Турбокомпрессор устройство и принцип действия

Бесплатная консультация юриста

Усовершенствование турбонаддува

Решая проблемы устройства турбин, конструкторами была разработана схема, в которой соединились нагнетатели двух компрессоров. Эта конструкция получила название twin-turbo.

Конструкция турбины твин-турбо

В такой системе используются параллельно пара одинаковых турбин. Их задача — повысить давление и объем поступающего воздуха. Система управления включает твин-турбо в момент, когда необходимо получить на повышенных оборотах максимальную мощность.

Подобный компрессор реализован в прославленном японском авто бренда Nissan, который получил имя Skyline Gt-R.

Двигатель ниссан с системой твин-турбо

В нем установлен мотор rb26-dett. Аналогичная система, однако, оснащенная одинаковыми небольшими турбинами позволяет получить заметный прирост мощности даже при малых оборотах, при этом поддерживать турбонаддув постоянно.

Последовательное соединение разных турбин получило название Bi-turbo.

Конструкция турбины би-турбо

Конструкция устроена так, что при невысоких оборотах функционирует лишь маленькая турбина, которая обеспечивает «отзывчивость» при плавно изменяемой скорости. Если обороты резко возрастают, включается «крупная» турбина». Это позволяет машине получить значительный прирост производительности, причем в любом диапазоне функционирования двигателя. Подобная система реализована в моделях BMW biturbo, тюнинг которых вызывает восхищение.

Система би-турбо от БМВ

См. также

Автомобиль глохнет на холостых оборотах

Двигатель внутреннего сгорания – атмосферный

Принцип давно уже изучен и я бы сказал «избит»! Большинство моторов имеют четырехтактный цикл, конечно есть и двухтактные, но они на автомобилях применяются редко. Как мы можем знать, работа основана на компрессии, вот почему это такой важный показатель, и он должен быть всегда в норме.

ИТАК (4 такта):

1 такт – поршень идет вниз, открываются впускные клапана и в цилиндры поступает воздушно-топливная смесь.

2 такт — сжатие – поршень идет «максимально» вверх, сжимая смесь.

3 такт – воспламенение – сжатая смесь воспламеняется от свечей зажигания, происходит мини взрыв, который толкает поршень вниз.

4 такт — выход отработанных газов – открываются другие клапана, которые выводят эти газы, выталкивает их поршень, который также идет наверх.

Эта «классика» работает вот уже много лет, с момента основания двигателя внутреннего сгорания. Сразу хочется отметить мощность у такого классического строения – повышается за счет увеличения объема цилиндров. ТО есть двигатель объемом в 1,4 литра будет заведомо слабее, чем вариант в 2,0 литра. Но относительно недавно (если брать историю моторостроения), появились первые турбины, которые устанавливаются на этот классический двигатель, и меняют расклад сил.

Принцип работы газотурбинного двигателя

Газотурбинный двигатель (ГТД) представляет собой разновидность теплового двигателя, в конструкции которого имеются лопаточные машины. Особенностью работы является то, что превращение энергии горящего топлива в механическую работу происходит в нем непрерывно.

В ГТД составные части рабочего цикла, включающего сжатие воздуха, отвод теплоты к рабочему телу и расширение, разобщены между собой и протекают в разных местах.

Газотурбинный двигатель может быть использован в качестве теплового двигателя на газотурбовозах и самолетах.

Газотурбинный двигатель может работать на любом виде и сорте топлива (жидкое, твердое и газообразное).

На сегодняшний день известно много конструкций и схем ГТД, отличающихся друг от друга следующими параметрами:

• условиями сжигания топлива — с внутренним и внешним сжиганием;

• использованием рабочего тела в круговом процессе — разомкнутые и замкнутые системы;

• количеством валов — одновальные, двух- и многовальные.

