Інфармацыя па турбакампрэсарах

ГІСТОРЫЯ ТУРБАНАДДЫМУ

Гісторыя развіцця турбакампрэсараў пачалася прыблізна ў той жа час, што і пабудова першых узораў рухавікоў унутранага згарання. У 1885 – 1896 г. Готліб Даймлер і Рудольф Дызель праводзілі даследаванні ў галіне павышэння якая выпрацоўваецца магутнасці і зніжэння спажывання паліва шляхам сціску паветра, што нагнятаецца ў камеру згарання. У 1952 г. швейцарскі інжынер Альфрэд Бюшы ўпершыню паспяхова ажыццявіў нагнятанне пры дапамозе выхлапных газаў, атрымаўшы пры гэтым павелічэнне магутнасці на 40%. Гэтая падзея паклала пачатак паступоваму развіццю і ўкараненню ў жыццё турбатэхналогій.

Сфера выкарыстання першых турбакампрэсараў абмяжоўвалася надзвычайна буйнымі рухавікамі, у прыватнасці, карабельнымі. У аўтамабільнай сферы першымі пачалі выкарыстоўваць турбакампрэсары вытворцы грузавых машын. У 1938 г.на заводзе “Swiss Machine Works Sauer” быў пабудаваны першы турбарухавік для грузавога аўтамабіля.

Першымі легкавымі аўтамабілямі, абсталяванымі турбінамі былі Chevrolet Corvair Monza і Oldsmobile Jetfire, якія выйшлі на амерыканскі рынак у 1962 – 63 г. Нягледзячы на відавочныя тэхнічныя перавагі, нізкі ўзровень надзейнасці прывёў да хуткага знікнення гэтых мадэляў.

Нафтавы крызіс 1973 падштурхнуў даследаванні ў галіне ўжывання турбакампрэсараў на камерцыйных дызельных рухавіках, так як да гэтага развіццё турбатэхналогій затрымлівалася неабходнасцю вялікіх капілаўкладанняў у развіццё тэхналогіі, а таксама нізкой коштам паліва. Пагаршэнне экалагічных патрабаванняў па выхлапных газах у канцы 80-х прывяло да значнага павелічэння колькасці грузавікоў, абсталяваных турбакампрэсарамі. На сённяшні дзень узровень развіцця турбатэхналогій дасягнуў настолькі высокага ўзроўню, што практычна кожны рухавік грузавога аўтамабіля абсталяваны турбакампрэсарам.

Пачатак выкарыстання турбарухавікоў на спартыўных аўтамабілях, у прыватнасці на Formula 1, у 70-х гадах прывяло да значнага павелічэння папулярнасці турбакампрэсараў. Прыстаўка “турба” стала ўваходзіць у моду. У той час, амаль усе вытворцы аўтамабіляў прапаноўвалі як мінімум адну мадэль з бензінавым турбарухавіком. Аднак, па праходжанні некалькіх гадоў, мода на турбарухавікі пачала праходзіць, так як высветлілася, што турбакампрэсар, хоць і дазваляе павялічыць магутнасць бензінавага рухавіка, моцна павялічвае расход паліва.

Затрымка ў рэакцыі турбакампрэсара была дастаткова вялікай на першых узорах гэтага абсталявання, што таксама з'яўлялася сур'ёзным аргументам супраць устаноўкі турбіны на бензінавы рухавік.

Карэнны пералом у развіцці турбакампрэсараў адбыўся з выпускам у 1978 г. Mercedes–Benz 300 SD, першага легкавога аўтамабіля, абсталяванага дызельным турбарухавіком. У 1981 г. за Mercedes–Benz 300 SD рушыў услед VW Turbodiesel. Пры дапамозе турбакампрэсара вытворцам удалося павялічыць эфектыўнасць работы дызельнага рухавіка да ўзроўню бензінавага, захаваўшы пры гэтым значна больш нізкі ўзровень выкіду ў атмасферу выхлапных газаў.

На сённяшні дзень, устаноўка турбакампрэсара на бензінавы рухавік больш не разглядаецца з пункту гледжання павелічэння магутнасці, але з пункту гледжання скарачэння спажывання паліва і, такім чынам, памяншаючы ўзровень выкіду СО2 і іншых шкодных рэчываў. Такім чынам, турбарухавікі службяць спосабам памяншэння расходу энерганосьбітаў і памяншэння выкідаў у навакольнае асяроддзе.

