Polttomoottoreiden tehon lisäämiseksi käytetään laajalti erikoisyksiköitä - turboahtimia.Lue artikkelista, mitä turboahdin on, minkä tyyppisiä nämä yksiköt ovat, miten ne on järjestetty ja mihin periaatteisiin niiden toiminta perustuu, sekä niiden huollosta ja korjauksesta.
Mikä on turboahdin?
Turboahdin on polttomoottoreiden kokonaispaineistusjärjestelmän pääkomponentti, yksikkö, joka lisää painetta moottorin imukanavassa pakokaasujen energian vuoksi.
Turboahdinta käytetään lisäämään polttomoottorin tehoa ilman radikaaleja häiriöitä sen suunnitteluun.Tämä yksikkö lisää painetta moottorin imukanavassa tarjoten lisääntyneen määrän polttoaine-ilmaseosta polttokammioihin.Tässä tapauksessa palaminen tapahtuu korkeammassa lämpötilassa, jolloin muodostuu suurempi määrä kaasuja, mikä johtaa mäntään kohdistuvan paineen nousuun ja seurauksena vääntömomentin ja moottorin tehon ominaisuuksien lisääntymiseen.
Turboahtimen käyttö mahdollistaa moottorin tehon lisäämisen 20-50% sen kustannusten minimaalisella nousulla (ja merkittävämmillä muutoksilla tehon kasvu voi olla 100-120%).Yksinkertaisuuden, luotettavuuden ja tehokkuuden vuoksi turboahdinpohjaisia paineistusjärjestelmiä käytetään laajalti kaikentyyppisissä polttomoottoriajoneuvoissa.
Turboahtimien tyypit ja ominaisuudet
Nykyään turboahtimia on laaja valikoima, mutta ne voidaan jakaa ryhmiin käyttötarkoituksensa ja soveltuvuuden, käytetyn turbiinityypin ja lisätoimintojen mukaan.
Tarkoituksen mukaan turboahtimet voidaan jakaa useisiin tyyppeihin:
• Yksivaiheisissa paineistusjärjestelmissä - yksi turboahdin moottoria kohti tai kaksi tai useampia yksiköitä, jotka toimivat useilla sylintereillä;
• Sarja- ja sarja-rinnakkaistäyttöjärjestelmille (eri muunnelmia Twin Turbosta) - kaksi identtistä tai erilaista yksikköä, jotka toimivat yhteisellä sylinteriryhmällä;
• Kaksivaiheisissa paineistusjärjestelmissä on kaksi eri ominaisuuksilla varustettua turboahdinta, jotka toimivat pareittain (peräkkäin peräkkäin) yhdelle sylinteriryhmälle.
Yleisimmin käytettyjä ovat yksivaiheiset paineistusjärjestelmät, jotka on rakennettu yhden turboahtimen pohjalta.Tällaisessa järjestelmässä voi kuitenkin olla kaksi tai neljä identtistä yksikköä - esimerkiksi V-muotoisissa moottoreissa kullekin sylinteririville käytetään erillisiä turboahtimia, monisylinterisissä moottoreissa (yli 8) voidaan käyttää neljää turboahdinta, joista kukin joka toimii 2, 4 tai useammalla sylinterillä.Vähemmän yleisiä ovat kaksivaiheiset paineistusjärjestelmät ja erilaiset Twin-Turbon muunnelmat, niissä käytetään kahta eri ominaisuuksilla varustettua turboahdinta, jotka voivat toimia vain pareittain.
Soveltuvuuden mukaan turboahtimet voidaan jakaa useisiin ryhmiin:
• Moottorityypin mukaan - bensiini-, diesel- ja kaasuvoimayksiköille;
• Moottorin tilavuuden ja tehon osalta - pienille, keskisuurille ja suurille tehoyksiköille;nopeille moottoreille jne.
Turboahtimet voidaan varustaa yhdellä kahdesta turbiinityypistä:
• Säteittäinen (säteittäinen aksiaalinen, keskipetaalinen) - pakokaasuvirta syötetään turbiinin juoksupyörän kehälle, liikkuu sen keskelle ja poistetaan aksiaalisuunnassa;
• Aksiaalinen - pakokaasuvirta syötetään pitkin turbiinin juoksupyörän akselia (keskikohtaan) ja poistetaan sen kehältä.
