Турбокомпресори | все про турбіни

Призначення та принцип роботи турбокомпресора

Компресор (від лат. compressio – стиск) – енергетична машина або пристрій для підвищення тиску (стиснення) та переміщення газоподібних речовин. Вони використовуються у побутових та промислових потребах, на будівельних підприємствах, у медичних установах, транспортних та виробничих компаніях. У промисловості часто використовуються також компресорні установки. Вони складаються з компресора, приводу та додаткових пристроїв. 

Нагнітач (також ПЦН - приводний відцентровий нагнітач) - компресор для попереднього стиснення повітря або суміші повітря з паливом, що надходять у циліндри двигуна внутрішнього згоряння та збільшення масового заряду паливної суміші. В результаті, через більш високу сумарну калорійність надходить в циліндри паливо-повітряної суміші, підвищується потужність двигуна. Нагнітачі знайшли широке застосування в поршневих двигунах внутрішнього згоряння для ситуацій, де потрібне примусове забезпечення циліндра повітрям, тобто у двотактних дизелях, або там, де потрібна підвищена питома потужність – у гоночних автомобільних та авіаційних двигунах.

Турбонаддув - один із методів агрегатного наддуву, заснований на використанні енергії відпрацьованих газів. Основний елемент системи – турбокомпресор , іноді – турбонагнітач з механічним приводом.

Турбокомпресор (розмовне «турбіна», фр. turbine від лат. turbo — вихор, обертання) — це пристрій, що використовує гази, що відпрацювали (вихлопні гази) для збільшення тиску всередині впускної камери.

Навіщо встановлюються турбінні пристрої на авто та техніку? Багатьох автомобілістів-початківців цікавить питання про те, що зміниться в плані експлуатації авто/техніки, якщо купити турбокомпресор. Ми пропонуємо перелік найважливіших переваг цієї системи для автотранспортних засобів. Полягають вони наступного:

• Якщо Ви вирішите встановити турбонаддув – це збільшить потужність Вашої техніки у кілька разів, причому одразу після встановлення;


• Якщо Ви вирішите купити турбокомпресор – кількість витрати палива зменшиться вдвічі, одразу після монтажу;


• Купівля турбінного обладнання окупається протягом півроку (за умови регулярної експлуатації автомобіля/техніки);


• Якщо Ви вирішите купити цей вузол - Ви заощадите на придбанні потужнішого двигуна, що безпечно дозволить подорожувати на більш далекі відстані, не боячись агресивних доріг;


• Купівля турбокомпресора забезпечує стабільну роботу двигуна на тривалий термін; 


• Купівля автотурбін є екологічним рішенням, оскільки забруднення навколишнього середовища помітно зменшується.

Принцип роботи турбіни

Турбіна працює за рахунок енергії відпрацьованих газів. Турбокомпресор - це комбінування турбіни та відцентрового компресора.

Вихлопні гази з більшою швидкістю обертають колесо турбіни на валу, а в іншому кінці валу знаходиться відцентровий насос, який нагнітає більше повітря в циліндри.

Щоб охолодити стиснене турбіною повітря, використовують додатковий радіатор - інтеркулер .

Принцип роботи турбокомпресора заснований на використанні енергії газів, що відпрацювали. Гарячий потік вихлопних газів потрапляє в корпус турбін, давлячи на лопаті, він розганяє крильчатку турбіни, закріпленої на валу, до величезної швидкості, аж до 250 тис. оборотів за хвилину (він залишає корпус через центральний отвір, прямуючи у випускну систему), тим самим розкручуючи крильчатку і лопаті компресорного кільця, що знаходяться на одному валу з нею, які, засмоктуючи повітря в холодний равлик, нагнітають / стискають повітря в циліндри двигуна.

 

Так як при використанні наддуву повітря в циліндри подається примусово (під тиском), а не тільки за рахунок розрідження, створюваного поршнем (це розрідження здатне взяти лише певну кількість суміші повітря з паливом), то двигун потрапляє велика суміш повітря з паливом. Як наслідок, при згорянні збільшується обсяг палива, що згоряється з повітрям, газ, що утворився, займає більший обсяг і відповідно виникає велика сила, що давить на поршень.

Як правило, у турбодвигунів менша питома ефективна витрата палива (грам на кіловат-годину, г/(кВт·год)), і вище літрова потужність (потужність, що знімається з одиниці об'єму двигуна — кВт/л), що дає можливість збільшити потужність невеликого двигуна без збільшення обертів двигуна.

