Турбина. Принцип работы. Советы по эксплуатации и ремонту.

[Goshka]

Нашел кое-какую полезную инфу. Наверняка кому-нибудь пригодится. Разбито на 3 поста ибо немаленькая статья.

Принцип работы турбины
Для получения более четкого представления о принципе работы турбокомпрессора, необходимо ознакомиться с системой функционирования двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день, большинство дизельных легковых и грузовых автомобилей оснащаются 4-х тактными поршневыми двигателями, работа контролируется при помощи впускных и выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл состоит из 4 тактов при 2 полных оборотах коленвала.
• Впуск – при движении поршня вниз, воздух (в дизельном двигателе) или смесь топлива и воздуха (в бензиновом двигателе) проходит через открытый впускной клапан.
• Компрессия – происходит сжатие горючей массы.
• Расширение – смесь воздуха и топлива воспламеняется при помощи свечей (бензиновый двигатель), дизельное топливо впрыскивается под давлением и воспламенение происходит произвольно.
• Выпуск – при движении поршня вверх, выпускаются выхлопные газы.
Данные принципы работы предоставляют следующие пути увеличения эффективности работы двигателя:
Увеличение объема
Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя, так как увеличение камеры сгорания позволяет нагнетание большего объема воздуха и большее колличество сжигаемого топлива. Увеличение объема может быть достигнуто путем увеличения колличества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом, увеличения объема приводит к увеличению массы двигателя. Этот способ не обеспечивает значительных преимушеств по уровню выбросов и потреблению топлива.
Увеличение скорости работы двигателя
Другим способом увеличения мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя. Увеличение скорости проводится путем увеличения количества ходов поршня на единицу времени. Однако, по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения. Увеличение скорости работы двигателя приводит к увеличению потерь при накачивании и других операциях, что вызывает падение эффективности работы.


Турбокомпрессия

При применении двух первых способов, двигатель обеспечивается только собственным нагнетанием. Воздух для сгорания проходит прямо в цилиндр во время впускного такта. При использовании турбокомпрессора, воздух, поступающий в камеру сгорания предварительно сжимается. В двигатель поступает тот же объем воздуха, однако, более высокое давление обеспечивает прохождение большего колличества воздушной массы, что позволяет увеличить объем сжигаемого топлива. Таким образом, при использовании турбокомпрессора, мощность двигателя увеличивается по отношению к его объему и колличеству потре***емого топлива.
Охлаждение нагнетаемого воздуха
В ходе компрессии, нагнетаемый воздух нагревается до 180 С. При охлаждении, плотность воздуха увеличивается,что позволяет увеличить объем нагнетаемого воздуха.
Охлаждение нагнетаемого воздуха является одной из немногих мер по увеличению мощности двигателей внутреннего сгорания, которые положительно влияют на уровень потребления топлива и уровень выброса вредных веществ. Снижение температуры входящего воздуха обеспечивает снижение температуры сгорания и, таким образом, снижение колличества вырабатываемого NO (x). Увеличение плотности воздуха снижает расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.
Существуют два типа турбокомпрессии – механическая турбокомпрессия и компрессия выхлопных газов.
Механическая турбокомпрессия
При механической турбокомпрессии, воздух сжимается при помощи компрессора, приводимого от двигателя. Однако, часть получаемого увеличения мощности уходит на привод компрессора. В зависимости от размера двигателя, мощность, необходимая для привода компрессора составляет от 10 до 15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет повышенный расход топлива.
Турбокомпрессия выхлопных газов
При использовании компрессии выхлопных газов, энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механичекие соединения с двигателем отсутствуют.
Преимущества турбокомпрессии выхлопных газов.
• По сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает термические и др. потери.
• Турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса к мощности, т.е. Kw / кг.
• Необходимая площадь двигательного отсека турбодвигателя меньше, чем у обычного двигателя.
• При использовании турбодвигателя, возможно дальнейшее улучшение характеристик крутящего момента для поддержания мощности, близкой к максимальной при очень низкой скорости двигателя, что позволяет избежать частого переключения скоростей при езде в гористой местности.
• Турбодвигатели имеют значительно лучшие характеристики работы в условиях высокогорья. В условиях пониженного давления обычный двигатель теряет значительную часть мощности. В противоположность, рабочие характеристики турбодвигателя улучшаются вследствие увеличения разницы между постоянным давлением вверх по соединениям турбины и пониженным внешним давлением у входа турбины. Низкая плотность воздуха у входа компенсируется, обеспечивая почти нулевую потерю мощности.
• Так как турбодвигатель имеет меньшие размеры, а соответственно и площадь шумовыделяющей поверхности, его шумовые характеристики лучше, чем у обычных двигателей. В данном случае, турбокомпрессор действует как добавочный глушитель.

