Per augmentar la potència dels motors de combustió interna, s'utilitzen àmpliament unitats especials - turbocompressors.Llegiu què és un turbocompressor, quins tipus són aquestes unitats, com estan disposades i en quins principis es basa el seu treball, així com sobre el seu manteniment i reparació, a l'article.
Què és un turbocompressor?
El turbocompressor és el component principal del sistema de pressurització agregada dels motors de combustió interna, una unitat per augmentar la pressió en el tracte d'admissió del motor a causa de l'energia dels gasos d'escapament.
El turbocompressor s'utilitza per augmentar la potència d'un motor de combustió interna sense interferències radicals en el seu disseny.Aquesta unitat augmenta la pressió en el tracte d'admissió del motor, proporcionant una major quantitat de mescla combustible-aire a les cambres de combustió.En aquest cas, la combustió es produeix a una temperatura més alta amb la formació d'un volum més gran de gasos, la qual cosa comporta un augment de la pressió sobre el pistó i, com a resultat, un augment de les característiques de parell i potència del motor.
L'ús d'un turbocompressor permet augmentar la potència del motor en un 20-50% amb un augment mínim del seu cost (i amb modificacions més significatives, el creixement de la potència pot arribar al 100-120%).A causa de la seva senzillesa, fiabilitat i eficiència, els sistemes de pressurització basats en turbocompressors s'utilitzen àmpliament en tot tipus de vehicles amb motor de combustió interna.
Tipus i característiques dels turbocompressors
Avui dia, hi ha una gran varietat de turbocompressors, però es poden dividir en grups segons la seva finalitat i aplicabilitat, el tipus de turbina utilitzada i la funcionalitat addicional.
Segons el propòsit, els turbocompressors es poden dividir en diversos tipus:
• Per a sistemes de pressurització d'una sola etapa: un turbocompressor per motor o dues o més unitats que funcionen amb diversos cilindres;
•Per a sistemes d'inflat en sèrie i en paral·lel en sèrie (diverses variants de Twin Turbo): dues unitats idèntiques o diferents que funcionen en un grup comú de cilindres;
• Per als sistemes de pressurització de dues etapes, hi ha dos turbocompressors de característiques diferents, que funcionen per parells (seqüencialment un darrere l'altre) per a un grup de cilindres.
Els més utilitzats són els sistemes de pressurització d'una sola etapa construïts a partir d'un únic turbocompressor.Tanmateix, aquest sistema pot tenir dues o quatre unitats idèntiques; per exemple, en els motors en forma de V, s'utilitzen turbocompressors separats per a cada fila de cilindres, en els motors multicilindres (més de 8) es poden utilitzar quatre turbocompressors, cadascun dels que funciona en 2, 4 o més cilindres.Menys habituals són els sistemes de pressurització de dues etapes i diverses variacions de Twin-Turbo, utilitzen dos turbocompressors amb característiques diferents que només poden funcionar per parelles.
Segons l'aplicabilitat, els turbocompressors es poden dividir en diversos grups:
• Per tipus de motor: per a les unitats de potència de gasolina, dièsel i gas;
• En termes de volum i potència del motor, per a unitats de potència de potència petita, mitjana i alta;per a motors d'alta velocitat, etc.
Els turbocompressors es poden equipar amb un dels dos tipus de turbines:
• Radial (radial-axial, centrípeta): el flux de gasos d'escapament s'alimenta a la perifèria de l'impulsor de la turbina, es mou al seu centre i es descarrega en direcció axial;
• Axial: el flux de gasos d'escapament es subministra al llarg de l'eix (cap al centre) de l'impulsor de la turbina i es descarrega des de la seva perifèria.
Avui en dia, s'utilitzen ambdós esquemes, però en motors petits sovint es poden trobar turbocompressors amb una turbina radial-axial, i en unitats de potència potents, es prefereixen les turbines axials (tot i que aquesta no és la regla).Independentment del tipus de turbina, tots els turbocompressors estan equipats amb un compressor centrífug: l'aire es subministra al centre de l'impulsor i s'elimina de la seva perifèria.
