosowane wszędzie, w najróżniejszych pojazdach. Dlaczego turbiny są używane przede wszystkim do silniki Diesla i jaka jest zasada działania tych użytecznych jednostek, przeanalizujemy dalej - w stricte popularnonaukowej, ale wizualnej i zrozumiałej dla każdego formie.

Tak więc pomysł „wprowadzenia w życie” zużytej energii spaliny pojawiły się wkrótce po wynalezieniu i udanych eksperymentach z wykorzystaniem silników wewnętrzne spalanie. Niemieccy inżynierowie i pionierzy w branży motoryzacyjnej i ciągnikowej pod przewodnictwem Diesela i Daimlera przeprowadzili pierwsze eksperymenty mające na celu zwiększenie mocy silnika i zmniejszenie zużycia paliwa za pomocą wtrysku skompresowane powietrze z wydechu.

Gottlieb Daimler produkował takie samochody i już myślał o wprowadzeniu systemu turbodoładowania

Ale pierwszym, który zbudował pierwszą wydajną turbosprężarkę, nie byli oni, ale inny inżynier, Alfred Buchi. W 1911 roku otrzymał patent na swój wynalazek. Pierwsze turbiny były takie, że można było i celowo używać ich tylko do duże silniki(na przykład statki).

Ponadto turbosprężarki zaczęto stosować w przemyśle lotniczym. Począwszy od lat trzydziestych XX wieku samoloty wojskowe (zarówno myśliwce, jak i bombowce) były regularnie wprowadzane do Stanów Zjednoczonych w „serii”, której silniki benzynowe były wyposażone w turbosprężarki. A pierwsza ciężarówka z turbodoładowanym silnikiem Diesla została wyprodukowana w 1938 roku.

W latach 60-tych General Motors Corporation wyprodukowała pierwsze Chevrolety i Oldsmobile na benzynę silniki gaźnikowe wyposażony w turbosprężarkę. Niezawodność tych turbin nie była duża i szybko zniknęły one z rynku.

1962 Oldsmobile Jetfire – pierwszy seryjnie produkowany samochód z turbodoładowaniem

Moda na silniki z turbodoładowaniem powróciła na przełomie lat 70./80., kiedy to turbodoładowanie zaczęto powszechnie stosować w tworzeniu sportowych i samochody wyścigowe. Przedrostek „turbo” stał się niezwykle popularny i przekształcił się w rodzaj etykiety. W hollywoodzkich filmach z tamtych lat superbohaterowie naciskali „magiczne” przyciski „turbo” na panelach swoich supersamochodów, a samochód został zabrany w dal. W rzeczywistości turbosprężarki z tamtych lat znacznie „zwolniły”, powodując znaczne opóźnienie reakcji. Nawiasem mówiąc, nie tylko nie przyczyniły się do oszczędności paliwa, ale wręcz przeciwnie, zwiększyły jego zużycie.

Robotnik sowieckich pól - turbodoładowany

Pierwsze naprawdę udane próby wprowadzenia turbodoładowania do produkcji silników samochodowych produkcja seryjna przeprowadzone na początku lat 80-tych przez SAAB i Mercedesa. To zaawansowane doświadczenie nie zwlekało z wykorzystaniem innych globalnych firm inżynieryjnych.

W Związku Radzieckim rozwój i wprowadzenie silników z turbodoładowaniem do „serii” wiązało się przede wszystkim z rozwojem produkcji ciężkich ciągników przemysłowych i rolniczych - Kirovets; Super wywrotki BelAZ itp. potężna technologia.

Dlaczego turbiny zaczęto stosować w silnikach wysokoprężnych, a nie benzynowych? Ponieważ silniki Diesla mają znacznie wyższy stopień sprężania powietrza, a ich spalin jest więcej niska temperatura. W związku z tym wymagania dotyczące odporności cieplnej turbiny są znacznie mniejsze, a jej koszt i efektywność użytkowania są znacznie większe.

Układ turbodoładowania składa się z dwóch części: turbiny i turbosprężarki. Turbina służy do przetwarzania energii spalin, a sprężarka służy bezpośrednio do dostarczania wielokrotnie sprężonego powietrza atmosferycznego do wnęk roboczych cylindrów. Głównymi częściami układu są dwa wirniki, turbina i sprężarka (tzw. „wirniki”). Turbosprężarka to zaawansowana technologicznie pompa powietrza napędzana obrotami wirnika turbiny. Jego jedynym zadaniem jest wtłaczanie sprężonego powietrza do cylindrów pod ciśnieniem.

Im więcej powietrza dostaje się do komory spalania, tym więcej oleju napędowego można spalić w określonej jednostce czasu. Rezultatem jest znaczny wzrost mocy silnika, bez konieczności zwiększania objętości jego cylindrów.

Elementy turbosprężarki:

• obudowa sprężarki;
• koło sprężarki;
• wał wirnika lub oś;
• obudowa turbiny;
• koło turbiny;
• Obudowa łożyska.

Podstawą układu doładowania jest wirnik osadzony na specjalnej osi i zamknięty w specjalnej żaroodpornej obudowie. Ciągły kontakt wszystkich elementów turbiny z ekstremalnie gorącymi gazami determinuje konieczność wykonania zarówno wirnika jak i obudowy turbiny ze specjalnych żaroodpornych stopów metali.

Wirnik i wał turbiny obracają się bardzo szybko Wysoka częstotliwość i w przeciwnych kierunkach. Dzięki temu jeden element jest mocno dociśnięty do drugiego. Strumień spalin trafia najpierw do kolektora wydechowego, skąd trafia do specjalnego kanału, który znajduje się w obudowie turbosprężarki. Kształtem jego ciała przypomina skorupę ślimaka. Po przejściu przez ten „ślimak” spaliny podawane są do wirnika z przyspieszeniem. Zapewnia to translacyjny obrót turbiny.

Oś turbosprężarki zamocowana jest na specjalnych łożyskach ślizgowych; smarowanie odbywa się poprzez dostarczanie oleju z układu smarowania komora silnika. O-ringi i uszczelki zapobiegają wyciekom oleju oraz przedostawaniu się i mieszaniu powietrza i spalin. Oczywiście, aby całkowicie wykluczyć przedostawanie się spalin do sprężonego powietrze atmosferyczne Nie działa, ale nie jest to konieczne...

Moc każdego silnika i wydajność jego pracy zależy od wielu powodów. Mianowicie: od objętości roboczej cylindrów, od ilości dostarczanej powietrze- mieszanka paliwowa, na efektywność jego spalania, a także na część energetyczną paliwa. Moc silnika wzrasta proporcjonalnie do wzrostu ilości spalanego w nim paliwa przez określoną jednostkę czasu. Jednak aby przyspieszyć spalanie paliwa, konieczne jest zwiększenie dopływu sprężonego powietrza do wnęk roboczych silnika.

Oznacza to, że im więcej paliwa spala się w jednostce czasu, tym więcej powietrza trzeba będzie „wcisnąć” do silnika (niezbyt piękne słowo „wpychać” tutaj jednak pasuje bardzo dobrze, ponieważ sam silnik nie będzie poradzić sobie z przyjmowaniem nadmiar sprężone powietrze i filtry zerowy opór mu nie pomoże).

Powtarzamy, że jest to główny cel turbodoładowania - zwiększenie dopływu mieszanki paliwowo-powietrznej do komór spalania. Zapewnia to wtłaczanie sprężonego powietrza do cylindrów, co odbywa się pod stałym ciśnieniem. Powstaje w wyniku przemiany energii spalin, czyli z odpadów i strat na użyteczną. Aby to zrobić, zanim spaliny będą musiały zostać odprowadzone do rury wydechowej, a następnie odpowiednio do atmosfery, ich przepływ kierowany jest przez układ turbosprężarki.

