Om het vermogen van verbrandingsmotoren te vergroten, worden speciale eenheden - turbocompressoren - op grote schaal gebruikt.Lees in het artikel wat een turbocompressor is, welke typen deze eenheden zijn, hoe ze zijn gerangschikt en op welke principes hun werk is gebaseerd, maar ook over hun onderhoud en reparatie.
Wat is een turbocompressor?
De turbocompressor is het hoofdonderdeel van het aggregaatdruksysteem van verbrandingsmotoren, een eenheid voor het verhogen van de druk in het inlaatkanaal van de motor als gevolg van de energie van de uitlaatgassen.
De turbocompressor wordt gebruikt om het vermogen van een verbrandingsmotor te vergroten zonder radicale inmenging in het ontwerp ervan.Deze eenheid verhoogt de druk in het inlaatkanaal van de motor, waardoor een grotere hoeveelheid brandstof-luchtmengsel naar de verbrandingskamers wordt gestuurd.In dit geval vindt de verbranding plaats bij een hogere temperatuur met de vorming van een groter volume aan gassen, wat leidt tot een toename van de druk op de zuiger en als gevolg daarvan tot een toename van het koppel en de motorvermogenskarakteristieken.
Door het gebruik van een turbocompressor kunt u het motorvermogen met 20-50% verhogen met een minimale stijging van de kosten (en met grotere aanpassingen kan de vermogensgroei 100-120% bereiken).Vanwege hun eenvoud, betrouwbaarheid en efficiëntie worden op turbocompressoren gebaseerde druksystemen veel gebruikt op alle soorten voertuigen met verbrandingsmotor.
Typen en kenmerken van turbocompressoren
Tegenwoordig is er een grote verscheidenheid aan turbocompressoren, maar deze kunnen in groepen worden onderverdeeld op basis van hun doel en toepasbaarheid, het gebruikte type turbine en aanvullende functionaliteit.
Afhankelijk van het doel kunnen turbocompressoren in verschillende typen worden verdeeld:
• Voor eentrapsdruksystemen: één turbocompressor per motor, of twee of meer eenheden die op meerdere cilinders werken;
•Voor serie- en serie-parallelle opblaassystemen (verschillende varianten van Twin Turbo) - twee identieke of verschillende eenheden die op een gemeenschappelijke groep cilinders werken;
• Voor tweetraps drukbehoudsystemen zijn er twee turbocompressoren met verschillende kenmerken, die in paren (opeenvolgend na elkaar) werken voor één groep cilinders.
De meest gebruikte zijn eentraps drukbehoudsystemen gebouwd op basis van een enkele turbocompressor.Een dergelijk systeem kan echter twee of vier identieke eenheden hebben - bij V-vormige motoren worden bijvoorbeeld voor elke rij cilinders afzonderlijke turbocompressoren gebruikt, bij motoren met meerdere cilinders (meer dan 8) kunnen vier turbocompressoren worden gebruikt, elk van die werkt op 2, 4 of meer cilinders.Minder gebruikelijk zijn tweetraps drukbehoudsystemen en verschillende varianten van Twin-Turbo, ze gebruiken twee turbocompressoren met verschillende kenmerken die alleen in paren kunnen werken.
Afhankelijk van de toepasbaarheid kunnen turbocompressoren in verschillende groepen worden verdeeld:
• Op motortype - voor benzine-, diesel- en gasmotoren;
• In termen van motorvolume en vermogen - voor krachtbronnen met klein, middelgroot en hoog vermogen;voor hogesnelheidsmotoren, enz.
Turbocompressoren kunnen worden uitgerust met een van de twee soorten turbines:
• Radiaal (radiaal-axiaal, centripetaal) - de stroom uitlaatgassen wordt naar de omtrek van de turbinewaaier gevoerd, beweegt naar het midden en wordt in axiale richting afgevoerd;
• Axiaal - de stroom uitlaatgassen wordt aangevoerd langs de as (naar het midden) van de turbinewaaier en wordt afgevoerd vanaf de omtrek ervan.
Tegenwoordig worden beide schema's gebruikt, maar bij kleine motoren kun je vaak turbocompressoren vinden met een radiaal-axiale turbine, en bij krachtige krachtbronnen hebben axiale turbines de voorkeur (hoewel dit niet de regel is).Ongeacht het type turbine, zijn alle turbocompressoren uitgerust met een centrifugaalcompressor - daarin wordt lucht naar het midden van de waaier toegevoerd en uit de omtrek verwijderd.
