Sisepõlemismootorite võimsuse suurendamiseks kasutatakse laialdaselt eriseadmeid - turbolaadureid.Selle kohta, mis on turboülelaadur, mis tüüpi need on, kuidas need on paigutatud ja millistel põhimõtetel nende töö põhineb, samuti nende hoolduse ja remondi kohta lugege artiklist.
Mis on turbolaadur?
Turboülelaadur on sisepõlemismootorite kogusurvesüsteemi põhikomponent, seade, mis suurendab rõhku mootori sisselasketorus heitgaaside energia tõttu.
Turboülelaadurit kasutatakse sisepõlemismootori võimsuse suurendamiseks ilma selle konstruktsiooni radikaalse sekkumiseta.See seade suurendab rõhku mootori sisselasketorus, pakkudes põlemiskambritesse suurema koguse kütuse-õhu segu.Sel juhul toimub põlemine kõrgemal temperatuuril koos suurema gaasikoguse moodustumisega, mis toob kaasa rõhu suurenemise kolvile ja selle tulemusena pöördemomendi ja mootori võimsuse omaduste suurenemise.
Turboülelaaduri kasutamine võimaldab suurendada mootori võimsust 20–50% ja selle maksumust minimaalselt suurendada (ja olulisemate muudatuste korral võib võimsuse kasv ulatuda 100–120%).Tänu oma lihtsusele, töökindlusele ja tõhususele kasutatakse turboülelaaduril põhinevaid survesüsteeme laialdaselt igat tüüpi sisepõlemismootoriga sõidukitel.
Turboülelaadurite tüübid ja omadused
Tänapäeval on turboülelaadureid väga erinevaid, kuid neid saab otstarbe ja kasutusvõimaluste, kasutatava turbiini tüübi ja lisafunktsionaalsuse järgi jagada rühmadesse.
Vastavalt otstarbele võib turboülelaadurid jagada mitmeks tüübiks:
• Üheastmeliste survesüsteemide puhul - üks turboülelaadur mootori kohta või kaks või enam agregaati, mis töötavad mitmel silindril;
•Seeria ja seeria-paralleelpumbasüsteemidele (Twin Turbo erinevad variandid) - kaks identset või erinevat seadet, mis töötavad ühisel silindrite rühmal;
• Kaheastmeliste survesüsteemide jaoks on kaks erineva karakteristikuga turboülelaadurit, mis töötavad paarikaupa (järjekorras üksteise järel) ühe silindrite rühma jaoks.
Kõige laialdasemalt kasutatavad on üheastmelised survesüsteemid, mis on ehitatud ühe turboülelaaduri baasil.Samas võib sellisel süsteemil olla kaks või neli identset sõlme – näiteks V-kujulistes mootorites kasutatakse iga silindrirea jaoks eraldi turbolaadureid, mitmesilindrilistes mootorites (üle 8) saab kasutada nelja turbolaadurit, millest igaüks mis töötab 2, 4 või enama silindriga.Vähem levinud on kaheastmelised survesüsteemid ja erinevad Twin-Turbo variatsioonid, nendes kasutatakse kahte erinevate omadustega turboülelaadurit, mis saavad töötada vaid paarikaupa.
Vastavalt kohaldatavusele võib turboülelaadurid jagada mitmeks rühmaks:
• Mootori tüübi järgi - bensiini-, diisel- ja gaasimootoritele;
• Mootori mahu ja võimsuse osas - väikese, keskmise ja suure võimsusega jõuallikatele;kiiretele mootoritele jne.
Turboülelaadurid võivad olla varustatud ühe kahest turbiinitüübist:
• Radiaalne (radiaal-aksiaalne, tsentripetaalne) - heitgaaside vool juhitakse turbiini tiiviku perifeeriasse, liigub selle keskmesse ja väljutatakse telje suunas;
• Aksiaalne – heitgaaside vool juhitakse piki turbiini tiiviku telge (keskmesse) ja juhitakse välja selle perifeeriast.
Tänapäeval kasutatakse mõlemat skeemi, kuid väikestel mootoritel võib sageli leida radiaal-aksiaalturbiiniga turbolaadureid ja võimsatel jõuallikatel eelistatakse aksiaalseid turbiine (kuigi see pole reegel).Olenemata turbiini tüübist on kõik turboülelaadurid varustatud tsentrifugaalkompressoriga - selles juhitakse õhk tiiviku keskele ja eemaldatakse selle perifeeriast.