Els turbocompressors moderns poden tenir diferents funcionalitats:
• Doble entrada: la turbina té dues entrades, cadascuna d'elles rep els gasos d'escapament d'un grup de cilindres, aquesta solució redueix les caigudes de pressió en el sistema i millora l'estabilitat de l'impuls;
• Geometria variable: la turbina té pales mòbils o un anell lliscant, a través del qual es pot canviar el flux dels gasos d'escapament a l'impulsor, això li permet canviar les característiques del turbocompressor en funció del mode de funcionament del motor.
Finalment, els turbocompressors es diferencien en les seves característiques bàsiques de rendiment i capacitats.De les principals característiques d'aquestes unitats cal destacar:
• El grau d'augment de pressió: la relació entre la pressió de l'aire a la sortida del compressor i la pressió de l'aire a l'entrada es troba en el rang d'1,5-3;
• Subministrament del compressor (flux d'aire a través del compressor): la massa d'aire que passa pel compressor per unitat de temps (segon) es troba en el rang de 0,5-2 kg / s;
• El rang de velocitat de funcionament va des de diversos centenars (per a potents locomotores dièsel, motors industrials i altres motors dièsel) fins a desenes de milers (per a motors forçats moderns) revolucions per segon. La velocitat màxima està limitada per la força de la turbina i els impulsors del compressor, si la velocitat de rotació és massa alta a causa de les forces centrífugues, la roda pot col·lapsar-se.En els turbocompressors moderns, els punts perifèrics de les rodes poden girar a velocitats de 500-600 o més m / s, és a dir, 1,5-2 vegades més ràpid que la velocitat del so, això provoca l'aparició del xiulet característic de la turbina;
• La temperatura de funcionament / màxima dels gasos d'escapament a l'entrada de la turbina es troba en el rang de 650-700 ° C, en alguns casos arriba als 1000 ° C;
• L'eficiència de la turbina / compressor sol ser de 0,7-0,8, en una unitat l'eficiència de la turbina sol ser inferior a l'eficiència del compressor.
A més, les unitats difereixen en mida, tipus d'instal·lació, necessitat d'utilitzar components auxiliars, etc.
Disseny del turbocompressor
En general, el turbocompressor consta de tres components principals:
1.Turbina;
2.Compressor;
3.Carcassa del coixinet (carcassa central).
Diagrama típic del sistema de pressurització d'aire agregat del motor de combustió interna
Una turbina és una unitat que converteix l'energia cinètica dels gasos d'escapament en energia mecànica (en el parell de la roda), que assegura el funcionament del compressor.Un compressor és una unitat per bombejar aire.La carcassa del coixinet connecta ambdues unitats en una única estructura, i l'eix del rotor situat en ell garanteix la transferència del parell de la roda de la turbina a la roda del compressor.
Secció de turbocompressor
La turbina i el compressor tenen un disseny similar.La base de cadascuna d'aquestes unitats és el cos coclear, a les parts perifèriques i centrals del qual hi ha tubs per a la connexió al sistema de pressurització.Al compressor, la canonada d'entrada sempre està al centre, l'escapament (descàrrega) a la perifèria.La mateixa disposició de canonades per a turbines axials, per a turbines radial-axials, la ubicació de les canonades és la contrària (a la perifèria - admissió, al centre - escapament).
Dins de la caixa hi ha una roda amb fulles d'una forma especial.Les dues rodes - turbina i compressor - estan subjectes per un eix comú que passa per la carcassa del coixinet.Les rodes són de fosa sòlida o compostes, la forma de les pales de les rodes de la turbina garanteix l'ús més eficient de l'energia dels gasos d'escapament, la forma de les pales de les rodes del compressor proporciona el màxim efecte centrífug.Les turbines modernes de gamma alta poden utilitzar rodes compostes amb pales ceràmiques, que tenen un pes baix i tenen un millor rendiment.La mida de les rodes dels turbocompressors dels motors d'automòbil és de 50-180 mm, els potents motors de locomotores, industrials i altres motors dièsel són de 220-500 mm o més.