Moderne turbocompressoren kunnen verschillende functionaliteiten hebben:
• Dubbele inlaat - de turbine heeft twee ingangen, elk van hen ontvangt uitlaatgassen van één groep cilinders. Deze oplossing vermindert de drukval in het systeem en verbetert de booststabiliteit;
• Variabele geometrie - de turbine heeft beweegbare bladen of een schuifring, waardoor u de stroom uitlaatgassen naar de waaier kunt veranderen. Hierdoor kunt u de kenmerken van de turbocompressor veranderen, afhankelijk van de bedrijfsmodus van de motor.
Ten slotte verschillen turbocompressoren wat betreft hun fundamentele prestatiekenmerken en mogelijkheden.Van de belangrijkste kenmerken van deze eenheden moet worden benadrukt:
• De mate van drukverhoging - de verhouding tussen de luchtdruk aan de uitlaat van de compressor en de luchtdruk aan de inlaat ligt in het bereik van 1,5-3;
• Compressortoevoer (luchtstroom door de compressor) - de luchtmassa die per tijdseenheid (seconde) door de compressor gaat, ligt in het bereik van 0,5-2 kg / s;
• Het bedrijfssnelheidsbereik varieert van enkele honderden (voor krachtige diesellocomotieven, industriële en andere dieselmotoren) tot tienduizenden (voor moderne geforceerde motoren) omwentelingen per seconde. De maximale snelheid wordt beperkt door de sterkte van de turbine- en compressorwaaiers, als de rotatiesnelheid te hoog is als gevolg van middelpuntvliedende krachten, kan het wiel bezwijken.In moderne turbocompressoren kunnen de omtrekspunten van de wielen roteren met snelheden van 500-600 of meer m / s, dat wil zeggen 1,5-2 keer sneller dan de geluidssnelheid, dit veroorzaakt het optreden van het karakteristieke fluitje van de turbine;
• De bedrijfs-/maximumtemperatuur van de uitlaatgassen bij de inlaat van de turbine ligt in het bereik van 650-700 ° C, en bereikt in sommige gevallen 1000 ° C;
• Het rendement van de turbine/compressor is doorgaans 0,7-0,8, bij één unit is het rendement van de turbine doorgaans lager dan het rendement van de compressor.
Ook verschillen de units qua grootte, type installatie, de noodzaak om hulpcomponenten te gebruiken, enz.
Ontwerp met turbocompressor
Over het algemeen bestaat de turbocompressor uit drie hoofdcomponenten:
1.Turbine;
2.Compressor;
3. Lagerhuis (centrale behuizing).
Typisch diagram van het aggregaatluchtdruksysteem van de verbrandingsmotor
Een turbine is een eenheid die de kinetische energie van de uitlaatgassen omzet in mechanische energie (in het koppel van het wiel), die zorgt voor de werking van de compressor.Een compressor is een eenheid voor het verpompen van lucht.Het lagerhuis verbindt beide eenheden tot een enkele structuur, en de daarin geplaatste rotoras zorgt voor de overdracht van koppel van het turbinewiel naar het compressorwiel.
Turbocompressorgedeelte
De turbine en de compressor hebben een soortgelijk ontwerp.De basis van elk van deze eenheden is het cochleaire lichaam, in de perifere en centrale delen waarvan zich leidingen bevinden voor aansluiting op het drukbehoudsysteem.In de compressor bevindt de inlaatleiding zich altijd in het midden, de uitlaat (uitlaat) bevindt zich aan de rand.Dezelfde opstelling van pijpen voor axiale turbines, voor radiaal-axiale turbines is de locatie van de pijpen het tegenovergestelde (aan de omtrek - inlaat, in het midden - uitlaat).
In de behuizing bevindt zich een wiel met bladen met een speciale vorm.Beide wielen – turbine en compressor – worden vastgehouden door een gemeenschappelijke as die door het lagerhuis gaat.De wielen zijn van massief gegoten of composiet, de vorm van de turbinewielbladen zorgt voor het meest efficiënte gebruik van uitlaatgasenergie, de vorm van de compressorwielbladen zorgt voor het maximale centrifugale effect.Moderne high-end turbines kunnen composietwielen met keramische bladen gebruiken, die een laag gewicht hebben en betere prestaties leveren.De grootte van de wielen van turbocompressoren van automotoren is 50-180 mm, krachtige locomotief-, industriële en andere dieselmotoren zijn 220-500 mm of meer.