Внаслідок збільшення маси повітря, що стискається в циліндрах, температура в кінці такту стиснення помітно збільшується і виникає можливість детонації. Тому, конструкцією турбодвигунів передбачена знижена ступінь стиснення, застосовуються високооктанові марки палива, а також в системі передбачений проміжний охолоджувач наддувного повітря (інтеркулер), що є радіатором для охолодження повітря. Зменшення температури повітря потрібно також і для того, щоб щільність його не знижувалась внаслідок нагрівання від стиснення після турбіни, інакше ефективність усієї системи значно впаде.

 

Основні елементи турбокомпресора:

1. Корпус турбіни (гарячий равлик) – в основному виготовляється із сфероїдного чавуну для того, щоб витримувати високу температуру.


2. Колесо турбіни (крильчатка) – покривається нікелевим сплавом та з'єднується валом із колесом компресора.


3. Вал.


4. Корпус підшипників.


5. Корпус компресора (холодний равлик) - до цієї деталі не пред'являються жодних особливих вимог експлуатації, тому її виробляють в основному з алюмінію для економії коштів.


6. Колесо компресора (повітряна крильчатка) - в основному виготовляється з алюмінію і лише в окремих випадках (коли потрібно, щоб компресор пропрацював тривалий термін під високим навантаженням) його роблять з титану.


7. Олійні канали.

Продуктивність турбокомпресора можна визначити інтуїтивно на око. Чим більший його розмір, тим більший тиск може витримати. Велика турбіна вміщує більший об'єм і тиск і як наслідок забезпечує більший приріст потужності двигуна. При цьому на малих оборотах все більші турбокомпресори страждають від турбозатримки. Тоді як їхні малі менш продуктивні побратими швидше набирають номінальну потужність.

За регулювання тиску наддуву всередині корпусу турбіни відповідає перепускний клапан (англ. wastegate). Він працює на пневмо приводі і керується системою керування двигуна.

Основним функціональним елементом турбокомпресора є середній (центральний) корпус (картридж). По суті, це весь турбокомпресор без равликів. Через нього проходить ротор (турбінне та компресорне колесо з'єднані валом). Вал обертається при мінімальному терті в масляній ванні під тиском з максимальною швидкістю одягнений у втулки (підшипники або рідше шарикопідшипники) картриджа.

Система мастила двигуна відповідає за подачу мастила в турбокомпресор. Вона не лише змащує, а й охолоджує деталі, що нагріваються. Якість олії є одним із найбільш значущих факторів в експлуатації турбіни. Від нього залежить те, наскільки довго вам прослужить турбонагнітач. Перед встановленням нового або заміною старого турбокомпресора обов'язково варто провести повну заміну олії. Турбовані двигуни з ікорним запалюванням мають краще охолодження оскільки середній корпус спочатку включений в систему охолодження мотора.

Відцентровий компресор є чудовим прикладом створення додаткового тиску усередині впускної камери. Його конструкція майже повністю аналогічна механічному нагнітачу. Повітря надходить у центр колеса, а потім по низхідній в периферію корпусу створюючи момент, що крутить. Дифузор у свою чергу перетворює кінетичну енергію повітря для підвищення тиску при різкому зниженні швидкості руху потоку. У впускний колектор надходить стиснене повітря.

Для економії засобів корпус та колесо компресора виготовляють із алюмінію.

ЯК ІДЕНТИФІКУВАТИ ВАШ ТУРБОКОМПРЕСОР

Для ідентифікації турбокомпресора потрібно знати його оригінальний номер. 

Найчастіше він знаходиться на вигравіруваній пластині або просто вибитий на корпусі компресорної частини.

КРОК ПЕРШИЙ: Очистіть пластину або корпус. Номер побачити дуже важко, тому площу потрібно промити або почистити м'яким матеріалом використовуючи очисник. Використовуючи шорсткий матеріал - можна пошкодити поверхню.

КРОК ДРУГИЙ: Визначте оригінальний номер турбокомпресора. Кожен Бренд турбокомпресора має свій номер. Тут кілька прикладів (виберіть виробника Вашого турбокомпресора):

 

Гаррет

Номер деталі Garrett зазвичай містить 6 символів починаючи з 4 або 7, потім слідує тире і додаткові цифри. Наприклад, 454083-1; 452204-2; 720244-5004s; 712290-0002.

 

BorgKKK (або BorgWarner)

Номер деталі KKK містить 11 символів, починаючи з 5 або K. Наприклад: 5303-970-0057; 5303-988-0023; 5435-988-0125; K14-7805; K16-7805; KP35-7805; KP39-7805; K03-05.