Proces ten zapewnia wirowanie koła turbiny („wirnika”), wyposażonego w specjalne łopatki, do 100-150 tysięcy obrotów na minutę. Na tym samym wale z wirnikiem zamocowane są również łopatki sprężarki, które pompują sprężone powietrze do cylindrów silnika. Moc uzyskana z konwersji energii spalin jest wykorzystywana do znacznego zwiększenia ciśnienia powietrza. Dzięki temu możliwe staje się wtryskiwanie do wnęk roboczych cylindrów więcej paliwo na określony czas. Daje to znaczny wzrost zarówno mocy, jak i sprawności silnika wysokoprężnego.

Turbina Diesla w przekroju

Mówiąc najprościej, system turbo zawiera dwa „wirniki” z łopatkami zamontowane na jednym wspólny wał. Ale jednocześnie znajdują się w oddzielnych komorach, hermetycznie oddzielonych od siebie. Jeden z wirników jest zmuszany do obracania się od gazów spalinowych silnika, które stale przedostają się do jego łopatek. Ponieważ drugi wirnik jest z nim sztywno połączony, również zaczyna się obracać, wychwytując powietrze atmosferyczne i dostarczając je w postaci sprężonej do cylindrów silnika.

Stworzenie naprawdę wydajnej turbosprężarki zajęło inżynierom kilkanaście lat. W końcu tylko w teorii wszystko wygląda gładko: przekształcając energię spalin, można „zwrócić” utracony procent wydajności i znacznie zwiększyć moc silnika (na przykład ze stu do stu sześćdziesięciu koni mechanicznych) . Ale w praktyce z jakiegoś powodu to się nie udało.

Ponadto, gdy gwałtownie wciśniesz pedał przyspieszenia, trzeba było poczekać na wzrost prędkości obrotowej silnika. Stało się to dopiero po krótkiej przerwie. Wzrost ciśnienia spalin, rozkręcenie się turbiny i wtrysk sprężonego powietrza nie następowały natychmiastowo, ale stopniowo. Zjawiska tego, zwanego „turbolagiem” („turbojama”), nie dało się ujarzmić. I okazało się, że można sobie z tym poradzić, stosując dwa dodatkowe zawory: jeden - wpuszczający nadmiar powietrza do sprężarki rurociągiem z kolektora silnika. Drugi zawór służy do odprowadzania spalin. I w ogóle współczesne turbiny ze zmienną geometrią łopatek, nawet swoim kształtem, już znacznie różnią się od klasycznych turbin drugiej połowy XX wieku.

Turbosprężarka do diesla Bosch

Kolejny problem, który musiał zostać rozwiązany wraz z rozwojem technologii turbiny diesla, polegający na nadmiernej detonacji. Detonacja ta powstała w wyniku gwałtownego wzrostu temperatury we wnękach roboczych cylindrów, gdy wtryskiwano tam dodatkowe masy sprężonego powietrza, zwłaszcza w końcowej fazie cyklu. Intercooler (intercooler) jest wzywany do rozwiązania tego problemu w systemie.

Intercooler to nic innego jak chłodnica do chłodzenia powietrza doładowującego. Oprócz zmniejszenia detonacji, obniża również temperaturę powietrza, aby nie zmniejszać jego gęstości. A to jest nieuniknione podczas procesu nagrzewania kompresyjnego, przez co sprawność całego układu spada w dużym stopniu.

Oprócz, nowoczesny układ turbodoładowany silnik nie jest kompletny bez:

• zawór sterujący (wastegate). Służy do utrzymania optymalne ciśnienie w systemie i jego odprowadzanie, jeśli to konieczne, do rury spustowej;
• zawór obejściowy (zawór obejściowy). Jego celem jest skierowanie powietrza doładowującego z powrotem do rur wlotowych do turbiny, jeśli konieczne jest zmniejszenie mocy i zamknięcie przepustnicy;
• i/lub zawór upustowy (zawór upustowy). Który upuszcza powietrze doładowujące do atmosfery, jeśli przepustnica się zamknie i czujnik przepływ masy brak powietrza;
• kolektor wydechowy kompatybilny z turbosprężarką;
• uszczelnione przewody: powietrze do doprowadzania powietrza do wlotu oraz olej - do chłodzenia i smarowania turbosprężarki.

XXI wiek za pasem i nikt nie goni za modną w XX wieku nazwą swojego samochodu z przedrostkiem „turbo”. Nikt już nie wierzy w „magiczną moc turbiny” dla gwałtownego przyspieszenia samochodu. Nadal nie chodzi o sens zastosowania i wydajność układu doładowania.

Oto „ślimak”!

Oczywiście turbodoładowanie jest najskuteczniejsze, gdy jest stosowane w silnikach ciągników i ciężkie ciężarówki. Pozwala na dodanie mocy i momentu obrotowego bez nadmiernego zużycia paliwa, co jest bardzo ważne dla ekonomicznej pracy sprzętu. Tam jest używany. Układy turbosprężarki znalazły szerokie zastosowanie również w lokomotywach spalinowych i diesle morskie. A to najpotężniejsze sztuczne turbiny do silnika wysokoprężnego.

W tym artykule poznamy odpowiedź na pytanie, czym jest turbina. Czytelnik znajdzie tu informacje o jego charakterystyce, rodzajach i sposobach eksploatacji przez człowieka, a także zapozna się z informacjami historycznymi związanymi z rozwojem tego mechanicznego urządzenia.

Wstęp

Co to jest turbina i jak działa? Jest to system ostrzy (maszyna), który jest zaangażowany w transformację energii: wewnętrznej i / lub kinetycznej. Ten zasób daje ciało robocze i pozwala wałowi spełniać swoje mechaniczne zadanie. Na łopatki oddziałuje strumień płynu roboczego, który jest zamocowany w pobliżu obwodów wirników. Prowadzi to również do ich ruchu.

Może znaleźć zastosowanie jako turbina elektrowni (EJ, TPP, HPP), fragment napędów do różne rodzaje transportu, a także może służyć jako integralna część pomp hydraulicznych i silników turbin gazowych. Prawdziwa energetyka nie jest w stanie obejść się bez tych urządzeń. Rodzaj wymiany ciepła obracania turbiny w elektrowniach cieplnych ma wysoką wydajność, jest bardzo energochłonny. Pozwala to człowiekowi na korzystanie z różnych zasobów w stosunkowo niewielkich ilościach w porównaniu z ilością otrzymanej energii elektrycznej.

Dane historyczne

Wiele prób stworzenia urządzenia podobnego do nowoczesna turbina, została popełniona na długo przed jej pełnoprawnym wyglądem, uzyskanym przez nią pod koniec XIX wieku. Pierwsza próba należy do Heron z Aleksandrii (I wne).

I. V. Linde argumentował, że w XIX wieku narodziła się masa planów i projektów, które pozwoliły człowiekowi przezwyciężyć „trudności materialne”, które uniemożliwiły wdrożenie i stworzenie takiej technologii. Głównymi wydarzeniami tamtych lat był rozwój nauki termodynamicznej, a także metalurgii i branże inżynieryjne. Pod koniec XIX wieku dwóm naukowcom, osobno i niezależnie, udało się stworzyć turbinę parową odpowiednią dla różnych gałęzi przemysłu. Byli to Gustav Laval ze Szwecji i Charles Parsons z Wielkiej Brytanii.