Beide behuizingen zijn met bouten door middel van afdichtingen op het lagerhuis gemonteerd.Hier bevinden zich glijlagers (minder vaak wentellagers met een speciaal ontwerp) en O-ringen.Ook in de centrale behuizing bevinden zich oliekanalen voor het smeren van de lagers en de as, en in sommige turbocompressoren en de holte van de waterkoelmantel.Tijdens de installatie wordt de unit aangesloten op de motorsmeer- en koelsystemen.
Bij het ontwerp van de turbocompressor kunnen ook verschillende hulpcomponenten worden geleverd, waaronder onderdelen van het uitlaatgasrecirculatiesysteem, oliekleppen, elementen voor het verbeteren van de smering van onderdelen en hun koeling, regelkleppen, enz.
Onderdelen van de turbocompressor zijn gemaakt van speciale staalsoorten, voor het turbinewiel wordt hittebestendig staal gebruikt.Materialen worden zorgvuldig geselecteerd op basis van de thermische uitzettingscoëfficiënt, wat de betrouwbaarheid van het ontwerp in verschillende bedrijfsmodi garandeert.
De turbocompressor is opgenomen in het luchtdruksysteem, dat ook de inlaat- en uitlaatspruitstukken omvat, en in complexere systemen: een intercooler (radiator voor inlaatluchtkoeling), verschillende kleppen, sensoren, dempers en pijpleidingen.
Het werkingsprincipe van de turbocompressor
De werking van de turbocompressor komt neer op eenvoudige principes.De turbine van de eenheid wordt in het uitlaatsysteem van de motor gebracht, de compressor - in het inlaatkanaal.Tijdens de werking van de motor komen de uitlaatgassen de turbine binnen, raken de wielbladen, waardoor deze een deel van zijn kinetische energie krijgt en gaat draaien.Het koppel van de turbine wordt via de as rechtstreeks naar de compressorwielen overgebracht.Tijdens het draaien gooit het compressorwiel lucht naar de periferie, waardoor de druk toeneemt - deze lucht wordt naar het inlaatspruitstuk gevoerd.
Een enkele turbocompressor heeft een aantal nadelen, waarvan turbovertraging of turbopit de belangrijkste zijn.De wielen van de eenheid hebben massa en enige traagheid, zodat ze niet onmiddellijk kunnen gaan draaien als de snelheid van de krachtbron toeneemt.Daarom accelereert de turbomotor niet onmiddellijk wanneer u het gaspedaal krachtig indrukt - er is een korte pauze, een stroomstoring.De oplossing voor dit probleem zijn speciale turbinebesturingssystemen, turbocompressoren met variabele geometrie, serie-parallelle en tweetraps druksystemen, en andere.
Het werkingsprincipe van de turbocompressor
Kwesties van onderhoud en reparatie van turbocompressoren
De turbocompressor heeft minimaal onderhoud nodig.Het belangrijkste is om de motorolie en het oliefilter op tijd te vervangen.Als de motor nog een tijdje op oude olie kan draaien, kan deze dodelijk worden voor de turbocompressor - zelfs een lichte verslechtering van de kwaliteit van het smeermiddel bij hoge belasting kan leiden tot vastlopen en vernieling van de eenheid.Het wordt ook aanbevolen om de turbineonderdelen periodiek te reinigen van koolstofafzettingen, waarvoor demontage vereist is, maar dit werk mag alleen worden uitgevoerd met behulp van speciaal gereedschap en apparatuur.
Een defecte turbocompressor is in de meeste gevallen gemakkelijker te vervangen dan te repareren.Voor vervanging is het noodzakelijk om een eenheid van hetzelfde type en model te gebruiken die eerder op de motor was geïnstalleerd.Installatie van een turbocompressor met andere kenmerken kan de werking van de aandrijfeenheid verstoren.Het is beter om de selectie, installatie en aanpassing van de unit aan specialisten toe te vertrouwen - dit garandeert de juiste uitvoering van het werk en de normale werking van de motor.Met de juiste vervanging van de turbocompressor krijgt de motor een hoog vermogen en kan hij de moeilijkste taken oplossen.
Posttijd: 21 augustus 2023