Za povečanje moči motorjev z notranjim zgorevanjem se pogosto uporabljajo posebne enote - turbopolnilniki.O tem, kaj je turbopolnilnik, kakšne vrste so te enote, kako so urejene in na katerih načelih temelji njihovo delo, pa tudi o njihovem vzdrževanju in popravilu, preberite v članku.
Kaj je turbopolnilnik?
Turbopolnilnik je glavni sestavni del agregatnega tlačnega sistema motorjev z notranjim zgorevanjem, enota za povečanje tlaka v sesalnem traktu motorja zaradi energije izpušnih plinov.
Turbopolnilnik se uporablja za povečanje moči motorja z notranjim zgorevanjem brez radikalnega poseganja v njegovo zasnovo.Ta enota poveča tlak v sesalnem traktu motorja, kar zagotavlja večjo količino mešanice goriva in zraka v zgorevalne komore.V tem primeru pride do zgorevanja pri višji temperaturi s tvorbo večje prostornine plinov, kar vodi do povečanja tlaka na batu in posledično do povečanja navora in moči motorja.
Uporaba turbopolnilnika vam omogoča povečanje moči motorja za 20-50% z minimalnim povečanjem njegovih stroškov (in z večjimi spremembami lahko povečanje moči doseže 100-120%).Zaradi svoje enostavnosti, zanesljivosti in učinkovitosti se tlačni sistemi na osnovi turbopolnilnikov pogosto uporabljajo na vseh vrstah vozil z motorjem z notranjim zgorevanjem.
Vrste in značilnosti turbopolnilnikov
Turbopolnilniki so danes zelo različni, lahko pa jih razdelimo v skupine glede na namen in uporabnost, vrsto uporabljene turbine in dodatne funkcionalnosti.
Glede na namen lahko turbopolnilnike razdelimo na več vrst:
• Za enostopenjske tlačne sisteme - en turbopolnilnik na motor ali dve ali več enot, ki delujejo na več valjev;
•Za serijsko in serijsko-vzporedne sisteme polnjenja (različne različice Twin Turbo) - dve enaki ali različni enoti, ki delujeta na skupni skupini valjev;
• Pri dvostopenjskih tlačnih sistemih sta dva turbopolnilnika z različnimi karakteristikami, ki delujeta v paru (zaporedoma drug za drugim) za eno skupino valjev.
Najbolj razširjeni so enostopenjski tlačni sistemi, zgrajeni na osnovi enega samega turbopolnilnika.Lahko pa ima tak sistem dve ali štiri enake enote – na primer pri motorjih v obliki črke V se za vsako vrsto valjev uporabljajo ločeni turbopolnilniki, pri večvaljnih motorjih (več kot 8) pa se lahko uporabljajo štirje turbopolnilniki, vsak od ki deluje na 2, 4 ali več valjev.Manj pogosti so dvostopenjski tlačni sistemi in različne različice Twin-Turbo, ki uporabljajo dva turbopolnilnika z različnimi karakteristikami, ki lahko delujeta le v paru.
Glede na uporabnost lahko turbopolnilnike razdelimo v več skupin:
• Po vrsti motorja - za bencinske, dizelske in plinske agregate;
• Glede na prostornino in moč motorja - za agregate male, srednje in velike moči;za visokohitrostne motorje itd.
Turbopolnilniki so lahko opremljeni z eno od dveh vrst turbin:
• Radialno (radialno-aksialno, centripetalno) - tok izpušnih plinov se dovaja na obrobje rotorja turbine, se premakne v njegovo sredino in se odvaja v aksialni smeri;
• Aksialni - tok izpušnih plinov se dovaja vzdolž osi (v središče) rotorja turbine in se odvaja z njegovega oboda.
Danes se uporabljata obe shemi, vendar na majhnih motorjih pogosto najdete turbopolnilnike z radialno-aksialno turbino, na močnih agregatih pa so prednostne aksialne turbine (čeprav to ni pravilo).Ne glede na vrsto turbine so vsi turbopolnilniki opremljeni s centrifugalnim kompresorjem - v njem se zrak dovaja v sredino rotorja in odvaja z njegovega oboda.