Nykyään käytetään molempia järjestelmiä, mutta pienissä moottoreissa voit usein löytää turboahtimia, joissa on radiaali-aksiaalinen turbiini, ja tehokkaissa voimayksiköissä aksiaaliset turbiinit ovat suositeltavia (vaikka tämä ei ole sääntö).Turbiinityypistä riippumatta kaikki turboahtimet on varustettu keskipakokompressorilla - siinä ilma johdetaan juoksupyörän keskelle ja poistetaan sen kehältä.
Nykyaikaisilla turboahtimilla voi olla erilaisia toimintoja:
• Kaksoissisääntulo - turbiinissa on kaksi tuloa, joista jokainen vastaanottaa pakokaasut yhdestä sylinteriryhmästä, tämä ratkaisu vähentää painehäviöitä järjestelmässä ja parantaa tehostuksen vakautta;
• Muuttuva geometria - turbiinissa on liikkuvat siivet tai liukurengas, jonka kautta voit muuttaa pakokaasujen virtausta juoksupyörään, jolloin voit muuttaa turboahtimen ominaisuuksia moottorin käyttötavasta riippuen.
Lopuksi turboahtimet eroavat perussuorituskykyistään ja -ominaisuuksiltaan.Näiden yksiköiden tärkeimmistä ominaisuuksista on korostettava:
• Paineen nousuaste - kompressorin ulostulon ilmanpaineen suhde tulon ilmanpaineeseen on välillä 1,5-3;
• Kompressorin syöttö (ilmavirtaus kompressorin läpi) - kompressorin läpi kulkevan ilman massa aikayksikköä (sekunti) kohti on alueella 0,5-2 kg / s;
• Käyttönopeusalue vaihtelee useista sadaista (tehokkaissa dieselvetureissa, teollisuus- ja muissa dieselmoottoreissa) kymmeniin tuhansiin (nykyaikaisissa pakkomoottoreissa) kierroksiin sekunnissa. Maksiminopeutta rajoittaa turbiinin ja kompressorin juoksupyörien vahvuus, jos pyörimisnopeus on liian suuri keskipakovoimien takia, pyörä voi romahtaa.Nykyaikaisissa turboahtimissa pyörien reunapisteet voivat pyöriä nopeuksilla 500-600 m / s tai enemmän, eli 1,5-2 kertaa nopeammin kuin äänen nopeus, mikä aiheuttaa turbiinin ominaisen pillin esiintymisen;
• Pakokaasujen käyttö-/maksimilämpötila turbiinin sisääntulossa on 650-700 °C, joissakin tapauksissa jopa 1000 °C;
• Turbiinin/kompressorin hyötysuhde on yleensä 0,7-0,8, yhdessä yksikössä turbiinin hyötysuhde on yleensä pienempi kuin kompressorin hyötysuhde.
Yksiköt eroavat myös koosta, asennustyypistä, apukomponenttien käyttötarpeesta jne.
Turboahtimen muotoilu
Yleisesti ottaen turboahdin koostuu kolmesta pääkomponentista:
1.Turbiini;
2. Kompressori;
3. Laakeripesä (keskipesä).
Tyypillinen kaavio polttomoottorin aggregoidusta ilmanpainejärjestelmästä
Turbiini on yksikkö, joka muuttaa pakokaasujen liike-energian mekaaniseksi energiaksi (pyörän vääntömomentissa), joka varmistaa kompressorin toiminnan.Kompressori on yksikkö ilman pumppaamiseen.Laakeripesä yhdistää molemmat yksiköt yhdeksi rakenteeksi, ja siinä oleva roottorin akseli varmistaa vääntömomentin siirtymisen turbiinin pyörältä kompressorin pyörälle.
Turboahdin osa
Turbiinilla ja kompressorilla on samanlainen rakenne.Jokaisen yksikön perustana on sisäkorvarunko, jonka reuna- ja keskiosissa on putket paineistusjärjestelmään liittämistä varten.Kompressorissa tuloputki on aina keskellä, pakoputki (poisto) on reunalla.Sama putkien järjestely aksiaalisille turbiineille, radiaali-aksiaalisille turbiineille, putkien sijainti on päinvastainen (reunalla - imu, keskellä - pakokaasu).
Kotelon sisällä on pyörä, jossa on erikoismuotoiset terät.Molempia pyöriä - turbiinia ja kompressoria - pitää yhteinen akseli, joka kulkee laakeripesän läpi.Pyörät ovat umpivalua tai komposiittia, turbiinin pyörien siipien muoto varmistaa pakokaasuenergian tehokkaimman käytön, kompressorin pyörän siipien muoto tarjoaa maksimaalisen keskipakovaikutuksen.Nykyaikaisissa huippuluokan turbiineissa voidaan käyttää komposiittipyöriä, joissa on keraamiset siivet, joilla on pieni paino ja parempi suorituskyky.Automoottoreiden turboahtimen pyörien koko on 50-180 mm, voimakkaiden veturien, teollisuus- ja muiden dieselmoottoreiden 220-500 mm tai enemmän.