АСНОВНЫЯ ПРЫЧЫНЫ ПАЛАМАК ТУРБІНЫ

Як паказвае практыка, пераважная большасць "паламак" турбін выклікана прычынамі, не звязанымі з самой турбінай. Надзвычайна важна ўстанавіць прычыну паломкі ДА прыняцця рашэння аб рамонце або замене турбіны.

4 АСНОВНЫЯ ПРЫЧЫНЫ ПАЛАМАК ТУРБІНЫ

1. Забруджванне масла

• Забруджванне дробнымі часціцамі. Не выяўляецца візуальна, аднак выклікае знос падшыпнікаў, а таксама стачванне краёў падшыпніка.

2. Недахоп змазкі

• Недастатковая падача масла (напрыклад пры блакіроўцы масляных праходаў часціцамі пракладкі) характарызуецца моцным змяненнем колеру пасадачных месцаў падшыпнікаў.
• Хімічнае забруджванне. Выклікае моцны знос і перагрэў падшыпнікаў і вала. Візуальна пашкоджанні практычна не адрозніваюцца ад пашкоджанняў па прычыне недастатковай змазкі. Асноўнай прычынай такога роду няспраўнасці з'яўляецца трапленне паліва ў масла, што прыводзіць да пагаршэння змазачных уласцівасцяў апошняга.

3. Экстрэмальныя рэжымы работы

• Перавышэнне абмежавання хуткасці і/або магутнасці. Перавышэнне абмежавання хуткасці і / або магутнасці прыводзіць да перагрэву пасадачных месцаў падшыпнікаў, а таксама згарання масла. На валу ўтвараецца нагар. Задняя частка кампрэсарнага кола таксама пакрываецца нагарам і дэфармуецца. У некаторых выпадках, ад лопасцяў кола турбіны могуць адкалоўвацца кавалкі.

4. Пашкоджанні ад траплення чужародных прадметаў

• Цвёрды чужародны прадмет - кампрэсар. Пашкоджанне адбываецца пры трапленні чужароднага прадмета ў кампрэсар. Прадмет, які трапіў у кампрэсар адскоквае аб сценак уваходу кампрэсара прыводзячы да сур'ёзных пашкоджанняў. Соль і пясок выклікаюць моцную эрозію і разбурэнне лопасцяў.
• Мяккі чужародны прадмет. Трапленне ў турбіну мяккіх чужародных прадметаў, такіх як кавалкі паперы або анучы прыводзяць да дэфармацыі лопасцяў (загіб назад) і адкалоўванню ад іх кавалкаў металу.
• Цвёрды чужародны прадмет - турбіна. Чужародны прадмет, які трапляе ў турбіну прыводзіць да характэрнага пашкоджання лопасцяў. Нават такія невялікія аб'екты як кавалачкі іржы могуць выклікаць сур'ёзнае разбурэнне па прычыне высокай хуткасці кручэння крыльчаткі.

ПРЫНЦИП РАБОТЫ ТУРБАКАМПРЭСАРА

Для атрымання больш дакладнага ўяўлення аб прынцыпе работы турбакампрэсара, неабходна азнаёміцца з сістэмай функцыянавання рухавіка ўнутранага згарання. На сённяшні дзень, большасць дызельных легкавых і грузавых аўтамабіляў абсталёўваюцца 4-х тактнымі поршневымі рухавікамі, работа кантралюецца пры дапамозе ўпускных і выпускных клапанаў. Кожны рабочы цыкл складаецца з 4 тактаў пры 2 поўных абаротах каленвала.

• Упуск — пры руху поршня ўніз, паветра (у дызельным рухавіку) або сумесь паліва і паветра (у бензінавым рухавіку) праходзіць праз адкрыты ўпускны клапан.
• Кампрэсія – адбываецца сціск гарючай масы.
• Пашырэнне – сумесь паветра і паліва запальваецца пры дапамозе свечак (бензінавы рухавік), дызельнае паліва ўпырскваецца пад ціскам і запальванне адбываецца адвольна.
• Выпуск – пры руху поршня ўверх, выпускаюцца выхлапныя газы.

