Горячая часть турбины: Горячие части турбины (Grrett, HKS, TiAL) в Москве — Мастерская турбин GT-Turbo

Содержание

Горячие части турбины (Grrett, HKS, TiAL) в Москве — Мастерская турбин GT-Turbo

Продажа и установка горячей части TiALдля турбин серии GT28xx, GT30xx, GT35xx:

С каждым годом компании производящие тюнинг компоненты выпускают новинки и улчшения. Одним из таких улучшений являеться горячий хаузинг от TiAL (дочернего предприятия Garrett by Honeywell) который к нам пришел из автоспорта. Его сверхлегкий корпус изготовленный из нержавеющей стали. На 33% снижает вес в сравнении с его чугунным аналогом. Обладая компактным размером, упрощаеться момент установки и аддаптации турбины в ограниченом пространстве моторного отсека. Благодаря фланцам V-Band нет надобности в прокладках и новых болтах, процессы монтажа и демонтажа максимально упрощены. Что немало важно при использование в автоспорте, когда нужно быстро заменить вышедшую из строя деталь.

Большой выбор размеров A/R, устойчивость корпуса к коррозии, инконелевые крепежные болты, невысокая цена и привлекательный внешний вид делают хаузинги TiAL Sport лучшими корпусами для турбин GARRETT на рынке.

  • Турбинный хаузинг имеет большую пропускную способность, из-за более гладкой внутренней повержности.
  • Сверхлегкий корпус турбинной, изготовленный из нержавеющей стали. На 33% снижает вес турбины в сравнении с чугунными хаузингами.
  • Компактный размер.
  • Фланцы V-Band упрощают момент снятие и установки, не требуют прокладок и болтов.
  • Большой выбор размеров A/R.
  • Устойчивость корпуса к коррозии, инконелевые крепежные болты.
  • Привлекательный внешний вид делают хаузинги TiAL Sport лучшими корпусами для турбин GARRETT на рынке.

Стоимость горячей части TiALУстановочный комплект и фланцы

Всегда в наличии хаузинги TiAL Sport для турбин серии GT28xx, GT30xx, GT35xx и установочные комплекты.

Турбина серии Цена
GT28xx 15 000 руб
GT30xx 17 000 руб
GT35xx 20 000 руб

Установочный комплект цена 10 000 руб
Фланецы (впуск, выпуск) 2 шт, Хомуты 2 шт

Вопрос, конечно, интере-е-есный… — журнал «АБС-авто»

Турбокомпрессор – агрегат непростой, замысловатый. У людей, не знакомых с турботехникой, но любопытных, он и все, что с ним связано, вызывает массу вопросов. И сами вопросы, и ответы на них бывают весьма интересные.

Вот такой вопрос: Турбину иногда называют как-то чудно – тур-бо-ком-прес-сор. Почему так? Вопрос, конечно, интере-е-есный…

Корректный ответ на этот вопрос на первый взгляд может показаться абсурдным. И все же: агрегат, который в просторечии принято называть турбиной, – вовсе не турбина. По сути, это – компрессор, т.е. устройство, предназначенное для нагнетания воздуха под давлением.

Строгое техническое наименование этого агрегата – турбокомпрессор (англоязычный вариант – turbocharger, что можно перевести как турбонагнетатель).

«Турбокомпрессор» – сложносоставное слово, главная часть которого, в соответствии с правилами русского языка, именно «компрессор». А приставка «турбо» – всего лишь указание на некоторую особенность основной части. Возвращаясь от лингвистики к технике: в данном случае приставка «турбо» означает, что компрессор приводится в действие турбиной. Вот такая у него, компрессора, особенность. Действительно, как и сам термин, турбокомпрессор – агрегат «сложносоставной». Он состоит из компрессора и турбины, соединенных общим валом. Вал вращается в подшипниках, размещенных в центральном корпусе турбокомпрессора.

Это – вовсе не турбина. По техническим канонам это – компрессор 1. Компрессор, холодная часть, «толкай». 2. Турбина, горячая часть, «тяни». 3. Центральный корпус подшипников. Все вместе – тур-бо-ком-прес-сор

Компрессор выполняет основную функцию, возложенную на турбоагрегат. Он нагнетает в двигатель воздух под избыточным давлением, что увеличивает массу поступающего в двигатель окислителя при «прочих равных»: рабочем объеме, диапазоне частот вращения и т. д. Необходимую для этого энергию вырабатывает турбина. Она приводит компрессор во вращение, питаясь дармовыми отработавшими газами, истекающими из двигателя.

Говоря образно, турбокомпрессор – это сказочное существо «тяни-толкай». Турбина – «тяни», компрессор – «толкай». Турбина – горячая часть, компрессор – холодная. Турбина – центростремительная, компрессор – центробежный. В этом они противоположны. А объединяет их (помимо общего вала) принадлежность к одному виду – лопаточным машинам.

Такова «техническая правда» о турбине.

Поэтому расхожая фраза «турбина не дует», которую частенько приходится слышать от расстроенного автовладельца или технически не подкованного сервисмена, имеет хоть какой-то смысл только на сленге, когда словом «турбина» называют весь турбоагрегат. То же словосочетание в техническом контексте бессмысленно. Турбина, являющаяся не более чем приводом компрессора, «дуть» и не должна. Ее миссия – «крутить», в свою очередь, раскручиваясь отработавшими газами.

Язык не поворачивается назвать «это» турбиной. Очевидно, что это «регулируемая двухступенчатая система турбонаддува» BorgWarner для 3-литрового, 265-сильного турбодизеля BMW M57

«Турботехнической правды» ради также стоит уточнить, что турбированные двигатели оснащаются не турбинами (и даже не турбокомпрессорами), а системами турбонаддува. В состав системы вместе с одним и даже несколькими турбокомпрессорами входят соединительные магистрали, патрубки и «шланчики», а также датчики и устройства регулирования.

Вот теперь, продемонстрировав свою техническую грамотность, можно со спокойной совестью вернуться на общепринятый «язык масс».

У меня вопрос: сколько стоит турбина для …? Сколько-сколько? А чего так дорого?

Вопрос, конечно, интере-е-есный…

Его, как правило, задают потенциальные покупатели, которые находятся на начальной стадии процесса поиска жизненно необходимой запчасти. Им приходится растолковывать следующее.

Турбина BorgWarner с технологией VTG и электронным актюатором для 3-литровых турбодизелей VAG. Она просто обязана быть недешевойТурбопроизводство – это суперсовременные методы изготовления и контроля

Розничная цена импортных турбокомпрессоров на независимом (от официальных автодилеров) рынке автозапчастей формируется так же, как и других автомобильных агрегатов зарубежного производства. Отправная точка – отпускная цена завода-изготовителя. По пути от заводского склада (чаще – европейского) до магазина она увеличивается на величину таможенной пошлины, стоимость логистики, наценку оптового поставщика и розничного продавца. Конкуренция на независимом «турбомаркете» ограничивает аппетит оптовиков и ритейлеров, так что отпускная цена турбины в итоге возрастает в среднем на 30–40%. Кстати, не так плохо для конечного потребителя – в европейских магазинах те же турбины стоят намного дороже, хотя их не везут за тридевять земель и не растаможивают. Так почему все равно дорого?

Причина – высокая отпускная цена завода-изготовителя, обусловленная следующими, небезосновательными соображениями. Современный турбокомпрессор – высокотехнологичное изделие. В его производстве применяются уникальные дорогостоящие материалы и технологические процессы: жаропрочные высоколегированные сплавы, металлокерамика, высокоточное литье, прецизионная механическая обработка, сварка трением и электронным лучом, многостадийная балансировка деталей, автоматизированная сборка, калибровка и т. д. Современный турбокомпрессор – продукт инновационный. Сумасшедшие темпы развития турботехнологий были бы невозможны без колоссальных вложений в НИОКР и производство. Мировые лидеры турбостроения ежегодно открывают новые заводы и исследовательские центры. По законам бизнеса, вложения должны быть, безусловно, возвращены. Это также учитывается заводом при расчете отпускной цены изделия. Она составляет подавляющую часть (до 70%) стоимости турбины, оплачиваемой российским покупателем.

Стоимость конкретной модели турбины зависит от многих факторов: конструктивной сложности и степени новизны изделия, его востребованности на рынке, класса автомобиля, для которого она предназначена, а также статуса дистрибьютора и объема закупки.

Так, новые турбины с изменяемой геомет­рией и электронным управлением дороже. Те, что конструктивно проще, например, турбины с байпасным регулированием – дешевле. Это правило нарушается, если мотор давно снят с производства, спрос на турбину на афтемаркете невелик, а потому она выпускается редко и малыми партиями.

На афтемаркет поступают оригинальные турбины, но в заводской упаковке и с заводской биркой

При небольших объемах производства, тем не менее, сопряженных с ремонтом технологической оснастки и переналадкой сборочных линий, стоимость устаревших изделий может оказаться сравнимой с ценой новых турбин и даже превысить их. Так что покупка нового заводского турбоагрегата для 15–20-летней машины, как правило, оказывается экономически нецелесообразной. В таких случаях выгоднее поискать восстановленную турбину или отремонтировать неисправную.

Розничные цены на новые оригинальные турбины на афтемаркете следуют тем же закономерностям, что и заводские. Они незначительно, в пределах нескольких процентов, колеб­лются от продавца к продавцу. Если же кто-то предлагает «новую» турбину по «спеццене», на десятки процентов дешевле среднерыночной, – значит, продавец торгует себе в убыток. Такое бывает?

Подскажите, сколько стоит турбина для …? Сколько-сколько? А чего так дешево?

Если с этого «гарретта» срезать заводскую бирку, откроется маркировка, указывающая, что это оригинальная деталь двигателя Mercedes OM642

Вопрос, конечно, интере-е-есный…

Такой вопрос задают покупатели, которые уже прочесали изрядную долю рынка запчастей и убедились, что турбокомпрессор – дорогой агрегат. «Дорогой», так же как и «дешевый», – понятие относительное. Относительно чего турбина на афтемаркете кажется подозрительно дешевой? Выясняется, что она такова в сравнении с «оригинальным» агрегатом, который предлагают официальные дилеры автопроизводителей через свои торговые и сервисные подразделения. Действительно, стоимость турбины на независимом рынке и у «зависимых» официалов отличается … в разы! У покупателя, морально не готового к такой ситуации, закономерно возникает вопрос, обозначенный выше. «Это что, не оригинал? Китай?», – переживает он, настроенный заверениями автодилера, что единственно возможный, «самый оригинальный оригинал» можно купить только у него. Так ли это?

Хороший повод для того, чтобы напомнить, как устроено мировое турбопроизводство. Начнем с главного: никаких оригинальных «мерседесовских», «фольксвагеновских», «фор­довских» и прочих «…ских» турбин в природе не существует. Только два автоконцерна имеют в своем составе специализированные предприятия по производству турбокомпрессоров. Это японские Toyota и Mitsubishi. Но даже они не все моторы оснащают «своими» турбинами, иногда в силу разных причин отдавая предпочтение продукции сторонних производителей. Все остальные автозаводы без вариантов получают на сборочные конвейеры турбины от мировых «грандов» турбостроения. Кто они, эти неизвестные рядовому потребителю производители турбокомпрессоров?

Человек, не сведущий в тонкостях турборынка, решит, что это агрегат производства Volvo. Отнюдь: эту турбину на конвейер и афтемаркет поставляет MHI

Это два транснациональных гиганта турбо­отрасли (и два давнишних конкурента): Honeywell Turbo Technologies (HTT), выпускающий турбины под торговой маркой Garrett, и BorgWarner Turbo Systems (BWTS) с легковой линейкой KKK (3К) и грузовыми турбинами Schwitzer. Это два японских предприятия: Mitsubishi Heavy Industries (MHI) с европейским отделением Mitsubishi Equipment Europe (MEE) и подразделение японского аэрокосмического концерна Ishikawajima Heavy Industries (IHI), маркирующие свою продукцию MHI и IHI соответственно. Наконец, это производитель турбокомпрессоров марки Holset для коммерческой автотехники, недавно ставший частью известного разработчика дизелей Cummins и получивший новое название Cummins Turbo Technologies (CTT). Пожалуй, это все, кто удовлетворяют потребности автозаводов в турбокомпрессорах.