Эксплуатация турбин

Правильная эксплуатация вaжна для продления службы турбокомпрессора.

Самые распостраненные ошибки.
Особое внимание к системам смазки и впуска выявляет 2 главные причины поломки турбокомпрессора. Чтобы их избежать, нужно убедится :

• Воздушный и масляной фильтры регулярно проверяются в соответствии с рекомендациями производителя.
• То же самое выполняется и с интервалами обслуживания двигателя.
• Двигатель и оборудование используется так, что это не вредит сроку службы турбины.

Вы можете добится максимального срока службы турбины, если будете следовать нескольким правилам :

Запуск турбины

Когда запускаете двигатель, используйте минимальный газ и держите двигатель на холостых оборотах минимум 1 минуту.

Полное рабочее давление создается за секунды, но оно только позволяет разогнать движущиеся части турбины в условиях при хорошей смазки. Газовать на двигателе, который лишь несколько секунд назад завелся – значит заставлять турбину вращаться на высоких скоростях в условиях ограниченной смазки. Это может привести к преждевременной поломки турбокомпрессора.

После ремонта

После ремонта турбины или двигателя, убедитесь, что, турбина смазана, добавлением чистого моторного масла до заполнения через входной масляный патрубок. После этого проверте коленвал не заводя двигатель, чтобы масло начало циркулировать по системе под давлением. Заводя двигатель, дайте ему поработать на холостом ходу несколько минут, чтобы убедиться, что система смазки и подшипники турбины работают удовлетворительно.

Низкая температура и редкий запуск турбины

Если двигатель эксплуатировался некоторое время, или если температура воздуха очень низка, проверните двигатель перед запуском, а затем запустите на холостых оборотах. Это позволяет маслу циркулировать и заполнить систему прежде, чем большие нагрузки.

Выключения

Дайте остыть турбокомпрессору перед выключением зажигания. При нагруженном двигателе, турбокомпрессор работает на очень высоких оборотах и при высокой температуре. Быстрое выключение зажигания или "горячее выключение" создает быстрые переходные процессы и перепады температур в турбине и уменьшает жизнь турбокомпрессора.




Холостые обороты

Желательно не оставлять двигатель долго работающим на холостых оборотах (более 20-30 минут). При холостых оборотах, турбина генерирует низкое давление и возможны протекания паров масла через соединения турбины.

Это не приносит никакого реального вреда для турбины, только придает синий дым к выхлоту двигателя.


Улитка компрессора

Улитка турбины изготавливается из различных сортов сфероидированного чугуна, чтобы противостоять тепловому воздействию и разрушению крыльчатки. Как и крыльчатка, профиль улитки обработан до полного соответствия форме лопастей крыльчатки. Впускной фланец улитки турбины работает как установочная база для закрепления турбины, несущая нагрузку.

Параметры:

• Обычно это сплав железа со сферойдным графитом
• Обычно это установочная база, несущая вес всей турбины
• Требования
– ударопрочность
– стойкость к окислению
– жаропрочность
– жаростойкость
– легкость механической обработки

Улитка компрессора отлита из алюминия. Используются различные сплавы для различных типов компрессоров. Используются как вакумное литье так "песочное" литье. Точная финальная обработка для соблюдения размеров и качества поверхностей, необходимые для нормальной работы турбины.

Параметры:

• Обычно изготовлена из различных алюминевых сплавов
• точные размеры и формы profile machining to match impeller blade shape
• рабочие температуры до 200 °C
• Основные требования
– Прочность к ударным и механическим нагрузкам
– качество обрабоки и точные размеры



Крыльчатка турбины

Крыльчатка турбины установлена в корпусе турбины и соединена штифтом, который вращает крыльчатку компрессора.

Параметры:

• качественное покрытие из никелевого сплава
• сделана из прочных и стойких сплавов
• выдерживает температуры работы до 760 °C
• Основные требования
– стойкость к изнашиванию
– стойкость к деформациям
– стойкость к коррозии