Рис. 2. Принципиальная схема одновального газотурбинного двигателя:

1 — корпус газовой турбины; 2 — рабочее колесо газовой турбины; 3 — топливный насос; 4 — свободный вал; 5— воздушный компрессор; 6 — воздухозаборное устройство воздушного компрессора; 7— электрическая свеча зажигания; 8— камера сгорания; 9 — направляющий аппарат; 10 — газоотвод; II — потребитель мощности; 12 — пусковой двигатель

В установках СПГГ обычно используется низкосортное топливо. Турбина работает на газе с относительно невысокой температурой (500… 600 °С), поэтому для изготовления лопаток может быть использован менее жаропрочный материал. КПД таких установок достигает 35 %, однако они имеют увеличенную массу и габариты по сравнению с дизелями с газотурбинным наддувом.

Экономичность работы ГГД можно улучшить за счет повышения температуры газов перед турбиной, использования многовальных систем, применения регенерации и утилизации теплоты уходящих газов (например, для отопления и кондиционирования воздуха в вагонах), применения промежуточного охлаждения воздуха при сжатии и промежуточного подвода теплоты к газу при его расширении. Обеспечение этих мероприятий требует применения жаропрочных сталей для лопаток турбины, использования металлокерамических материалов, воздушного охлаждения части турбины. При этом КГТД действующих установок повышается до 33… 40 %.

Существуют проектные разработки и попытки создания локомотивных газотурбинных двигателей на твердом или пылевидном топливе.

Газотурбинная установка компактна, обладает малой массой на единицу мощности, не содержит деталей с возвратно-поступательным движением, которое приводит к более быстрому износу двигателя, отличается малыми затратами на содержание оборудования. Она может работать без потребления воды, в ней легко полная автоматизация процессов, имеется реальная возможность для сжигания в камере сгорания различных видов топлива, а также имеет относительно постоянный вращающий момент на валу отбора мощности.

Особенность ГТД, применяемых в авиации, является то, что энергия сгорания топлива преобразуется в энергию истечения газов, которые с большой скоростью через выпускную систему ГТД выбрасываются в атмосферу. Тяга при работе этих двигателей возникает за счет разности количеств движения (произведения массы на скорость), выходящего из выпускной системы газовоздушного потока и входящего в приемное устройство ГТД воздуха. Тяга направлена при этом в сторону, противоположную направлению истечения газов, т. е. является реактивной. Нетрудно представить себе, что для увеличения тяги реактивного двигателя необходимо увеличить разность количеств движения, т. е. на выходе из ГТД произведение массы на скорость должно значительно превышать такую же величину на входе. Решению этой задачи служат все элементы конструкции ГТД.

Существуют три типа газотурбинных двигателей: турбореактивные, турбореактивные двухконтурные и турбовинтовые. Рассмотрим принцип работы каждого типа двигателя.

Разные болты и степень затяжки ГБЦ ВАЗ-2107. В чем отличие

На “классике” изначально с завода стояли обычные болты М12х120х1.25 под головку на 19. Их первоначальный каталожный номер 2101-1003271 или 21213-1003271. Второй номер подсказывает, что такие болты также использовались на ВАЗ-21213 “Нива”, поэтому их еще называют “нивовскими болтами”. Еще одно разговорное название — “копеечные”. Но чаще всего их просто идентифицируют как “болты ГБЦ на классику старого образца”.

На автомобилях ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109 стали использоваться торсионные болты нового образца, которые подходят и для “классики” — М12х115х1.25. Откручивались и закручивались они шестигранником на 12. Примечательно, что каталожный номер у АвтоВАЗа остался тот же, 21213-1003271. И в оригинальной упаковке продаются именно болты нового образца. Их отличие в том, что они “растягиваются” — а если правильно, то подвергаются упругой деформации. Собственно, для этого и нужно двойное доворачивание на 90 градусов.

Болт ГБЦ старого образца

Торсионный болт ГБЦ нового образца

Обратите внимание на длину этих болтов, зашифрованную в маркировке. Разница в 5 мм с обычными болтами. Именно на эти 5 миллиметров болт и деформируется, полностью заполняя внутреннюю резьбу

Именно на эти 5 миллиметров болт и деформируется, полностью заполняя внутреннюю резьбу.