Выиграв тендер на разработку и поставку турбины автозаводу X для двигателя Y, один из перечисленных выше производителей получает приз – возможность плановой поставки большого количества продукции на первый монтаж, т.е. на конвейер и для нужд официального послепродажного сервиса. В течение 2–3 лет (в зависимости от договоренности) с начала выпуска мотора автозавод получает «эксклюзив» на новую турбину. В это время ее можно найти только у автодилеров. По прошествии этого срока производитель турбины получает право самостоятельно продавать новое изделие на независимом афтемаркете через свою дистрибьюторскую сеть.

Продукция, которую турбопроизводители поставляют на рынок запчастей, – это такие же турбины, что отгружаются автозаводам. Они выходят с тех же производственных линий, одних и тех же предприятий. В то же время у них есть отличия в маркировке и упаковке. На независимый турбомаркет агрегаты поступают в упаковке завода-изготовителя и под заводскими номерами. Использовать фирменные эмблемы и ОЕ номера деталей по своему усмотрению производители турбин обычно не имеют права – это собственность автозаводов. Поэтому зачастую с турбин, предназначенных для афтемаркета, эти «запретные знаки» удаляют (довольно грубо, абразивной обработкой) или маскируют – наклеивают новую бирку поверх оригинальной гравировки. Обычно это и вызывает сомнения у покупателя: турбина-то внешне абсолютно идентична той, что стояла на двигателе… А где же мерседесовская звезда? А почему на шильдике нет номера А6420905980?

Выходит, одни и те же агрегаты доходят до конечного покупателя двумя маршрутами: через многоуровневую официальную дилерскую сеть производителя автомобиля и напрямую, от завода-изготовителя. Почему коробка с эмблемой автозавода и ОЕ-номер на бирке увеличивают цену турбины в два-три раза – судить не нам. Но если покупатель готов платить за них – это его право. Надо отдать должное коммерческой хватке автодилеров: попробуйте-ка продать вещь втридорога, когда она же за углом продается в разы дешевле! И ведь продают! Часть клиентов просто не осведомлена о существовании независимого турборынка, кого-то убеждают авторитетными рассуждениями про «оригинальный оригинал», а к несговорчивым, купившим турбину «на стороне», нередко применяют особые методы убеждения. Будет повод – расскажем и про них.

«Самый оригинальный оригинал» для моторов Mercedes OM646 (Vito, Viano 2,2 CDI) делает японская IHIЕсли бы Perkins был против размещения своего логотипа на продукции для независимого афтемаркета, его бы удалили с этой оригинальной турбины на заводе Honeywell

Завершим тем, с чего начали: оригинальных «мерседесовских», «фольксвагеновских», «фордовских» и прочих «…ских» турбин в природе не существует. Есть только оригинальные «гарреты», «ка-ка-ка-шки», «швицеры», «эм-эйч-ай»… Ничего необычного: точно так же нет, например, генераторов BMW или оптики Opel, но есть генераторы Bosch и фары Hella. И никому не придет в голову подозревать в неоригинальности автоматы ZF. Даже если на алюминиевой улитке турбокомпрессора красуется отлитая эмблема Ford, это всего лишь значит, что этот уважаемый автопроизводитель заказал у концерна Honeywell турбину Garrett с таким декором.

Вот такой вопрос: первая турбина на моем автомобиле прошла XXL километров. После замены вторая пробежала всего X километров. В чем причина? Турбина «не алё»?

Вопрос, конечно, интере-е-есный…

Ответ на него можно начать вот с чего. Если после сервисной замены турбина продержалась на двигателе Х километров, считайте, что вам повезло. Нередко случается, что после замены турбины машина не успевает съехать с подъемника, как турбину вновь нужно менять. Такие случаи порождают у сервисников и их клиентов предубеждение в низком качестве купленной ими запчасти. Возникают слухи о каких-то особо оригинальных турбинах, которые по ресурсу значительно превосходят агрегаты, продающиеся на афтемаркете. Такую поставил – и гоняй-не грусти следующие XXL километров! На деле проблема чаще всего не в турбине.

С этим воздушным фильтром турбокомпрессор обречен на повышенный вынос масла во впускную систему двигателя

Сами производители турбин о ресурсе своей продукции говорят так. Срок службы турбокомпрессора сравним с ресурсом двигателя… И далее – важное уточнение: …если параметры систем двигателя соответствуют заводским спецификациям! Трудно не согласиться с этим, если вспомнить, что турбокомпрессор – единственный агрегат двигателя, который тесно взаимодействует практически со всеми системами двигателя: впуска, смазки, охлаждения, дозирования топлива, вентиляции картера, рециркуляции и выпуска отработавших газов. К тому же это наиболее высоконагруженный агрегат двигателя, он работает на режимах, близких к предельно допустимым. Поэтому любой незначительный сбой в работе систем двигателя как минимум сокращает его ресурс, а существенное отклонение параметров может и вовсе привести к быстрому аварийному отказу. Недаром турбокомпрессор называют индикатором состояния двигателя. Если в моторе что-то не в порядке – турбина первой «просигналит» об этом.

Что происходит с системами двигателя по мере его эксплуатации – вопрос риторический. Конечно, они деградируют, их работоспособность объективно ухудшается, что однозначно отражается на ресурсе турбокомпрессора. Износился масляный насос – сократилась подача масла к турбине – узел подшипников время от времени работает в режиме полусухого трения. Разладилась система топливоподачи – увеличилась температура отработавших газов – детали турбины испытывают термическую перегрузку. Снизилась пропускная способность катализатора или сажевого фильтра – возросло давление в турбине – ротор подвергается чрезмерной осевой нагрузке. В любом из этих (и десятках аналогичных) случаев ни одна турбина не протянет заветные XXL километров. Именно поэтому процедура замены турбины предусматривает диагностику систем двигателя. Не проверив их и не устранив хотя бы наиболее критические неисправности, нечего и думать о продолжительном ресурсе турбины.

Такое состояние систем впуска и рециркуляции – обычное дело. Тут и до беды недалеко

Вопрос о причине отказа предыдущей турбины практически у каждого покупателя вызывает неподдельное удивление: «Какая причина? Время ее пришло!». Полная фигня! Турбина – не расходная деталь, ее сервисная замена планами ТО автомобиля не предусмотрена. Значит, отказ турбины – это не норма, а отклонение от нее, авария, спровоцированная какой-то причиной или причинами. В двигателе что-то разладилось настолько, что и без того тяжкая жизнь турбины стала просто невыносимой. Понятно, что бездумная замена неисправной турбины на новую – устранение следствия, что не решает саму проблему. Поэтому рекомендации по замене агрегата у каждого турбопроизводителя начинаются с одной и той же фразы: «Прежде чем менять вышедшую из строя турбину, нужно обязательно выяснить и устранить причину ее поломки. Иначе новую турбину вскоре постигнет та же участь».

Попробуйте с этим поспорить!

Продолжение следует…

Уникальную информацию по устройству, эксплуатации и ремонту систем турбонаддува смотрите на сайте turbomaster.ru

  • Сергей Самохин

«Силовые машины» приступили к производству ключевых узлов газовой турбины ГТЭ-65.1

В рамках проекта создания отечественной газовой турбины ГТЭ-65.1 «Силовые машины» приступили к изготовлению модельного 16-ступенчатого компрессора и опытного образца камеры сгорания.

Создание модельного компрессора и его последующие испытания необходимы для подтверждения проектных показателей компрессора, включая запасы газодинамической устойчивости, прочностные и вибрационные характеристики.

После подтверждения испытаниями правильности принятых конструктивных решений по проточной части компрессора «Силовые машины» приступят к изготовлению узлов компрессора головного образца газовой турбины ГТЭ-65.1.

Также компания завершила этап технического проекта камеры сгорания ГТЭ-65.1 и приступила к созданию опытного образца. Расчетным путем были подтверждены заложенные техническим заданием параметры узла камеры сгорания, экологические характеристики и ресурс основных элементов. Для организации производства опытного образца методом аддитивной печати разработаны трехмерные модели изделия.

Опытный образец камеры сгорания будет испытан на натурных параметрах на стенде огневых испытаний. Во время стендовых испытаний будут отработаны процессы розжига и подтверждены основные характеристики камеры сгорания во всем диапазоне эксплуатационных параметров.

Прототипом ГТЭ-65.1 стала газовая турбина ГТЭ-65.0, спроектированная и изготовленная компанией в 2005 – 2008 гг. В новой версии холодная и горячая часть турбины полностью перепроектированы с учетом современных подходов к разработке и эксплуатации газовых турбин, лучших отраслевых практик и опыта эксплуатации аналогичных турбин иностранного производства. В результате проведенных работ новая проточная часть компрессора позволит увеличить его КПД и степень сжатия по сравнению с базовой моделью – ГТЭ-65.0. Срок поставки ГТЭ-65.1 первым заказчикам – весна 2025 года.

Чем опасны неоригинальные турбокомпрессоры? — журнал За рулем

Аналоги и заменители на рынке автомобильных запчастей всегда были, есть и будут. В одних случаях они являются разумной альтернативой, а в других — необдуманной экономией, особенно когда дело касается ответственных узлов и агрегатов, например турбокомпрессоров.

Материалы по теме

Турбокомпрессор — высокотехнологичный и ответственный узел. К сожалению, большинство сервисменов и рядовых автовладельцев этого по-прежнему не понимают и относятся к нему слишком пренебрежительно. В погоне за экономией люди готовы покупать китайские копии, которые в разы дешевле оригинальной детали. Такая политика еще может быть оправдана при осознанном подборе кузовных элементов или той же оптики, но никак не турбин.

Игроки на рынке заменителей

Как и в случае с другими запчастями, на рынке есть адекватные производители турбин-аналогов. Нельзя грести всех под одну гребенку, но важно понимать, что качественная копия не может стоить в разы меньше оригинала.

крыльчатка турбокомпрессораОбрыв лопатки турбинного колеса. Повреждение напоминает результат попадания постороннего предмета. Но на самом деле виноваты дефекты литья и дешевое сырье.

Обрыв лопатки турбинного колеса. Повреждение напоминает результат попадания постороннего предмета. Но на самом деле виноваты дефекты литья и дешевое сырье.

Сложная и технологичная конструкция турбокомпрессора подразумевает и особую производственную цепочку. Здесь важную роль играет сырье, качество литья и выходной контроль каждой готовой турбины. В отличие от многих других узлов, картридж турбокомпрессора (вал с крыльчатками в составе корпуса подшипников) требует обязательной балансировки, а турбина в сборе — настройки механизма регулировки давления наддува. Чтобы на выходе получить удешевление продукта в разы, приходится экономить чуть ли не на каждом пункте. То есть это будет суррогат, который, возможно, неработоспособен изначально.

ремонт турбокомпрессора Сквозная раковина корпуса подшипников турбины, через которую свободно вытекает масло. Такой дефект всплыл бы при балансировке, но ее, как видно, не проводили.

Сквозная раковина корпуса подшипников турбины, через которую свободно вытекает масло. Такой дефект всплыл бы при балансировке, но ее, как видно, не проводили.

Материалы по теме

Среди производителей, делающих качественные копии, хорошо себя зарекомендовала, например, китайская компания Jrone. У нее есть вся необходимая технологическая база, чтобы делать продукт, максимально повторяющий оригинал. Кроме турбин в сборе она также производит и их комплектующие, которые активно используют на ремонтном рынке. На свои турбокомпрессоры компания дает полноценную годовую гарантию.

Для понимания, такая китайская копия турбины стоит на 20–30% меньше оригинальной. На эти цифры и следует ориентироваться при подборе аналогов любого производителя. Если турбина существенно дешевле, значит при ее производстве сильно экономили со всеми вытекающими.

Лишние телодвижения

Производители некачественных турбин экономят на всем: сырье; качество литья и обработки; балансировка картриджа и настройка механизма регулировки давления наддува. Каждый из этих пунктов находит свое отражение в результатах реальных экспертиз неисправных турбин.