Historyczne dane zdarzeń

A teraz zapoznajmy się z niektórymi wydarzeniami związanymi z historią wynalezienia turbiny:

• w I wieku N. mi. Heron z Aleksandrii próbował stworzyć turbinę parową, ale przez kilka wieków później nie badano jej z powodu błędnej opinii, że pomysł jest nie do utrzymania.
• W 1500 roku można znaleźć wzmiankę o „parasalu dymnym” – urządzeniu, które podnosi gorące powietrze przepływające z płomienia przez połączone ze sobą ostrza i obracające się rożen.
• Giovanni Branca w 1629 roku stworzył turbinę, której łopatki unosiły się pod działaniem silnego strumienia pary.
• W 1791 r. pochodzący z Anglii John Barber uzyskał prawo do posiadania patentu, co pozwoliło mu zostać pierwszym właścicielem i twórcą nowoczesnej turbiny gazowej.
• Turbiny napędzane wodą zostały po raz pierwszy stworzone w 1832 roku przez francuskiego naukowca Burdena.
• W 1894 roku pomysł statku napędzanego turbiną parową został opatentowany i był własnością Sir C. Parsonsa.
• 1903: Edgidius Elling z Norwegii zaprojektował pierwszy tego rodzaju system turbiny opalanej gazem, który był w stanie przenieść więcej energii niż zmarnowana na wewnętrzną konserwację elementów samej turbiny. Technologia ta była znaczącym przełomem tamtych czasów. Problemy zostały spowodowane niewystarczający poziom rozwój wiedzy termodynamicznej został jednak przezwyciężony.
• W 1913 roku Nikola Tesla został właścicielem patentu na turbinę działającą w oparciu o efekt warstwy granicznej.
• 1920: Praktyczna teoria przepływu gazu przez kanały umożliwiła sformułowanie jasnych danych dla rozwoju teoretycznego zrozumienia procesu przepływu, w którym gaz porusza się wzdłuż płaszczyzny aerodynamicznej. Ta praca została wykonana przez dr AA Grifits.
• Do samolotu turbinę napędu odrzutowego stworzył Sir F. Whittle, a sam silnik przetestowano z powodzeniem w kwietniu 1937 roku.

Prace Gustave'a Lavala

Pierwszym twórcą turbiny parowej był Gustav Laval, wynalazca pochodzący ze Szwecji. Istnieje opinia, że ​​do zaprojektowania takiego mechanizmu skłoniła go chęć wyposażenia własnej wirówki do mleka w działanie mechaniczne, które odbywa się bez bezpośredniej ingerencji człowieka. Silniki tamtych czasów nie pozwalały na uzyskanie wymaganej prędkości obrotowej.

Płynem roboczym w maszynie Lavala była para. W 1889 roku wykonał dodatek do dysz turbiny, na który nałożył stożkowe ekspandery. Jego praca była przełomem inżynierskim i jest to jasne, ponieważ analiza wielkości obciążenia, na które wywierano Koło robocze, pokazuje, że była super silna. Takie uderzenie, nawet przy najmniejszym naruszeniu, doprowadziłoby do niezachowania środka ciężkości i spowodowałoby natychmiastowe problemy w pracy łożysk. Wynalazca był w stanie uniknąć takiego problemu, stosując cienką oś, która wygina się podczas obrotu.

Charles Parsons i jego praca

Charles Parsons otrzymał patent na wynalezienie pierwszej wielostopniowej turbiny i zrobił to w 1884 roku. Działanie mechanizmu uruchamiało urządzenie generatora elektrycznego. Rok później, w 1885 roku, zmodyfikował własną wersję, która zaczęła być szeroko rozpowszechniana i stosowana w elektrowniach. Urządzenie posiadało niwelator, który uformowano z koron, z łopatami turbinowymi, do których kierowano Odwrotna strona. Same korony pozostały nieruchome. Mechanizm miał 3 etapy z różnymi wskaźnikami siły nacisku i parametry geometryczne ostrza, a także sposoby ich zakładania. Turbina wykorzystywała zarówno moc czynną, jak i bierną.

Urządzenie turbinowe

Teraz rozważymy pytanie, czym jest turbina, zagłębiając się w mechanizm jej działania.

Stopień turbiny składa się z dwóch głównych części:

1. Wirnik (łopatki na wirniku, które bezpośrednio powodują obrót);
2. Mechanizm dyszy (łopatki rozrusznika odpowiedzialne za obracanie płynu roboczego, co nada przepływowi pożądany kąt natarcia w stosunku do wirnika).

W zależności od kierunku ruchu przepływów, korpusy robocze można podzielić na osiowe i promieniowe mechanizmy turbinowe. Przy pierwszym biegu rzeki. m. porusza się w kierunku wzdłuż osi turbiny. Turbiny promieniowe to takie, w których przepływ jest skierowany prostopadle do osi wału.

Liczba obwodów pozwala na podział takich mechanizmów na jedno-, dwu- i trzytorowe. Czasami można spotkać turbiny z czterema lub pięcioma obwodami, ale jest to niezwykle rzadkie zjawisko. Wieloobwodowy układ turbiny umożliwia wykorzystanie dużych skoków różnic entalpii cieplnej. Wynika to z umieszczenia dużej liczby stopni o różnych ciśnieniach, a także wpływa na moc turbiny.

Ze względu na liczbę wałów można wyróżnić turbiny jedno-, dwu-, a czasem trójwałowe. Łączą je ogólne parametry zjawisk termicznych lub mechanizm skrzyni biegów. Wały mogą być współosiowe i równoległe.

Urządzenie i zasada działania turbiny są następujące: w miejscach przejścia wału przez ścianki obudowy znajdują się zgrubienia, które zapobiegają wyciekowi płynu roboczego na zewnątrz i zasysaniu powietrza do obudowy.

Przedni koniec wału jest wyposażony w regulator krańcowy, który w razie potrzeby automatycznie zatrzyma turbinę. Dzieje się tak np. w wyniku zwiększenia dopuszczalnej dla danego urządzenia częstotliwości wirowania.

Konwersja energii gazowej

Co to jest turbina? W ogólna perspektywa Maszyna, której zadaniem jest zamiana energii na pracę. Istnieje kilka ich rodzajów, a jednym z nich jest turbina gazowa.

Urządzenie turbiny gazowej opiera się na zamianie potencjału energetycznego gazu w stanie sprężonym lub rozgrzanym na pracę wykonaną przez mechanizm wałowy. Głównymi elementami są wirnik i stojan. Znajduje swoje zastosowanie jako część silnika z turbiną gazową, GTU i CCGT.

Mechanizm turbiny gazowej

Działanie turbiny odbywa się, gdy aparat dyszy przepuszcza gazy pod ciśnieniem do obudowy, do miejsc, w których jest mały. W tym przypadku cząsteczki gazu rozszerzają się i przyspieszają. Następnie spadają na powierzchnię pracujących ostrzy i oddają im procentowy ładunek energii kinetycznej. Moment obrotowy ostrza jest przekazywany.

Układ mechaniczny turbiny gazowej może być znacznie prostszy niż silnik tłokowy wewnętrzne spalanie. Nowoczesne silniki turboodrzutowe mogą mieć kilka wałów i setki łopatek zarówno na rozruszniku, jak i na wale. Przykładem są turbiny lotnicze. Ich cechą charakterystyczną jest również obecność złożonego systemu rurociągów, wymienników ciepła i komór spalania.

Kluczowym elementem w tym rozwoju są zarówno łożyska poprzeczne, jak i wzdłużne. Tradycyjnie stosowano łożyska kulkowe hydrodynamiczne lub chłodzone olejem, ale wkrótce zostały one wyprzedzone przez łożyska powietrzne. Do dziś są wykorzystywane do tworzenia mikroturbin.

Silniki cieplne

Turbina termiczna przekształca pracę wykonaną przez parę wodną w pracę mechaniczną. Wewnątrz aparatu łopatkowego energia potencjalna pary wodnej w stanie nagrzanym i sprężonym jest przekształcana w postać kinetyczną. Ten ostatni z kolei przekształca się w mechaniczny i powoduje obrót wału.

Para jest dostarczana za pomocą bojlera parowego i kierowana do każdej zakrzywionej łopatki zamocowanej na obwodzie wirnika. Następnie działa na nią para wodna i wszystkie razem łopatki wprawiają wirnik w ruch obrotowy. Turbina parowa jest elementem PTU. Zespół turbiny powstaje w wyniku łączenia pracy turbina parowa i generator elektryczny.

Główna część silnika parowego

Mechanizmy parowe powstają, podobnie jak gazowe, za pomocą wirnika i stojana. Na pierwszym ostrza zdolne do ruchu są nieruchome, a na ostatnim - nie zdolne.