В чем разница между этими болтами, кроме того, что первые не продаются в оригинальной упаковке и для разных болтов нужны разные схемы затяжки? Классические болты можно использовать много раз, если их состояние это позволяет. Но с другой стороны Вам нужно не забывать делать профилактическую протяжку болтов ГБЦ. Где-то раз в году, или чаще придется проверять момент затяжки всех болтов головки блока вашей ВАЗ-2107 и докручивать при необходимости.

Болты нового образца такой процедуры не требуют, потому что благодаря упругой деформации они обеспечивают постоянный прижим крышки ГБЦ. Но зато такие болты одноразовые. При разборке ГБЦ вам придется покупать комплект новых. Да и выкручивания таких болтов может быть осложнено тем, что перетянутые без динамометрического ключа болты могут сломаться.

Судя по отзывам автовладельцев, очень часто выкрутить их удается только наварив гайки на 19. Поэтому многие стараются найти именно болты старого образца, с которыми меньше неприятностей.

Турбонаддув: принцип работы

Задача турбины – нагнетать воздух в цилиндры, что осуществляется при помощи компрессора. Благодаря этому, смесь из топлива и воздуха насыщается кислородом, что приводит к увеличению КПД и улучшению сгораемости топлива. Таким образом, движок начинает работать эффективнее при прежнем объеме.

Чтобы понять принцип работы турбины на двигателе, сначала стоит разобраться с тем, как именно работает обычный двигатель. Его функционирование обеспечивается четырьмя последовательными тактами:

1. Впуск – движение поршня обеспечивает попадание в камеру сгорания топливно-воздушной смеси.
2. Компрессия – горючая смесь сжимается.
3. Расширение – выработанная свечами искра приводит к возгоранию смеси.
4. Выпуск – поршень перемещается вверх, освобождаются и выводятся выхлопные газы.

Чтобы повысить эффективность работы мотора, идти можно по одному из трех путей:

1. установить турбонаддув;
2. увеличить объем двигателя;
3. повысить количество оборотов коленвала.

Увеличение объема, безусловно, приведет к повышению эффективности, но это неизбежно повлечет за собой повышенный расход горючего. Повышение оборотов коленчатого вала не всегда возможно по техническим причинам, к тому же, не избежать снижения эффективности из-за потерь энергии во время каждого из тактов.

Как работает турбонаддув? Он нагнетает в цилиндр предварительно сжатый воздух, вследствие чего количество поступаемого воздуха повышается, а мощность силового агрегата растет без увеличения его объема.

Когда бензиновый двигатель запускается, газы поступают в турбину, приводя с помощью своей энергии в движение ротор, раскручивающий колесо компрессора, захватывающее воздух, подаваемый в цилиндры. Компрессор увеличивает давление воздуха примерно на 80%.

Турбина на бензиновом двигателе позволяет повысить мощность примерно на 30%.

Паровая турбина

Принцип работы ее немного иной. Пар, который образуется в котле, под давлением попадает на крыльчатку турбины. Последняя совершает обороты, тем самым, вырабатывая механическую энергию. Обычно такая турбина соединена с генератором и применяется на электростанциях. Благодаря механической энергии, генератор производит электричество. Мощность таких агрегатов может достигать 1000 МВт.

Однако данный показатель существенно зависит от перепада давления пара на входе и выходе. Также подобные турбины применяются для привода питательного насоса, на кораблях и судах с ядерной установкой. Что касается военных кораблей, здесь применяется газовая турбина. Принцип работы ее заключается в следующем. Газ поступает через сопловой аппарат компрессора в область низкого давления. При этом он расширяется и ускоряется. Затем поток газа двигает лопатки турбины. Последние передают усилия на вал через диски. Таким образом создается полезный крутящий момент.

Источник

Система зажигания

Втулочные и шарикоподшипниковые турбины.

Втулочные турбины были самыми распространенными в течение долгого времени, тем не менее, новые и более эффективные шарикоподшипниковые турбины используются все чаще. Шарикоподшипниковые турбины появились как результат работы Garrett Motorsport во многих гоночных сериях.

