Принципы работы дизельного турбокомпрессора

Турбокомпрессор представляет собой воздушный насос, использующийся в автомобилях для более эффективного сгорания топлива путем дополнительного нагнетания воздуха в двигательную систему. В транспортных средствах, питающихся соляркой, частота вращения лопастей на данном устройстве находится в спектре от 1 до 130 тысяч оборотов в минуту.

В конструкции турбокомпрессора используется 2 основных элемента:

1. Турбина.
2. Компрессор.

Они соединены прочной осью. Компрессор всасывает наружный воздух, уменьшая его объем и поставляя по каналу под высоким давлением. Математика здесь простая: чем больше воздуха нагнетается, тем эффективнее происходит сгорание горючего.

Имеется определенная взаимосвязь между рабочими мощностями компрессионной установки и турбины. В частности, чем сильнее степень сжатия выхлопов, тем выше обороты турбины.

Схема и особенности функционирования турбины

Функционал данного устройства обеспечивают такие элементы как ротор и корпус. Работает оно по следующему принципу:

• Выхлопы проходят по магистрали для отвода жидкостей.
• После этого они через патрубок двигаются по медленно сужающейся магистрали.
• Далее газы выходят к ротору, провоцируя его вращение.

На темпы вращения влияет конструкция магистрали, по которой двигаются выхлопы. Принцип здесь довольно прост: чем сильнее перекрыто выходное отверстие, тем под большим давлением выходит вещество. Форма и габариты турбины зависят от особенностей ДВС.

Отдельно стоит рассмотреть классификацию корпусов. Так, к примеру, для грузовых транспортных средств эта деталь имеет не один канал, а два. Поэтому давление воздуха на ротор в данном случае будет выше, чем на легковых автомобилях.

Турбины с двухканальной структурой дают возможность использовать импульсивное движение газовых потоков, достигая хорошего резонанса и максимально эффективно используя каждый из цилиндров двигателя.

Изделия с 2-мя магистралями могут работать по одному из принципов:

1. Потоки из каждой магистрали равномерно распыляются по ротору.
2. Каждый поток попадает только на одну сторону ротора.

Если конструкция турбины предусматривает стабильное давление выхлопов, то используются одноканальные установки. Такие системы применяются в корпусах, оснащенных водяным охлаждением, их часто можно встретить на водном транспорте.

В установках, от которых требуется переработка крупных объемов газов, нередко применяется вспомогательное кольцо, оборудованное направляющими лопастями. С помощью этой детали удается создать стабильный поток воздуха и, кроме того, отрегулировать его интенсивность, руководствуясь условиями эксплуатации.

Главное правило, которое актуально для всех установок, – они должны делаться из прочных составов, имеющих высокую устойчивость к температурным перепадам. При этом исполнительные материалы оси отличаются от материалов, использующихся для ротора, зафиксированного на ней.

Соединение выполняется по такому принципу: в результате вращения движения этих элементов в разных направлениях возникает трение. Как следствие, выделяется тепло, за счет которого они сцепляются, образуя неразъемную конструкцию.

В месте сопряжения ось является пустотелой, благодаря чему снижается степень отдачи тепла. На соединении со стороны турбины присутствует углубление, в которое устанавливается кольцо, упрочняющее поверхность. Для обеспечения стабильной эксплуатации турбины эта запчасть должна быть смонтирована без минимальных погрешностей.

Отметим, что ротор следует ставить на той стороне оси, где она имеет меньшую толщину. Для надежного крепления используются предохранительные гайки. Когда выполнено соединение ротора с осью, последнюю следует отрегулировать с предельной точностью. Только после этого конструкцию можно помещать в корпус.

Конструкция и принцип работы компрессора

Аналогично турбине, функционал компрессора обеспечивает ротор и корпус. Габариты данного устройства зависят от того, сколько воздуха он должен нагнетать. На это влияет производительность мотора и скорость вращения турбин.