крыльчатка турбокомпрессораОтрыв лопатки компрессорного колеса. Разрушение по корневому сечению, где достигаются наибольшие напряжения при вибрации лопаток. Виновато снова дешевое сырье или брак литья.

Отрыв лопатки компрессорного колеса. Разрушение по корневому сечению, где достигаются наибольшие напряжения при вибрации лопаток. Виновато снова дешевое сырье или брак литья.

Качество сырья играет крайне важную роль. К примеру, корпусные детали горячей части ТК делают из жаропрочного чугуна, легированного никелем, хромом или молибденом. Сплав турбинного колеса должен содержать около 70–80% дорогостоящего никеля. Компрессорные крыльчатки изготавливают из более дешевых алюминиевых сплавов, но и здесь есть поле для экономии. Суррогатное сырье приводит к фатальным разрушениям крыльчаток и дефектам корпусов турбин.

ремонт турбокомпрессораНекорректная механическая обработка диска компрессорного колеса. При балансировке излишки металла сняли не по технологии. Диск крыльчатки стал недопустимо тонким, и это привело к разрушению колеса.

Некорректная механическая обработка диска компрессорного колеса. При балансировке излишки металла сняли не по технологии. Диск крыльчатки стал недопустимо тонким, и это привело к разрушению колеса.

Обязательную балансировку картриджа турбокомпрессора проводят на дорогостоящем оборудовании, которое практически повторяет условия работы узла в составе двигателя. Ротор раскручивают вплоть до номинальных оборотов, а в корпус подшипников подводят горячее моторное масло под давлением. В ходе этой процедуры решают массу задач: правильность сборки картриджа; надежность газодинамических уплотнений вала; обкатка турбины; проверка герметичности соединений. Величина допустимого остаточного дисбаланса играет решающую роль. За пределами этой величины ускоряется износ подшипников и уплотнений, что заметно сокращает ресурс турбины.

ремонт турбокомпрессораПри балансировке картриджа турбокомпрессора любые утечки масла сразу же всплывут.

При балансировке картриджа турбокомпрессора любые утечки масла сразу же всплывут.

Вскрытие показало

Результаты экспертиз отказавших турбин красноречиво свидетельствуют о последствиях экономии при производстве. Наиболее часто встречающиеся дефекты подробно описаны на примерах нескольких реальных осмотров.

Вскрытие неоригинального турбокомпрессора Garrett

ремонт турбокомпрессораНеоригинальный турбокомпрессор Garrett модели GT1749S для дизельного двигателя Hyundai Porter 2,5 литра. Очень распространенная копия на рынке.

Неоригинальный турбокомпрессор Garrett модели GT1749S для дизельного двигателя Hyundai Porter 2,5 литра. Очень распространенная копия на рынке.

Ряд турбин имеют мокрые корпуса подшипников. В них сделана рубашка охлаждения, через которую прокачивается антифриз из системы охлаждения двигателя. Производители оригинальных турбин проверяют ее герметичность методом опрессовки. Дешевые копии такой проверке не подвергаются вовсе.

ремонт турбокомпрессораЭмульсия внутри корпуса подшипников. Антифриз из рубашки охлаждения попадал во внутреннюю полость картриджа и смешивался с маслом.

Эмульсия внутри корпуса подшипников. Антифриз из рубашки охлаждения попадал во внутреннюю полость картриджа и смешивался с маслом.

При первичном демонтаже корпусов копии турбины Garrett в компрессорной части обнаружили масло. Дальнейший разбор выявил смесь масла и антифриза в картридже.

ремонт турбокомпрессораРаковина в рубашке охлаждения — дефект литья.

Раковина в рубашке охлаждения — дефект литья.

Оказалось, что корпус подшипников имеет технологический брак литья — раковину, соединяющую рубашку охлаждения с внутренней полостью картриджа. В результате антифриз попадал и в систему смазки двигателя. Такой турбокомпрессор уже неработоспособен. Ремонт в этом случае влетит в копеечку, придется менять картридж в сборе. Хорошо еще, что турбина проработала недолго, иначе последствия разбавления моторного масла антифризом оказались бы куда более серьезными как для турбокомпрессора, так и для двигателя.

Распространенные дефекты при обработке и производстве деталей

Хватает и примеров экономии, казалось бы, на мелочах — на качестве изготовления и обработке деталей фиксации.

турбонаддувПлохо обработанные стопорные кольца проточили подшипники, словно резцом.

Плохо обработанные стопорные кольца проточили подшипники, словно резцом.

К примеру, экономия на производстве стопорных колец для подшипников турбины резко сокращает ресурс узла в целом. Банальные острые заусенцы по краям проделанных в них отверстий приводят к плачевным итогам: вместо того чтобы фиксировать подшипники, кольца протачивают их.

турбонаддув

Еще один пример стопорного кольца с заусенцами на очередной турбине.

Еще один пример стопорного кольца с заусенцами на очередной турбине.

турбонаддув

Результат непродолжительной проточки подшипников их стопорными кольцами.

Результат непродолжительной проточки подшипников их стопорными кольцами.

Неоригинальный турбокомпрессор Cummins/Holset

Продолжение темы про некачественную обработку деталей. На столе у экспертов — турбина с повышенным люфтом вала и повреждениями крыльчаток.

турбонаддув

С виду — оригинальная турбина Holset. На самом деле — некачественная копия, которую сложно вычислить по внешнему виду.

С виду — оригинальная турбина Holset. На самом деле — некачественная копия, которую сложно вычислить по внешнему виду.

Разбор турбины выявил присутствие частиц металла в масляных каналах, глубокие кольцевые канавки на шейках вала, износ поверхностей опорных подшипников и трещины на одном из них. Вдобавок обнаружено разрушение упорного подшипника и уплотнительных колец картриджа.

турбонаддув

Повышенный люфт вала турбокомпрессора привел к тому, что крыльчатки соприкасались с корпусами улиток.

Повышенный люфт вала турбокомпрессора привел к тому, что крыльчатки соприкасались с корпусами улиток.

турбонаддув

На внешней поверхности подшипника видны риски и вкрапления металлических частиц.

На внешней поверхности подшипника видны риски и вкрапления металлических частиц.

Такой сильный абразивный износ деталей подшипникового узла посторонними частицами металла вызвали всего лишь заусенцы на масляных каналах, которые нерадивый изготовитель поленился убрать.

турбонаддув

Разрушение упорного подшипника из-за повышенной нагрузки.

Разрушение упорного подшипника из-за повышенной нагрузки.

турбонаддув

Источник металлических частиц — заусенцы на фрезерованном пазе, которым заканчивается масляный канал.

Источник металлических частиц — заусенцы на фрезерованном пазе, которым заканчивается масляный канал.

Неоригинальный турбокомпрессор Garrett

турбонаддувНеоригинальный турбокомпрессор Garrett для дизельного мотора 1.6 HDI.

Неоригинальный турбокомпрессор Garrett для дизельного мотора 1.6 HDI.

Очень часто на экспертизу приходят турбины с неправильной настройкой механизма регулировки давления наддува. Теневые изготовители либо делают эту процедуру некорректно, либо вообще ее не производят. Обычно это приводит к появлению ошибок в блоке управления мотором по системе наддува и даже переходу двигателя в аварийный режим.

В случае турбин с регулируемым сопловым аппаратом (РСА) игнорирование его настройки особенно опасно как для самого турбокомпрессора, так и для двигателя.

турбонаддув

В крайнем положении лопатки регулируемого соплового аппарата (РСА) полностью перекрывают проточную часть турбины.

В крайнем положении лопатки регулируемого соплового аппарата (РСА) полностью перекрывают проточную часть турбины.

Вскрыв подобную турбину, эксперты обнаружили неправильную настройку камеры управления РСА. Лопатки системы были полностью сомкнуты, и отработавшие газы вообще не могли проходить дальше. В результате пуск двигателя был попросту невозможен.

Вдобавок на этой турбине обнаружились и другие распространенные проблемы дешевых копий. Между центральным корпусом турбины и улитками не было обязательных уплотнительных колец. Либо их забыли поставить, либо даже не думали этого делать.

Ну и классика жанра — слишком высокий дисбаланс вала турбины. Из-за него идет повышенный износ подшипников, и ресурс турбокомпрессора резко сокращается.

турбонаддув

Во время проверки балансировки центрального корпуса турбины в него подается разогретое моторное масло под давлением.

Во время проверки балансировки центрального корпуса турбины в него подается разогретое моторное масло под давлением.

турбонаддув

Проверка балансировки выявила повышенный остаточный дисбаланс ротора. С такими величинами турбина долго не проживет.

Проверка балансировки выявила повышенный остаточный дисбаланс ротора. С такими величинами турбина долго не проживет.

***

Покупка откровенно дешевых аналогов оригинальных турбин на деле только увеличивает расходы владельца. Очень часто такие заменители неработоспособны изначально. Учитывая стоимость копии, а также ремонт для приведения ее в чувство, на выходе получаем сумму, которой с лихвой бы хватило на покупку и установку оригинального узла. Вместе с ним владелец получает гарантию от производителя с мировым именем и уверенность в качестве и длительном ресурсе продукта.

Благодарим за помощь в подготовке материала компанию «Турбомастер» (www.turbomaster.ru)

Фото: «Турбомастер»

Устройство турбины двигателя автомобиля, принцип работы

Принцип работы турбонаддува позволяет значительно увеличивать мощностью автомобильных двигателей. Для лучшего понимания работы системы подробно рассмотрим устройство турбины и клапана избыточного давления (вестгейт, от англ. Wastegate). В зависимости от принципа работы клапан называют: байпас (Bypass) либо блоу-офф (Blow-off).

Устройство «улитки»

Устройство турбокомпрессора газового вида.

  1. Корпус подшипников в сборе (картридж турбины).
  2. Турбинное колесо горячей части.
  3. Клапан Bypass.
  4. Корпус турбины (горячая часть нагнетателя).
  5. Каналы для подвода масла к подшипникам скольжения вала ротора.
  6. Вал ротора.
  7. Уплотнительные шайбы.
  8. Компрессорное колесо.
  9. Корпус компрессора (холодная часть нагнетателя).
  10. Привод срабатывания клапана Bypass.

Именно турбокомпрессоры такого типа чаще всего устанавливаются на дизельные и бензиновые двигатели. Устройство простейшей газовой турбины отличается отсутствием клапана Bypass. Некоторые турбонагнетатели газового типа имеют каналы для циркуляции антифриза, что избавляет систему от необходимости установки турботаймера для предотвращения пригорания масла вследствие высоких температур.

Конструктивные особенности

Цельнолитой корпус турбины, ввиду больших термических нагрузок, изготавливается из чугуна либо жаропрочного сплава чугуна и никеля. Также из чугуна изготавливается центральная часть корпуса. Корпус компрессора цельнолитой, но изготавливается из алюминия. Важнейшим элементом турбины является ротор, который состоит из вала и приваренного к нему турбинного колеса. Компрессорное колесо имеет свободную либо переходную посадку, привинчивается к валу ротора гайкой.

Раскручиваясь потоком выхлопных газов, вал ротора вместе с турбинным и компрессорным колесами вращается на очень большой скорости. Для нормальной работы вала в конструкции предусмотрены:

  • опорные подшипники, в качестве которых чаще всего выступают подшипники скольжения. Конструкции с обычными шариковыми подшипниками позволяют уменьшить потери на трение, но обладают меньшим ресурсом, поэтому устанавливаются преимущественно на авто для автоспортивных гонок. Главное предназначение опорных подшипников – создание точек опоры для вращения в центральной части корпуса. Обратите внимание, что на одном из видео показана конструкция турбонагнетателя, в которой раздельные опорные подшипники установлены на роторном валу. На втором видео описание устройства происходит на модели, у которой опорный подшипник выполнен в виде втулки, фиксируемой болтом;
  • упорные подшипники, которые предназначены для предотвращения осевого люфта вала турбины.