Отзывчивость турбины на дроссель в значительной степени зависит от конструкции центрального картриджа. Шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают на 15% более быстрый выход на наддув относительно их втулочных аналогов, снижая эффект турбо-ямы и приближая ощущение от турбо-мотора к атмосферному большеобъемнику.

Шарикоподшипниковые турбины также требуют значительно меньшего потока масла через картридж для смазки подшипников. Это снижает вероятность утечек масла через сальники. Такие турбины менее требовательны к качеству масла и менее склонны к закоксовке после глушения двигателя.

По материалам Garrett TurboTech.Перевод и адаптация Oleg Coupe (TurboGarage)При использовании материалов ссылка на источник обязательна.

Перестроение из левой полосы в правую

Конструкция сопла

Через сопло проходит пар. В первых конструкциях, когда еще не были полностью изучены свойства расширения пара, сконструировать рационально работающую конструкцию с высоким КПД было невозможно.

Основная причина — сопло, которое применялось изначально, по всей длине было одинаковое по диаметру. Это повлекло то, что носитель, переходя в парообразное состояние, проходил через трубу и попадал в пространство с низким давлением. Его не хватало для нормальной работы турбины.

При этом во время выхода из этого сопла пар клубился из-за атмосферных расширений. Эти недостатки получилось исправить, когда изменили устройство трубы. Теперь пар в начале своего прохождения попадал в зауженную часть сопла, а на окончании оно постепенно увеличивалось в диаметре. Это позволило избавиться от клубов пара, поскольку они значительно понижали скорость.

Продажа Kia Rio X (X-Line) в Санкт-Петербурге

Недостатки

Сегодня имеются следующие способы решения проблемы инертности турбонаддува:

• битурбонаддув (двойной наддув);
• турбина с адаптивной геометрией;
• комбинированный наддув.

При двойном турбонаддуве применяются две небольшие турбины, которые в совокупности работают намного быстрее, чем одна с номинальным размером. Число цилиндров распределяется между этими турбинами поровну. Аналогом такой системы может быть применение нескольких компрессоров, которые приходят в движение на разных оборотах мотора, каждый в своем режиме.

Турбина с адаптивной геометрией способна изменять размер впускного канала и тем самым регулировать силу потока выхлопных газов, что также повышает эффективность работы системы.

Комбинированный наддув состоит из турбокомпрессора и механического нагнетателя. Нагнетатель создает нужное давление на малых оборотах, но как только обороты возрастают до определенной величины, в работу включается турброкомпрессор.

Высокая температура. Как уже было сказано, сжатие воздуха влечет за собой его нагрев, что отражается на работе мотора не самым лучшим образом. Поэтому зачастую приходится подключать дополнительное охлаждение, и на это уходит часть энергии.

Однако несмотря на перечисленные недостатки, турбонаддув – это отличное средство для повышения мощности и эффективности ДВС, а также его экономичности. Кроме того, многолетний опыт специалистов показывает, что варианты усовершенствования этой системы еще не исчерпаны.

Видео об особенностях и принципах работы турбонаддува

Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:

• Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно – это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
• Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
• Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем – механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.

Разные болты и степень затяжки ГБЦ ВАЗ-2107. В чем отличие

На “классике” изначально с завода стояли обычные болты М12х120х1.25 под головку на 19. Их первоначальный каталожный номер 2101-1003271 или 21213-1003271. Второй номер подсказывает, что такие болты также использовались на ВАЗ-21213 “Нива”, поэтому их еще называют “нивовскими болтами”. Еще одно разговорное название — “копеечные”. Но чаще всего их просто идентифицируют как “болты ГБЦ на классику старого образца”.

На автомобилях ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109 стали использоваться торсионные болты нового образца, которые подходят и для “классики” — М12х115х1.25. Откручивались и закручивались они шестигранником на 12. Примечательно, что каталожный номер у АвтоВАЗа остался тот же, 21213-1003271. И в оригинальной упаковке продаются именно болты нового образца. Их отличие в том, что они “растягиваются” — а если правильно, то подвергаются упругой деформации. Собственно, для этого и нужно двойное доворачивание на 90 градусов.

