Устройство турбокомпрессора турбонаддува ДВС

Современный турбокомпрессор далеко ушел от своих прародителей, которые отличались друг от друга как небо и земля. Его конструкция претерпела множество изменений, усовершенствований и в результате пришла к стандартизированному внешнему виду из-за чего не посвященный человек не видит разницы между одним и другим ТКР.

Устройство современного турбокомпрессора:

  1. Корпус (иначе горячая улитка) турбины – производится из сфероидированного чугуна различных сортов для того чтобы выдерживать высокое температурное воздействие и противостоять разрушению. Его форму обрабатывают до полного соответствия лопастям крыльчатки. В качестве установочной базы для закрепления турбины, несущую нагрузку используют впускной фланец.

Основными требованиями к турбинному корпусу являются:

  • Стойкость к окислению
  • Жаропрочность
  • Ударопрочность
  • Легкость механической обработки
  • жаростойкость
  1. Турбинное колесо (крыльчатка) – покрытое никелевым сплавом устанавливается внутрь корпуса турбины, соединяется с валом, который вращает колесо (воздушную крыльчатку) компрессора. Максимальная рабочая температура составляет 760°C.

Основными требованиями к турбинному колесу является устойчивость к:

  • Деформации
  • Изнашиванию
  • Коррозии
  1. Корпус (холодная улитка) компрессора – отливается в основном из различных сплавов алюминия для экономии средств и из-за того что нет необходимости к устойчивости к повышенной температуре, поскольку в ней циркулирует воздух нормальной температуры в отличие от корпуса турбины, куда поступают горячие отработанные газы. Отливается в основном двумя способами «песочным» и вакуумным литьем, после чего следует точна финальная обработка. Только после соблюдения всех размеров и прохождения теста на качество поверхности ее передают дальше на производство для сборки.

Основные требования к холодной улитке:

  • Высокое качество обработки
  • Удароустойчивость
  • Высокое сопротивление механической нагрузке
  • Точность размеров
  1. Компрессорное колесо – изготавливают методом литья из алюминиевых сплавов. Редких случаях когда турбокомпрессор должен выдерживать большие объемы работы при  громадных температурах лопасти изготавливают из титана. Так нормальная работа всего турбокомпрессора зависит от размера лопастей и их механической обработки, поэтому основным характеристикой при производстве воздушной крыльчатки является точность. Полирование и расточка дополнительно увеличивают коэффициент сопротивление усталости.

Основными требованиями к воздушной крыльчатке являются сопротивление:

  • Растяжению
  • Усталости
  • коррозии
  1. Корпус подшипников – производится из различной шарикоподшипниковой стали (ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ4, ШХ6, ШХ9) для расположения внутри него плавающей системы подшипников на валу компрессора и турбины. Его скорость вращения может достигать 170 тысяч оборотов за минуту. Для его охлаждения применяется сложная геометрическая конструкция.

Основными требованиями к корпусу подшипников являются:

  • Жесткость
  • Качество обработки
  • термостойкость
  1. Подшипник скольжения – изготавливается из разработанных специальных сплавов меди и бронзы, предназначенных выдерживать большую температуру и трение. К точности производства стопорных, упорных колец и масляных протоков предъявляются высокие требования. Расположенный в конце сборки вала бронзовый гидродинамический подшипник поглощает осевое давление, а без его точной калибровки невозможно обеспечить равномерную нагрузку.
  2. Вал ротора
  3. Масляные каналы
  4. Пневматический привод перепускного клапана – играет роль регулятора давления в наддуве  и защищает его от перегрузок, грозящих повредить двигатель.
  5. Перепускной клапан – сбрасывает давление  отработанных газов при определенном его значении обозначенным пневматическим приводом, тем самым защищая двигатель от перегрузок.

Общее устройство турбокомпрессора

  • Корпусы компрессора и турбины в обиходе именуют «улитками». В зависимости от  того с каким в трубопроводом они связаны к ним прибавляется одно слово в названии так турбинный корпус напрямую связан с выпускным каналом, а компрессорный в свою очередь с впускным.
  • В корпусе из подшипников установлен вал с жёстко закреплёнными по краям на нем компрессорным и турбинным колесами с лопастями. Иначе это соединение называют ротор.  Он вращается исключительно на подшипниках скольжения, не касаясь ни чего более. Их в свою очередь смазывает масло посыпающие из двигательной системы охлаждения. Иногда для более сильного снижения температуры в корпусе могут быть проделаны дополнительные каналы для подачи жидкости охлаждения.

Все рабочее усилие турбокомпрессора происходит благодаря кинетической энергии выхлопных газов толкающих турбинное колесо вокруг своей оси и раскручивающий компрессорное через вал. Второе в свою очередь затягивает атмосферный воздух через воздушный фильтр в компрессорный корпус и толкает его в впускной привод.

Особые режимы работы турбокомпрессора:

  1. Турбояма (иначе именуемая турболаг) – проявляется как задержка между увеличением оборотов при нажатии на педаль газа (акселератора) и увеличением мощности двигателя. Данный эффект распространен почти на всех турбокомпрессорах в большей или меньшей мере и связан с тем, что система инерционная то бишь требуется время для того чтобы усиленный поток газов ускорил раскрутку турбины. От данной особенности работы турбокомпрессоров можно избавится уменьшив вес вращающихся деталей, но данная процедура чревата снижением мощности турбокомпрессора. Дабы этого не происходило необходимо уменьшить размеры корпуса сократив зазоры (проходное сечение через которое проходит отработанный газ и воздух) возникшие при уменьшении вращающихся деталей.
  2. Турбоподхват – это обратная сторона турбоямы и ее прямое следствие. Он  возникает при условии увеличении скорости движения отработанных газов и оборотов, как только турбокомпрессор преодолевает турбояму. Как результат наддув резко повышает давление соответственно как и мощность двигателя. Для избегание этого эффекта требуется равное по силе такое же резкое ограничение давления.

Статьи по теме:

Турбокомпрессор

История турбокомпрессора

Факторы влияющие на срок службы турбокомпрессора

Идентификация ротора маркировка турбокомпрессора