Опорные и упорные подшипники работают на масляном клине. Попадание моторного масла нежелательно как в горячую, так и в холодную часть турбонагнетателя. Для предотвращения этого на валу ротора устанавливаются уплотнительные кольца. Смазка к ним не подается напрямую, как в случае с опорными и радиальными подшипниками. Предотвращение ускоренного износа трущихся поверхностей достигается работой на масляном тумане (мелкодисперсные частицы моторного масла, разбрызгивающиеся в процессе вращения вала ротора).

Значение и работа системы смазки

Турбированные дизельные и бензиновые двигатели требуют более качественного масла в сравнении с атмосферными ДВС.

Объясняется это в первую очередь необходимостью качественной смазки подшипников вала ротора турбины. Масло к подшипникам подается под высоким давлением через специальные каналы в картридже, соответственно в корпусе имеется специальный штуцер, через который масло поступает из общей системы смазки двигателя.

Открытие эффекта масляного клина в свое время дало огромный толчок практическому применению гидродинамических принципов смазки. Суть эффекта в том, чтобы в процессе работы между трущимися поверхностями создать масляную пленку, практически полностью исключающую трение между движущимися поверхностями. Важно, чтобы между трущимися поверхностями устанавливалось давление, удерживающее детали при вращении на относительном удалении друг от друга. Достигается это двумя путями:

  • большим давлением в системе смазки;
  • точной подгонкой трущихся пар. Это значит, что между валом и подшипниками скольжения должен быть ровно такой зазор, который бы позволил создать надежный масляный клин. Именно поэтому для ресурса работы турбины жизненно необходим незначительный осевой и радиальный люфт вала ротора.
Основная причина поломки

Одной из причин повышенного расхода масла является неисправность турбины, в случае которой масло просачивается через уплотнения в компрессорную либо турбинную часть корпуса (в таких случаях обычно говорят, что турбина кидает масло). Причина этой неисправности в чрезмерном осевом и радиальном люфте, из-за которого уплотнительные кольца больше не могут справиться со своей задачей.

Последствия развалившейся турбины

Актуатор турбины

Клапан избыточного давления в системе турбонаддува предназначен для сбрасывания избыточного давление на впуске, а также для уменьшения сопротивления выходу выхлопных газов на высоких оборотах. Производительность турбины определяется в основном углом атаки лопастей турбинного колеса, а также проходным сечением канала горячей части и размером колеса турбины. Чем меньшее проходное сечение канала подвода выхлопных газов, тем раньше в «улитке» горячей части будет достигнуто нужное для раскручивания турбины давление.

Соответственно, на низких оборотах больший прирост мощности даст маленькая турбина, тогда как на высоких оборотах небольшое проходное сечение горячей части приведет к значительному противодействию выхлопным газам. Также у каждой турбины имеется граничное давление, превышение которого ведет к «срыву» воздушного потока с лопастей и потере производительности. О том, как актуатор турбины позволяет избежать помпажа во впускной системе в момент резкого закрытия дроссельной заслонки, увеличить степень компромисса между производительностью на высоких и низких оборотах, рекомендуем прочитать в статье «Турбонаддув в теории и на практике». Наша цель – рассмотреть устройство клапанов избыточного давления разных видов.

Bypass

Применяется конструкция двух видов:

  • замкнутого цикла. Через специальный канал избыточное давление подается в горячую часть турбины, что уменьшает инерционные потери на раскручивание турбинного колеса при последующем разгоне. Система состоит из клапана, воздушных магистралей и регулятора актуатора турбины, который передвигает шток клапана. Регулятор имеет вакуумную систему управления и совмещен с впускным коллектором через диафрагму. При создании определенного давления на впуске диафрагма выгибается, преодолевая усилие возвратной пружины, и открывает через систему тяг байпасный клапан;
  • открытого цикла. Принципиальная разница в том, что при открытии клапана поток воздуха идет в обиход турбинного колеса и направляется непосредственно в выпускную трубу.

Blow-off

Разновидностью системы открытого цикла является система блоу-офф. В работе используется все тот же принцип – специальный клапан сбрасывает избыточное давление с впускной системы. Разница лишь в том, что сброс происходит непосредственно в атмосферу, а сам выход газов на больших оборотах сопровождается характерным звуком.

Горячая часть турбины к03

Решил снять турбину на своей Audi A4. Пропала тяга на горячую совсем, на холодную присутствовал. Первое что решил сделать это поменять N75 клапан, который дал только лишь потерю тяги что на горячую что на холодную.

После этого решил помыть кульки, с левого кулька(дальний от Турбины) слил масло грамм так 150, скорее всего за 200.000 пробега его никто не мыл и не менял. К сожалению это тоже ничего не дало. Одновременно с этим решил заменить КВКГ который тоже никак не повлиял на это.

Принял решение снять турбину. Для этого снял систему воздушного фильтра слева смотря на капот, после этого начались танцы с бубном. А именно откручивание коллектора, который находится на рельсах. В ходе снятие заметил, что ни одна шпилька на коллекторе не была затянута. Отсоединил турбину от впуска (на внутреннем датчике, который находится снизу Турбины не Торекс а шестигранник, имейте ввиду) и уже заметил что клапан Вистгейт не рабочий, так как калитка имела колоссальный люфт и имеется пару трещин. Отвёз ребятам на Каширку, они отпескоструили её, перевтулили калитку и вакумник вистгейст и заварили чугун. За работу отдал 13500, тяга теперь присутствует всегда ну и расход естественно 17 литров 🙂

Корпус турбины (корпус горячей части) – деталь турбокомпрессора, формирующая оптимальный поток отработавших газов и направляющая его на колесо турбины. При работе турбокомпрессора корпус турбины подвергается наибольшим тепловым нагрузкам, поскольку непосредственно омывается горячими отработавшими газами двигателя. Работа в условиях термического стресса часто приводит к повреждениям корпуса турбины и в итоге – к ухудшению или полной потере работоспособности турбокомпрессора. Эксплуатационные дефекты корпуса чаще встречаются у турбин бензиновых двигателей, у которых температура отработавших газов достигает 1000 градусов. Обычно они проявляются в виде трещин (иногда — сквозных) в наиболее термически нагруженных зонах детали. Часто повреждается механизм привода тарелки байпасного клапана, что приводит к критическому увеличению люфтов тарелки или ее заклиниванию. Такие повреждения не поддаются ремонту, а устраняются только заменой корпуса на новый.

Если вы хотите купить корпус турбины в Москве, это можно сделать в магазине ТурбоМастер. В ассортименте магазина представлены корпуса турбин оригинального качества, наиболее востребованные при ремонте турбокомпрессоров. Иногородние покупатели могут купить корпус турбины с доставкой по России транспортными компаниями.

Турбина Опель Астра Джей Opel Astra J Mokka 1.4 T

Турбина Опель Астра Джей Opel Astra J Mokka 1.4 T

Полный ассортимент нашей продукции смотрите по ссылке правее ==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>==>> ==>>

Купить комплектом В СБОРЕ: турбонаддув улитка улитка гарретт гарет горячая холодная часть выпускной коллектор датчик

Турбокомпрессор в сборе с выпускным коллектором OPEL / Chevrolet 1.4 Ecotec 140PS

1.4T 1.4 T 1.4Т 1.4 Т / 1.4 турбо бензин

A14NET / A14NEL / A 14 NET / A 14 NEL

Модель ТРК: Garrett gt1446

Нагнетатель Турбина для применяемость :

Шевролет Шевроле Круз / Chevrolet Chevrole Cruze

Шевроле Шевролет Орландо / Chevrolet Chevrole Orlando

Шевроле Шевролет Тракс Трах / Chevrolet Chevrole Trax

Опель Астра-J Астра Джей Джэй / Opel Astra-J Astra J

Опель Инсигния Инсигниа / Opel INSIGNIA

Опель Мокка Мока / Opel Mokka Moka

Опель Мерива-В Мерива В Мерива-Б Б / Opel MERIVA-B MERIVA B

Опель Зафира-С Зафира С Ц / Opel Zafira-C Zafira C

22000 — полностью восстановленная ( состояние оригинальной новой ) на собственном заводе (гарантия качества. ), цена с возвратом вашей сломанной турбины.

Оригинальные номера : GM 0860553 / 55565353 / 0860156 / 95516203 / 7815045004S / 7815040004 / 7815040006 / 7868255001S / 7815040001 / 7815045005S / 7815045006S / 7815045007S / 7815040006 / 781504-0002, 781504-0004, 781504-0005, 55565353, 781504-0006, 781504-0007, 40-30485 SG, 781504-1, 14030485-101, 14030485-102, 14030485-103, 14030485-104, 14030485-105, 14030485-106, 7815040001, 7815040002, 7815040004, 7815040005, 7815040006, 7815040007, 7815041, 7815042, 781504-2, 7815044 , 781504-4, 7815045, GT1446V, 781504-5, 7815046, 781504-6, 7815045001S, 860156, 7815045004, 781504-5004, 7815045004S, 781504-7, 7815045006, 781504-5006, 7815045006S, 7815047, 781504-5006S, 7815045007S, 781504-5007S, 781504-5013S, 847-1446, E-55565353, E55565353, 735317967561, MGT1446MZGL, MGT1446V, 77098-82100, GT1446SLM, 781504-5002S, 781504-5005S, 781504-0003, 781 504, 55565360, 55565358, 55565354, 55565359, 55565357, 55565356, 55565355, E55565360, E55565358, E55565354, E55565359, E55565357, E55565356, E55565355, 781504-500, GT1446V-781504, 781504-0008, 55574901, 781504-5011S, GT1852V, AT5265E, 0860156, T915265, 128989, 781504-0011, 25198550, 25201063, 781504-5007W, 95524281, 860553, 00860156, 95516203, 781504-9001S, 781504-9004S, 781504-9008S, 7815045005S, 00860553, 781504-5014S, 7815045014S, 0860553, 25198546, 7815045011S, 7815040014, 7815040011, 781504-0014, 781504-0011, 336155

Конструкция турбины | ТурбоМастер

Дата публикации: 2015-04-10

Содержание

Конструкция и основные функции турбокомпрессора (ТК) не претерпели принципиальных изменений с момента его изобретения швейцарским инженером Альфредом Бюхи, предложившим идею турбонаддува в 1905 году. Турбокомпрессор, как и следует из его названия, состоит из турбины и компрессора, соединенных общим валом. Турбина, приводимая в действие отработавшими газами (ОГ), передает энергию вращения на компрессор.

В автотехнике наиболее популярны центробежные компрессоры и радиально-осевые (центростремительные) турбины, которые и являются основой большинства современных ТК.

Компрессор

Входящий в состав турбокомпрессора центробежный компрессор состоит из трех основных компонентов: колеса компрессора, диффузора и корпуса. Вращающимся колесом поток воздуха всасывается в осевом направлении, разгоняется до большой скорости и затем вытесняется в радиальном направлении. Диффузор замедляет высокоскоростной поток воздуха практически без потерь, так что и его давление, и температура возрастают. Диффузор сформирован опорным диском компрессора и частью спирального корпуса (улитки). Последний, в свою очередь, собирает истекающий поток и еще больше замедляет его до выхода из компрессора.

Основные компоненты компрессора: крыльчатка (колесо компрессора), диффузор и спиралевидный корпус. Диффузор — узкий канал, сформированный опорным диском компрессора и частью корпуса.

Характеристики компрессора

Рабочие характеристики компрессора определяются картой режимов, которая отражает зависимость между степенью повышения давления и объемным или массовым расходом. Для удобства сравнения объемный и массовый расход компрессора соотносят со стандартными условиями на входе в компрессор. Рабочая область карты для центробежных компрессоров ограничивается зонами неустойчивых режимов (слева – линией помпажа, справа – линией насыщения), а также максимально допустимой частотой вращения. Компрессор для автомобильного применения должен устойчиво работать при изменении расхода воздуха в большом диапазоне. Поэтому он должен иметь карту режимов с широкой рабочей областью.

Область помпажа

Автомобильный турбокомпрессор — агрегат, состоящий из центробежного компрессора и радиально-осевой турбины, соединенных общим валом.

