Принцип роботи турбіни

роботи

Принцип роботи турбіни (турбокомпресора)

Турбокомпресори складаються з турбіни та колеса відцентрового нагнітача (компресора), встановлених на загальному валу. Для обертання турбіни використовується енергія газів, що відпрацювали, що впливають на її лопатки. Обертання турбіни приводить у дію компресор, який, у свою чергу, засмоктує навколишнє повітря, стискає його та подає в циліндри двигуна. Частота обертання ротора турбокомпресора не залежить від частоти обертання колінчастого валу двигуна, але вона значною мірою визначається балансом енергії, одержуваної турбіною і компресору, що віддається.

Різні сфери застосування турбокомпресорів вимагають застосування різних варіантів їх конструкцій. Однак практично всі турбокомпресори мають одні й ті самі елементи: ротор у зборі, який у поєднанні з корпусом підшипника утворює так званий сердечник (картридж), а також кожух компресора.

газів

Турбокомпресор, що приводиться в дію газами, що відпрацювали: 1 — кожух компресора; 2 - колесо компресора; 3 - кожух турбіни; 4 - ротор; 5 - корпус підшипника; 6 - надходження відпрацьованих газів; 7 - вихід відпрацьованих газів; 8 - вхід атмосферного повітря; 9 - вихід стисненого повітря; 10 - подача олії; 11 - вихід олії

Кільця ущільнювачів, що встановлюються з боку входу і виходу, служать для герметизації масляної камери, розташованої поза корпусом підшипника. В особливих випадках якість ущільнення може бути поліпшена установкою повітроуловлювача або торцевого ущільнення з притискними графітовими елементами (з боку компресора). В основномузастосовуються підшипники ковзання, які встановлені радіально та мають подвійні гладкі вкладиші плаваючого типу або нерухомі гладкі вкладиші, у той час як для забезпечення осьової опори використовуються вкладиші з клиноподібною поверхнею. Підшипники турбокомпресора змащуються моторним маслом системи змащення двигуна. Корпус підшипника не має додаткових пристроїв для охолодження. Підтримка температур нижче критичних значень здійснюється застосуванням теплового екрану та теплоізоляцією корпусу підшипника.

Рідинне охолодження корпусів підшипників застосовується в тому випадку, якщо температура газів, що відпрацювали, перевищує 850°С.

Кожух компресора зазвичай виготовляється методом лиття із алюмінію. У кожух може бути вмонтований повітряний клапан. Такі клапани використовуються виключно у наддувних двигунах з іскровим запалюванням для запобігання підвищенню тиску компресором, коли відбувається швидке скидання навантаження двигуна.

Для виготовлення кожухів турбін використовуються сплави сортів від GGG 40 до NiResist Д5 (залежно від температури газів, що відпрацювали). Турбокомпресори, що використовуються на двигунах вантажних автомобілів, містять кожух турбіни, в якому два газові потоки об'єднуються безпосередньо перед попаданням на лопатки турбіни. Ця конструкція кожуха застосовується при організації отримання імпульсного наддуву, коли тиск газів, що відпрацювали, доповнюється їх кінетичною енергією.

При роботі турбокомпресора з постійним тиском на турбіну надходить тільки енергія газів, що відпрацювали, і тому може бути застосована турбіна, кожух якої має вікно для впуску відпрацьованих газів. Така конструкція особливо поширена на суднових двигунах при використанні турбін з охолодженням рідини.Турбокомпресори потужних двигунів часто мають перед турбіною кільцеве сопло. Таке сопло забезпечує отримання рівномірного та нерозривного потоку газу, що надходить на лопатки турбіни з одночасною можливістю проведення тонкого регулювання витрати газу.

Турбокомпресори цього типу, що встановлюються на легкових автомобілях, зазвичай мають однопотокові кожухи турбін. Якщо двигун такого автомобіля працює в широкому діапазоні частот обертання, то необхідні механізми керування турбокомпресором, що підтримують тиск наддуву відносно постійному рівні у всьому робочому діапазоні. Зазвичай направляють частину відпрацьованих газів від двигуна в обхід турбіни компресора за допомогою керуючого механізму, виконаного у вигляді клапана перепуску або заслінки.

Такий механізм має пневматичний привід. При використанні засобів мікроелектроніки керування тиском наддуву може виконуватися функції програмованих режимів роботи двигуна. Перспективні керуючі механізми будуть електро- або електроннопривідними.

Енергія відпрацьованих газів може бути використана більш ефективно при застосуванні керуючих систем, наприклад, турбіни зі змінною геометрією лопаток.

Такі конструкції отримали найбільше визнання, тому що вони поєднують у собі широкий діапазон керуючих функцій та високий к.п.д.

Установку кута розташування лопаток здійснює поворотне регулювальне кільце. Лопатки можуть повертатися на потрібний кут спеціальними кулачками або важелями. Пневматичні виконавчі пристрої можуть працювати від джерела негативного (вакуум), і позитивного тиску. Мікроелектронна система управління забезпечує оптимальний тиск наддуву на всьому робочому діапазоні ДВЗ.

У двигунах легковихавтомобілів невеликої потужності знайшли застосування турбіни із золотниковим регулюванням (VST). Турбіна VST працює аналогічно турбіні з незмінною геометрією, з тією різницею, що спочатку відкривається один з двох каналів золотника. При досягненні максимально допустимого тиску наддуву золотник, безперервно переміщаючись в осьовому напрямку, відкриває другий канал. Канали виконані так, щоб найбільша частина потоку відпрацьованих газів прямувала до турбіни. Решта відпрацьованих газів, за рахунок подальшого переміщення регулюючого золотника, прямує в обхід крильчатки компресора всередині турбонагнітача.