Принцип работы турбины и устройство турбокомпрессора ооо декорт

Конструкция турбокомпрессора

Турбокомпрессор состоит из:

• ротор турбины;
• ротор компрессора;
• подшипник скольжения;
• корпус турбины;
• корпус компрессора;
• средний корпус;
• упорный подшипник;
• уплотнительные кольца;
• вал турбокомпрессора.

Энергия выхлопных газов используется для привода турбины. Они содержат 30% энергии, возникающей при сгорании топливовоздушной смеси. Ротор турбины, приводимый в движение упомянутыми газами (частота вращения вала от 100 до 200 000 об / мин, а иногда и более), приводит в движение ротор компрессора. Он жестко закреплен на одном валу с валом турбокомпрессора. Соединение вала (соединение с ротором турбины и ротором компрессора) является одним из основных элементов турбокомпрессора. Роторы установлены в корпусах, и весь блок удерживается в среднем корпусе посредством упорного подшипника скольжения. Масло подается по масляным каналам, задачей которых является поддержание масляной пленки на подшипниках вращающихся элементов. Роторы защищены от попадания масла маслосъемными кольцами.

Ротор компрессора подает дополнительный воздух через впускной коллектор в камеру сгорания. Подача большего количества воздуха в камеру сгорания позволяет сжигать больше топлива, и, таким образом, привод может достигать большей мощности (КПД) . Это не единственное преимущество турбокомпрессора, но принципиальное. К преимуществам также можно отнести уменьшение выбросов вредных веществ и, в случае тюнинга автомобиля, отсутствие необходимости изменять рабочий объем привода (не забудьте обеспечить соответствующую систему охлаждения при установке турбонагнетателя).

Конструкция турбокомпрессора

Принцип работы системы турбонаддува

Турбонаддув включает в свою конструкцию воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельную заслонку, турбокомпрессор, интеркулер (охладитель наддувочного воздуха), впускной коллектор и элементы управления. Все эти элементы связаны между собой патрубками и напорными шлангами.

Основным элементом всей этой системы является турбокомпрессор, поскольку он обеспечивает нагнетание воздуха под давлением в систему. Состоит он из двух колес, посаженных на один ротор. Корпус компрессора состоит из двух камер, в каждую из которых помещено свое колесо.

Автомобильный турбокомпрессор в разрезе

Первое колесо компрессора – турбинное. Оно воспринимает на себя энергию отработавших газов и через ротор передает его на другое колесо. То есть, турбинное колесо является ведущим. Поскольку оно работает с разогретыми газами, то изготавливается это колесо, и также его камера из жаропрочных материалов.

Второе колесо – компрессорное. Оно получает вращение от ведущего колеса и является ведомым. Данное колесо засасывает через воздухозаборник воздух, сжимает его, повышая давление, и перепускает его дальше.

Свободное вращение ротора обеспечивается наличием подшипников скольжения. Данные подшипники – плавающие, то есть между ними, ротором и корпусом обеспечивается зазор. Смазка этих подшипников производится от системы смазки мотора. Чтобы масло не вытекало наружу, и не попадало в воздух или обработанные газы, в конструкции используются уплотнительные кольца.

1 – крыльчатка турбины; 2 – крыльчатка компрессора; 3 – вал; 4 – подшипниковый узел; 5 – штуцер подачи масла; 6 –регулятор. давления наддува.

В большинстве турбонаддувов используется воздушная система охлаждения, но на некоторых бензиновых двигателях встречается и жидкостная система охлаждения компрессора, входящая с состав системы охлаждения двигателя.

Интеркулер включен в систему турбонаддува для обеспечения охлаждения сжатого воздуха. Во время работы турбокомпрессора воздух разогревается, что приводит к снижению его плотности. При охлаждении плотность снова возрастает и повышается давление. Интеркулер представляет собой обычный радиатор. Он может охлаждать воздух как при помощи воздушного, так и жидкостного охлаждения. После интеркулера воздух подается во впускной коллектор, а затем уже – в цилиндры.