Ruch strumienia odbywa się zgodnie z osiowym lub promieniowym kształtem, który zależy od rodzaju kierunku przepływu pary. Kształt osiowy charakteryzuje się ruchem pary obwodowej osi, którą posiada turbina. W turbinie promieniowej strumienie pary poruszają się prostopadle. W tym przypadku ostrza są umieszczone równolegle do osi, wzdłuż której następuje obrót. Mogą mieć od jednego do pięciu cylindrów. Liczba wałów może być również różna. Istnieją urządzenia z jednym, dwoma lub trzema wałami.

Obudowa jest częścią stałą, która nazywa się stojanem. Posiada szereg rowków, w których osadzone są membrany, z króćcami odpowiadającymi płaszczyźnie obudowy turbiny. Wzdłuż ich obwodu rozmieszczonych jest szereg kanałów (siatek) dyszowych, które są formowane za pomocą zakrzywionych łopatek wlanych w membranę lub przyspawanych do niej.

Turbosprężarka

Istnieje mechanizm, który wykorzystuje spaliny do zwiększenia ciśnienia w przestrzeni komory dolotowej. Taka jednostka nazywa się turbosprężarką.

Główne części są reprezentowane przez sprężarkę centralną lub osiową oraz turbinę gazową niezbędną do jej napędzania. Posiada jeden wał. Główną funkcją jest zwiększenie ciśnienia wywieranego przez płyn roboczy. Staje się to możliwe dzięki ogrzewaniu silnik turbiny gazowej działanie samej sprężarki, która dzięki turbinie uzyskuje moc.

Wreszcie

Teraz czytelnik ma ogólne pomysły o urządzeniu, zasadzie działania, mechanizmie działania, sposobach działania turbin. Tutaj również uwzględniono specyficzne typy turbin, różniące się rodzajem czynnika roboczego oraz informacje historyczne przedstawiające ogólny przebieg rozwoju tych mechanizmów. Podsumowując, można powiedzieć, że turbiny to urządzenia przetwarzające energię. Próby ich stworzenia podejmowano na długo przed naszą erą. Obecnie są szeroko stosowane przez osoby z różnych branż, co znacznie upraszcza proces pracy, zwiększa produktywność i pozwala wykonywać działania mechaniczne wcześniej niedostępne dla człowieka.

Prawdopodobnie każdy kierowca przynajmniej raz w życiu słyszał słowo „turbodoładowanie”. Powrót w starym czasy sowieckie wśród mistrzów warsztatów krążyło wiele niesamowitych plotek o kolosalnym wzroście mocy, jaki daje turbodoładowanie, ale nikt tak naprawdę nie spotkał się wtedy z silnikami tego typu w samochodach osobowych.

Dziś silniki z doładowaniem na stałe wkroczyły w naszą rzeczywistość, ale w rzeczywistości nie każdy może powiedzieć, jak działa turbina w samochodzie i jaka jest realna korzyść lub szkoda z zastosowania turbiny.

Cóż, spróbujmy zrozumieć to zagadnienie i dowiedzieć się, na czym polega zasada działania turbodoładowania, a także jakie ma zalety i wady.

Turbina samochodowa - co to jest

rozmawiając zwykły język, turbina samochodowa to urządzenie mechaniczne, które dostarcza powietrze pod ciśnieniem do cylindrów. Zadaniem turbodoładowania jest zwiększenie mocy jednostki napędowej przy jednoczesnym utrzymaniu objętości roboczej silnika na tym samym poziomie.

Oznacza to, że w rzeczywistości za pomocą turbosprężarki można osiągnąć pięćdziesiąt procent (a nawet więcej) wzrostu mocy w porównaniu z wolnossącym silnikiem tej samej wielkości. Wzrost mocy zapewnia fakt, że turbina dostarcza powietrze pod ciśnieniem do cylindrów, co przyczynia się do lepszego spalania mieszanki paliwowej, a co za tym idzie mocy.

Z czysto konstrukcyjnego punktu widzenia turbina jest mechanicznym wirnikiem napędzanym spalinami silnika. Zasadniczo, wykorzystując energię spalin, turbodoładowanie pomaga wychwytywać i dostarczać „niezbędny” tlen do silnika z otaczającego powietrza.

Obecnie turbodoładowanie jest najbardziej efektywnym technicznie systemem zwiększania mocy silnika, a także uzyskiwania i toksyczności spalin.

Wideo - jak działa turbina samochodowa:

Turbina jest równie szeroko stosowana zarówno w jednostkach benzynowych, jak i silnikach wysokoprężnych. Jednocześnie w tym drugim przypadku turbodoładowanie jest najbardziej wydajne ze względu na wysoki stopień kompresja i niska (w stosunku do silników benzynowych) prędkość wału korbowego.

Ponadto skuteczność turbodoładowania w silnikach benzynowych jest ograniczona możliwością detonacji, która może wystąpić przy gwałtownym wzroście prędkości obrotowej silnika, a także temperaturą spalin, która wynosi około tysiąca stopni Celsjusza w porównaniu do sześciuset w przypadku oleju napędowego silnik. Jest rzeczą oczywistą, że taki reżim temperaturowy może prowadzić do zniszczenia elementów turbiny.

Cechy konstrukcyjne

Pomimo tego, że systemy turbodoładowania różnych producentów różnią się między sobą, istnieje wiele elementów i zespołów wspólnych dla wszystkich konstrukcji.

W szczególności każda turbina ma wlot powietrza, filtr powietrza zainstalowany bezpośrednio za nią, przepustnicę, samą turbosprężarkę, chłodnicę międzystopniową i kolektor dolotowy. Elementy systemu połączone są ze sobą wężami i rurami rozgałęźnymi wykonanymi z trwałych materiałów odpornych na zużycie.

Jak z pewnością zauważą czytelnicy zaznajomieni z konstrukcją samochodu, znacząca różnica turbosprężarka od system tradycyjny wlot to obecność intercoolera, turbosprężarki, a także elementy konstrukcyjne do sterowania doładowaniem.

Turbosprężarka lub, jak to się nazywa, turbosprężarka, jest głównym elementem turbodoładowania. To on jest odpowiedzialny za zwiększenie ciśnienia powietrza w przewodzie dolotowym silnika.

Strukturalnie turbosprężarka składa się z pary kół - turbiny i sprężarki, które są umieszczone na wale wirnika. Co więcej, każde z tych kół ma własne łożyska i zamknięty w osobnej trwałej walizce.

Jak działa turbosprężarka w samochodzie

Energia spalin w silniku kierowana jest do koła turbiny doładowania, które pod wpływem gazów obraca się w swojej obudowie, która ma specjalny kształt poprawiający kinematykę przepływu spalin.

Temperatura jest tutaj bardzo wysoka, dlatego obudowa i sam wirnik turbiny wraz z wirnikiem wykonane są ze stopów żaroodpornych, które mogą wytrzymać długotrwałe działanie wysokiej temperatury. Od niedawna do tych celów stosuje się również kompozyty ceramiczne.

Koło sprężarki, obracane energią turbiny, zasysa powietrze, spręża je, a następnie tłoczy do cylindrów jednostki napędowej. W tym przypadku obrót koła sprężarki odbywa się również w oddzielnej komorze, do której powietrze dostaje się po przejściu przez wlot powietrza i filtr.

Wideo - do czego służy turbosprężarka i jak działa:

Zarówno koła turbiny, jak i sprężarki, jak wspomniano powyżej, są sztywno zamocowane na wale wirnika. W tym przypadku obrót wału odbywa się za pomocą łożysk ślizgowych, które są smarowane olejem silnikowym z głównego układu smarowania silnika.

Dostarczanie oleju do łożysk odbywa się kanałami, które znajdują się bezpośrednio w obudowie każdego łożyska. W celu uszczelnienia wału przed wnikaniem oleju do układu stosuje się specjalne pierścienie uszczelniające wykonane z gumy żaroodpornej.