Карта режимов слева ограничена линией помпажа. По сути, помпаж – это срыв потока воздуха на входе в компрессор. При слишком малом объемном расходе и слишком высокой степени повышения давления поток отрывается от входных плоскостей лопаток и нормальный процесс нагнетания нарушается. Поток воздуха через компрессор реверсируется до тех пор пока перепад давления не стабилизируется. Направление потока вновь становится нормальным, давление наддува восстанавливается и цикл повторяется. Эта нестабильность потока продолжается с фиксированной частотой. Возникающий из-за этого акустический шум известен как помпаж.

Линию помпажа смещают в область меньших объемных расходов путем применения лопаток с загнутыми назад кромками, так что рабочий диапазон расходов компрессора увеличивается. Обратный изгиб лопаток приводит к образованию длинных, постепенно расширяющихся каналов. Они замедляют скорость потока и производят меньше пограничных расслоений, чем в случае лопаток с радиальными кромками. «Улитка» собирает высокоскоростной поток и замедляет его, что приводит к росту температуры и давления.

Ширина диффузора также оказывает позитивный эффект на расположение линии помпажа. В общем случае компрессоры с диффузорами узкой конфигурации имеют более стабильную карту режимов.

Линия насыщения

Максимальный объемный расход центробежного компрессора обычно ограничивается величиной сечения на входе. Когда скорость потока на входе в колесо достигает скорости звука, дальнейшее увеличение расхода становится невозможным. Линию насыщения можно определить по круто снижающимся кривым максимальной частоты вращения компрессора в правой части карты режимов. Входное сечение компрессора может быть увеличено, а линия насыщения сдвинута в область больших расходов путем смещения передней кромки каждой второй лопатки (так называемые сплиттерные лопатки).

Когда увеличивается входной диаметр компрессора, возрастает так называемое хаб отношение ( hub ratio) — отношение между входным диаметром и диаметром колеса. Это приводит к росту максимального расхода. Из-за требований к прочности деталей и по соображениям аэродинамики увеличение хаб отношения возможно примерно до 0,8. По той же причине такие большие хаб отношения позволяют получить только относительно низкие значения степени повышения давления, которые требуются в пассажирских автомобилях.

Утоньшение лопаток и уменьшение их количества увеличивает площадь поперечного сечения на входе в колесо, так что линия насыщения отодвигается в сторону больших объемных расходов воздуха. Минимальная толщина лопаток лимитируется технологией литья и прочностными требованиями. Однако когда количество лопаток сокращается, степень повышения давления также уменьшается.

Таким образом, компрессорные колеса турбокомпрессоров пассажирских автомобилей характеризуются высоким хаб отношением и уменьшенным количеством тонких лопаток с сильным обратным загибом. Компрессор — «холодная» часть ТК, функция которой — повысить давление, а, вместе с этим, и плотность воздуха, поступающего в двигатель.

Корпуса компрессоров для коммерческих дизелей, где требуются и высокая степень повышения давления, и широкая карта режимов, часто изготавливают с рециркуляционными каналами. По каналам часть всасываемого воздуха возвращается из компрессора в основной поток на входе в него. Благодаря возникающей рециркуляции течение стабилизируется и линия помпажа смещается в сторону меньших объемных расходов. Более того, тем же путем воздух можно подвести к колесу в зоне позади ограничивающего входного сечения, так что линия насыщения сдвигается в область больших расходов.

Предельная частота вращения

Частота вращения колеса компрессора ограничивается нагрузками, которые испытывают его компоненты. Максимальная частота вращения определяется допустимой скоростью кончиков лопаток и наружным диаметром колеса. Допустимая скорость кромок лопаток обычно составляет около 520 м/с. Если не принимаются никакие меры для снижения нагрузок, увеличение скорости оборачивается сокращением срока службы.

Турбина

Турбина турбокомпрессора (ТК) состоит из турбинного колеса и корпуса. Она преобразует энергию отработавших газов (ОГ) в механическую энергию для привода компрессора. Поток ОГ несет энергию в форме высокого давления и температуры. После прохождения через турбину энергия газов (давление и температура) уменьшается. Перепад давления и температуры газов между входом и выходом из турбины преобразуется в кинетическую энергию вращения турбинного колеса.

Существуют два основных вида турбин: с осевым и радиальным потоком. В случае колес диаметром до 160 мм используются только радиальные турбины. КПД маленьких радиальных турбин выше, а стоимость изготовления при больших объемах производства существенно ниже, чем осевых. Поэтому они обычно применяются в пассажирских и коммерческих дизелях, а также в индустриальных силовых агрегатах.

В улитке радиальных (центростремительных) турбин давление ОГ преобразуется в кинетическую энергию и они с постоянной скоростью направляются с периферии на турбинное колесо. Трансформация кинетической энергии в мощность на валу происходит в турбинном колесе. Оно спроектировано так, чтобы почти вся кинетическая энергия газа преобразовалась к моменту, когда он выходит из крыльчатки.

Рабочие характеристики

Устройство крыльчатки компрессора. Сплиттерные лопатки увеличивают входное сечение компрессора. Обратный изгиб лопаток на выходе из компрессорного колеса — способ борьбы с помпажем.

Мощность турбины возрастает по мере роста перепада давления между ее входом и выходом, то есть, когда перед турбиной скапливается больше отработавших газов (ОГ). Это происходит в результате повышения оборотов двигателя или увеличения температуры газов вследствие их большей энергии.

Поведение турбинной характеристики определяется относительным сечением проточной части. Чем меньше относительное сечение, тем больше газов скапливается на входе в турбину (повышается давление перед турбиной). В результате увеличения перепада давления производительность турбины возрастает. Таким образом, с уменьшением относительного сечения давление наддува увеличивается.

Относительное сечение турбины можно легко варьировать путем замены ее корпуса. Большинство производителей турбокомпрессоров (ТК) для каждого типа турбины предлагает корпуса разных размеров. Это позволяет в широких пределах изменять давление наддува путем подбора нужного относительного сечения проточной части турбинного корпуса.

Помимо относительного сечения на массовый расход газов через турбину также оказывает влияние площадь отверстия на выходе из колеса. Механическая обработка литого турбинного колеса по контуру — трим (trim) — дает возможность регулировать площадь сечения а, следовательно, и давление наддува. Увеличение контура колеса выливается в большее проходное сечение для потока. В рамках одной серии ТК производители предлагают колеса турбин с разным тримом, которые изготовлены из одних литьевых заготовок.

В турбинах с изменяемой геометрией проходное сечение потока между каналом улитки и выходом из колеса варьируется. На входе в турбинное колесо оно изменяется с помощью подвижных управляемых лопаток или скользящего кольца, частично перекрывающего сечение.

На практике рабочие характеристики турбины ТК описываются картами, показывающими зависимость параметров потока ОГ от перепада давления на турбине. На карте турбины показаны кривые массового расхода и КПД турбины для разных частот вращения. Для упрощения карты зависимости расхода и эффективности могут быть представлены в виде усредненных кривых.

Материалы турбин

Поскольку при работе двигателя и после его останова турбина подвергается действию очень высоких температур, колесо и корпус турбины изготавливаются из материалов, обладающих высокой жаропрочностью. В общем случае крыльчатки турбин делают из сплавов на основе никеля, таких как Inconel 713 и GMR 235. Основные компоненты этих сплавов – никель и хром. В то время как GMR 235 работает в условиях температуры отработавших газов (ОГ) на входе в турбину до 850°С, Inconel 713 (73% никеля, 13% хрома) применяется при температурах свыше 1000°С.

Выбор материала для корпуса турбины также зависит от температуры. Сегодня серый чугун GGG40 со сферическим графитом (до 680°С) применяется реже. Для большинства дизельных агрегатов используется кремниево-молибденовый чугун GGG SiMo 5.1 (до 760°С) или GGV SiMo 4.5 0.6 (до 850 °С). Реже для температур ОГ до 850 °С используется высоколегированный никель-хромовый чугун GGG NiCrSi 20 2 2 (Niresist D2).

В большинстве турбокомпрессоров для бензиновых двигателей с температурами ОГ до 970°С применяется сплав GGG NiCrSi 35 5 2 (Niresist D5). Для самых высоких температур до 1050 °С, что потребуется в бензиновых двигателях ближайшего будущего, используется жаростойкая литьевая аустенитная сталь.

Турбины с двойным входом

Давление истекающих из двигателя отработавших газов (ОГ) не постоянное — оно пульсирует в соответствии с чередованием тактов выпуска в разных цилиндрах. Импульсные системы наддува используют пульсации давления ОГ, позволяющие кратковременно увеличить перепад давления на турбине. За счет роста перепада давления увеличивается КПД турбины, улучшая ее работу до тех пор пока через нее не пойдет большой, эффективный поток газов. В результате более полного использования энергии ОГ улучшаются характеристики давления наддува и, соответственно, поведение кривой крутящего момента, особенно на низких оборотах двигателя.

Для предотвращения взаимного влияния цилиндров при разных тактах впуска-выпуска они делятся на две независимые группы. Каждая группа объединяется в свой выпускной коллектор, который транслирует ОГ непосредственно на вход в турбину. В этом случае турбина с двойным входом позволяет утилизировать ОГ из двух групп цилиндров отдельно. В двигателях пассажирских автомобилей чаще используются неразделенные коллекторы и турбины с «однозаходным» корпусом. Это позволяет сделать коллектор компактнее и расположить турбину ближе к головке блока. Поскольку здесь сечение и длина газоподводящих каналов меньше, преимущества импульсного наддува нивелируются.

И все же в отдельных случаях турбины с двойным входом применяются в бензиновых моторах пассажирских автомобилей. Их преимущество — хорошая характеристика крутящего момента при низком давлении ОГ. В то же время им свойственны и недостатки – высокая термическая нагрузка разделяющей перегородки и дорогое производство маленьких корпусов с интегрированным байпасом, особенно, если в качестве материала нужно использовать литьевую сталь из-за больших температур.

Отклик

Для двигателей пассажирских автомобилей жизненно важную роль играют инерционные характеристики турбокомпрессора (ТК). Замедленная реакция на изменение положения педали акселератора, которую также называют «турбояма», часто воспринимается как фактор, снижающий управляемость автомобиля. В последние годы этот негативный эффект компенсирован применением ТК меньшего размера. У них меньше сечение проточной части и ниже инерция ротора как результат применения колес меньшего диаметра. Таким образом, при увеличении частоты вращения турбокомпрессора приходится раскручивать ротор меньшей массы. Момент инерции турбинного колеса также может быть снижен путем удаления сегментов опорного диска между лопатками. В еще большей степени динамические характеристики ТК могут быть улучшены применением турбин с изменяемой геометрией проточной части.

Оптимальные условия для потока и низкие потери тепла достигаются в интегрированных системах наддува с отлитыми заодно выпускным коллектором и корпусом турбины, что оборачивается улучшенными характеристиками отклика. Прочие аргументы за применение таких систем – сокращение веса до 1 кг, а также увеличение свободного пространства между двигателем и пассажирской кабиной, что часто жизненно необходимо по соображениям безопасности.

Керамические колеса турбин

В сравнении с металлическими колесами керамические турбинные колеса существенно легче, что улучшает характеристики отклика (чувствительность) турбокомпрессора. Современные керамические материалы позволили разработать такие колеса, пригодные для массового производства. Однако керамические материалы очень хрупкие и могут быть легко разрушены при попадании посторонних частиц. Более того, лопатки таких турбин толще и поэтому их эффективность ниже, так что они редко используются в автотехнике.

Алюминид титана имеет такую же плотность как керамика. Этот материал сравнительно менее подвержен разрушению, а лопатки такие же тонкие как металлические. Его недостаток – низкая температурная стойкость (максимум 700°С).

Типовая карта режимов компрессора. Рабочая область карты режимов ограничена линиями помпажа, насыщения и предельно допустимой частоты вращения.

Водоохлаждаемые корпуса

При разработке турбокомпрессоров (ТК) также должны учитываться аспекты безопасности. Например, в судовых моторных отсеках следует избегать горячих поверхностей из-за опасности пожара. Поэтому корпуса турбин ТК для морского применения изготавливаются с водяным охлаждением или с покрытием изолирующими материалами.