Kaasaegsetel turboülelaaduritel võib olla erinev funktsionaalsus:
• Topeltsisendiga - turbiinil on kaks sisendit, millest kumbki saab heitgaase ühest balloonirühmast, see lahendus vähendab rõhulangusi süsteemis ja parandab võimenduse stabiilsust;
• Muutuva geomeetriaga - turbiinil on liigutatavad labad või liugrõngas, mille kaudu saab muuta heitgaaside voolu tiivikule, see võimaldab muuta turboülelaaduri omadusi olenevalt mootori töörežiimist.
Lõpuks erinevad turboülelaadurid oma põhiliste tööomaduste ja võimaluste poolest.Nende üksuste peamistest omadustest tuleks esile tõsta:
• Rõhu suurenemise aste – kompressori väljalaskeava õhurõhu ja sisselaskeava õhurõhu suhe jääb vahemikku 1,5-3;
• Kompressori toide (õhuvool läbi kompressori) - kompressorit läbiva õhu mass ajaühikus (sekundis) jääb vahemikku 0,5-2 kg / s;
• Töökiiruste vahemik ulatub mitmesajast (võimsatel diiselveduritel, tööstus- ja muudel diiselmootoritel) kuni kümnete tuhandete (kaasaegsete sundmootorite puhul) pööreteni sekundis. Maksimaalset kiirust piirab turbiini ja kompressori tiiviku tugevus, kui pöörlemiskiirus on tsentrifugaaljõudude tõttu liiga suur, võib ratas kokku kukkuda.Kaasaegsetes turboülelaadurites võivad rataste perifeersed punktid pöörata kiirusega 500–600 või rohkem m / s, see tähendab 1,5–2 korda kiiremini kui helikiirus, mis põhjustab turbiinile iseloomuliku vile ilmnemise;
• Heitgaaside töö-/maksimaalne temperatuur turbiini sisselaskeava juures jääb vahemikku 650-700 °C, mõnel juhul ulatub 1000 °C-ni;
• Turbiini / kompressori kasutegur on tavaliselt 0,7-0,8, ühes ühikus on turbiini kasutegur tavaliselt väiksem kui kompressori kasutegur.
Samuti erinevad sõlmed suuruse, paigalduse tüübi, abikomponentide kasutamise vajaduse jms poolest.
Turboülelaaduri disain
Üldiselt koosneb turboülelaadur kolmest põhikomponendist:
1.Turbiin;
2.Kompressor;
3.Laagrikorpus (keskkorpus).
Sisepõlemismootori agregaadi õhusurvesüsteemi tüüpiline diagramm
Turbiin on seade, mis muudab heitgaaside kineetilise energia mehaaniliseks energiaks (ratta pöördemomendis), mis tagab kompressori töö.Kompressor on seade õhu pumpamiseks.Laagrikorpus ühendab mõlemad sõlmed ühtseks konstruktsiooniks ning selles asuv rootorivõll tagab pöördemomendi ülekande turbiinirattalt kompressorirattale.
Turboülelaaduri sektsioon
Turbiin ja kompressor on sarnase konstruktsiooniga.Kõigi nende sõlmede aluseks on sisekõrvakeha, mille perifeerses ja keskosas on torud survesüsteemiga ühendamiseks.Kompressoris on sisselasketoru alati keskel, väljalasketoru (väljalasketoru) on perifeeria ääres.Sama torude paigutus aksiaalsete turbiinide jaoks, radiaal-aksiaalturbiinide jaoks, torude asukoht on vastupidine (perifeerial - sisselaskeava, keskel - väljalaske).
Korpuse sees on erikujuliste labadega ratas.Mõlemat ratast – turbiini ja kompressorit – hoiab kinni ühine võll, mis läbib laagrikorpust.Rattad on täisvalu või komposiit, turbiini rataste labade kuju tagab heitgaaside energia efektiivseima kasutamise, kompressori rataste labade kuju tagab maksimaalse tsentrifugaalefekti.Kaasaegsetes tipptasemel turbiinides saab kasutada keraamiliste labadega komposiitrattaid, millel on väike kaal ja parem jõudlus.Automootorite turboülelaadurite rataste suurus on 50-180 mm, võimsate vedurite, tööstuslike ja muude diiselmootorite rataste suurus on 220-500 mm või rohkem.