Niewątpliwie główną trudnością konstrukcyjną dla inżynierów przy projektowaniu turbosprężarek jest organizacja ich wydajnego chłodzenia. W tym celu w niektórych silnikach benzynowych, gdzie obciążenia termiczne są największe, często stosuje się płynne chłodzenie doładowania. W tym przypadku obudowa, w której znajdują się łożyska, jest objęta dwuobwodowym układem chłodzenia całego zespołu napędowego.

Inny ważny element Układ turbosprężarki to chłodnica powietrza doładowującego. Jego celem jest schłodzenie napływającego powietrza. Z pewnością wielu czytelników tego materiału będzie się zastanawiać, po co chłodzić „zaburtowe” powietrze, skoro jego temperatura jest już niska?

Odpowiedź leży w fizyce gazów. Schłodzone powietrze zwiększa swoją gęstość, a co za tym idzie ciśnienie. Jednocześnie chłodnica międzystopniowa jest konstrukcyjnie powietrzna lub chłodnica cieczy. Przechodząc przez nią powietrze obniża swoją temperaturę i zwiększa swoją gęstość.

Ważnym elementem układu doładowania samochodu jest regulator ciśnienia doładowania, czyli tzw zawór obejściowy. Służy do ograniczania energii spalin silnika i kierowania ich części z dala od koła turbiny, co pozwala na regulację ciśnienia doładowania.

Napęd zaworu może być pneumatyczny lub elektryczny, a jego działanie odbywa się dzięki sygnałom odbieranym z czujnika ciśnienia doładowania, które są przetwarzane przez sterownik silnika pojazdu. To elektroniczna jednostka sterująca (ECU) wysyła sygnały otwarcia lub zamknięcia zaworu, w zależności od danych otrzymanych przez czujnik ciśnienia.

Oprócz zaworu regulującego ciśnienie doładowania, w ścieżce powietrza bezpośrednio za sprężarką (tam, gdzie ciśnienie jest maksymalne) Zawór bezpieczeństwa. Celem jego zastosowania jest ochrona systemu przed skokami ciśnienia powietrza, które mogą wystąpić w przypadku nagłego wyłączenia. zawór dławiący silnik.

Powstające w układzie nadciśnienie jest odprowadzane do atmosfery za pomocą tzw. zaworu upustowego lub kierowane do wlotu sprężarki przez zawór obejściowy.

Zasada działania turbiny samochodowej

Jak wspomniano powyżej, zasada działania turbodoładowania w samochodzie opiera się na wykorzystaniu energii uwalnianej ze spalin silnika. Gazy obracają koło turbiny, które z kolei przenosi moment obrotowy na koło sprężarki przez wał.

Wideo - zasada działania silnika z turbodoładowaniem:

To z kolei spręża powietrze i pompuje je do układu. Chłodząc się w chłodnicy międzystopniowej, sprężone powietrze dostaje się do cylindrów silnika i wzbogaca mieszankę w tlen, zapewniając skuteczny „powrót” silnika.

Właściwie to właśnie w zasadzie działania turbiny w samochodzie leżą jej zalety i wady, które inżynierom bardzo trudno wyeliminować.

Plusy i minusy turbodoładowania

Jak czytelnik już wie, turbina w samochodzie nie jest sztywno połączona wał korbowy silnik. Logicznie rzecz biorąc, takie rozwiązanie powinno wyrównać zależność prędkości obrotowej turbiny od prędkości obrotowej tej ostatniej.

Jednak w rzeczywistości sprawność turbiny zależy bezpośrednio od prędkości obrotowej silnika. Im bardziej otwarty niż więcej obrotów silnika, tym większa energia spalin obracających turbinę, a co za tym idzie, większa objętość powietrza wtłaczanego przez sprężarkę do cylindrów jednostki napędowej.

W rzeczywistości „pośrednie” powiązanie między obrotami a częstotliwością obrotów turbiny, nie przez wał korbowy, ale przez spaliny, prowadzi do „chronicznych” niedociągnięć turbodoładowania.

Wśród nich jest opóźnienie wzrostu mocy silnika przy gwałtownym wciśnięciu pedału gazu, ponieważ turbina musi się rozkręcić, a sprężarka musi podać do cylindrów odpowiednią porcję sprężonego powietrza. Zjawisko to nazywane jest „turbo lagiem”, czyli momentem, w którym powrót silnika jest minimalny.

Na podstawie tego niedociągnięcia natychmiast pojawia się drugi - gwałtowny skok ciśnienia po pokonaniu przez silnik „opóźnienia turbo”. Zjawisko to znane jest jako „turbo podbieracz”.

A głównym zadaniem inżynierów motoryzacyjnych tworzących silniki z doładowaniem jest „wypoziomowanie” tych zjawisk, aby zapewnić równomierny ciąg. Wszakże "turbo lag" w swej istocie jest spowodowany dużą bezwładnością układu doładowania, gdyż aby doprowadzić doładowanie "w pełna gotowość» zajmuje określoną ilość czasu.

W rezultacie potrzeba mocy ze strony kierowcy w określonej sytuacji prowadzi do tego, że silnik nie jest w stanie „oddać” wszystkich swoich właściwości naraz. W prawdziwe życie to np. stracone sekundy podczas trudnego wyprzedzania...

Oczywiście dzisiaj istnieje szereg sztuczek inżynierskich, które pozwalają zminimalizować, a nawet całkowicie wyeliminować nieprzyjemny efekt. Pomiędzy nimi:

• zastosowanie turbiny o zmiennej geometrii;
• zastosowanie pary turbosprężarek ustawionych szeregowo lub równolegle (tzw. schematy twin-turdo lub bi-turdo);
• aplikacja schemat łączony zwiększyć.

Turbina, która posiada zmienną geometrię optymalizuje przepływ spalin jednostki napędowej zmieniając w czasie rzeczywistym obszar kanału dolotowego, przez który wchodzą. Podobny układ turbiny jest bardzo powszechny w turbodoładowanych silnikach wysokoprężnych. W szczególności na tej zasadzie działają turbodiesle serii Volkswagen TDI.

Schemat z parą równoległych turbosprężarek jest z reguły stosowany w mocnych jednostkach napędowych zbudowanych zgodnie ze schematem w kształcie litery V, gdy każdy rząd cylindrów jest wyposażony we własną turbinę. Minimalizację efektu „turbo lag” uzyskuje się dzięki temu, że dwie małe turbiny mają znacznie mniejszą bezwładność niż jedna duża.

Układ z parą turbin sekwencyjnych jest stosowany nieco rzadziej niż dwie wymienione, ale zapewnia również największą efektywność ze względu na to, że silnik wyposażony jest w dwie turbiny o różnej wydajności.

Oznacza to, że po naciśnięciu pedału „gazu” uruchamia się mała turbina, a wraz ze wzrostem prędkości i prędkości druga jest podłączona i działają łącznie. Jednocześnie praktycznie zanika efekt „turbo lag”, a moc systematycznie rośnie zgodnie z przyspieszeniem i wzrostem prędkości.

Jednocześnie wielu producentów samochodów stosuje nawet nie dwie, ale trzy turbosprężarki, na przykład BMW w swoim schemacie potrójnego turbosprężarki. Ale inżynierowie, którzy zaprojektowali Supersamochód Bugatti, ogólnie rzecz biorąc, wyposażyli jednostkę napędową w cztery sekwencyjne sprężarki jednocześnie, co umożliwiło osiągnięcie unikalnych charakterystyk mocy przy całkowicie „cywilnym” zachowaniu silnika w zwykłych trybach jazdy.

Witajcie drodzy czytelnicy i goście bloga Autoguid.ru Dzisiaj w artykule zajmiemy się tobą i dowiemy się, jak działa turbina silnik benzynowy. Temat oczywiście ciekawy, przede wszystkim dla posiadaczy aut benzynowych z turbodoładowaniem. Często jest mało informacji na temat zasady działania i konstrukcji turbiny w silniku benzynowym lub jest to zbyt skomplikowane dla percepcji zwykłego człowieka.