Система управления

Тяговые характеристики современных турбодвигателей должны отвечать таким же высоким требованиям, как и характеристики атмосферных моторов с идентичными мощностными параметрами. Это означает, что полное давление наддува должно быть доступно, начиная с минимально возможных частот вращения двигателя. Это, в свою очередь, может быть достигнуто только путем управления турбокомпрессором на турбинной стороне.

Байпасное регулирование на турбинной стороне

Установка байпасного клапана в турбинной части турбокомпрессора (ТК) – самый простой способ контроля давления наддува. Геометрические параметры турбины выбирают таким образом, чтобы обеспечить характеристику крутящего момента на низких оборотах, необходимую для достижения заданных динамических показателей автомобиля. При такой конструкции ТК уже незадолго до достижения максимального крутящего момента на турбину начинает поступать избыточное количество отработавших газов. Таким образом, как только номинальное давление наддува достигнуто, избыток отработавших газов направляется по байпасному каналу в обход турбинного колеса. Клапан «вейстгейт», который открывает и закрывает байпас, обычно приводится в действие пневматической камерой с подпружиненной диафрагмой, реагирующей на давление наддува. Так по мере дальнейшего увеличения оборотов двигателя давление наддува остается на неизменном уровне.

В этом, очень экономичном, решении на диафрагму камеры управления, предварительно нагруженную спиральной пружиной, воздействует давление наддува. Как только давление наддува преодолеет силу предварительного сжатия пружины, шток через рычаг открывает тарелку байпасного клапана и ОГ начинают перетекать вокруг турбины в систему выпуска.

В современных бензиновых и дизельных двигателях все чаще применяются электронно управляемые системы контроля наддувочного давления. В сравнении с чисто пневматическим регулированием, которое действует только как ограничитель давления на полной нагрузке, гибкое управление позволяет устанавливать оптимальное давление наддува в режимах частичной нагрузки. Электронное регулирование работает в соответствии с различными параметрами, такими как температура наддувочного воздуха, качество топлива и параметры опережения впрыска (зажигания). Также становится возможным кратковременный «перенаддув» при интенсивном ускорении.

Механический привод байпасной заслонки действует так же как и в описанном выше случае. Вместо полного давления наддува на диафрагму камеры управления подается модулированное управляющее давление. Оно меньше полного давления наддува и вырабатывается так называемым пропорциональным клапаном. Этим достигается то, что на диафрагму воздействует комбинация давления наддува и давления на выходе из компрессора в изменяющейся пропорции. Пропорциональный клапан управляется электроникой двигателя и срабатывает с частотой от 10 до 15 Гц. В сравнение с обычной системой управления усилие предварительного сжатия пружины существенно ниже, что позволяет осуществлять регулирование также и на режимах частичной нагрузки, то есть, при меньшем давлении наддува.

В электронных системах управления турбокомпрессоров дизельных двигателей пневмокамеры регулируются вакуумом.

Турбины с изменяемой геометрией

Байпасные системы регулирования управляют мощностью турбины, направляя часть отработавших газов (ОГ) в обход нее. Таким образом, «дармовая» энергия газов используется не полностью. Турбины с изменяемой геометрией позволяют варьировать сечение проточной части турбины в зависимости от режима работы двигателя. Это дает возможность полностью утилизировать энергию ОГ, оптимизируя конфигурацию канала, по которому ОГ попадают на турбинное колесо, для данного режима двигателя. Как результат, эффективность турбокомпрессора (ТК) и, соответственно, двигателя выше тех, что удается достичь при байпасном регулировании.

Сегодня турбины с РСА в виде подвижных направляющих лопаток (VNT, VTG, VGT) – самое передовое решение для современных легковых дизельных автомобилей. В результате непрерывной адаптации проходного сечения турбинного канала к рабочему режиму двигателя сокращаются потребление топлива и вредные выбросы. Высокий крутящий момент уже на низких оборотах и адекватная стратегия управления обеспечивают существенное улучшение динамических характеристик.

Подвижные направляющие лопатки между корпусом улитки и турбинным колесом влияют на протекание процесса восстановления давления и, таким образом, на выходные характеристики турбины. Это позволяет варьировать поток газов через турбину в диапазоне 1:3 при хороших уровнях эффективности. На низких оборотах сечение проточной части турбины уменьшается путем закрытия направляющих лопаток. Давление наддува и, следовательно, крутящий момент двигателя возрастают как результат увеличения перепада давления на входе и выходе из турбины. С повышением оборотов двигателя управляемые лопатки постепенно открываются. Требуемое давление наддува достигается при низком перепаде давления на турбине — так достигается сокращение расхода топлива. При ускорении машины с низкой скорости (оборотов двигателя) управляемые лопатки закрываются для получения максимальной энергии от ОГ. По мере увеличения скорости лопатки открываются и адаптируются к соответствующему рабочему режиму.

В настоящее время управление лопатками преимущественно электронное, с помощью вакуумно-регулируемой камеры управления и пропорционального клапана. В будущем все чаще будут применяться электрические приводы с положительной обратной связью, позволяющие реализовать точное и чрезвычайно гибкое управление давлением наддува.

Температура ОГ современных высокоэффективных дизельных двигателей может достигать 830°С. Точная и надежная работа управляющих лопаток в потоке горячих газов предъявляет высокие требования к материалам и точности допусков в конструкции турбины. Независимо от типоразмера турбокомпрессора направляющие лопатки должны иметь минимальные зазоры для обеспечения надежной работы в течение всего срока службы автомобиля. С уменьшением размера ТК относительные потери потока через турбину возрастают и ее эффективность падает. Поэтому цель многих разработок – отодвинуть эти ограничения области применения технологии VTG как можно дальше в сторону ТК малых размеров.

Альтернативное решение – турбины с регулирующим механизмом в виде подвижного (скользящего) кольца (VST-variable sliding turbine). Простота конструкции и исполнение многих функций небольшим количеством компонентов – преимущества для маленьких турбин или там, где требуется работа в условиях высоких температур ОГ. Это особенно применимо в компактных дизельных двигателях с рабочим объемом менее 1,4 л. Преимущества – высокая эффективность, низкая цена и сокращение установочных размеров. Для бензиновых моторов с высокой температурой ОГ технология VST – надежная возможность управления давлением наддува путем изменения геометрии проточной части турбины.

Прочный механизм VST противостоит высоким температурам ОГ значительно лучше, чем VTG с направляющими лопатками. Байпас, который для бензиновых двигателей необходим даже в ТК с изменяемой геометрией из-за большого диапазона изменения расхода, интегрирован в механизм управления.

Корпус турбины аналогичен турбинам с двойной улиткой (с двухканальным направляющим аппаратом). Перегородка, разделяющая каналы, не выходит на впускной фланец, а начинается внутри улитки. На низких оборотах двигателя открыт только один канал. Второй канал, который закрыт скользящим кольцом, постепенно открывается по мере увеличения оборотов. Затем скользящее кольцо приоткрывает и байпасный канал, ведущий от входа в турбину по внешнему контуру скользящего кольца к выходу из турбины. Это дополнительно увеличивает расход газов через турбину. Для регулирования сечения проточной части и открытия байпасного канала требуется всего один управляющий механизм. Могут быть использованы как пневматический, так и электронный приводы.

Узел подшипников

Ротор турбокомпрессора (ТК) вращается с частотой до 300 000 мин -1. Срок службы ТК должен соответствовать ресурсу двигателя, который может составлять 1 000 000 км пробега для коммерческого автомобиля. Только специально разработанные для ТК подшипники скольжения могут соответствовать таким жестким требованиям при приемлемой стоимости.

Опорные подшипники

В подшипнике скольжения вал вращается практически без трения на масляной пленке внутри втулки подшипника.

Масло подается в турбокомпрессор (ТК) от системы смазки двигателя. Подшипниковый узел спроектирован так, что между неподвижным корпусом и вращающимся валом расположены «плавающие» бронзовые подшипниковые втулки. Они вращаются с частотой, вдвое меньшей частоты вращения вала. Это позволяет высокоскоростным подшипникам адаптироваться таким образом, что на любых режимах работы ТК нет прямого контакта «металл-металл» между валом и подшипниками.

Кроме функции смазки масляная пленка в зазорах подшипника играет роль демпфера, который способствует стабилизации вала и турбинного колеса. Гидродинамическая несущая способность пленки и демпфирующие характеристики подшипника оптимизируются величиной зазоров. Таким образом, толщина смазывающей пленки для внутренних зазоров выбирается исходя из нагрузки на подшипник, в то время как толщина внешних зазоров определяется с учетом демпфирования подшипника. Зазоры в подшипниках составляют несколько сотых долей миллиметра. Увеличение зазоров приведет к более мягкому демпфированию и, одновременно, к снижению несущей способности подшипника.

Так называемый патрон — специальный вид опорного подшипника скольжения. Вал вращается в неподвижной целиковой втулке, снаружи которой прокачивается масло. Внешний зазор выбирается исключительно из условия демпфирования подшипника, так как патрон не проворачивается. Вытекающая из этого меньшая ширина подшипника позволяет создать более компактный ТК.

Упорный подшипник

Ни один из рассмотренных типов опорных подшипников, ни свободно плавающие втулки, ни фиксированный плавающий патрон, не воспринимают нагрузки в осевом направлении. Поскольку газы воздействуют на компрессорное и турбинное колеса в осевом направлении с разной силой, ротор турбокомпрессора (ТК) испытывает осевую нагрузку. Она воспринимается упорным подшипником скольжения с конической плоскостью (рабочей поверхностью). Два маленьких диска, закрепленных на валу, служат контактными поверхностями. Упорный подшипник фиксируется в центральном корпусе подшипников. Маслоотражающая пластина предотвращает попадание масла в зону уплотнения вала.

Слив масла

Масло подается в турбокомпрессор (ТК) при давлении примерно 4 бар. Поскольку масло сливается из турбины при меньшем давлении (самотеком), диаметр трубки для слива значительно больше, чем маслоподающей трубки. Проток масла через корпус подшипников должен быть по возможности вертикальным, сверху вниз. Сливная трубка должна выходить в картер выше уровня масла. Любое препятствие на пути слива масла оборачивается увеличением противодавления в корпусе подшипников. В этом случае масло начинает просачиваться сквозь уплотнительные кольца в компрессор и турбину.

Уплотнения

Центральный корпус подшипников должен быть уплотнен от прорыва в него горячих отработавших газов из турбины и от утечек масла из корпуса. Для этого в канавки на валу ротора, со стороны компрессора и турбины установлены разрезные кольца, аналогичные поршневым. Кольца не вращаются, а неподвижно расклинены в центральном корпусе. Это бесконтактное уплотнение, один из видов лабиринтного уплотнения. Благодаря многочисленным резким изменениям направления движения потока оно затрудняет утечку масла и пропускает в картер лишь небольшое количество отработавших газов.

Тепловая нагрузка на подшипники

Учитывая небольшое расстояние между центральным корпусом и горячим корпусом турбины, тепло может проникать в центральный корпус и нагревать масло до температуры коксования. Тогда масляный кокс мог бы осаждаться в зазорах и на поверхностях, засорять масляные каналы и нарушать работу подшипников и уплотнений. Большое количество углеводородных отложений может вызвать дефицит смазки и граничное трение, приводящие к ускоренному износу системы подшипников.

Тепловой экран и охлаждение разбрызгиванием масла<

Тепловой экран, расположенный позади опорного диска турбинного колеса, предотвращает контакт горячих отработавших газов с центральным корпусом. В некоторых конструкциях при работе двигателя масло распыляется на вал ротора через маленькое распылительное отверстие в опоре подшипника с турбинной стороны, охлаждая вал и уменьшая риск коксования.

Наивысшие температуры в центральном корпусе достигаются вскоре после останова двигателя. Горячий турбинный корпус нагревает систему подшипников, которая больше не охлаждается моторным маслом.

Термическая развязка

В расчете на термическую развязку правой подшипниковой опоры передача тепла от корпуса турбины к системе подшипников сокращается даже после того как двигатель был заглушен. Для этого систему подшипников располагают ниже точки подачи масла, так же как силовой агрегат размещают под крылом самолета. Правая подшипниковая опора больше не контактирует с горячей стенкой центрального корпуса, значит, передача тепла к системе подшипников ограничивается.

Водяное охлаждение

Бензиновые двигатели, у которых температура отработавших газов на 200-300°С выше чем у дизелей, обычно оснащаются турбокомпрессорами с охлаждаемыми центральными корпусами. При работе двигателя центральный корпус интегрируется в его контур охлаждения. После выключения двигателя остаточное тепло снимается посредством малого кольца циркуляции, которое задействуется электрическим насосом с термостатом.

Рециркуляционный клапан

В бензиновых турбодвигателях дроссельная заслонка, которая управляет нагрузкой двигателя, располагается после компрессора, во впускном коллекторе. В момент внезапного сброса газа заслонка закрывается, а компрессор из-за своей инерционности продолжает нагнетать воздух в почти замкнутый объем. Вследствие этого начался бы помпаж компрессора. Частота вращения турбокомпрессора (ТК) быстро упала бы.

Начиная с определенного давления, открывается подпружиненный клапан и направляет воздух обратно на вход в компрессор, ограничивая рост давления и исключая помпаж. Частота вращения ТК остается высокой, и давление наддува появится, как только будет задействован акселератор.

Производство горячей секции турбинного двигателя: сложная металлургия и опасные рабочие среды

Производство горячей секции турбинных двигателей — сложная отрасль, которая связана с риском серьезных травм и соблюдением правил безопасности и передовых методов.

Существует общее изречение, что современный мир освободили две технологии: автоматическая стиральная машина и реактивный двигатель. Когда лейтенант ВВС Великобритании Фрэнк Уиттл получил в 1930 году английский патент на базовую конструкцию современного реактивного двигателя (первый полет состоялся только в 1941 году), он, вероятно, не мог представить себе, какие изменения произойдут в материалах, сложности и рабочих характеристиках. .

Сегодняшние коммерческие реактивные двигатели состоят из 25 000 деталей. Они достигают одиннадцати футов в диаметре и двенадцати футов в длину. Двигатели могут весить более 10 000 фунтов и обеспечивать тягу в 100 000 фунтов. На сборку даже полностью протестированного и одобренного двигателя может уйти два года. Суперджамбо-джет может перевозить 500-800 пассажиров в зависимости от конфигурации и иметь взлетный вес 1,2 миллиона фунтов.

Раздел I предоставит общий обзор производственных и металлургических сложностей, связанных с производством некоторых компонентов горячего профиля.Раздел II посвящен уникальному аспекту изготовления секций струйной горячей резки. В частности, сложные и строгие стандарты, необходимые для предотвращения катастрофических авиационных происшествий в полете, также требуют наиболее дисциплинированного соблюдения передовых методов безопасности, чтобы избежать катастрофических производственных травм, в частности ожогов, в условиях работы при высоких температурах. В разделе III кратко обсуждаются катастрофические ожоговые травмы, возникающие в результате несоблюдения строгих мер предосторожности.

Секция I: Горячая секция

В передней части двигателя вентилятор нагнетает воздух в первый отсек двигателя, компрессор, пространство примерно в 20 раз меньше, чем первая ступень компрессора.Когда воздух выходит из компрессора высокого давления и попадает в камеру сгорания, он смешивается с топливом и сгорает. Когда газ сгорает и расширяется, часть газа проходит через выхлоп, а часть перенаправляется в турбину двигателя (набор вентиляторов, которые вращают лопасти компрессора). Турбина извлекает энергию из сверхгорячих газов для приведения в действие вала компрессора и выработки электроэнергии.

Поскольку турбина подвержена воздействию такого невероятного тепла, лабиринтные дыхательные пути в лопастях турбины позволяют холодному воздуху проходить через них для охлаждения турбины.Благодаря механизму охлаждения воздушного потока турбина может работать в потоках газа, где температура выше, чем температура плавления сплава, из которого сделана турбина.

Титан, очищенный до авиационных спецификаций в 1950-х годах, используется для наиболее важных компонентов «горячей секции», таких как камера сгорания и турбина. С твердым титаном трудно работать, но он устойчив к сильным температурам. Он часто легирован другими металлами, такими как никель и алюминий, для достижения высокого соотношения прочности / веса.

Производство компонентов горячего профиля

Приточный вентилятор. Вентилятор должен быть прочным, чтобы он не сломался при засасывании крупных птиц или мусора. Он изготовлен из титанового сплава. Каждая лопасть вентилятора состоит из двух обшивок, полученных путем формования расплавленного титана в горячем прессе. Обшивка каждой лопасти приварена к стыку, а полость в центре заполнена титановыми сотами.

Компрессор дисковый. Это цельный сердечник, напоминающий зубчатое колесо, к которому крепятся лопатки компрессора.На нем не должно быть даже мельчайших дефектов, так как они могут вызвать сползание или превратиться в трещины под огромными нагрузками при работе двигателя. Диски компрессора, которые раньше обрабатывались на станках, теперь производятся с помощью процесса, называемого порошковой металлургией, который заключается в заливке расплавленного металла на быстро вращающийся поворотный стол, который разбивает расплавленный металл на миллионы микроскопических капель, которые почти сразу же отбрасываются обратно из-за вращения стола. Когда они покидают поворотный столик, температура капель падает на 2120 градусов по Фаренгейту (1000 градусов по Цельсию) за полсекунды, в результате чего они затвердевают и образуют очень мелкий металлический порошок, который затвердевает слишком быстро для поглощения примесей.Порошок упаковывают в формующий ящик и подвергают вибрации в вакууме для удаления воздуха. Затем корпус герметично закрывается и нагревается до давления 25 000 фунтов на квадратный дюйм в диск.

Лопатки компрессора. Эти лезвия до сих пор изготавливаются традиционными методами литья. Сплав заливается в керамическую форму, нагревается в печи и охлаждается. Форма ломается, и лезвия обрабатываются до окончательной формы, часто с жесткими допусками порядка 7 микрон.

Камеры сгорания. Камеры сгорания смешивают воздух и топливо в небольших помещениях в течение длительных периодов времени при невероятных температурах. Титан легируют (для увеличения пластичности), а затем нагревают до жидкости перед заливкой в ​​несколько сложных сегментных форм. После охлаждения и снятия сегменты свариваются.

Диск и лопатки турбины. Диск турбины изготовлен с помощью той же порошковой металлургии, что и диск компрессора. Однако лопатки турбины подвергаются еще большей нагрузке из-за сильного нагрева камеры сгорания.Копии лезвий формируются путем заливки воска в металлические формы. После застывания восковая форма удаляется и погружается в ванну с керамической суспензией, образуя керамическое покрытие. Каждая группа фигур нагревается, чтобы керамика затвердела и воск расплавился. Затем расплавленный металл заливается в пустоту, оставленную расплавленным воском.

Затем металлические зерна лезвий выравниваются параллельно лезвию за счет направленного затвердевания, что важно из-за напряжений в лезвии. Если зерна выровнены правильно, вероятность поломки лезвия значительно ниже.Процесс отверждения происходит в печах с компьютерным управлением в соответствии с точными спецификациями. Параллельные линии крошечных отверстий образуются в дополнение к внутренним охлаждающим каналам, либо за счет небольшого лазерного луча, либо за счет искровой эрозии, когда искры осторожно проедают отверстия в лезвии.

Лопатки турбины подвергаются воздействию температур около 2 500 градусов по Фаренгейту (1370 по Цельсию. При таких температурах возможны поломки из-за ползучести, коррозии и усталости. Термобарьерные покрытия, такие как алюминидные покрытия, разработанные в 1970-х годах, способствовали охлаждению.Керамические покрытия, разработанные в 1980-х годах, улучшили характеристики лезвия примерно на 200 градусов по Фаренгейту и почти вдвое увеличили срок службы лезвия.

В лопатках современных турбин часто используются суперсплавы на основе никеля, содержащие хром, кобальт и рений. Некоторые суперсплавы используют кристаллическую технологию. Нимоник — еще один суперсплав со сверхнизкой ползучестью, используемый в лопатках турбин. Алюминид титана, химическое соединение с превосходными механическими свойствами при повышенных температурах, может заменить суперсплавы на основе никеля в лопатках турбин.GE использует алюминид титана на лопатках турбины низкого давления двигателя GEnx, установленного на самолетах Boeing 787. Лезвия отлиты на Precision Castparts Corp.

.

Выхлопная система. Внутренний канал и камеры дожигания отлиты из титана, а внешний канал и гондола — из кевлара, при этом все компоненты свариваются в единый узел.

Раздел II. Дефекты как в компонентах горячей секции, так и в процедурах безопасности могут привести к катастрофическим травмам

Несовершенство горячего участка, которое приводит, например, к поломке лопасти во время полета или чрезмерной ползучести, может привести к неконтролируемому отказу двигателя, а также к другим катастрофическим неполадкам во время полета, подвергающим опасности жизни.Интересное следствие, уникальное для очень небольшого числа производственных предприятий, состоит в том, что соблюдение самых безопасных производственных процессов сводит к минимуму как дефекты продукции, так и травмы рабочих, в первую очередь серьезные ожоги.

Немногие вещи приводят к более высоким вердиктам, расходам на компенсацию работникам или расчетам по сравнению с ожогами

В тех отраслях, где «серьезные большие ожоги» можно условно определить как ожоги на всю толщину более 20% или более общей площади поверхности тела (TBSA), местоположение ожогов и относительная доступность определенных типов трансплантатов могут быть исход является определяющим и напрямую связан с судебным риском, расчетами и приговорами.Наиболее проблемными являются ожоги 4 и степени на руках или лице, которые никогда, никогда не могут быть полностью вылечены с помощью современных хирургических технологий или терапевтических методов лечения.

Классификация кожных трансплантатов

Существует два распространенных типа кожных трансплантатов. Трансплантат разделенной толщины (STSG) или сетчатый трансплантат включает эпидермис и часть дермы. Сетка делает отверстия в трансплантате, позволяя ему увеличиваться примерно в 9 раз по сравнению с исходным размером.

В качестве альтернативы, трансплантат кожи на всю толщину или листовой трансплантат, который включает разбивку и срезание кожи с донорского участка, является более рискованным с точки зрения отторжения.Однако, как это ни парадоксально, этот метод оставляет шрам только на донорском отделе, заживает быстрее и менее болезнен, чем трансплантация с разделением по толщине. Этот тип трансплантации, пластинчатая трансплантация, должен использоваться для рук и лица / головы, где сжатие трансплантата должно быть минимизировано, и поэтому его чрезвычайно трудно достичь при больших ожогах TBSA.

Средства правовой защиты

Хотя законы о компенсации работникам, как правило, запрещают подавать иски работников против их работодателей, в случаях, когда исключительное положение о компенсации работникам не применяется, в Соединенных Штатах нередко можно увидеть приговоры о сожжении или урегулирование в миллионах или даже десятках миллионов долларов США. миллионы долларов.Обязательные СИЗ и передовые методы безопасности при работе в условиях сверхвысокой температуры могут минимизировать травмы, хотя на практике их устранение остается желанной целью.

Температура на входе в турбину — обзор

9.4.2 Секция сгорания

Для надежного достижения температуры на входе в турбину около 1426 ° C (2600 ° F) в течение длительного времени требуются современные материалы и технологии охлаждения. Поскольку компоненты системы сгорания часто имеют самый короткий срок службы в турбине, на раннем этапе следует уделить внимание выбору и разработке наиболее перспективных технологий материалов.Потенциально применимые технологии, которые предстоит изучить, включают усовершенствованные термобарьерные покрытия, керамические композиты, сплавы, упрочненные дисперсией оксидов, и технологии изготовления, позволяющие улучшить охлаждение на воздухе.

Существует три основных типа систем сжигания: бункерный, кольцевой и внешний силосный. В текущих моделях используются, в основном, камеры сгорания баночного или кольцевого типа, и проблемы с материалами одинаковы для обоих. Система сгорания (консервного типа) представляет собой многокамерный узел, состоящий из трех основных частей: системы впрыска топлива, цилиндрической гильзы сгорания и переходника, который направляет горячие газы к направляющим лопаткам первой ступени турбины с приемлемым температурный режим.

