Как работает турбина? Устройство и конструкция турбины

Турбокомпрессор – это механизм, который используют в автомобилях. С его помощью удается улучшить работу двигателя, повысить его мощность и при этом сохранить габаритные размеры агрегата, расход топлива.

Конструкция

Устройство компрессора имеет довольно сложную, но в то же время весьма понятную конструкцию. В нее входят такие элементы, как:

  1. Корпус. Его выполняют преимущественно из материалов, способных пережить высокие температуры. Обычно в качестве такого материала выступает сталь. Выполняется корпус в форме улитки, у которой есть два разнонаправленных патрубка.
  2. Турбинное колесо. Способствует переводу энергии выхлопных газов в энергию вращения вала. Крепится непосредственно на вал. Для изготовления колеса используют железно-никелевый сплав.
  3. Компрессорное колесо. Способствует нагнетанию воздуха в цилиндры, полученного из прокрученных через турбинное колесо выхлопных газов. Материал для изготовления этой детали – алюминий. Плюсом выбора алюминия является снижение потерь энергии.
  4. Вал турбины. Элемент предназначен для соединения турбинного и компрессорного колес.
  5. Подшипники. Также их иногда называют шарикоподшипниками ввиду того, что они обеспечивают шарнирное крепление вала в корпусе. Конструкция может содержать от одного до двух подшипников.
  6. Перепускной клапан. Отвечает за количество поступающего газа, перенаправляя его и воздействуя таким образом на турбинное колесо. Клапан дополнительно оснащен пневматическим приводом.

Одновременная работа всех элементов делает двигатель эффективным.

Принцип работы

Действие компрессора основано на выполнении элементами следующих этапов:

  1. Лопатки турбинного колеса принимают выхлопные газы.
  2. Колесо начинает вращаться, постепенно увеличивая скорость оборотов. При необходимости колесо может разогнаться до 250 000 оборотов в минуту.
  3. Через турбинное колесо разогнавшиеся газы переходят в пусковой клапан.
  4. Сжатый воздух попадает на компрессионное колесо, которое равномерным движением перенаправляет его во впускное отверстие внутрь цилиндра двигателя.

С помощью перечисленных выше действий двигатель начинает активно работать, заставляя автомобиль трогаться с места.

Особенности эксплуатации турбин

Если сравнивать действие турбокомпрессора со стандартным нагнетателем воздуха, который работает исключительно от привода коленчатого вала, главными достоинствами первого будут:

  • повторное использование энергии выхлопных газов;
  • небольшая цена;
  • экономия энергии.

Устройство турбины компрессора практически одинаковое как в случае использования на дизельных, так и на бензиновых моторах. Однако предпочтение все же отдают компрессорам для дизельных агрегатов.

Особенность турбокомпрессора заключается в режиме действия. Для бензиновых двигателей устройства выполняют из жаропрочных материалов из-за высокой температуры отработавших газов, которая способна достичь 1000°. У дизеля температура газов меньше, поэтому и материалы в турбокомпрессоре используют менее жаропрочные.

Дополнительные элементы системы

Стоит отдельно рассмотреть несколько дополнительных элементов. Они тоже входят в конструкцию компрессоров и регулируют определенные процессы.

Клапан Blow-off

Блоу-офф клапан по-другому еще называют перепускным. Установка этого клапана осуществляется в воздушной системе, обычно между дизельной заслонкой и выходным отверстием компрессора. Цель клапана — устранение аварийных ситуаций при работе агрегата. Например, в процессе эксплуатации агрегат может перейти в нежелательный режим surge, если вовремя это не остановить.

Данный режим возникает из-за высокой скорости воздушного потока. В этом случае компрессор старается перекрыть дроссель и хочет сделать это как можно резче. Объясняется возникновение режима тем, что скорость воздушного потока вследствие выхода газов и сам расход воздуха начинают резко снижаться. Турбина же, ввиду силы инерции продолжает быстрое вращение.

Если не уменьшить вращения, последствия могут быть печальными. Один из признаков подобного скачка воздуха – неприятный звук, который прорывается через компрессор. Дальнейшее игнорирование проблемы приведет к поломке подшипников турбины, которые вынуждены принимать большие нагрузки из-за возникших скачков.

Блоу-офф клапан следит за величиной давления внутри коллектора и включается в работу, если оно начинает сильно скакать. Обеспечивает работоспособность клапана установленная внутри пружина, с помощью которой удается предотвратить изменение положения дросселя и наладить работу компрессора.

Если же клапан не успел, и дроссель закрылся, то блоу-офф начинает стравливание в атмосферу избытка давления. Благодаря подобной работе удается снизить риск аварии и уберечь турбокомпрессор от больших нагрузок, способных вызвать его поломку.

Клапан Wastegate

Механический клапан Wastegate устанавливают на турбине или на конструкции выпускного коллетора. Основная задача этой детали заключается в регулировании уровня давления, которое постепенно нарастает внутри компрессора.

Конструкции некоторых дизельных двигателей не содержат вейстгейт, а вот в случае бензиновых агрегатов наличие подобного клапана – обязательное требование для его надежной эксплуатации.

Благодаря работе вейстгейта удается обеспечить беспроблемный и беспрепятственный выход для выхлопных газов из системы. При этом отработавшие газы обходят работающую турбину. С помощью подобного распределения газов осуществляется контроль за нужны количеством энергии.

Подобная предусмотрительность позволяет организовать эффективное управление давлением наддува внутри компрессора. Осуществление контроля обеспечивается за счет встроенной пружины, которая создает противодавление. Именно эта конструкция контролирует обходной поток отработавших газов.

Клапан по виду может быть:

  1. Встроенным. Конструкция подразумевает наличие заслонки, которая встраивается в хаузинг. Хаузинг также называют «улиткой» основной турбины агрегата. Также этот элемент содержит пневматический актуатор.
  2. Внешний. Гейт такого типа представляет стандартный клапан, устанавливаемый на выпускной коллектор. У этого клапана есть преимущество, которое делает его более востребованным нежели встроенный. При необходимости клапан позволяет вернуть сброшенных обходной поток. В случае спортивных автомобилей сброс клапан сбрасывает газы прямо в атмосферу, предотвращая их попадание внутрь турбины.

Оба дополнительных элемента способствуют равномерной работе автомобильного турбокомпрессора и предотвращают возникновение неприятных ситуаций, способных повлечь за собой различные аварии.

Плюсы и минусы

У турбокомпрессора, как и у любого устройства, имеются свои плюсы и минусы в работе. Для начала стоит озвучить достоинства агрегата, и среди них внимание можно уделить следующи:

  1. Турбокомпрессор считается востребованным агрегатом ввиду возможности увеличения мощности двигателя на 35-40%.
  2. Агрегат не способен навредить двигателю и его работе. Любые поломки мотора, а также выход его из строя никак не связан с воздействием на него агрегата, который отвечает за мощность.
  3. Двигатель, оборудованный компрессором, выбрасывают в атмосферу меньшее количество выхлопов. Объясняется это тем, что турбокомпрессор использует энергию отработавших газов повторно, в связи с чем уменьшается их количество на окончательном выходе из двигателя.
  4. Позволяет уменьшить расход топлива на 5-20%. Подобная характеристика также позволяет увеличить КПД и сделать работу мотора эффективнее.

Также к плюсам можно отнести то, что двигатели, оборудованные турбокомпрессором, лучше работают на высокогорных дорогах, практически не теряя мощность. Наконец, устройство заглушает шум от работы системы выпуска.

Минусы конструкции в:

  • увеличении стоимости обслуживания автомобиля;
  • необходимость в использовании специального моторного масла;
  • постоянной проверке качества топлива и его замене.

Еще один минус в необходимости проработки двигателя на холостых оборотах перед поездкой.

Несмотря на недостатки, турбокомпрессор все же стоит использоваться в автомобилях ввиду перечисленных выше достоинств. Данный агрегат способен заметно улучшить работу двигателя и сделать поездку на автомобиле более комфортной.

Ссылка на основную публикацию
3000