Molemmat kotelot on asennettu laakeripesään ruuveilla tiivisteiden läpi.Täällä sijaitsevat liukulaakerit (harvemmin erikoisrakenteiset vierintälaakerit) ja O-renkaat.Myös keskikotelossa on öljykanavat laakereiden ja akselin voiteluun sekä joissakin turboahtimissa ja vesijäähdytysvaipan ontelossa.Asennuksen aikana laite liitetään moottorin voitelu- ja jäähdytysjärjestelmiin.
Turboahtimen suunnitteluun voidaan myös tarjota erilaisia apukomponentteja, mukaan lukien pakokaasujen kierrätysjärjestelmän osia, öljyventtiilejä, osien voitelua ja niiden jäähdytystä parantavia elementtejä, ohjausventtiilejä jne.
Turboahtimen osat on valmistettu erikoisteräslajeista, turbiinipyörässä käytetään lämmönkestäviä teräksiä.Materiaalit valitaan huolellisesti lämpölaajenemiskertoimen mukaan, mikä varmistaa suunnittelun luotettavuuden eri toimintatiloissa.
Turboahdin sisältyy ilmanpainejärjestelmään, joka sisältää myös imu- ja pakosarjat, ja monimutkaisemmissa järjestelmissä - välijäähdyttimen (ahtoilman jäähdytyspatteri), erilaisia venttiilejä, antureita, vaimentimia ja putkia.
Turboahtimen toimintaperiaate
Turboahtimen toiminta perustuu yksinkertaisiin periaatteisiin.Yksikön turbiini viedään moottorin pakojärjestelmään, kompressori - imukanavaan.Moottorin toiminnan aikana pakokaasut tulevat turbiiniin, osuvat pyörän lapoihin antaen sille osan kineettisestä energiastaan ja aiheuttaen sen pyörimisen.Turbiinin vääntömomentti välittyy suoraan kompressorin pyörille akselin kautta.Pyöriessään kompressorin pyörä heittää ilmaa kehälle ja lisää sen painetta - tämä ilma syötetään imusarjaan.
Yhdellä turboahtimella on useita haittoja, joista tärkein on turbon viive tai turbokuppi.Yksikön pyörissä on massaa ja jonkin verran hitautta, joten ne eivät voi heti pyöriä ylös voimayksikön nopeuden kasvaessa.Siksi, kun painat kaasupoljinta jyrkästi, turboahdettu moottori ei kiihdy heti - siinä on lyhyt tauko, sähkökatkos.Ratkaisu tähän ongelmaan ovat erikoisturbiinien ohjausjärjestelmät, muuttuvageometriset turboahtimet, sarja-rinnakkais- ja kaksivaiheiset paineistusjärjestelmät ja muut.
Turboahtimen toimintaperiaate
Turboahtimien huoltoon ja korjaukseen liittyvät kysymykset
Turboahdin tarvitsee vähän huoltoa.Tärkeintä on vaihtaa moottoriöljy ja öljynsuodatin ajoissa.Jos moottori voi edelleen käydä vanhalla öljyllä jonkin aikaa, se voi tulla tappavaksi turboahtimelle - jopa voiteluaineen laadun heikkeneminen suurilla kuormituksilla voi johtaa yksikön tukkeutumiseen ja tuhoutumiseen.On myös suositeltavaa puhdistaa turbiinin osat ajoittain hiilikertymistä, mikä vaatii sen purkamista, mutta tämä työ tulee suorittaa vain käyttämällä erikoistyökaluja ja -laitteita.
Viallinen turboahdin on useimmissa tapauksissa helpompi vaihtaa kuin korjata.Vaihtamiseen on käytettävä samaa tyyppiä ja mallia olevaa yksikköä, joka oli asennettu moottoriin aiemmin.Muilla ominaisuuksilla varustetun turboahtimen asennus voi häiritä voimayksikön toimintaa.Yksikön valinta, asennus ja säätö on parempi luottaa asiantuntijoihin - tämä takaa työn oikean suorituksen ja moottorin normaalin toiminnan.Turboahtimen oikealla vaihdolla moottori saa takaisin suuren tehon ja pystyy ratkaisemaan vaikeimmat tehtävät.
Postitusaika: 21.8.2023