Системы впрыска топлива — это сложные системы, содержащие форсунки для сжигания нефти и газа. Смесь нагнетаемого воздуха и топлива компрессора горит около горловины. Камера сгорания предназначена для сдерживания пламени, смешивания с разбавляющим воздухом для контроля температуры, выбросов и дыма, а также для охлаждения металлических стенок воздухом.

Горелки могут быть сухими или мокрыми с малым выбросом NO x . Ключевой проблемой горелок является износ топливных форсунок. Кроме того, часто очевидны проблемы с перегревом материала из-за вспышек.Компоненты горелки подлежат ремонту и замене.

Для этого типа эксплуатации выбранные материалы должны обладать жаропрочностью, включая предел прочности на растяжение и ползучесть, а также стойкостью к многоцикловой усталости, малоцикловой усталости, окислению и науглероживанию. Кроме того, материалы должны сохранять металлургическую стабильность при эксплуатации, чтобы избежать охрупчивания, и быть пригодными для изготовления и сварки в виде листов как для первоначального производства, так и для облегчения ремонта дефектов, вызванных эксплуатацией.

Типичные сплавы, используемые для камеры сгорания промышленных газовых турбин и переходных элементов, перечислены в Таблице 9.10. Изначально для камер сгорания были выбраны аустенитные сорта нержавеющей стали (например, тип 310), которые успешно используются до сих пор. В турбинах с более высокими температурами обжига обычно используется лист из никелевого или кобальтового сплава, популярным выбором являются Hastelloy X TM и Haynes 188. Для улучшения сохранения сопротивления ползучести в некоторых новых конструкциях используются такие сплавы, как Inconel 617 и 625 и Nimonic C-263.

Таблица 9.10. Листовые материалы из суперсплава, используемые для камер сгорания промышленных газовых турбин и переходников [45]

9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013 9013
Сплав Ni Fe Co Cr Mo W Al Ti Ti Прочее
Никелевая основа
Hastelloy X Bal 18.5 1,5 22,0 9,0 0,6 0,10
Инконель 617 Bal 1,5 12134 1,5 12134 1,5 12134 1,2 0,3 0,10 0,2 Cu
Инконель 625 Bal 2,5 21,5 9,0 0,22 0,05 3,6 Cb
Нимоник C-263 Bal 20,5 20,0 5,9 0,5 2,2 Кобальтовая основа
Haynes Alloy 188 22,0 1,5 Bal 22,0 14.0 0,1 0,07 La
Железная основа
AISI3 0,1

Температура стенок камеры сгорания может быть очень высокой. Материалы претерпевают очень резкие изменения температуры при запуске и останове, поэтому малоцикловая усталость (LCF) является важным видом отказа.Установившиеся термические напряжения также могут быть значительными из-за характера процесса горения и необходимости охлаждения стенок. Необходима гибкая конструкция, способная выдерживать термическую усталость. Сам процесс горения генерирует высокочастотные колебания, которые могут привести к отказу в результате многоцикловой усталости (HCF). Относительно тонкие стенки камеры сгорания могут означать, что окисление также является важным видом отказа. Наконец, давление снаружи камеры сгорания несколько выше, чем внутри.Поскольку стенки тонкие, эта разница давлений достаточна для разрушения при ползучести и потери устойчивости при самых высоких температурах.

Требуется простое техническое обслуживание камеры сгорания, хотя очевидно, что было бы желательно некоторое внедрение передовых технологий, которые позволили бы использовать машины с более высокой входной температурой с увеличенными интервалами осмотра, ремонта или замены.

Обзор материалов, используемых в камерах сгорания текущей модели GT, представлен в Таблице 9.11. Дымовой газ из выхода из камеры сгорания направляется к первому кольцу неподвижных профилей (направляющих лопаток сопла). Важно, чтобы поток горячего газа на эту ступень распределялся по возможности равномерно. Воздуховоды, выполняющие эту функцию, являются переходными элементами. В случае двигателя с тарельчатыми камерами сгорания переходные детали имеют круглое поперечное сечение на одном конце, который соединяется с тазом. Другой конец имеет примерно прямоугольное поперечное сечение, которое на своих узких сторонах примыкает к соседним переходным элементам, образуя более или менее непрерывное кольцо, обращенное к направляющим лопаткам входного сопла.Газ, поступающий в переходник, имеет температуру на выходе из горелки и выходит из перехода примерно с такой же температурой.

Таблица 9.11. Материалы турбины сгорания [43]

OEM Камера сгорания Transition Диски турбины
Alstom Никелевый сплав (например, Хастеллой3) с огнеупорной керамикой 9034 конфигурация силоса) Легированная сталь (A469 / 565) (12CrNiMoV) (сварная)
GE Cans-Hastelloy и Haynes 188 с TBC Nimonic 263 с TBC Никелевый сплав 718 и IN 706
Siemens Кольцо-Hastelloy X TM с TBC IN 617 (канал с конфигурацией силоса) Легированная сталь (A565) (22 CrMoV и 12 CrNiMo)
SW
SW SW SW Hastelloy с TBC IN 617 с TBC и Haynes 230 с TBC Легированная сталь (NiCrMoV)
MHI Cans-Tomilloy TM с TBC To milloy TM (аналогично IN 617) Легированная сталь (NiCrMoV)

Хотя переходные элементы менее сложны, чем футеровки, они были более сложными с точки зрения материалов / процесса из-за комбинации напряжений и температуры, встречающиеся в процессе эксплуатации, а также потому, что возможно менее эффективное охлаждение.Первоначальные переходники 1950-х годов были сделаны из нержавеющей стали AISI 309. В начале 1960-х годов сплавы на основе никеля Hastelloy-X TM и RA-333 использовались в деталях с более ограниченным сроком службы. Материал Nimonic 263 постепенно внедряется в модели газовых турбин с более высокой температурой обжига и будет использоваться в будущих модернизированных машинах. С начала 1980-х годов TBC применялись в переходных элементах моделей газовых турбин с более высокой температурой горения и в машинах с повышенными характеристиками. Полевой опыт, проведенный в течение тысяч часов эксплуатации, показал хорошую долговечность этого покрытия на переходных деталях.

Первичной причиной произошедших изменений материала было повышение сопротивления высокотемпературной ползучести. Эти изменения материала необходимо было производить с сохранением удовлетворительной стойкости к окислению / коррозии. Нимоник 263, последний представленный сплав, примерно на 140 ° C (250 ° F) прочнее, чем исходная нержавеющая сталь AISI 309. Hastelloy-X TM , который использовался в 1960-х — начале 1980-х годов, занимает промежуточное положение по прочности между ними.

По мере увеличения температуры горения в новых моделях газовых турбин HS-188 недавно был использован в последней секции некоторых гильз сгорания для повышения прочности на разрыв при ползучести.В дополнение к изменениям основного материала было включено использование термобарьерного покрытия (TBC) на гильзах сгорания современных и модернизированных машин.

Напряженные и горячие детали в промышленных газовых турбинах

Что касается материалов критических секций промышленных газовых турбин (IGT), потребность в еще более высоком КПД означает, что они должны выдерживать самые экстремальные условия, в то время как операторы IGT должны сохранять свои затраты на техническое обслуживание на минимальном уровне. Oerlikon Metco предлагает решения для всех участков IGT — от индивидуальных разработок до рентабельной технологии термического напыления.

Устойчивая защита компонентов IGT

Чем выше температура работает в промышленной газовой турбине, тем выше термический КПД двигателя и лучше расход топлива. В качестве единого поставщика мы предлагаем решения для термического напыления для многих критических секций двигателя IGT, таких как компрессор, камера сгорания и секции турбины высокого и низкого давления. Ключевые области применения включают термобарьерные покрытия (TBC), решения по контролю зазоров, предотвращение окисления и горячей коррозии, защиту от истирания и различные приложения для предотвращения износа.

Например, связующие покрытия MCrAlY с воздушным или вакуумным плазменным напылением и верхние покрытия из YSZ (стабилизированного иттрием диоксида циркония) от 7 до 8 вес.% От Oerlikon Metco защищают критически важные детали турбины от чрезмерного нагрева и допускают рабочие температуры, которые в противном случае были бы невозможны.

Помимо традиционных термобарьерных материалов YSZ, Oerlikon Metco разрабатывает новые материалы TBC и методы нанесения, которые позволят двигателям IGT работать при еще более высоких температурах. К ним относятся материалы с новыми керамическими композициями из редкоземельных элементов, а также технологии нанесения термического напыления, которые позволяют создавать более подходящие и прочные микроструктуры.

Внутри газовой турбины одной из основных областей фреттинг-износа являются прижимные поверхности хвостовиков лопаток и пазов дисков. Чем больше газовая турбина, тем выше создаваемые силы инерции и напряжения. Здесь также были разработаны покрытия Oerlikon Metco для уменьшения этих напряжений и предотвращения фреттинг-износа этих компонентов.

Для повышения эффективности необходим зазор между вершинами вращающихся лопастей и неподвижными кожухами, при этом меньшие зазоры обеспечивают эффективность двигателя и, следовательно, снижение расхода топлива.Компания Oerlikon Metco первой разработала решения по контролю зазора при термическом распылении, которые повышают эффективность и обеспечивают необходимый запас прочности. Сегодня мы предлагаем решения для газотурбинных двигателей, адаптированные к конкретным условиям эксплуатации. Кроме того, мы предлагаем традиционные решения с сотовыми уплотнениями, производимые нашим подразделением по производству компонентов турбин.

Oerlikon Metco имеет долгую историю успеха с устаревшими продуктами IGT. Наши решения для термического напыления снижают стоимость компонентов, сокращают время проверки продукта и являются экологичными.Наша команда ученых-материаловедов, инженеров и специалистов по применению проводит исследования, а также тесно сотрудничает с производителями оригинального оборудования, чтобы постоянно улучшать и совершенствовать технологии и процессы термического напыления материалов. Мы очень тесно сотрудничаем с нашими клиентами на всех этапах разработки. Наш очень гибкий спектр технологий производства материалов в сочетании с нашим опытом в различных процессах нанесения покрытий позволяет нам оптимизировать решения для наших клиентов как с точки зрения затрат, так и с точки зрения результатов нанесения покрытия.

Проект самолета

— Что происходит при высокотемпературном сгорании турбины? Конструкция самолета

— Что происходит при высокотемпературном сгорании турбины? — Обмен авиационными стеками
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Зарегистрироваться

Aviation Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для пилотов, механиков и энтузиастов самолетов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 255 раз

$ \ begingroup $

Я проектирую самолет и замечаю, что в двухконтурных ТРДД топливо используется при относительно низких температурах.Вот и мне интересно, а что будет, если топливо сгорит при высоких температурах? Что-то случилось с металлом?

Создан 27 окт.

НиколайНиколай

6,511 золотой знак66 серебряных знаков1010 бронзовых знаков

$ \ endgroup $ 0 $ \ begingroup $

Самый большой ограничитель температур горячей секции в авиационных газовых турбинах — это движущиеся части горячей секции, которые подвергаются высоким нагрузкам при высоких температурах и делают это в течение очень длительных периодов времени.Даже лучшие никель-кобальтовые суперсплавы не могут поддерживать приемлемый предел текучести выше примерно 2000 ° F. Для достижения еще более высоких уровней TIT используются некоторые дополнительные решения, такие как новые методы литья монокристаллов для лопаток ротора, а также использование стравливаемого воздуха компрессора для охвата поверхности лопаток с целью защиты их от высокотемпературных выхлопных газов. Некоторые военные двигатели могут работать с TIT до 2600–2700 ° F. Другой предложенный вариант заключался в изготовлении ковшей, статоров и кожухов горячей секции из углеродных композитов, что позволяет повысить TIT до 4000 ° F.Однако лезвия из углеродного композита подвержены окислению до достижения этих температур, что затрудняет понимание этого. General Electric Aircraft Engines может быть на пороге решения этих проблем; если они это сделают, композитное газовое ядро ​​предложит качественный скачок в мощности и эффективности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *