Автомобилни турбини и турбокомпресори - как работят
ПРИНЦИП НА РАБОТА
•Всмукване - Докато буталото се движи надолу, въздух (при дизелов двигател) или смес от гориво и въздух (при бензинов двигател) преминава през отворения всмукателен клапан. •Компресия – горимата маса се компресира. •Разширение - въздушно-горивната смес се запалва от свещи (бензинов двигател), дизеловото гориво се впръсква под налягане и запалването става произволно. •Изпускателна система - когато буталото се движи нагоре, се отделят изгорели газове.
Тези принципи на работа предоставят следните начини за повишаване на ефективността на двигателя: 1. Увеличаване на силата на звука 2. Увеличаване на оборотите на двигателя 3. Турбо компресия
Увеличаване на силата на звука
Увеличаването на обема осигурява увеличаване на мощността на двигателя, тъй като увеличаването на горивната камера позволява впръскването на повече въздух и повече изгорено гориво. Увеличаването на обема може да се постигне чрез увеличаване на броя на цилиндрите или чрез увеличаване на обема на всеки цилиндър. Като цяло увеличаването на обема води до увеличаване на масата на двигателя. Този метод не дава значителни предимства по отношение на емисиите и разхода на гориво.
Увеличете оборотите на двигателя
Друг начин за увеличаване на мощността на двигателя е увеличаванетоскорост на двигателя. Увеличаването на скоростта се осъществява чрез увеличаване на броя на ходовете на буталото за единица време. По технически причини обаче този метод има сериозни ограничения. Увеличаването на скоростта на двигателя води до увеличаване на загубите по време на надуване и други операции, което води до спад на ефективността.
Турбо компресия
При използване на първите два метода двигателят се осигурява само със собствено впръскване. Въздухът за горене преминава директно в цилиндъра по време на всмукателния ход. При използване на турбокомпресор въздухът, влизащ в горивната камера, е предварително компресиран. Същият обем въздух навлиза в двигателя, но по-високото налягане позволява преминаването на повече въздух, което позволява изгарянето на повече гориво. Така при използване на турбокомпресор мощността на двигателя се увеличава спрямо обема му и разхода на гориво.
Охлаждане на зареждащия въздух.
По време на компресия принудителният въздух се нагрява до 180 C. При охлаждане плътността на въздуха се увеличава, което позволява да се увеличи обемът на принудителния въздух. Охлаждането на въздуха за горене е една от малкото мерки за увеличаване на мощността на двигателите с вътрешно горене, която има положителен ефект върху разхода на гориво и емисиите. Намаляването на температурата на входящия въздух понижава температурата на горене и по този начин намалява количеството произведен NO(x). Увеличаването на плътността на въздуха намалява разхода на гориво и замърсяването.
Има два вида турбокомпресия - механична турбокомпресия и компресия на отработените газове.
Механичен турбокомпресор
При механичното турбокомпресор въздухът се компресира от компресор, задвижван от двигателя. Въпреки това, част от полученото увеличение на мощността се изразходва за задвижване на компресора. В зависимост от размера на двигателя, необходимата мощност за задвижване на компресора е между 10 и 15% от общата мощност на двигателя. Така, в сравнение с конвенционален двигател със същата мощност, механичният турбо двигател има повишен разход на гориво.
Изпускателен турбокомпресор
При използване на компресия на отработените газове енергията на газа, която не се използва при нормални условия, се насочва за задвижване на турбината. Компресорът е разположен на същия вал като турбината и осигурява всмукване, компресиране и подаване на въздух към горивната камера. В този случай няма механични връзки към двигателя.
Предимства на турбокомпресията на отработените газове.
• В сравнение с конвенционален двигател със същата мощност, турбодвигателят има по-нисък разход на гориво, тъй като част от енергията в отработените газове допринася за увеличаване на мощността на двигателя. По-малкият размер на двигателя намалява топлинните и други загуби. • Турбодвигателят има много по-добро съотношение тегло/мощност, т.е. kw/kg. • Необходимата площ на двигателното отделение на турбо двигател е по-малка от тази на конвенционален двигател. • При използване на турбо двигател е възможно допълнително да се подобрят характеристиките на въртящия момент, за да се поддържа мощността близо до максимума при много ниски обороти на двигателя, като по този начин се избягва честата смяна на предавките при шофиране в планински райони. • Турбо двигателите имат много по-добра производителност при условия на голяма надморска височина. При условия на понижено налягане конвенционалният двигател губи значително количество мощност. За разлика от работницитепроизводителността на турбо двигателя се подобрява чрез увеличаване на разликата между постоянното налягане нагоре по веригата на връзките на турбината и намаленото външно налягане на входа на турбината. Ниската плътност на въздуха на входа се компенсира, което води до почти нулева загуба на мощност. • Тъй като турбодвигателят има по-малък размер и следователно по-малка шумова повърхност, неговите шумови характеристики са по-добри от тези на конвенционалните двигатели. В този случай турбокомпресорът играе ролята на допълнителен ауспух.
ЧЕТИРИ ГОЛЕМИ ПРИЧИНИ ЗА ПОВРЕДА НА ТУРБИНАТА
Турбината е повредена? Това се случва и не е задължително това да са проблеми с неизправност на възлите на самата турбина. Практиката показва, че има редица причини за повреда на една турбина и те се крият във външни фактори. Нека разгледаме и обсъдим причините за повреда на турбината.
ЕДНА ОТ ПРИЧИНИТЕ ЗА ПОВРЕДА НА ТУРБИНАТА Е ЗАМЪРСЯВАНЕТО С МАСЛО
Случва се маслото да се замърси с малки частици. За окото тези частици са толкова малки, че не можем да ги видим. Те полират повърхностите на лагерите и по този начин заоблят външните им ръбове, което води до износване на лагера от страната на компресора по външния диаметър.
По-големите частици, съответно, могат да причинят щети в по-голям мащаб, драскотини и драскотини. По правило вътрешната повърхност на лагера е повредена в по-малка степен, тя, подобно на вала и корпуса на централния лагер, е изработена от по-здрави материали.
Друг проблем с износването на лагера е химическото въздействие върху маслото. Признаците на повреда са подобни на липсата на необходимото количество смазване. Това се дължи на разреждането на двигателното масло с гориво. Следователно, смазочните свойства на маслотода се влоши.
ВТОРАТА ПРИЧИНА ЗА СПУКВАНЕ НА ТУРБИНАТА Е НЕДОСТАТЪЧНОТО СМАЗВАНЕ.
Случва се количеството масло, което се подава към турбината, да намалее. Това се случва, например, когато материалът на уплътнението леко припокрива входящия порт или отвора в изходния фланец. Липсата на смазка се проявява визуално чрез промяна в цвета на повърхностите на вала. Освен това причината за лошото смазване на турбината може да бъде маслена помпа, която не създава подходящо налягане в системата. Напоследък зачестиха случаите, когато вентилът се "залепи" в болта на тръбата за подаване на масло. И поради пълната липса на смазка, повредата настъпва много бързо!
ТРИ ОТ ПРИЧИНИТЕ ЗА ИЗХОД НА ТУРБИНАТА СА ИЗКЛЮЧИТЕЛНИТЕ УСЛОВИЯ НА РАБОТАТА МУ
Ефектът на "портокалова кора" от задната страна се появява в резултат на превишаване на допустимата скорост. В този случай се получава прегряване на повърхностите. Лубрикантът се запалва и се получава коксуване и впоследствие сажди. Тези признаци на усукване на турбината очевидно ще повлияят на работата й в бъдеще.
Също така повишената работа на турбината може да се прояви и под формата на откъсване на части от работното колело на турбинното колело. Визуално ще бъде подобно на навлизането на чужди предмети. Може да изглежда и като пукнатини по турбинното колело, дори може да се срути поради прекомерно усукване.
Цикълът на унищожаване на това колело прилича на аритметична прогресия, колкото повече работи с пукнатини, толкова по-бързо турбината се проваля. В крайна сметка работата му с унищожено колело не е възможна.
ЧЕТВЪРТАТА ПРИЧИНА ЗА ИЗХОД Е ПОВРЕДАТА ОТ ЧУЖД ПРЕДМЕТ
Има 2 варианта за повреда. Повреда с твърд предмет и повреда с мек предмет. Сол, пясъкерозират и причиняват корозия. Твърди предмети, които влизат в отвора на дюзата и се придвижват към входа на компресора, могат да причинят повреда.
И такива предмети като части от халат или парцали (хартиени салфетки) и т.н. са меки предмети. Те могат да имат такъв ефект върху лопатките, че да се огънат назад, в някои случаи дори парчета се отделят, защото металът има тенденция да се уморява при работа с чужди меки предмети.
Твърд предмет, проникващ в турбината, унищожава водещите ръбове на лопатките на работното колело. Дори незначителни частици ръжда от изпускателния колектор могат да причинят големи щети на компонентите, тъй като се въртят при високи скорости.