Sodobni turbopolnilniki imajo lahko različne funkcije:
• Dvojni vhod - turbina ima dva vhoda, vsak od njih sprejema izpušne pline iz ene skupine valjev, ta rešitev zmanjša padce tlaka v sistemu in izboljša stabilnost polnjenja;
• Spremenljiva geometrija - turbina ima premične lopatice ali drsni obroč, preko katerega lahko spreminjate pretok izpušnih plinov do rotorja, to omogoča spreminjanje karakteristik turbopolnilnika glede na način delovanja motorja.
Nazadnje se turbopolnilniki razlikujejo po svojih osnovnih zmogljivostih in zmogljivostih.Od glavnih značilnosti teh enot je treba poudariti:
• Stopnja povečanja tlaka - razmerje med zračnim tlakom na izhodu kompresorja in zračnim tlakom na vstopu je v območju 1,5-3;
• Dovod kompresorja (pretok zraka skozi kompresor) - masa zraka, ki prehaja skozi kompresor na časovno enoto (sekunda) leži v območju 0,5-2 kg/s;
• Območje obratovalnih vrtljajev se giblje od nekaj sto (za močne dizelske lokomotive, industrijske in druge dizelske motorje) do več deset tisoč (za sodobne forsirane motorje) vrtljajev na sekundo. Največja hitrost je omejena z močjo rotorjev turbine in kompresorja, če je hitrost vrtenja zaradi centrifugalnih sil previsoka, se lahko kolo sesede.V sodobnih turbopolnilnikih se lahko obrobne točke koles vrtijo s hitrostjo 500-600 ali več m / s, to je 1,5-2 krat hitreje od hitrosti zvoka, kar povzroči pojav značilnega piščalke turbine;
• Delovna / najvišja temperatura izpušnih plinov na vstopu v turbino leži v območju 650-700 ° C, v nekaterih primerih doseže 1000 ° C;
• Učinkovitost turbine / kompresorja je običajno 0,7-0,8, v eni enoti je učinkovitost turbine običajno manjša od učinkovitosti kompresorja.
Enote se razlikujejo tudi po velikosti, vrsti namestitve, potrebi po uporabi pomožnih komponent itd.
Zasnova turbopolnilnika
Na splošno je turbopolnilnik sestavljen iz treh glavnih komponent:
1.Turbina;
2.kompresor;
3. Ohišje ležaja (centralno ohišje).
Tipična shema sistema zračnega tlaka agregata motorja z notranjim zgorevanjem
Turbina je agregat, ki pretvarja kinetično energijo izpušnih plinov v mehansko energijo (v vrtilni moment kolesa), kar zagotavlja delovanje kompresorja.Kompresor je naprava za črpanje zraka.Ohišje ležaja povezuje obe enoti v eno strukturo, gred rotorja, ki se nahaja v njem, pa zagotavlja prenos navora s turbinskega kolesa na kompresorsko kolo.
Odsek turbopolnilnika
Turbina in kompresor imata podobno zasnovo.Osnova vsake od teh enot je kohlearno telo, v perifernem in osrednjem delu katerega so cevi za povezavo s tlačnim sistemom.Pri kompresorju je vstopna cev vedno v sredini, izpuh (izpust) pa na obrobju.Enaka razporeditev cevi za aksialne turbine, za radialno-aksialne turbine je lokacija cevi nasprotna (na obodu - dovod, v sredini - izpuh).
V notranjosti ohišja je kolo z rezili posebne oblike.Obe kolesi - turbina in kompresor - drži skupna gred, ki gre skozi ohišje ležaja.Kolesa so lita ali kompozitna, oblika lopatic turbinskega kolesa zagotavlja najučinkovitejši izkoristek energije izpušnih plinov, oblika lopatic kolesa kompresorja zagotavlja največji centrifugalni učinek.Sodobne vrhunske turbine lahko uporabljajo kompozitna kolesa s keramičnimi lopaticami, ki imajo majhno težo in boljšo zmogljivost.Velikost koles turbopolnilnikov avtomobilskih motorjev je 50-180 mm, močnih lokomotiv, industrijskih in drugih dizelskih motorjev pa 220-500 mm ali več.