Даныя прынцыпы работы прадастаўляюць наступныя шляхі павелічэння эфектыўнасці работы рухавіка:

• Павелічэнне аб'ёму
• Павелічэнне хуткасці работы рухавіка
• Турбакампрэсія

ПАВЕЛІЧЭННЕ АБ'ЁМУ

Павелічэнне аб'ёму забяспечвае павелічэнне магутнасці рухавіка, так як павелічэнне камеры згарання дазваляе нагнятанне большага аб'ёму паветра і большая колькасць спальваемага паліва. Павелічэнне аб'ёму можа быць дасягнута шляхам павелічэння колькасці цыліндраў або павелічэння аб'ёму кожнага цыліндра. У цэлым, павелічэння аб'ёму прыводзіць да павелічэння масы рухавіка. Гэты спосаб не забяспечвае значных пераваг па ўзроўню выкідаў і спажыванню паліва.

ПАВЕЛІЧЭННЕ ХУТКАСЦІ РАБОТЫ РУХАВІКА

Іншым спосабам павелічэння магутнасці рухавіка з'яўляецца павелічэнне хуткасці работы рухавіка. Павелічэнне хуткасці праводзіцца шляхам павелічэння колькасці ходаў поршня на адзінку часу. Аднак, па тэхнічных прычынах гэты спосаб мае жорсткія абмежаванні. Павелічэнне хуткасці работы рухавіка прыводзіць да павелічэння страт пры напампоўкі і іншых аперацыях, што выклікае падзенне эфектыўнасці работы.

ТУРБАКАМПРЭСІЯ

Пры ужыванні двух першых спосабаў, рухавік забяспечваецца толькі ўласным нагнятаннем. Паветра для згарання праходзіць проста ў цыліндр падчас упускнога такту. Пры выкарыстанні турбакампрэсара, паветра, якое паступае ў камеру згарання папярэдне сціскаецца. У рухавік паступае той жа аб'ём паветра, аднак, больш высокі ціск забяспечвае праходжанне большай колькасці паветранай масы, што дазваляе павялічыць аб'ём спальваемага паліва. Такім чынам, пры выкарыстанні турбакампрэсара, магутнасць рухавіка павялічваецца па адносінах да яго аб'ёму і колькасці спажываемага паліва.

АХАЛАДЖЭННЕ НАГНЯТАЕМАГА ПАВЕТРА

У ходзе кампрэсіі, нагнятаемае паветра награваецца да 180 °C. Пры ахалоджванні, шчыльнасць паветра павялічваецца, што дазваляе павялічыць аб'ём нагнятаемага паветра. Ахалоджванне нагнятаемага паветра з'яўляецца адной з нямногіх мер па павелічэнню магутнасці рухавікоў унутранага згарання, якія станоўча ўплываюць на ўзровень спажывання паліва і ўзровень выкіду шкодных рэчываў. Паніжэнне тэмпературы ўваходнага паветра забяспечвае паніжэнне тэмпературы згарання і, такім чынам, паніжэнне колькасці якая вырабляецца NO (x). Павелічэнне шчыльнасці паветра зніжае расход паліва і ўзровень забруджвання навакольнага асяроддзя.

Існуюць два тыпы турбакампрэсіі – механічная турбакампрэсія і кампрэсія выхлапных газаў.

МЕХАНІЧНАЯ ТУРБАКАМПРЭСІЯ

Пры механічнай турбакампрэсіі, паветра сціскаецца пры дапамозе кампрэсара, які прыводзіцца ад рухавіка. Аднак, частка якая атрымліваецца павелічэння магутнасці ідзе на прывад кампрэсара. У залежнасці ад памеру рухавіка, магутнасць, неабходная для прываду кампрэсара складае ад 10 да 15% ад агульнай выпрацоўкі рухавіка. Такім чынам, пры параўнанні з звычайным рухавіком такой жа магутнасці, рухавік з механічнай турбакампрэсіяй мае павышаны расход паліва.

ТУРБАКАМПРЭСІЯ ВЫХЛАПНЫХ ГАЗАЎ

Пры выкарыстанні кампрэсіі выхлапных газаў, энергія газу, якая не выкарыстоўваецца ў звычайных умовах, накіраваная на прывад турбіны. Кампрэсар знаходзіцца на адным валу з турбінай і забяспечвае забор, сціск і падачу паветра ў камеру згарання. У гэтым выпадку механічныя злучэнні з рухавіком адсутнічаюць.