Les dues carcasses estan muntades a la carcassa del coixinet amb cargols a través de segells.Aquí es troben els coixinets llisos (menys sovint els coixinets amb un disseny especial) i les juntes tòriques.També a la carcassa central hi ha canals d'oli per lubricar els coixinets i l'eix, i en alguns turbocompressors i la cavitat de la camisa de refrigeració d'aigua.Durant la instal·lació, la unitat està connectada als sistemes de lubricació i refrigeració del motor.
També es poden proporcionar diversos components auxiliars en el disseny del turbocompressor, com ara peces del sistema de recirculació de gasos d'escapament, vàlvules d'oli, elements per millorar la lubricació de peces i la seva refrigeració, vàlvules de control, etc.
Les peces del turbocompressor estan fetes de graus d'acer especials, s'utilitzen acers resistents a la calor per a la roda de la turbina.Els materials es seleccionen acuradament segons el coeficient d'expansió tèrmica, que garanteix la fiabilitat del disseny en diferents modes de funcionament.
El turbocompressor s'inclou al sistema de pressurització d'aire, que també inclou col·lectors d'admissió i d'escapament, i en sistemes més complexos: un intercooler (radiador de refrigeració d'aire de càrrega), diverses vàlvules, sensors, amortidors i canonades.
El principi de funcionament del turbocompressor
El funcionament del turbocompressor es redueix a principis senzills.La turbina de la unitat s'introdueix al sistema d'escapament del motor, el compressor - al tracte d'admissió.Durant el funcionament del motor, els gasos d'escapament entren a la turbina, xoquen contra les pales de les rodes, donant-li part de la seva energia cinètica i fent-la girar.El parell de la turbina es transmet directament a les rodes del compressor a través de l'eix.Quan gira, la roda del compressor llança aire a la perifèria, augmentant la seva pressió: aquest aire es subministra al col·lector d'admissió.
Un únic turbocompressor té una sèrie de desavantatges, el principal dels quals és el retard del turbo o el turbo pit.Les rodes de la unitat tenen massa i certa inèrcia, de manera que no poden girar a l'instant quan augmenta la velocitat de la unitat de potència.Per tant, quan premeu el pedal del gas amb força, el motor turbo no accelera immediatament: hi ha una breu pausa, una fallada de corrent.La solució a aquest problema són sistemes especials de control de turbines, turbocompressors de geometria variable, sistemes de pressurització en sèrie-paral·lel i de dues etapes, entre d'altres.
El principi de funcionament del turbocompressor
Aspectes de manteniment i reparació de turbocompressors
El turbocompressor necessita un manteniment mínim.El més important és canviar l'oli del motor i el filtre d'oli a temps.Si el motor encara pot funcionar amb oli vell durant un temps, pot arribar a ser mortal per al turbocompressor; fins i tot un lleuger deteriorament de la qualitat del lubricant amb càrregues elevades pot provocar embussos i destrucció de la unitat.També es recomana netejar periòdicament les peces de la turbina dels dipòsits de carboni, cosa que requereix el seu desmuntatge, però aquest treball només s'ha de realitzar amb l'ús d'eines i equips especials.
En la majoria dels casos, un turbocompressor defectuós és més fàcil de substituir que de reparar.Per a la substitució, cal utilitzar una unitat del mateix tipus i model que es va instal·lar al motor anteriorment.La instal·lació d'un turbocompressor amb altres característiques pot interrompre el funcionament de la unitat de potència.És millor confiar la selecció, instal·lació i ajust de la unitat a especialistes: això garanteix la correcta execució del treball i el funcionament normal del motor.Amb la substitució correcta del turbocompressor, el motor recuperarà una gran potència i podrà resoldre les tasques més difícils.
Hora de publicació: 21-agost-2023