К слову сказать, темпы вращения роторов, использующихся в компрессоре и турбине, одинаковые. Это обусловлено тем, что они располагаются на одной и той же оси. Лопасти делаются из алюминия. Их конструкция такова, что воздух всасывается через центральную часть ротора, после чего расходится по окружности и поступает на стенку корпуса. Далее происходит сжатие воздуха и его подача в двигательную систему.

Уплотнение корпуса подшипников

Смазывание внутренностей установки реализуется от моторного масла. Подшипники находятся практически в центре турбокомпрессора. Рабочая жидкость поступает в магистрали между подшипниками и корпусом.

Большая часть установок оснащается подшипниками, которые двигаются параллельно с осью. Но также имеются и такие, в которых они находятся в статичном состоянии, а ротация оси происходит в масляной ванне. Данная среда обеспечивает отличный смазывающий эффект, а также нормализует рабочую температуру оборудования.

Чтобы обеспечить нормальную фиксацию и долговечную службу турбокомпрессора, с обеих сторон от него устанавливаются маслоотражатели и уплотнители. Помимо предотвращения протечек масла, кольца позволяют исключить протечки на соединительных участках.

В стандартной ситуации давление в турбине и компрессоре выше, нежели в корпусе. Газы попадают в него вместе с рабочей жидкостью по маслопроводу и в результате оказываются в масляном картере двигателя. Все уплотнители, использующиеся в турбокомпрессорах, являются динамическими (то есть, работают исходя из разности в уровне давления). Таким образом, благодаря разнице давления между турбокомпрессором и корпусом, масло не просачивается к турбине.

Со стороны турбины уплотнители находятся в специально выточенных местах, находящихся на оси и в корпусе. Возле компрессора кольца устанавливаются по такому же принципу. С помощью этих деталей обеспечивается полная герметичность системы и передача тепла от оси к корпусу.

Уплотнители вращаются такими же темпами, как и ось. В них есть 3 отверстия, дающие возможность создать противодавление рабочей жидкости. Чтобы исключить ее просачивание, ось вытачивается под соответствующую форму. Как результат, под высоким давлением масло вытесняется в корпус.

Однако полностью предотвратить возможность утечки нельзя. При вращении оси на больших оборотах стандартные меры (например, манжеты в трансмиссии) окажутся малоэффективными. В связи с этим для обеспечения необходимого уровня защиты используется сразу несколько уплотнителей. В особенности важно обработать места соединения деталей, так как в них течи возникают чаще всего.

Методы дополнительной защиты турбокомпрессора от протечек

Один из наиболее эффективных способов предотвращения утечек – установить маслопровод Garrett. Если мотор работает на небольших оборотах, за ротором компрессора формируется разреженная область. Рабочая жидкость и выхлопы, находящиеся в корпусе, сквозь пространство между пластиной и уплотнениями двигаются в направлении компрессора.

При прохождении отверстия уплотнителя рабочая жидкость отбрасывается, но не покидает пределов корпуса. Что касается газов, они сжимаются и продолжают двигаться дальше. В результате происходит сепарация масла, что предотвращает его утечку.

Также для предотвращения протечек используется специальная пластина, устанавливающаяся поперек компрессора. Данная схема применяется в большинстве современных установок. Ее суть заключается в следующем: рабочая жидкость от уплотнителей опускается по пластине в отверстие для слива масла.

Если в компрессоре падает давление, отработанные газы, в отличие от масла, всасываются, поскольку они весят значительно меньше. Со стороны выхлопной трубы устанавливать такую пластину практически никогда не нужно, так как в ней давление всегда выше, нежели в корпусе оси. Единственная ситуация, когда это стоит сделать – если по каким-либо причинам возникает снижение давления в турбине.

Чтобы обеспечить продолжительную и беспроблемную службу турбокомпрессора, важно позаботиться о снижении теплоотдачи. Для этой цели используется термоизоляционная прокладка и другие терморегулирующие элементы (например, ребра охлаждения).