Zastosowanie turbiny pozwala dowolnemu silnikowi o małej pojemności skokowej na zwiększenie mocy bez zwiększania zużycia paliwa i skracania żywotności. Po podłączeniu turbiny silnik wydaje się dostawać niewidzialnego kopa i pracuje znacznie szybciej. Istnieją cechy zastosowania silników benzynowych wyposażonych w turbiny.

Należy je wziąć pod uwagę, aby przedłużyć żywotność urządzenia i maksymalnie wykorzystać silnik maszyny. Zanim zaczniesz mówić o zasadzie działania turbiny w silniku benzynowym, musisz poznać historię jej pojawienia się i powszechnego stosowania przez producentów samochodów.

Historia pojawienia się turbodoładowanego silnika benzynowego

Pierwsze silniki spalinowe, jak wszyscy pionierzy techniki miał bardzo „surowy” wygląd i wymagał dopracowania. Czas mijał, a na rynku pojawiły się niezawodne i trwałe modele silników benzynowych, które zachwycały kierowców bezpretensjonalną obsługą i wytrzymałością. Wymagania dotyczące silników wśród konsumentów wzrosły, a kryteria organów regulacyjnych stały się ostrzejsze.

Początkowo rozwój silników benzynowych odbywał się w dużej mierze wzdłuż rozległej ścieżki. Aby zwiększyć moc silnika, jego objętość po prostu wzrosła. Wszystko byłoby dobrze, gdyby nie proporcjonalny wzrost zużycia paliwa i ilości szkodliwych emisji do środowiska. Tak dalej być nie mogło, a przed inżynierami i twórcami silników spalinowych postawiono bardzo trudne zadanie.

Osiągnij wzrost moc silnika spalinowego(silnik spalinowy) bez zwiększania objętości silnika i zużycia paliwa. Zaproponowano wiele rozwiązań, ale wybrano jedyny słuszny kierunek rozwoju silników. Postanowiono pracować nad zwiększeniem efektywności tworzenia i spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku samochodowym.

Jedyny właściwy sposób w celu zwiększenia efektywności spalania mieszanki paliwowo-powietrznej - ma to na celu zwiększenie dopływu powietrza do cylindrów silnika. W tym przypadku z powodu wytworzonego ciśnienia trzeba było wtłoczyć dodatkową objętość powietrza.

Dodatkowa ilość powietrza znacznie zwiększyła spalanie paliwa w cylindrach silnika, a tym samym uwolniła dodatkową moc przy stałej objętości. Pomysł jest prosty, ale wymaga realizacji w postaci urządzenia do pompowania powietrza do cylindrów silnika.

Aby rozwiązać ten problem, inżynierowie motoryzacyjni postanowili polegać na rozwoju przemysłu lotniczego. Używa turbin od bardzo dawna. Pojawiły się pierwsze turbodoładowane silniki benzynowe samochody ciężarowe w latach trzydziestych ubiegłego wieku. Ciężarówki wyposażone w turbiny mają dodatkową moc i zoptymalizowane zużycie paliwa.

Udane doświadczenia z wykorzystaniem turbiny jako urządzenia do pompowania masy powietrza samochody ciężarowe wyczyn projektantów i inżynierów przemysłu motoryzacyjnego, aby przyspieszyć ruch w tym kierunku. Pierwsze samochody z silnikami benzynowymi wyposażonymi w turbiny zaczęły być sprzedawane w Stanach Zjednoczonych w latach 60. ubiegłego wieku.

Kierowcy z USA podchodzili do pierwszych modeli samochodów tego typu z ostrożnością i podejrzliwością. Dopiero 10 lat później, w latach 70. ubiegłego wieku, zostały docenione i zaczęto je aktywnie wykorzystywać do tworzenia samochodów o sportowym zacięciu. NA modele produkcyjne Samochody turbinowe były instalowane w bardzo małych ilościach.

Wynikało to z faktu, że pierwsze modele silników z turbinami okazały się bardzo „żarłoczne” i miały wiele innych drobnych wad, które psuły pierwsze wrażenie. Znaczne zużycie paliwa nie pozwoliło na rozpoczęcie szerokiej produkcji samochodów z silnikami z turbodoładowaniem. Wprowadzanie turbin do silników zostało znacznie zahamowane przez kryzys naftowy, który zakończył się wzrostem cen paliw. Ludzie zaczęli więcej oszczędzać.

Dopiero pod koniec lat 90., po znacznej poprawie konstrukcji turbiny i silnika benzynowego jako całości, udało się zmienić sytuację. To był punkt wyjścia dla początku ery rozwoju i powstawania turbodoładowanych silników benzynowych.

Turbina silnika benzynowego dzięki zastosowaniu sprężarki wtłacza na siłę masę powietrza do cylindrów. Wzbogacenie mieszanki paliwowo-powietrznej w tlen jest znacznie zwiększone, a spalanie benzyny poprawione. Współczynnik pożyteczna akcja znacznie wzrasta. Sprawność silnika wzrasta przy stałej objętości.

Moc silnika przy zastosowaniu turbiny wzrasta wprost proporcjonalnie do ilości spalanej benzyny w jednostce czasu. Aby zapewnić maksymalnie szybkie spalanie paliwa w cylindrach silnika, wymagana jest znaczna ilość powietrza. To ona jest kierowana w wystarczających ilościach przez turbinę ze względu na działanie sprężarki. Jest wtłaczany do cylindrów, wzbogacając mieszankę paliwowo-powietrzną.

Jeśli przetniesz turbinę silnika benzynowego wzdłuż korpusu, zobaczysz następujące elementy robocze:

Obudowa łożyska.

Służy do umieszczenia wirnika, reprezentowanego przez łożysko wału turbiny i pierścienie sprężarki wyposażone w łopatki. To one podczas obrotu wychwytują powietrze i kierują je do cylindrów silnika.

kanały olejowe.

Wnikają w korpus turbiny jak naczynia krwionośne w ludzkim ciele. Służą do terminowego dostarczania oleju silnikowego do elementów trących i obracających się. W ten sposób zmniejsza się zużycie elementów roboczych turbiny benzynowej.

Łożysko ślizgowe.

Jego głównym zadaniem jest zapewnienie swobodnego i płynnego obracania się wirnika turbiny wraz z jego łopatkami w celu wychwycenia odpowiedniej ilości powietrza. Jego smarowanie i chłodzenie zapewnia olej silnikowy krążący w turbinie.

Rama.

Obudowa turbiny w kształcie ślimaka zapewnia ochronę przed czynnikami zewnętrznymi wpływy mechaniczne elementy robocze urządzenia do wtrysku powietrza.

Turbina silnika benzynowego napędzana jest dopływem spalin, których energia powoduje obrót łopatek wirnika. Nie ma nic skomplikowanego w projektowaniu i obsłudze, wszystko jest jasne i dość proste.

Podczas uruchamiania silnika benzynowego spaliny z cylindrów silnika kierowane są bezpośrednio do turbiny. Wprawiają wirnik w ruch, przekazując mu swoją energię. Następnie przez rurę ssącą wchodzą do tłumika i są odprowadzane do otoczenia.

Wał wirnika obraca koło sprężarki i koło łopatkowe. Pobierają powietrze z środowisko przechodzi przez filtr powietrza silnika. Jest wtłaczany do cylindrów silnika. Sprężarka turbinowa może zwiększyć ciśnienie powietrza nawet o 80%.

Działanie turbiny silnika benzynowego umożliwia napełnianie cylindrów mieszanką paliwowo-powietrzną wzbogaconą w tlen w dużych ilościach. Objętość silnika pozostaje niezmieniona, ale jego moc znacznie wzrasta. Średnio zastosowanie turbiny umożliwia zwiększenie mocy elektrownia samochodów o 20-30%.