Якщо OEM номер Вашого KKK турбокомпресора починається з K, конвертуйте номер в 11-значний код, використовуючи цей приклад:

K14-7805 ідентичний 5314-970-7805

KP35-0054 ідентичний 5435-970-0054

K539

KP39-0022 означає 5439-970-0022

 

 

Mitsubishi

Mitsubishi або MHI номер деталі складається з перших 5 чисел та додаткових 5 чисел наступними після знаку мінус. Наприклад, 49177-02510; 49173-06501; 49135-05620.

 

светр

Все дуже просто, якщо у Вас SCHWITZER турбокомпресор. Просто введіть 6-значний номер у пошукову систему і вибирайте зі списку потрібну Вам деталь або турбокомпресор.

 

 

ЧОМУ

Якщо у Вас IHI турбокомпресор - Вам необхідно знайти спеціальний номер, що складається з двох великих літер та двох цифр. Наприклад: VJ32; VA81; VJ27; VL25. У поодиноких випадках із чотирьох літер: VIBG; VIEZ

 

Toyota

Для ідентифікації TOYOTA турбокомпресор Вам необхідно знайти 10-значний номер, розділений знаком мінус. Зазвичай він знаходиться на корпусі турбокомпресора (алюмінієва частина). Іноді він приклеєний на актуаторі (рис.).

 

КРОК ТРЕТІЙ: Введіть оригінальний номер Вашого турбокомпресора у вікно пошуку нашого сайту – отримайте повний список деталей для Вашого турбокомпресора. Або скористайтесь фільтром по товарах сайту, вибравши потрібну Марку-виробника або Тип обладнання.

КРОК ЧЕТВЕРТИЙ : Зв'яжіться з нашим відділом продажів для подальшого обслуговування.

Встановлення та запуск турбіни

1. При заміні несправного турбокомпресора на новий або відремонтований необхідно, перш за все, з'ясувати причину несправності та усунути її до встановлення ТКР.


2. Замініть масло та масляний, повітряний фільтри, відповідно до вимог заводу виробника автомобіля.


3. Промийте та продуйте повітряну магістраль між турбіною та повітряним фільтром. Переконайтеся у її герметичності.


4. Промийте та продуйте повітряну магістраль між турбіною та двигуном. Перевірте з'єднання на герметичність.


5. Перевірте впускний та випускний колектори на предмет відсутності сторонніх предметів.


6. Перед установкою за допомогою шприца залийте чисту олію в отвір подачі масла в турбокомпресор і провертайте ротор пальцем до появи олії з отвору зливу олії.


7. Використання герметиків на подачі та зливі олії категорично заборонено. Використовуйте прокладки.


8. Після встановлення турбокомпресора на двигун перевірте герметичність з'єднань.


9. Перед запуском двигуна необхідно прокрутити його стартером (не заводячи) доти, доки система мастила не заповниться маслом (не згасне контрольна лампа).


10. Запустити та прогріти двигун.


11. Перед початком експлуатації перевірте всі з'єднання на герметичність.


12. Обкатати турбокомпресор. Чи не давати максимальних навантажень перші 500 км.

 

Компресор чи турбіна: Що краще вибрати для автомобіля? | Переваги та недоліки цих агрегатів

Сьогодні дуже актуально збільшувати швидкісні показники свого автомобіля. Найбільш поширені варіанти - це встановлення компресора або турбіни: що краще пробуємо розібратися в цій статті.

Принцип роботи турбо наддуву ми розглядали вище.

Далі розберемося з принципами роботи, плюсами та мінусами даних покращень для двигуна.

 

Принцип роботи компресора

Існують об'ємні нагнітач, вони подають повітря в двигун рівними порціями незалежно від швидкості, що дає переваги на низьких оборотах.

Механічний компресор - Нагнітач

Компресори зовнішнього стиснення дуже добре підходять там, де потрібно багато повітря на низьких оборотах. Мінус це те, що тиску він сам не створює і може створити зворотний потік. Його стиск має досить низький ККД.

Компресори внутрішнього стиснення досить хороші на високих оборотах і мають набагато менший ефект зворотного потоку. Через високі вимоги до виготовлення мають високу ціну, а при перегріві мають шанс заклинювання.

Динамічні нагнітачі працюють при досягненні певних оборотів, зате з великою ефективністю.

Компресори працюють від колінчастого валу двигуна за допомогою додаткового приводу. І тому обороти компресора залежить від оборотів двигуна.

 

Недоліки компресора та турбіни

Турбіна добре підходить для збагачення киснем паливної суміші. Але все ж таки має свої мінуси:

• турбіна - це стаціонарний пристрій і потребує повної прив'язки до двигуна;


• на малих оборотах вона не дає великої потужності, а лише на великих здатна показати всю свою міць;


• перехід з малих оборотів до високих називається турбо - ямою, чим більшу потужність має турбіна, тим більше буде ефект турбо - ями.