Mõlemad korpused on laagrikorpuse külge kinnitatud poltidega läbi tihendite.Siin asuvad liugelaagrid (harvemini erikonstruktsiooniga veerelaagrid) ja O-rõngad.Ka keskkorpuses on õlikanalid laagrite ja võlli määrimiseks ning osades turboülelaadurites ja vesijahutussärgi süvendis.Paigaldamise ajal ühendatakse seade mootori määrimis- ja jahutussüsteemidega.
Turboülelaaduri konstruktsioonis võib ette näha ka erinevaid abikomponente, sh heitgaasitagastussüsteemi osi, õliklappe, detailide määrimise ja nende jahutuse parandamise elemente, juhtventiile jne.
Turboülelaaduri osad on valmistatud spetsiaalsest terasest, turbiiniratta jaoks on kasutatud kuumakindlaid teraseid.Materjalid valitakse hoolikalt vastavalt soojuspaisumistegurile, mis tagab disaini töökindluse erinevates töörežiimides.
Turboülelaadur sisaldub õhusurvesüsteemis, kuhu kuuluvad ka sisse- ja väljalaskekollektorid ning keerukamates süsteemides - vahejahuti (ülelaadimisõhu jahutusradiaator), erinevad klapid, andurid, siibrid ja torustikud.
Turboülelaaduri tööpõhimõte
Turboülelaaduri töö taandub lihtsatele põhimõtetele.Seadme turbiin juhitakse mootori väljalaskesüsteemi, kompressor - sisselasketorusse.Mootori töötamise ajal sisenevad heitgaasid turbiini, tabavad rattalabasid, andes sellele osa kineetilisest energiast ja pannes selle pöörlema.Turbiini pöördemoment edastatakse võlli kaudu otse kompressori ratastele.Pöörlemisel viskab kompressori ratas õhku perifeeriasse, suurendades selle rõhku - see õhk suunatakse sisselaskekollektorisse.
Ühel turboülelaaduril on mitmeid puudusi, millest peamine on turbo viivitus ehk turbo pit.Seadme ratastel on mass ja teatav inerts, mistõttu nad ei saa jõuallika kiiruse suurenedes koheselt üles keerata.Seetõttu ei kiirenda turbomootor kohe gaasipedaali järsult vajutades – tekib lühike paus, elektrikatkestus.Selle probleemi lahenduseks on spetsiaalsed turbiini juhtimissüsteemid, muutuva geomeetriaga turboülelaadurid, jada-paralleel- ja kaheastmelised survesüsteemid jt.
Turboülelaaduri tööpõhimõte
Turboülelaadurite hoolduse ja remondiga seotud probleemid
Turbolaadur vajab minimaalset hooldust.Peaasi on õigel ajal mootoriõli ja õlifilter vahetada.Kui mootor võib mõnda aega veel vana õliga töötada, võib see turboülelaaduri jaoks olla surmav - isegi määrdeaine kvaliteedi kerge halvenemine suurel koormusel võib põhjustada seadme kinnikiilumise ja hävimise.Samuti on soovitatav perioodiliselt puhastada turbiini osi süsiniku ladestustest, mis nõuab selle lahtivõtmist, kuid seda tööd tuleks teha ainult spetsiaalsete tööriistade ja seadmete abil.
Vigast turboülelaadurit on enamikul juhtudel lihtsam asendada kui parandada.Vahetamiseks on vaja kasutada sama tüüpi ja mudeliga seadet, mis mootorile varem paigaldati.Muude omadustega turboülelaaduri paigaldamine võib häirida jõuallika tööd.Seadme valik, paigaldamine ja reguleerimine on parem usaldada spetsialistidele - see tagab tööde korrektse teostamise ja mootori normaalse töö.Turboülelaaduri õigel asendamisel taastab mootor suure võimsuse ja suudab lahendada ka kõige keerulisemad ülesanded.
Postitusaeg: 21. august 2023