Co musisz wiedzieć, aby prawidłowo działać turbina benzynowa?

zapewnić trwała praca turbiny w silniku benzynowym nie muszą oszczędzać na ilości i jakości oleju silnikowego. Ci, którzy lubią omijać okresy wymiany oleju w silniku, prędzej czy później napotkają problemy i nieprawidłowości w pracy turbiny. Jest bardzo wrażliwy na jakość stosowanego oleju. Tani olej nie będzie w stanie zapewnić wymaganego poziomu tarcia elementów roboczych, a przy intensywnym użytkowaniu samochodu szybko staną się one bezużyteczne i będą wymagały wymiany.

Przy zakupie samochodu wyposażonego w turbinę konieczna jest wymiana oleju silnikowego oraz wyczyszczenie całego układu. Nie da się mieszać dodając kolejny olej, gdyż traci on swoje właściwości, a jego skuteczność zmierza do zera. Całkowita wymiana olej pozwoli uniknąć szkodliwych skutków i wzmocni ochronę turbiny silnika benzynowego.

Istnieją pewne cechy działania silnika wyposażonego w turbinę. Po długiej podróży samochodem nie trzeba natychmiast wyłączać silnika podczas postoju. Musisz dać mu czas na pracę na biegu jałowym i trochę ochłodzić. Gwałtowne wyłączenie silnika powoduje spadek temperatury w sposób negatywny, wpływając na wytrzymałość i niezawodność elementów roboczych turbiny silnika.

Zalety i wady silnika z turbodoładowaniem

Główną zaletą każdego silnika benzynowego wyposażonego w turbinę jest wzrost jego mocy o 20-30%. Przy tej samej objętości, co tradycyjny atmosferyczny silnik spalinowy, jego moc jest o jedną trzecią wyższa. Oszczędność paliwa znacznie się poprawiła.

Maksymalny poziom spalania mieszanki paliwowo-powietrznej może znacznie ograniczyć emisję zanieczyszczeń do środowiska. Maksymalne wykorzystanie turbodoładowanych silników wszędzie prawdziwy sen ekolog. Na tej przewadze silnik z turbodoładowaniem wyczerpują się.

Silniki z turbodoładowaniem są bardzo wymagające pod względem jakości stosowanego paliwa i oleju silnikowego. Wszystko to razem prowadzi do wzrostu kosztów użytkowania samochodu w dłuższej perspektywie. Utrzymanie turbodoładowanego silnika będzie wymagało od kierowcy dużych nakładów finansowych.

Naprawa turbiny wymaga użycia specjalny sprzęt i materiały. Bardzo trudno jest to zrobić samemu. Często wiek naprawianej turbiny jest krótki i ostatecznie wymaga wymiany. Może to znacznie uderzyć w portfel właściciela samochodu.

Wniosek

Pojawienie się silników z turbodoładowaniem to kolejny krok w rozwoju mocy instalacje samochodowe. Współczesne wymagania dotyczące komponentu środowiskowego silnika są znacznie zaostrzone, a konkurencja między producentami samochodów nasila się.

Co to jest turbosprężarka, zasada działania, z czego składa się turbina i do czego służy. W jaki sposób turbosprężarka pomaga Twojemu samochodowi? Wszystkie informacje w naszym artykule.

Co to jest turbosprężarka, z czego się składa i jak działa. Szczegółowy artykuł na temat urządzenia turbinowego i zasady działania. Jakie są awarie i problemy w działaniu turbin, dlaczego nie można ich naprawić własnymi rękami i wiele więcej.

Urządzenie turbosprężarki w samochodzie - co to jest

Cel takiego urządzenie samochodowe jak turbosprężarka wytwarza takie ciśnienie prądy powietrza we wnęce kolektora dolotowego, co następnie pozwala spalinom nasycić mieszankę paliwowo-powietrzną pierwiastkiem niezbędnym do spalania, tlenem.

Pozwoli to na rozbudowę elektrowni zlokalizowanej m.in komora silnika, wymagana moc. Wielkość tej mocy zależy od zmiany położenia przepustnicy, która jest włączona system paliwowy. Na to z kolei wpływa pedał przyspieszenia, lepiej znany jako pedał gazu.Uzyskanie danych o dużej mocy, być może w inny sposób.

Zwiększenie liczby cylindrów silnika, w wyniku czego zwiększa się objętość silnika. Ponadto możliwe jest zwiększenie objętości samych cylindrów, co również doprowadzi do wzrostu parametrów objętościowych komór spalania paliwa.

Jednak te opcje nie są zbyt akceptowalne, ponieważ zużycie paliwa, a także ilość spalin emitowanych do atmosfery znacznie wzrośnie. Dlatego instalacja turbiny jest włączona ten moment, bardzo najlepsza opcja, pozwalające na uzyskanie dobrych osiągów mocy silnika spalinowego, przy zachowaniu tego samego poziomu lub nawet wyolbrzymianiu wyników środowiskowych i ekonomicznych.

Zespół łożyskowy - to odlana ze stali obudowa zapewniająca miejsce na łożyska pływające na powierzchni wałów. Prędkość obrotowa tego systemu może osiągnąć 170 000 obr./min. Jednostka ma złożony geometryczny układ układu chłodzenia. Wymagania dla tego urządzenia: odporność na zużycie, odkształcenia i korozję.

Koło turbiny - znajduje się we wnęce obudowy zespołu turbiny i ma połączenie kołkowe z wirnikiem sprężarki. Temperatura otoczenia, w którym pracuje ten produkt osiąga wartość 760 stopni Celsjusza. Dlatego stopy materiałów, z których jest wykonany, mają wysoką wytrzymałość i trwałość. Produkty przechodzą również etap powlekania powierzchni stopem niklu.

Zawór obejściowy - jest sterowany siłownikiem pneumatycznym. Jego zadaniem jest zapewnienie bezpiecznej pracy turbiny oraz zapobieganie przegrzewaniu się elementów. Gdy ciśnienie wzrośnie do niedopuszczalnej wartości, zawór zapewnia usunięcie pewnej ilości masy powietrza wzdłuż ścieżki wychodzącej na zewnątrz turbiny. Element ten zapewnia ochronę silnika spalinowego przed nadciśnieniem w komorach spalania. Pomaga to zapobiegać przeciążeniu silnika.

Obudowa urządzenia z turbodoładowaniem - materiałem do produkcji tego urządzenia jest sferoidalny stop żeliwa. Ekspozycja termiczna nie zagraża wyrobom wykonanym z tego materiału. Korpus jest przetwarzany w pełnej zgodzie z kształtem łopatek umieszczonych na wirniku. Kołnierz wlotowy służy jako podstawa montażowa do montażu turbiny. Główne cechy, które powinien posiadać zespół turbiny:

1. Siła uderzenia.
2. Odporność na przeciwutleniacze.
3. Wytrzymałość.
4. Wytrzymałość cieplna.
5. Możliwość łatwej obróbki.

Łożyska ślizgowe specjalnej modyfikacji - Wysokie temperatury na których muszą pracować, nie wpływają na zużycie i trwałość łożysk. Również na etapie produkcji duże skupienie zwrócił uwagę na dokładność wykonania kanałów olejowych i pierścieni ustalających. Wchłanianie ciśnienie ciągu przeprowadzona za pomocą łożyska hydrodynamicznego. Na zakończenie produkcji łożysk ślizgowych przeprowadzany jest etap kalibracji i centrowania.

Sprężarka skrzyniowa - składa się z jednego integralnego elementu. W zależności od typu jest produkowany ze stopów aluminium. Odlewanie można wykonać metodą odlewania próżniowego lub piaskowego. Ostatnim etapem jest obróbka, za pomocą której uzyskuje się niezbędne wymiary, które są niezbędne do zapewnienia prawidłowego funkcjonowania części.

Koło kompresora - podobnie jak jego obudowa, jest wytapiane z aluminium. Jednak wirniki, które są na nim umieszczone, ze względu na duże obciążenie i temperaturę podczas pracy, wykonane są ze stopu tytanu. W celu zapewnienia optymalnej pracy agregatu sprężarkowego konieczne jest, aby łopatki wirnika były wykonane z dużą precyzją i przechodziły wzmożoną obróbkę skrawaniem. Na końcowym etapie następuje wytaczanie i polerowanie, co umożliwia zwiększenie współczynnika odporności zmęczeniowej. Wirnik znajduje się na środku wału. Główne wymagania dla wszystkich elementów koła sprężarki to: odporność na rozciąganie i korozję.