Болт ГБЦ старого образца

Торсионный болт ГБЦ нового образца

Обратите внимание на длину этих болтов, зашифрованную в маркировке. Разница в 5 мм с обычными болтами

Именно на эти 5 миллиметров болт и деформируется, полностью заполняя внутреннюю резьбу.

В чем разница между этими болтами, кроме того, что первые не продаются в оригинальной упаковке и для разных болтов нужны разные схемы затяжки? Классические болты можно использовать много раз, если их состояние это позволяет. Но с другой стороны Вам нужно не забывать делать профилактическую протяжку болтов ГБЦ. Где-то раз в году, или чаще придется проверять момент затяжки всех болтов головки блока вашей ВАЗ-2107 и докручивать при необходимости.

Болты нового образца такой процедуры не требуют, потому что благодаря упругой деформации они обеспечивают постоянный прижим крышки ГБЦ. Но зато такие болты одноразовые. При разборке ГБЦ вам придется покупать комплект новых. Да и выкручивания таких болтов может быть осложнено тем, что перетянутые без динамометрического ключа болты могут сломаться.

Судя по отзывам автовладельцев, очень часто выкрутить их удается только наварив гайки на 19. Поэтому многие стараются найти именно болты старого образца, с которыми меньше неприятностей.

Труды Густава Лаваля

Первым создателем турбины на пару стал Густав Лаваль, изобретатель родом из Швеции. Бытует мнение о том, что к конструированию такого механизма его привело желание обеспечить собственноручно сделанный сепаратор для молока механическим действием, выполняющимся без прямого вмешательства человеком. Двигатели тех времен не позволяли создавать необходимую скорость вращения.

Рабочим телом в машине Лаваля послужил пар. В 1889 году он сделал дополнение сопла турбин, на которые поставил конические расширители. Его труд стал инженерным прорывом, и это ясно, ведь анализ величины нагрузки, которую оказывали на рабочее колесо, показывает, что она была сверхсильной. Такое воздействие даже при малейшем нарушении привело бы к сбою в удержании центра тяжести и вызвало бы незамедлительное возникновение неполадок в работе подшипников. Избежать такой проблемы изобретатель смог при помощи использования тонкой оси, прогибающейся при вращении.

Устройство турбин

Общая форма турбонагнетателей — спираль, заключенная в корпус. Оболочка и детали выполняются из металла. Чтобы конструкция имела как можно меньший вес, для ее производства используют легированный алюминий с дополнительным покрытием, защищающим от трения, коррозии, воздействия агрессивных химических соединений. В ряде случаев в качестве материала может быть применена нержавеющая сталь или чугун.

Турбонагнетатели состоят из двух основных частей. Одна из них называется собственно турбиной, другая — компрессором. Оба отдела соединены дисками и подшипниками и дополнены более мелкими деталями, вместе с которыми заключены в общий цельный спиралевидный корпус с несколькими отверстиями. В обеих основных частях имеются рабочие механизмы в виде колес, которые и обеспечивают работу этих отделов.

Со стороны компрессорного отдела устройство оснащено пневмоприводом, который соединяется с перепускным клапаном и обеспечивает энергию для работы устройства. Привод имеет патрубок, ведущий к выходному каналу компрессора, через который сжатый воздух направляется в цилиндры двигателя. Сам перепускной клапан расположен снизу от турбинного отдела, рядом с колесом и диском этой части конструкции.

Ремонт турбокомпрессора

Для устранения дефекта актуатора полная разборка турбонагнетателя двигателя обычно не требуется. Если же неисправность сложнее – заклинивания клапана актуатора, то ее устранение потребует полной разборки агрегата. Чтобы отремонтировать турбокомпрессор самому сделайте следующее:

• Вымойте корпус и осмотрите узел для определения неисправности.
• Рисками пометьте положение улитки турбины относительно улитки компрессора.
• Снимите с корпуса подшипников обе улитки.
• Разберите «картридж». Для этого отверните крепления крыльчаток и снимете их. Учтите, что резьба для фиксации на торцах вала всегда левая. Посадка ступиц крыльчаток на вал – конусная. Поэтому для снятия часто приходится использовать универсальный съемник.
• Незначительное нарушение геометрии лопастей поправьте подгибанием. После этого, так же как и после замены рабочих колес, вал с крыльчатками необходимо балансировать.
• При нарушении геометрии опорных шеек вала прошлифуйте их на круглошлифовальном станке, если износ не превысил предельно допустимые значения. В случае превышения предельно допустимого износа – замените вал.
• Поменяйте вкладыши в корпусе подшипников. Проследите за тем, чтобы отверстия для подачи масла в корпусе и вкладышах совпали.
• Внутреннюю поверхность вкладышей обработайте разверткой. Ее размер должен быть больше, чем диаметр опорных шеек вала на 0,04 мм.
• Продуйте и промойте полость корпуса подшипников.
• Смажьте опорные шейки маслом и соберите картридж.
• Прикрепите улитки.
• Если при установке турбонаддува обнаружится, что старые прокладки пришли в негодность, вы можете изготовить их самостоятельно. Для уплотнения соединения, через которое проходят выхлопные газы, нужно использовать металлоасбест. Для остальных подойдет паронит или прессшпан прокладки. Последние при установке нужно слегка смазать обычным силиконовым герметиком.

Чтобы восстановить картридж турбины, требуется доступ к оборудованию и инструментам, отсутствующим в обычном гараже. Если у вас его нет, вам придется оплачивать услуги специалистов, которые выполнят необходимые операции. Поэтому выгоднее всего отремонтировать турбокомпрессор двигателя самому. Если вы хотите гарантированно хороший результат, лучше всего поменять картридж на новый.

Ремонт защиты от перегрузок

Для проверки исправности актуатора запустите мотор и снимите с патрубка шланг, подводящий давление к диафрагме актуатора. Если клапан актуатора не поменял свое положение, то неисправность налицо. Ремонт механического актуатора чаще всего заключается в замене диафрагмы управления устройством или иное устранение негерметичности управляющего пневмопривода. Если же заклинивание клапана актуатора дизеля вызвано отложениями грязи, то чтобы отремонтировать его, достаточно чистки.

Поиск неисправности электромеханического актуатора турбонаддува двигателя может потребовать проверки электрической части устройства. Чаще всего здесь встречаются такие дефекты, как окислившиеся контакты соединений и обрыв в проводах рядом с местом обжима клемм.

Работа турбин

Функционирование данных устройств основано на том, что сквозь всю конструкцию турбированного компрессора в процессе работы проходят три потока вещества:

• Воздух. Этот поток обеспечивает выполнение основной функции устройства. Атмосферный воздух закачивается с помощью пневмопривода через отверстие в корпусе конструкции. Он сжимается в камере компрессора посредством движения колеса и подается под давлением через патрубок в цилиндры двигателя.
• Выхлоп. Этот поток обеспечивает безопасное и экологичное отведение из машины продуктов сгорания. Смесь от отработанного топлива поступает из двигателя через отверстие в нижней части конструкции и попадает в камеру турбины. Там оно проходит через колесо и выбрасывается в атмосферу из отверстия в корпусе.
• Масло. Этот поток обеспечивает снабжение компрессорного колеса смазочным веществом. Техническое масло поступает в конструкцию через отверстие в верхней части камеры компрессора. Оно проходят через этот отдел и смазывают рабочий механизм, а затем выводится из агрегата через отверстие в его нижней части.

В норме, когда турбированный компрессор полностью исправен, воздушный поток проходит легко и быстро, двигатель реагирует без задержек, и технические показатели имеют высокие значения. Выхлопной поток при этом светлого цвета, белый и вовсе бесцветный, с умеренным запахом и относительно экологичный. Масло чистое, без излишнего запаха, нормальной плотности, без сгустков, оно идет легко и мягко.