ПЕРАВАГІ ТУРБАКАМПРЭСІІ ВЫХЛАПНЫХ ГАЗАЎ

• У параўнанні з звычайным рухавіком такой жа магутнасці, турбарухавік мае меншы расход паліва, так як частка энергіі выхлапных газаў спрыяе павелічэнню магутнасці рухавіка. Меншы аб'ём рухавіка скарачае тэрмічныя і інш. страты.
• Турбарухавік мае значна лепшае суадносіны вагі да магутнасці, г.зн. Kw / кг.
• Неабходная плошча рухавіковага адсека турбарухавіка меншая, чым у звычайнага рухавіка.
• Пры выкарыстанні турбарухавіка, магчыма далейшае паляпшэнне характарыстык круцільнага моманту для падтрымання магутнасці, блізкай да максімальнай пры вельмі нізкай хуткасці рухавіка, што дазваляе пазбегнуць частага пераключэння хуткасцяў пры яздзе ў горнай мясцовасці.
• Турбарухавікі маюць значна лепшыя характарыстыкі работы ва ўмовах высокагор'я. Ва ўмовах паніжанага ціску звычайны рухавік губляе значную частку магутнасці. У процілегласць, рабочыя характарыстыкі турбарухавіка паляпшаюцца ў выніку павелічэння розніцы паміж сталым ціскам уверх па злучэннях турбіны і паніжаным знешнім ціскам ля ўваходу турбіны. Нізкая шчыльнасць паветра ля ўваходу кампенсуецца, забяспечваючы амаль нулявую страту магутнасці.
• Так як турбарухавік мае меншыя памеры, а адпаведна і плошчу шумавыдзяляючай паверхні, яго шумавыя характарыстыкі лепш, чым у звычайных рухавікоў.
• У дадзеным выпадку, турбакампрэсар дзейнічае як дадатковы глушнік.

ПРИЛАД ТУРБАКАМПРЭСАРА

СЛІМАК ТУРБІНЫ

Слімак турбіны вырабляецца з розных гатункаў сфераідаванага чыгуну, каб супрацьстаяць цеплавому ўздзеянню і разбурэнню крыльчаткі. Як і кола турбіны, профіль слімака апрацаваны да поўнага адпаведнасці форме лопасцяў кола. Упускны фланец слімака турбіны працуе як устаноўчая база для замацавання турбіны, якая нясе нагрузку.

Параметры:

• Звычайна гэта сплаў жалеза са сферыдным графітам
• Звычайна гэта устаноўчая база, якая нясе вагу ўсёй турбіны

Асноўныя патрабаванні:

• Ударатрываласць
• Стойкасць да акіслення
• Ценеатрываласць
• Ценестойкасць
• Лёгкасць механічнай апрацоўкі кола турбіны

КОЛА ТУРБІНЫ З ВАЛОМ

Кола турбіны ўстаноўлена ў карпусе турбіны і злучана штыфтам, які круціць кола кампрэсара.

Параметры:

• Якаснае пакрыццё з нікелевага сплаву
• Зроблена з трывалых і стойкіх сплаваў
• Вытрымлівае тэмпературы работы да 760 °C

Асноўныя патрабаванні:

• стойкасць да зношвання
• стойкасць да дэфармацыі
• стойкасць да карозіі

СЛІМАК КАМПРЭСАРА

Слімак кампрэсара адліты з алюмінію. Выкарыстоўваюцца розныя сплавы для розных тыпаў кампрэсараў. Выкарыстоўваюцца як вакуумнае ліццё так "пясочнае" ліццё. Дакладная фінальная апрацоўка для захавання памераў і якасці паверхняў, неабходныя для нармальнай работы турбіны.

Параметры:

• звычайна выраблена з розных алюмініевых сплаваў
• дакладныя памеры і формы
• рабочыя тэмпературы да 200 °C

Асноўныя патрабаванні:

• трываласць да ўдарных і механічных нагрузак
• якасць апрацоўкі і дакладныя памеры

КОЛА КАМПРЭСАРА

Кола кампрэсара зроблена з алюмініевых сплаваў метадам ліцця. Для ліцця выкарыстоўваецца гумавая форма. Па ёй робіцца форма для ліцця і ў яе заліваецца расплаўлены метал. Дакладныя памеры лопасцяў кола і дакладная механічная апрацоўка важныя для нармальнай работы кампрэсара. Разточванне і паліраванне павышае каэфіцыенты супраціўлення стомленасці. Кола размешчана на зборцы вала.

Параметры:

• звычайна алюмініевы сплаў (Cu-Si)
• пачатак выкарыстання гэтага працэсу ліцця ў 1976

Асноўныя патрабаванні: