Конструкция турбин

WWW.TURBOREMONTAS.LT
Металo ул. 13а Вильнюс
Тел: (8-689) 24028
turboremontai@gmail.com
Конструкция турбин
Конструкция турбин, применяемых для тюнинга и автоспорта должна быть максимально
приспособлена к работе в экстремальных условиях высоких температур и повышенных
нагрузок, связанных с повышенным давлением наддува.
1. СРЕДНИЙ КОРПУС (BEARING HOUSING)
В среднем корпусе расположены подшипники скольжения (втулки), упорный
подшипник, также седло уплотнения со стороны турбинной части. Средние
корпуса бывают масляного или водо/масляного охлаждения. Для
использования в тюнинге и автоспорте желательно применение корпусов с
водо/масляным охлаждением из-за более низкой рабочей температуры. На
представленной фотографии представлены средних корпусов Garrett серий
GT15/17, TB25/28, T04E.
2. ТУРБИННЫЙ ВАЛ (TURBINE WHEEL).
Турбинный вал – одна из самых важных деталей турбины. Со стороны
турбиной части расположены лопатки турбинного вала , изготовленные
методом литья из специальной жаропрочной нержавеющей стали. Далее
расположены «таблетка» и сам турбинный вал. На «таблетке» расположена
канавка для уплотнительного кольца. Турбинный вал и лопатки соединяются
в районе таблетки методом сварки трением. Отдельные производители
изготавливают лопатки турбинного вала из керамики. Они клеятся к
турбинному валу в районе «таблетки». На фотографии представлены
турбинные валы: ККК К03, ККК К04, MHI TD04, MHI TD05, Garrett GT17,
Garrett TB28, Garrett TB03, Garrett T04E.
3. КОМПРЕССОРНОЕ КОЛЕСО (COMPRESSOR WHEEL).
Компрессорные колеса изготавливаются преимущественно из алюминиевых
сплавов методом литья. Также встречаются компрессорные колеса,
изготовленные из магниевых сплавов и пластмассы. Компрессорные колеса
бывают однорядные, двухрядные, с различным наклоном лопастей и
различным их количеством. Установка различных по типу и размеру
компрессорных колес обуславливается различными задачами, решаемыми
при сборке турбины. Турбинное колесо устанавливается на турбинный вал с
минимальным зазором и фиксируется от проворота гайкой. На фотографии
представлены компрессорные колеса: ККК К03, ККК К04, MHI TD04, MHI
TD05HR-20G, Garrett GT17, Garrett GT28, Garrett T04E.
4. ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ (ВТУЛКИ) (JOURNAL BEARING).
Втулки в подавляющем большинстве изготовлены из специальных сортов
бронзы. Конструкция турбин подразумевает использование как двух
раздельных втулок , так и одной цельной. Во втулке сделаны проточки и
сверления для подводу смазывающего масла к турбинному валу. Раздельные
втулки вращаются свободно как на турбинном валу, так и в среднем корпусе
и фиксируются только от осевых перемещений. Цельная втулка фиксируется
от проворота в среднем корпусе. Имеется строго определенный зазор между
втулкой и турбинным валом и втулкой и средним корпусом. Почувствовать
этот зазор можно покачивая турбинный вал. На фотографии представлены
втулки: KKK K03/04, Garrett GT 15-25, Garrett TB03, Garrett TB25/28.
5. УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК (THRUST BEARING).
Упорный подшипник служит для ограничения движения конструкции
турбинный вал – компрессорное колесо в осевом направлении. Упорный
подшипник воспринимает на себя нагрузки от турбинного вала вследствие
давления на него отработавших газов и от компрессорного колеса при
создании им давления во впускном тракте двигателя. В турбинах,
применяемых в тюнинге и автоспорте желательно применение усиленных
упорных подшипников 360 градусов вместо стандартных 270 градусов, т.к.
они способны выдерживать нагрузку на 30% большую, чем стандартные.
Упорные подшипники изготавливаются из специальных сортов бронзы,
чугуна и стали. В упорном подшипнике сделаны фигурные проточки и отверстия для смазки
трущихся частей. На фотографии представлены упорные подшипники: Garrett TB25/28 360 градусов,
TB03 360 градусов, Garrett GT15-25, MHI TD04, MHI TD05, Toyota CT15, Toyota CT26, ККК К03/04.
6. УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ КОЛЬЦА (PISTON RING).
Скорости вращения и температуры уплотняемых деталей не позволяют
применять в турбинах каких-либо сальников. Применяются уплотнительные
кольца, выполненные из жаропрочных сталей или специальных чугунов.
Кроме того данные кольца предохраняют турбокомпрессор от прорыва
внутрь среднего корпуса выхлопных газов. Уплотнительные кольца
устанавливаются со стороны турбинной и компрессорной частей.
Существуют конструкции при которых уплотнение происходит двумя
кольцами вместо одного. В турбинах применяемых для тюнинга и автоспорта
опцией является применение уплотнительных колец со ступенчатым стыком.
На фотографии показаны уплотнительные кольца Garrett TB03 и Garrett TB25 стандартного типа и со
ступенчатым замком.
7. ЖАРООТРАЖАТЕЛЬ (HEAT SHIELD).
Жароотражатель служит для предохранения среднего корпуса от прямого
воздействия отработавших газов. Обычно он изготавливается методом
штамповки из нержавеющей жаропрочной стали. Для турбин, применяемых
для тюнинга и автоспорта некоторые производители применяют усиленные
жароотражатели , отлитые из чугуна. На фотографии представлены
стандартный и чугунный жароотражатель Garrett T04E.
8. ТУРБИННАЯ «УЛИТКА» (TURBINE HOUSING).
Сквозь турбинную «улитку» проходят выхлопные газы и раскручивают
лопатки турбинного вала. Материалом для турбинной «улитки» в
большинстве служит чугун, но многие производители используют также
нержавеющую сталь. Изготавливается турбинная «улика» методом литья. От
параметров турбинной «улитки» зависит на сколько быстро турбина выходит
на давление наддува и падает ли давление на высоких оборотах. Основным
параметром является A/R. На рисунке показана методика его расчета. При
маленьких A/R турбина быстро «раскручивается», но «сдувается» при
высоких оборотах двигателя. При больших A/R всё происходит наоборот.
Важно найти «золотую середину». На фотографии показаны турбинные улитки: Garrett GT17 a/r 0.47,
Garrett GT25 a/r 0.49, Garrett TB28 a/r 0.86, Garrett T3 a/r 0.64, Garrett T4 a/r 0.86
9. КОМПРЕССОРНАЯ УЛИТКА (COMPRESSOR HOUSING).
В компрессорной «улитке» вращается компрессорное колесо и создает
давление наддува. Материалом компрессорной «улитки» служит алюминий.
Изготавливается она методом литья. Важен зазор между компрессорным
колесом и компрессорной «улиткой» при зазоре более 0,5 мм на сторону
эффективность работы турбины падает. Параметром , оценивающим
компрессорную «улитку» служит A/R. Методика его расчета описана в
предедущем пункте. На фотографии показаны компрессорные «улитки»
Garrett GT17, Garrett GT25, Garrett T04E и улитки, применяемые в тюнинге.
10. КЛАПАН АКТЮАТОР (ACTUATOR, WASTEGATE).
Данный клапан в турбине несет предохранительную функцию. При
превышении давления положенного давления наддува давление воздействует
на мембрану клапана (обычно через промежуточное устройство (бустконтролер) и клапан своим штоком открывает «калитку» в турбинной
«улитке» и перепускает часть выхлопных газов мимо лопаток турбинного
вала. За счет этого турбина тормозится и давление наддува не возрастает.
Клапаны оснащены пружинами разной жесткости 0,25 – 1,5 бар. На
фотографии представлены клапаны ККК К03, Garrett GT28, MHI TD05H.