Obe ohišji sta pritrjeni na ohišje ležaja z sorniki skozi tesnila.Tukaj so drsni ležaji (redkeje kotalni ležaji posebne izvedbe) in O-obročki.Tudi v osrednjem ohišju so oljni kanali za mazanje ležajev in gredi, pri nekaterih turbopolnilnikih pa tudi votlina vodno hladilnega plašča.Med vgradnjo je enota povezana s sistemi za mazanje in hlajenje motorja.
Pri zasnovi turbopolnilnika je mogoče predvideti tudi različne pomožne komponente, vključno z deli sistema za recirkulacijo izpušnih plinov, oljnimi ventili, elementi za izboljšanje mazanja delov in njihovo hlajenje, krmilnimi ventili itd.
Deli turbopolnilnika so izdelani iz posebnih jekel, za turbinsko kolo se uporabljajo toplotno odporna jekla.Materiali so skrbno izbrani glede na koeficient toplotnega raztezanja, kar zagotavlja zanesljivost zasnove v različnih načinih delovanja.
Turbopolnilnik je vključen v sistem zračnega tlaka, ki vključuje tudi sesalni in izpušni razdelilnik, v bolj zapletenih sistemih pa intercooler (hladilnik polnilnega zraka), različne ventile, senzorje, lopute in cevovode.
Načelo delovanja turbopolnilnika
Delovanje turbopolnilnika se spušča na preprosta načela.Turbina enote se vnese v izpušni sistem motorja, kompresor - v sesalni trakt.Med delovanjem motorja izpušni plini vstopijo v turbino, zadenejo lopatice kolesa, ji dajo del svoje kinetične energije in povzročijo, da se vrti.Navor iz turbine se prek gredi neposredno prenaša na kolesa kompresorja.Ko se vrti, kompresorsko kolo vrže zrak na obrobje in poveča njegov tlak - ta zrak se dovaja v sesalni razdelilnik.
Posamezen turbopolnilnik ima številne pomanjkljivosti, med katerimi je glavna turbo zamuda ali turbo pit.Kolesa enote imajo maso in nekaj vztrajnosti, zato se ne morejo takoj zavrteti, ko se hitrost pogonske enote poveča.Zato, ko močno pritisnete na stopalko za plin, motor s turbopolnilnikom ne pospeši takoj - pride do kratkega premora, izpada električne energije.Rešitev tega problema so posebni krmilni sistemi turbin, turbopolnilniki s spremenljivo geometrijo, serijsko vzporedni in dvostopenjski tlačni sistemi idr.
Načelo delovanja turbopolnilnika
Vprašanja vzdrževanja in popravila turbopolnilnikov
Turbopolnilnik potrebuje minimalno vzdrževanje.Glavna stvar je, da pravočasno zamenjate motorno olje in oljni filter.Če lahko motor še nekaj časa deluje na starem olju, potem lahko postane smrtonosno za turbopolnilnik - že rahlo poslabšanje kakovosti maziva pri visokih obremenitvah lahko povzroči zagozditev in uničenje enote.Priporočljivo je tudi občasno čiščenje delov turbine iz ogljikovih usedlin, kar zahteva njeno razstavljanje, vendar je treba to delo izvajati le z uporabo posebnih orodij in opreme.
Pokvarjen turbopolnilnik je v večini primerov lažje zamenjati kot popraviti.Za zamenjavo je treba uporabiti enoto istega tipa in modela, ki je bila prej nameščena na motorju.Namestitev turbopolnilnika z drugimi lastnostmi lahko moti delovanje agregata.Izbiro, namestitev in nastavitev enote je bolje zaupati strokovnjakom - to zagotavlja pravilno izvedbo dela in normalno delovanje motorja.S pravilno zamenjavo turbinskega polnilnika bo motor ponovno pridobil visoko moč in bo kos najtežjim nalogam.
Čas objave: 21. avgusta 2023