У наш час вже є турбіни, добре працюють на високих і низьких оборотах двигуна, а й ціна вони відповідно пристойна. При виборі компресора або турбіни, багато хто віддає перевагу турбо-наддуву , незалежно від ціни.

Основні функціональні недоліки, властиві всім турбокомпресорам, виникають у зв'язку з інерційністю дії пристрою. Інакше кажучи, у процесі роботи виникає затримка між натисканням на акселератор (педаль газу), зростанням тиску вихлопних газів і збільшенням потужності двигуна. Ця послідовність називається турбояма і з'являється через силу тертя . Її протилежність - турбозатримка є прямим наслідком турбоями і проявляється в різкому стрибку потужності двигуна на короткий термін.

Для зниження негативних ефектів цих функціональних недоліків та підвищення продуктивності компанії-виробники турбокомпресорів постійно вдосконалюють свої вироби. Застосовують такі технічні рішення:

• Розробка та встановлення нових блоків підшипників, що знижують втрати через сили тертя.


• Зменшення маси турбіни шляхом обточування деталей та заміни деталей на інші виготовлені з більш легких матеріалів (у тому числі кераміки).


• Турбокомпресор з геометрією, що змінюється (англ. VNT-турбіна).


• Роздільний турбокомпресор (англ. twin-scroll).

З компресором набагато простіше при встановленні та експлуатації. Працює він на низьких та на високих оборотах. Також він не вимагає великих зусиль або витрат при ремонті, оскільки, на відміну від турбіни, компресор – незалежний агрегат .

Компресор працює безпосередньо від колінчастого валу і йому не потрібно чекати доки підніметься тиск вихлопних газів. 

Щоб налаштувати турбіну, знадобиться хороший фахівець для налаштування під паливну суміш. А щоб налаштувати компресор – не потрібно великих зусиль чи якихось професійних знань, все налаштовується паливними жиклорами.

Крім того, турбо-наддув досить сильно нагрівається , через свою особливість - розвивати дуже високі обороти.

У приводних нагнітачів (компресорів) тиск не залежить від оборотів і тому автомобіль дуже чітко реагує на натискання педалі газу, а це досить цінна якість, коли машина розганяється. Ще вони дуже прості у своїй конструкції.

Але є недоліки і у компресорів : мотори, обладнані нагнітачами з механічним приводом, мають велику витрату палива та менший ККД, порівняно з турбіною .

Також є великі відмінності у ціні. Будь-яка потужна турбіна популярного виробника матиме велику вартість і дорога в обслуговуванні. До того ж - потрібно для її встановлення чимало додаткового обладнання. Компресору ж потрібен лише додатковий привід.

У будь-якому випадку вирішувати Вам, що краще: компресор чи турбіна, зважте всі позитивні та негативні якості та зробіть правильне рішення!

 

 

Види турбонаддуву

Роздільний турбокомпресор – це турбокомпресор у якого є два входи для вихлопних газів та два сопла для кожної пари циліндрів. Дана конструкція забезпечує максимальну продуктивність і перешкоджає попаданню відпрацьованих газів назад до циліндрів. Перше сопло відповідає за максимально швидке реагування, а друге підвищену продуктивність та збільшення ККД.

Крім цього ТКР з подвійним равликом має розділені випускні канали, що запобігають перекриття під час випуску вихлопних газів. 

Турбіна з геометрією, що змінюється (або турбіна зі змінним соплом) - найбільш широко застосовується у виробництві дизельних двигунів. Основна її технічна відмінність від інших видів турбін – це наявність усередині рухливих лопатей з приводом регулюючих потік газів у самій турбіні. Залежно від кута нахилу лопатей змінюється швидкість вихлопних газів, тим самим узгоджуючи тиск і обороти двигуна.

У деяких конструкціях турбонаддува застосовуються по два (автомобілі КамАЗ) і більше турбокомпресорів (потрійний наддув для дизелів BMW) підключені паралельно або послідовно для збільшення продуктивності (або для того, щоб один працював на великих оборотах, а другий на малих).

 

Обслуговування авто з турбіною

Турбокомпресор є частиною двигуна. Будь-які несправності систем двигуна безпосередньо відбиваються на роботі турбіни та призводять до передчасного виходу її з ладу.

Щоб цього уникнути необхідно:

• періодично перевіряти та усувати несправності паливної системи


• своєчасно міняти масло, масляний та повітряний фільтри


• використовувати олії та фільтри, рекомендовані заводом-виробником


• перед зупинкою двигуна після інтенсивної їзди необхідно охолоджувати турбіну. Для цього необхідно дати двигуну попрацювати на оборотах холостого ходу не менше ніж 3 хв.


• не експлуатувати двигун до його прогріву


• не експлуатація автомобіль без повітряного фільтра або з негерметичними патрубками


• не експлуатувати автомобіль з низьким рівнем олії в піддоні двигуна


• не експлуатувати автомобіль із несправною системою випуску (забитими сажним фільтром, каталізатором, глушником).

Несправності

Коли в двигуні з примусовим наддувом виходить з ладу турбокомпресор, не варто відразу звинувачувати в цьому саму турбіну. Практикою встановлено, що здебільшого відмова турбокомпресора викликається «зовнішніми» причинами.

Справа в тому, що турбокомпресор - найбільш високо-навантажений агрегат двигуна. Умови, у яких працює турбокомпресор, характеризуються величезним перепадом температур. У той час як його турбінна частина піддається впливу газів, що відпрацювали, з температурою порядку 1000°С, з боку компресора температура в два рази нижче. Температурний фактор погіршується високими динамічними навантаженнями, що виникають внаслідок величезної частоти обертання ротора, яка може досягати 250 000 хв-1. Номінальні режими роботи турбокомпресора, що визначаються вимогами розробників двигунів та залежать від заявлених параметрів двигуна, близькі до граничних. Тому будь-які відхилення характеристик двигуна, навіть на перший погляд незначні, згубно впливають на працездатність турбокомпресора і можуть призвести до його відмови. З цього погляду турбіну можна як свого роду індикатор стану двигуна. Ситуація посилюється тим, що турбокомпресору, за визначенням, судилося працювати «на перехресті» багатьох систем двигуна: системи впуску та випуску відпрацьованих газів, системи мастила та охолодження, вакуумної системи та системи вентиляції, а також системи управління двигуном. Несправність кожної їх обертається порушенням нормального (розрахункового) режиму роботи турбокомпресора. Тож надійність турбокомпресора залежить від численних зовнішніх факторів. вакуумної системи та системи вентиляції, а також системи керування двигуном. Несправність кожної їх обертається порушенням нормального (розрахункового) режиму роботи турбокомпресора. Тож надійність турбокомпресора залежить від численних зовнішніх факторів. вакуумної системи та системи вентиляції, а також системи керування двигуном. Несправність кожної їх обертається порушенням нормального (розрахункового) режиму роботи турбокомпресора. Тож надійність турбокомпресора залежить від численних зовнішніх факторів.

Перш ніж ставити новий турбокомпресор, замість того, що вийшов з ладу, потрібно обов'язково виявити та усунути причину його відмови. Якщо цього не зробити, то з великою ймовірністю і нова турбіна незабаром буде пошкоджена. Щоб відстрочити заміну турбокомпресора або зовсім виключити її, потрібно мати чітке уявлення про причини, що провокують відмову турбокомпресора, та вживати дієвих заходів щодо їх усунення.

Поломка	Причина	Фото
1. Викид моторного масла у впускний колектор двигуна	- Знос кільця ущільнювача з боку корпусу компресора
2. Викид моторного масла в приймальну трубу глушника	- Знос кільця ущільнювача з боку корпусу турбіни
	- Знос вала турбокомпресора (посадкове місце кільця ущільнювача з боку корпусу турбіни)
3. Турбокомпресор видає сторонні звуки (виття, свист)	- Зношування радіального або завзятого підшипника турбокомпресора, як наслідок – зіткнення при роботі колеса турбіни з корпусом турбіни та (або) колеса компресора з корпусом компресора.
	- Порушення геометрії колеса компресора через зовнішній механічний вплив (попадання стороннього предмета з боку повітряного фільтра), як наслідок – перевищення допустимого дисбалансу ротора турбокомпресора.
	- Порушення геометрії колеса турбіни через зовнішній механічний вплив (попадання стороннього предмета з боку випускного колектора двигуна), як наслідок – перевищення допустимого дисбалансу ротора турбокомпресора.
4. Вихід з ладу валу турбокомпресора (злам)	- Недостатня мастило або повна її відсутність
	- Використання неякісних мастильних матеріалів
	- Попадання стороннього предмета з боку випускного колектора двигуна
	- Попадання стороннього предмета з боку повітряного фільтра
5. Турбокомпресор не розвиває необхідного тиску наддуву	- Зношування або пошкодження колеса турбіни
	- Зношування або пошкодження колеса компресора
	- Несправна система керування турбокомпресором (де вона є).

 

Історія наддуву та нагнітачів (компресорів)

Не ждите, заказывайте сейчас: (063) xxx xx xx показать