В турбонаддув входят элементы управления, которые обеспечивают правильное функционирование. Главным элементом управления является регулятор давления. Данный регулятор представляет собой перепускной клапан. Этот клапан регулирует количество подаваемых отработанных газов на турбинное колесо. Данный клапан работает на основе показаний датчика давления наддува, входящий в систему управления двигателем. Этот клапан обеспечивает подачу только необходимого количества отработанных газов, остальные пуская в обход турбокомпрессора.

Также в систему управления турбонаддува могут входить еще один клапан– предохранительный, который устанавливается за компрессором. Он обеспечивает защиту от возможных скачков давления в системе при резком закрытии дросселя. Этот клапан может либо стравливать избыток давления, либо перегонять лишний воздух на вход в турбокомпрессор.

Какие турбины ставят на КамАЗ

Сегодня самой распространенной является турбина КамАЗ Евро-2. Ею оснащаются 4 марки двигателей:

Компрессоры выпускают 3 российских предприятия. Объединение «КамАЗ» и ОАО «Турботехника» производят турбоагрегаты ТКР-7. Характеристики изделия, выполненного по двухконсольной схеме, позволяют применять их и на моторах «Евро-1». Белорусское предприятие в городе Борисов изготавливает аналог турбины ТКР-7. Немецкий концерн Borg Warner Turbo Systems выпускает изделия высокого качества — с более высокими характеристиками, чем российские и белорусские.

Автомобили, оснащенные силовыми агрегатами Cummis, комплектуются своими компрессорами. Необходимо знать, что кроме этих двигателей, остальные оснащаются парными турбинами: правого и левого исполнения. КамАЗы Евро-3 чаще всего комплектуются агрегатами немецкой торговой марки Schwitzer.

Регулировка давления наддува

Турбонаддув дизельного двигателя повышает его мощность за счет возрастания давления выхлопных газов, являющихся результатом увеличения числа оборотов и интенсивности работы мотора. Этот же процесс повышает давление наддува. Если его не регулировать, то на самых высоких оборотах оно может достичь опасных значений, приводящих к поломкам и механическим повреждениям.

Регулировка давления производится с помощью выпускного предохранительного клапана, а контроль максимально допустимого значения — с помощью мембраны и пружины определенной жесткости.

Суть работы: при достижении предельного значения давления, мембрана, установленная в корпусе компрессора, преодолевает воздействие пружины и открывает регулировочный клапан.

Давление регулируют как на стороне компрессора, так и на стороне турбины:

1. Работающий турбокомпрессор сбрасывает в атмосферу через выпускной клапан излишки забранного воздуха, тем самым снижая давление.
2. В турбине клапан выпускает отработанные газы под воздействием мембраны компрессора, когда давление всасываемого воздуха достигает максимального уровня. Благодаря этому, ротор вращается с установленной скоростью, а компрессор не забирает лишний воздух и не увеличивает давление.

Второй вариант расположения клапана позволяет изготавливать системы меньших габаритов. Кроме того, турбонагнетатель с клапаном в компрессоре подвержен чрезмерному нагреву из-за повышенной температуры выпускаемого воздуха, что негативно сказывается на эффективности его работы.

Поэтому турбонаддув дизельного двигателя чаще оснащают регулировочным клапаном в турбине, а регулировку в компрессоре используют в качестве дополнения.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

• Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
• Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
• Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
• Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Контроль работы турбокомпрессора

Для правильной работы турбокомпрессора необходимо регулировать и непрерывно регулировать количество воздуха, подаваемого в двигатель. Поэтому современные системы турбонаддува оснащаются дополнительными регулирующими элементами. Одно из решений — дооснащение турбокомпрессора перепускным клапаном (так называемый выпускной клапан выхлопных газов). Он расположен перед впуском выхлопных газов в турбину (обычно объединен с корпусом турбины). Когда клапан открыт, выхлопные газы идут прямо в выхлопную систему автомобиля (байпас турбины). Открытие клапана регулируется, что напрямую влияет на нагрузку на турбину. Это обычно называется переменным давлением наддува. Самым простым управлением описываемого клапана является механическое управление. В закрытом положении пружина прижимает клапан так, чтобы выхлопные газы уходили в турбину. При повышении давления исполнительный механизм начинает открывать боковой канал, пропуская выхлопные газы в выхлопную систему автомобиля, минуя турбину. Хорошо согласованная сила давления пружины и сила, создаваемая приводом, обеспечивают автоматическую регулировку давления наддува.

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Не один десяток лет потребовался инженерам, чтобы создать действительно эффективно работающий турбокомпрессор. Ведь это только в теории всё выглядит гладко: от преобразования энергии отработанных газов можно «вернуть» утерянный процент КПД и значительно увеличить мощность двигателя (например, со ста до ста шестидесяти лошадиных сил). Но на практике подобного почему-то не получалось.

Кроме того, при резком нажатии на акселератор приходилось ждать увеличения оборотов мотора. Оно происходило только через некоторую паузу. Рост давления выхлопных газов, раскрутка турбины и загонку сжатого воздуха происходили не сразу, а постепенно. Данное явление, именуемое «turbolag» («турбояма») никак не удавалось укротить. А справиться с ним получилось, применив два дополнительных клапана: один – для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. А другой клапан – для отработанных газов. Да и в целом, современные турбины с изменяемой геометрией лопаток даже своей формой уже значительно отличаются от классических турбин второй половины ХХ века.

Дизельный турбокомпрессор «Бош»

Другая проблема, которую пришлось решать при развитии технологий дизельных турбин, состояла в избыточной детонации. Детонация эта возникала из-за резкого увеличения температуры в рабочих полостях цилиндров при нагнетании туда дополнительных масс сжатого воздуха, особенно на завершающей стадии такта. Решать данную проблему в системе призван промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер).

Интеркулер – это не что иное, как радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. Кроме снижения детонации, он снижает температуру воздуха ещё и для того, чтоб не снижать его плотность. А это неизбежно во время процесса нагрева от сжатия, и от этого эффективность всей системы в значительной степени падает.

Кроме того, современная система турбонаддува двигателя не обходится без:

• регулировочного клапана (wastegate). Он служит для поддержания оптимального давления в системе, и для его сброса , при необходимости, в приёмную трубу;
• перепускного клапана (bypass-valve). Его предназначение – отвод наддувочного воздуха назад во впускные патрубки до турбины, если нужно снизить мощность и дроссельная заслонка закрывается;
• и/или «стравливающего» клапана (blow-off-valve). Который стравливает наддувочный воздух в атмосферу в том случае, если дроссель закрывается и датчик массового расхода воздуха отсутствует;
• выпускного коллектора, совместимого с турбокомпрессором;
• герметичных патрубков: воздушных для подачи воздуха во впуск, и масляных – для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Срок службы турбокомпрессора

Первые приспособления для наращивания мощности отличались частым выходом из строя и имели не самую надежную репутацию. Сейчас положение намного улучшилось, благодаря современным инновационным разработкам конструкции, использованию жаростойких материалов для корпуса, появлению новых видов масла, которое требует особо тщательного подбора.

В настоящее время эксплуатационный срок дополнительного узла может продолжаться до тех пор, пока мотор не изживет свои ресурсы. Главное — вовремя проходить техосмотры, которые помогут выявить малейшие неисправности на начальной стадии. Это существенно сэкономит время на устранение незначительных неполадок и деньги на ремонт.

На бесперебойную работу системы и продление ее жизни положительно влияет своевременная и систематическая смена воздушного фильтра и моторного масла.

В чем разница между турбокомпрессором и турбонагнетателем (турбонаддув)?

Функция турбины заключается в создании крутящего момента ротора, имеющего общую ось с колесом компрессора. А последний, в свою очередь создает увеличенное давление воздуха, необходимого для продуктивного сжигания топливной смеси. Несмотря на схожесть конструкций, оба механизма имеют некоторые существенные отличия:

·         Установка турбонаддува требует специальных условий и навыков, поэтому его монтируют либо на заводе, либо в специализированном сервисе. А компрессор любой водитель может установить самостоятельно.

·         Стоимость турбо-системы намного выше.

·         Обслуживание компрессора проще и дешевле.

·         Турбины зачастую используются на более мощных двигателях, в то время как для компрессора достаточно мотора с небольшим рабочим объемом.

·         Системе турбо постоянно требуется масло для охлаждения перегретых деталей. Компрессор в масле не нуждается.

·         Турбокомпрессор способствует экономному потреблению топлива, а компрессор напротив — увеличивает его расход.

·         Турбо работает на чистой механике, в то время как компрессору необходимо энергопотребление.

·         При работе компрессора отсутствует явление «турбо лаг», задержка работы привода (узла) наблюдается только в турбо.

·         Турбонаддув включается в работу под воздействием выхлопных газов, а компрессор — от вращения коленчатого вала.

Нельзя сказать, какая система лучше или хуже, это зависит от того, к какой езде привык водитель: для агрессивной — подойдет более мощное устройство; для спокойной — достаточно обычного компрессора, хотя сейчас они в отдельном виде практически не выпускаются.

Простыми словами: почему турбомоторы все чаще встречаются на автомобилях?

По мере того, как правительства самых автомобилизированных стран мира продолжают бороться за экономию топлива и регулирование выбросов, двигатели с турбонаддувом среднего и малого объема становятся все более распространенными.

Считается, что компактные двигатели с турбонаддувом могут сочетать в себе превосходную топливную экономичность при аккуратном использовании в городском потоке (по крайней мере, на бумаге) и при этом иметь высокую пиковую мощность (как минимум на бумаге) на максимальных оборотах. По этой причине автопроизводители повсеместно начали использовать этот тип моторов для того, чтобы их продукция могла соответствовать все более строгим стандартам по экологичности выбросов и, как прежде, давать клиентам тот же уровень мощности, каким он был раньше, а иногда предлагать даже более высокий.

В этой статье мы кратко опишем, как работает двигатель с турбонаддувом (иногда их также называют «двигатели с принудительной индукцией»), и ответим на распространенные вопросы потребителей, которые рассматривают как вариант покупку турбированных среднеобъемников, но ни разу с ними не сталкивались.

Но прежде сделаем небольшое отступление: в наши дни турбированные двигатели можно обнаружить на всех типах транспортных средств, включая спорткары, кроссоверы, внедорожники и даже пикапы, поэтому мы надеемся, что этот пост вооружит вас полезными базовыми знаниями, которые вам понадобятся при выборе нового или подержанного современного автомобиля.

Принцип работы турбокомпрессора

ТУРБОКОМПРЕССОР — Это лопастная машина, позволяющая использовать энергию выхлопных газов для нагнетания воздуха или топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания — наддува.

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо которое связано, через вал ротора с компрессорным колесом. Компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в цилиндры.

Фактически компрессорная часть турбомотора – это рассмотренный выше центробежный нагнетатель, только приводится в действие он энергией газов. Скорость вращения газовой турбины очень высока (до 200 000 об/мин)

В процессе работы турбина и воздух проходящий через неё сильно нагревается. Это происходит как за счет сжатия воздуха, так и за счет высокой температуры отработанных газов. (Нагрев выхлопных газов в бензиновом моторе может достигать 1000°С)
Приходится охлаждать и саму турбину — подводя масло и охлаждающую жидкость, и выходящий воздух — для этого ставят интеркулер.

Что такое наддув?

Турбонагнетатель и нагнетатель предназначены для достижения одной и той же цели: увеличить мощность двигателя, нагнетая воздух в двигатель вашего автомобиля.

Турбокомпрессор использует отработанные выхлопные газы для вращения колеса компрессора и подачи сжатого воздуха в двигатель. Нагнетатель, однако, прикреплен к коленчатому валу вашего двигателя ремнем. Ремень вращает два «винтовых ротора» внутри нагнетателя, которые сжимают воздух и подают его в двигатель. Воздух подается в цилиндры через отверстие внизу короба нагнетателя. Вы можете увидеть, как это работает, в gif ниже:

Почему турбина на дизеле практически вечная?

Если сравнить турбину на бензиновом двигателе и взять средний пробег 90000-120000 км. и обычную турбину с дизельного мотора с пробегом 250000 км.а то и более.Работа турбины на бензине и на дизеле практически идентична. У турбины есть горячая часть и холодная.Горячая часть работает на энергии выхлопных газов которые идут с выпускного коллектора и раскручивает эту часть турбины. Она валом соединена с холодным компрессорным колесом которое раскручивается до высоких оборотов и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Берёт воздух с окружающей среды. За счёт этого воздушно топливной смеси у нас становится больше и растёт мощность двигателя.

Так почему дизельные турбины ходят дольше?

• Это температура выхлопа.У бензина она составляет 800-900 градусов Цельсия , а у дизеля 500-600 градусов Цельсия. (Это в среднем.) Потому что КПД дизельного двигателя намного больше и энергия от сгоревшей смеси идет в работу, а у бензинового идёт на нагрев. Чем выше температура выхлопных газов тем сильнее разогревается турбина и масло которое смазывает подшипники ( втулки) может пригорать как в каналах так и в подшипниках. Поэтому смазка турбины будет происходить намного хуже и турбина может полностью за коксоваться и масло перестанет поступать. Масло не только смазывает но и отводит излишнюю температуру. Так как у бензинового движка температура выхлопа выше, значит турбина выходит из строя раньше срока. А на дизеле температура выхлопа ниже и турбина чувствует себя лучше.
• Обороты двигателя.У бензина мотор работает в среднем 4000-6000 об. мин. А дизель в среднем 1500-2000 об. мин. Соответственно когда идёт выхлоп у бензинового двигателя то выхлопных газов проходит через турбину больше и турбина раскручивается быстрее. У дизеля обороты меньше и выхлоп не такой интенсивный и турбина раскручивается не так быстро как на бензине. Меньше оборотов больше ресурс турбины.У бензинового агрегата турбина развивает 100000-150000 об. мин. А дизеля показатели намного меньше. На бензине ставят клапана для сброса давления чтобы турбину не разорвало. На дизеле они тоже есть но дизель работает на меньших оборотах.
• Масло.База у бензинового масла и у дизельного практически одинаковая. Но дизель работает на тяжёлом топливе и при сгорании образуется много серы. Сера твёрдое вещество и при оседании на деталях выступает в роли абразива. Поэтому в дизельное масло добавляют соответствующие мощные присадки для удаления серы и возможность держать в себе не давая оседать на трущихся деталях. А у бензинового масла таких присадок нет. Значит дизельное масло лучше смазывает турбину отводит окисления,серу и не пригорает, отводит тепло.
• Интервалы замены масла.У дизельных моторов масло нужно менять чаще. Примерно 5000-7000 км. На бензине 8000-10000 км. Значит на дизеле масло чище и намного лучше смазывает турбину и поэтому турбина работает дольше на дизеле.

Турбокомпрессор с изменяемой двойной спиралью

Турбокомпрессор с изменяемой спиралью сочетает в себе VGT с двумя спиралями, поэтому на низких оборотах одна из спиралей полностью закрывается, заставляя весь воздух поступать в другую. Это обеспечивает хорошую реакцию турбины и мощность на низких оборотах. При увеличении скорости клапан открывается, чтобы впустить воздух в другую спираль (это полностью переменный процесс, то есть клапан открывается с небольшим шагом), и вы получаете хорошую производительность на высоких оборотах. Вы получаете такую производительность от одного турбокомпрессора, которую обычно можно получить только от установки с двумя турбокомпрессорами.

Преимущества
— Значительно дешевле (теоретически), чем VGT, что делает приемлемым вариант турбонаддува для бензиновых двигателей.
— Позволяет получить широкую, плоскую кривую крутящего момента.
— Более надежная конструкция по сравнению с VGT, в зависимости от выбора материала.

Недостатки
— Стоимость и сложность по сравнению с использованием одной турбины или традиционного двойного турбонагнетателя.
— Технология уже использовалась ранее (например, быстродействующий золотниковый клапан), но, похоже, не прижилась в мире производства. Вероятно, существуют дополнительные проблемы с технологией.

6. Электрические турбокомпрессоры

Очень недавней разработкой является внедрение турбокомпрессоров с электрическими компрессорами. Примером является бустер компании BorgWarner, который представляет собой компрессор с электрическим приводом. Компрессор обеспечивает мгновенный наддув двигателя до тех пор, пока турбокомпрессор не наберет достаточную скорость. Похожую версию можно найти в SQ7 от Audi. Благодаря мгновенному наддуву запаздывание уходит в прошлое, но, опять же, система дорогая и сложная. Компрессору нужен двигатель, который, в свою очередь, нуждается в питании, так что реализовать такую систему не так-то просто.

Преимущества
— При непосредственном подключении электродвигателя к компрессорному колесу можно практически полностью устранить турбояму и недостаточное количество выхлопных газов, раскручивая компрессор с помощью электроэнергии, когда это необходимо.
— Подключив электродвигатель к турбине выхлопной системы, можно рекуперировать растраченную энергию (как это делается в Формуле 1).
— Очень широкий эффективный диапазон оборотов с равномерным крутящим моментом по всему диапазону.

Недостатки
— Стоимость и сложность, так как теперь необходимо позаботиться об электродвигателе и обеспечить его охлаждение для предотвращения проблем с надежностью. Это относится и к дополнительным контроллерам.
— Упаковка и вес становятся проблемой, особенно с добавлением бортового аккумулятора, который будет необходим для обеспечения достаточной мощности турбокомпрессора в случае необходимости.
— VGT или двойные спирали могут предложить очень похожие преимущества (хотя и не на том же уровне) за значительно меньшую стоимость.

Особенности ремонта

Как только демонтаж завершен, можно делать ремонт. Для этого под рукой должен быть специальный ремкомплект, где есть все необходимое – вкладыши, метиз, сальники и кольца.

Проверьте качество фиксации номинальных вкладышей. Если они болтаются, то их нужно проточить и провести балансировку вала.

При этом вкладыши желательно хорошо почистить и смазать моторным маслом.

Стопорные кольца, расположившейся внутри турбины, необходимо установить в картридж. При этом проследите, чтобы они оказались на своем месте (в специальных пазах).

После этого можно монтировать вкладыш турбины, предварительно смазав его маслом для двигателя. Фиксация вкладыша производится стопорным кольцом.

Следующий шаг – монтаж компрессорного вкладыша, после чего можно вставлять хорошо смазанную втулку.

Далее надевайте на нее кольцо пластину и хорошенько затяните болтами (без фанатизма).

Установите грязезащитную пластину (крепится с помощью стопорного кольца) и маслосъемное кольцо.

Остается только вернуть на место улитки. Вот и все.

В данной статье указан общий алгоритм работ по разборке и сборе турбины. Безусловно, в зависимости от типа последней, частично данный алгоритм будет изменен, но общих ход работ будет идентичный.

Ну а если выявлена серьезная поломка, то лучше сразу заменить старую турбины на новую.

Преимущества и недостатки турбонаддува

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

Atlas Copco GAP в России

• Место нахождения: центральный офис в Москве.
• Оборудование Atlas Copco GAP соответствует критериям ГОСТ-Р/Тех. Регламента Таможенного Союза, Ростехнадзора, Российской метрологии и т.д.).
• Около 120 единиц оборудования (газовые и воздушные компрессоры и детандеры), которые установлены успешно эксплуатируются.

Технические характеристики компрессоров и детандеров Atlas Copco GAP

Оборудование	Модель	Количество ступеней	Максимальная мощность, кВт	Макс. давление, бар	Типы газов
Компрессоры	GT	1-8	40 000	200	Любой
RT	3	36 500	8	Воздух
Т	1	8 000	40	Полиэтилен/полипропилен
SC/TR	1-5	6 000	80	Любой
H	1-4	4 500	30	Воздух/Азот
Recips	1-5	560	450	N2, H2, CO2, Воздух
Детандеры	ET	1-4	25 000	100	Любой
EC/EG	1-4	25 000	150	Любой

Что ещё входит в систему турбонаддува

Турбина — сложный агрегат, инженерам потребовалось несколько десятилетий, чтобы довести систему до ума. Только на первый взгляд решение компенсировать потери КПД за счёт выхлопных газов кажется простой. Даже после создания устройства у него долгое время наблюдались определённые проблемы.

Например, не удавалось решить проблему турбоямы — задержки после нажатия на педаль газа и запуском ротора. Решение нашлось в виде использования двух клапанов. Один из них использовался для вывода излишек воздуха, а второй предназначался для выхлопных газов. Кроме того, современные турбины имеют изменённую геометрию лопаток, что серьёзно их отличает от подобных устройств второй воловины XX столетия.

Можно выделить ещё одну проблему, которая заключалась в излишней детонации — с ней тоже успешно справились современные инженеры. Проблема заключалась в том, что температура в рабочих секторах цилиндров резко увеличивалась во время нагнетания воздуха, особенно в последней стадии такта. Решение нашлось в установке интеркулера (промежуточного охладителя воздуха).

Интеркулер — устройство для охлаждения наддувочного воздуха. Он выполняет сразу две функции — препятствует детонации и не даёт уменьшиться плотности воздуха. В результате удалось сохранить работоспособность всей системы.

Также стоит отметить и другие важные составляющие турбины.

Регулировочный клапан. Отвечает за поддержание заданного уровня давления, излишки давления поступают в приёмную трубу.

Перепускной клапан. Используется для вывода излишних воздушных масс обратно во впускные патрубки — это нужно для снижения мощности при её избытке.

Стравливающий клапан. Если дроссель закрывается и нет датчика массового расхода воздуха, клапан будет возвращать излишки воздуха обратно в атмосферу.

Патрубки. Герметичные отрезки трубы. Одни используются для подачи воздуха, вторые для подачи смазочного масла.

Выпускные коллекторы. Должны быть совместимы с турбокомпрессором.

Предварительно спроектированная система с настраиваемыми параметрами

Заказчики могут выбрать дополнительные контрольно-измерительные приборы в качестве опции для систем подачи смазочного масла и технологического газа.

Масляный радиатор

Легко обслуживаемый и компактный турбогенератор работает со встроенным коллектором, что позволяет уменьшить объем системы смазки.

Таблица характеристики:

Диапазон потока на входе	37 000 м³ / час — 54 000 м³ / час
Максимальное давление на выходе	13 бар (a)
Максимальное давление на впуске	1,05 бар(a)
Требуемая мощность, л.с.	6 543 HP
Типы уплотнения	Лабиринтное уплотнение, углеродное кольцо, сухое газовое уплотнение
Ступени (мин./макс.)	2 — 4
Температура всасывания	-29 °C — 50 °C

Масса и габариты

Благодаря высокой скорости вращения вала (15000-40000об/мин) турбокомпрессорам удается сочетать высокую производительность при минимальных массо-габаритных показателях. Как следует из таблицы 2, габариты турбокомпрессора холодопроизводительностью 200кВт сравнимы со спиральным компрессором, холодильная мощность которого всего 70кВт.

Таблица2 . Сравнительные массо-габаритные характеристики компрессоров различного типа.

Тип компрессора	Холодильная мощность, кВт	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Объем, м3	Масса, кг	Холодильная мощность на ед.объёма, кВт/м3	Холодильная мощность на ед.массы, кВт/кг
Спиральный	70	500	400	730	0.146	180	479	0.39
Поршневой	115	760	500	550	0.209	260	550	0.44
Винтовой	120	790	450	450	0.160	230	750	0.52
Турбо-компрессор	250	790	520	490	0.202	120	1238	2.08

Более того, условный коэффициент, показывающий величину холодильной мощности, приходящейся на единицу объёма, занимаемого компрессором, у турбокомпрессоров в 1.5-2.6 раза выше, чем у любого другого типа компрессоров. А при той же массе холодильная мощность турбокомпрессора в 4-5 раз превышает холодопроизводительность других компрессоров.

IGV-клапан

На входе в турбокомпрессор установлен IGV-клапан (Inlet Guide Vane, входной направляющий лепестковый клапан). Он представляет собой угловые раздвижные лепестки, управление которыми осуществляется микроконтроллером компрессора. IGV-клапан направляет хладагент на первую ступень сжатия, придавая ему предварительное вращение в том же направлении, в котором крутится рабочее колесо.

Регулирование проходного сечения обеспечивается изменением угла лепестков (от 0 до 110°). При максимальном сечении угол составляет 110° и поток хладагента направлен по касательной к лопаткам рабочего колеса.

Регулирование холодопроизводительности компрессора основано на изменении скорости вращения вала и установкой IGV-клапана в соответствующую позицию. Изменение положения IGV-клапана сопровождается изменением вектора скорости потока хладагента, а, следовательно, и угла, под которым хладагент попадает на рабочее колесо. Чем больше этот угол (чем потом «перпендикулярнее» к рабочему колесу), тем ниже холодопроизводительность.

Для визуального контроля положения клапана IGV на компрессоре со стороны входа хладагента предусмотрено смотровое стекло в форме дуги, разделенное метками. За стеклом находится шарик, поднимающийся в крайнее верхнее положение при закрытом клапане и постепенно опускающийся в процессе его открытия. Полностью открытому клапану IGV соответствует крайнее нижнее положение шарика (см. рис. 2)

Рис. 2. Индикация положения клапана IGV через смотровое стекло (фото автора)

Конструкция и принцип действия турбокомпрессора

Турбокомпрессор состоит из двух турбоэлемен­тов: турбины и собственно компрессора, при­чем их рабочие колеса установлены на общем валу (см. рис. «Разрез турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами» и «Разрез турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, оборудованный перепускной заслонкой» ). Работа турбоэлементов основана на физическом принципе создания момента. Турбина преобразует некоторую часть энергии, содержащейся в отработавших газах, в механическую энергию, необходимую для привода компрессора. Компрессор засасы­вает свежий воздух через воздушный фильтр и сжимает его.

Таким образом, турбокомпрессор, приво­димый в действие отработавшими газами, соединен с двигателем автомобиля только термодинамически, но не механически.

Частота вращения ротора турбокомпрессора не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, но она в значительной степени определяется балансом энергии, получаемой турбиной и отдаваемой компрессору. Турбина генерирует мощность, необходимую для при­вода компрессора, которая в основном теря­ется в подшипниках, и в конечном итоге рас­сеивается в виде тепла (механические потери).