Sprężarka turbiny jest ściśle przymocowana do kolektora wydechowego elektrowni za pomocą połączenie śrubowe. Gazy spalinowe z system wydechowy dostać się do obudowy turbiny za pomocą specjalnie wyznaczonych kanałów i rozkręcić turbinę, która działa na zasadzie silnika z turbiną gazową. Wał łączy turbinę z agregatem sprężarkowym znajdującym się na węźle filtr powietrza i kolektor dolotowy.

Gazy spalinowe dostają się do powierzchni łopatek turbiny, wprawiając ją w ruch obrotowy. Im większa objętość strumienia spalin, tym większa prędkość obrotowa turbiny. Sprężarka jest podobna do pompy odśrodkowej.

Jego działanie odbywa się w następujący sposób: spaliny dostają się na powierzchnie łopatek wirnika, po czym są rozpędzane w kierunku środka koła sprężarki, a następnie wydostają się kanałami powietrznymi do wnęki kolektora dolotowego.

Co z kolei zapewnia, że ​​dostaną się one do cylindrów silnika. Sprężarka spręża powietrze i organizuje jego późniejsze wejście do komór roboczych cylindrów.

Jakie są awarie i problemy w działaniu turbin

Wyciek oleju z komory turbosprężarki prowadzi do jego spalania w cylindrach silnika. Wada ta objawia się emisją spalin o niebieskawym zabarwieniu do atmosfery podczas przyspieszania pojazd silnikowy. Nie obserwuje się tego przy stałej prędkości wału korbowego.

W komorach roboczych cylindrów elektrowni wypala się wzbogacona mieszanka paliwowo-powietrzna. Zjawisko to obserwuje się, gdy część masy powietrza wycieka w jednym z następujących przewodów: przewód powietrzny lub chłodnica powietrza doładowującego. Również brak tlenu w mieszance z paliwem może nie wystarczyć, ponieważ układ sterowania turbiną jest uszkodzony lub niesprawny. Znakiem tego jest emisja czarnych spalin i rur wydechowych.

Oznaką pęknięcia lub odkształcenia obudowy turbiny na skutek stykania się łopatek z powierzchniami obudowy turbiny jest pojawienie się charakterystycznego grzechotania podczas pracy turbosprężarki.

Obudowa osi turbiny może zardzewieć, przez co działanie układów smarowania może ulec pogorszeniu. Świadczą o tym plamy oleju na powierzchni obudowy turbiny, od strony gdzie znajduje się sprężarka.

Wideo: jakie są awarie turbiny

• „Turbosprężarki freonowe o niskim zużyciu” . Autor Barenboim
• „Turbosprężarki”. Autor DN Misarek
• Turbosprężarki Diesla. Autor Mezheritsky A.D.

Zasada działania turbiny TGM6

TGM6 jest wyposażony w turbosprężarkę TK-30. Jego zasada działania polega na przejściu przez kanały kolektorów spalin, a następnie ich wejściu do turbosprężarki. Wewnątrz niego ruch odbywa się wzdłuż aparatu dyszy umieszczonego przed ostrzami dysku.

Dzięki temu ruchowi spalin wirnik nabiera prędkości obrotowej wału proporcjonalnie do objętości przepływającego powietrza. Objętość ta zależy od siły ssącej koła sprężarki, która z kolei działa na sygnał sterujący. Następnie wtryskiwane gazy wchodzą do jednostki chłodzącej powietrze, a następnie do kolektora dolotowego, który rozprowadza je we wnęce cylindrów silnika.

Turbosprężarka do samochodu VAZ

Turbosprężarka zainstalowana w samochodzie VAZ wskazuje, że samochód został poddany tuningowi i dodatkowej modernizacji. Są na nich zainstalowane różne warianty turbosprężarek, jednak najczęściej spotykana turbosprężarka jest oznaczona jako TD04HL.

Jest instalowany w silnikach o pojemności od 1,5 litra do 2,0. litry. Po osiągnięciu nadciśnienia 1 bar możliwy jest moment obrotowy 300 Nm. Parametry mocy również wzrastają do 250 KM.

Turbosprężarka posiada następujące parametry techniczne. Prędkość robocza mieści się w zakresie od 30 do 120 tys. obr./min. Współczynnik kompresji na maksymalna prędkość osiąga poziom 2,9. Zużyte powietrze - 0,26 kg / s.

Maksymalna temperatura gazu przed wejściem do wnęki turbiny wynosi 700 stopni. Olej na wylocie może mieć ciśnienie od 0,3 do 7 MPa. Masa turbiny nie przekracza 9,8 kg. Aby zainstalować instalację turbiny w pojeździe Kamaz, musisz mieć następujące elementy zestaw naprawczy: 4 kołki, metalowe uszczelki, uszczelka kolektora i uszczelka rury, przez którą dostarczany jest olej.

Gdzie kupić turbosprężarkę i jaka jest cena w Moskwie

Sprzedaż turbosprężarek w Moskwie odbywa się w wielu sklepach i na rynkach. W zależności od wymagań kupującego dotyczących turbiny, ich ceny mogą się znacznie różnić. Najbardziej znanym sklepem sprzedającym sprężarki jest Turboost.

Zajmuje się dostawą wysokiej jakości jednostek, które są objęte gwarancją przez 1 rok. Ceny wahają się od 20 000 do 70 000 rubli. Jakość turbin sprzedawanych na targowiskach i niewyspecjalizowanych punktach sprzedaży jest wątpliwa. Jednak ceny tam są średnio o 5-15 tys podobne produkty niż oryginalne sklepy.

Dlaczego nie możesz zrobić tego sam

Turbina wymaga terminowości Konserwacja oraz stosowanie wysokiej jakości paliw i smarów oraz filtrów. W zakładzie produkcyjnym produktu przejdź przez kilka etapów kontroli jakości i zgodności z wymiarami określonych parametrów.

Działanie turbodoładowanego urządzenia wpływa bezpośrednio na właściwości dynamiczne pojazdu. Jeśli naprawiasz turbinę własnymi rękami, możesz zdeformować jej elementy lub zatkać je ciałami obcymi.

Może to spowodować nieprawidłowe działanie i późniejszą awarię turboelementu. Na ostre przyspieszenie podczas wyprzedzania lub manewrowania, awaria turbiny może stanowić zagrożenie dla użytkowników dróg.

Zadaniem urządzenia skraplającego jest wytworzenie, a następnie utrzymanie jak najniższego ciśnienia pary wylotowej na wylocie z turbiny oraz skraplanie i zawracanie jej do wnęk układów zasilających agregaty parowe. Zasada działania polega na tym, że energię kinetyczną uzyskuje się poprzez zamianę energii potencjalnej sprężonej i ogrzanej pary wodnej w łopatkach koła parowego.

Następnie uzyskana energia kinetyczna jest przekształcana w energię mechaniczną. W efekcie wzrasta prędkość obrotowa wału turbiny zespołu parowego.

Fizykę ruchu spalin można zmienić za pomocą zmiennej dyszy. Jego działanie przypomina zasadę działania szczypiec. Podczas prowadzenia pojazdu w różnych momentach konieczne jest uzyskanie różnych parametrów mocy. W tym celu stworzyli system zmieniający geometrię ruchu strumieni powietrza w turbinie.

System ten wyposażony jest w napęd próżniowy, łopatki kierujące oraz mechanizm sterujący. Zasada działania polega na tym, że zmiana położenia kierownic i przepływu spalin odbywa się poprzez zmianę kąta przekroju, przez który przechodzą spaliny. W ten sposób na wylocie uzyskuje się ciśnienie, które zapewnia wytwarzanie parametru mocy produkcyjnej.