Turbokompresorius – tai kompresorius arba oro siurblys, kuris veikia nuo turbinos. Turbina sukasi naudodama panaudotų dujų srovės energiją. Dyzelinio variklio turbokompresorius sukasi nuo 1000 iki 130 000 aps./min. (tai reiškia, kad turbinos mentės įsibėgėja beveik iki linijinio garso greičio).

Turbina tiesiogiai jungiama su kompresoriumi tvirta ašimi. Kompresorius įtraukia per oro filtrą šviežio oro, suspaudžia jį ir suspaustą išleidžia į variklio įleidžiamąjį kolektorių. Kuo daugiau oro patenka į cilindrus, tuo daugiau kuro gali sudegti, o tai kelia variklio galingumą.

Teoriškai egzistuoja turbinos ir turbokompresoriaus kompresoriaus galingumų pusiausvyra. Kuo daugiau energijos turi panaudotos dujos, tuo greičiau suksis turbina. Kaip pasekmė – kompresorius taip pat suksis greičiau.

Įtraukiamas oras Kompresoriaus rotorius Suspaustas oras Panaudotų dujų įėjimas Turbinos rotorius Panaudotų dujų išėjimas

Turbina

Turbiną sudaro korpusas ir rotorius. Panaudotos dujos iš išleidžiamojo variklio kolektoriaus patenka į priimamąjį turbokompresoriaus atvamzdį. Einančių per palaipsniui ankštėjantį turbinos korpuso vidinį kanalą jų greitis didėja, o perėjusios sraigės formos korpusą jos nukreipiamos į turbinos rotorių ir priverčia jį suktis.

Turbinos sukimosi greitis priklauso nuo jos korpuse esančio kanalo dydžio ir formos. Tai primena laistymo žarną: kuo labiau pirštu Jūs uždengiat išeinamąją angą, tuo toliau trykšta vandens srovė. Turbinos ir jos korpuso matmenys priklauso nuo konkretaus variklio.

Turbinų korpusai smarkiai skiriasi priklausomai nuo naudojimo srities. Sunkvežimio variklio turbinos korpusas gali būti padalintas į du lygiagrečius kanalus, todėl rotorių veiks dvi panaudotų dujų srovės.

Esant tokio tipo korpusui tampa įmanomas impulsinis dujų srovės judėjimas ir galima sulaukti rezonansinių reiškinių. Tam reikia kiekvienam cilindrui atskirti išleidžiamuosius kanalus.

Turbinos korpuse, turinčiame dvigubą kanalą, kiekviena srovė paskirstoma visame turbinos rotoriaus paviršiuje. Kita korpuso konstrukcija, su dviem kanalais, leidžia naudoti slėgio impulsus (srovė paskirstoma simetriškai iš kiekvienos rotoriaus pusės).

Sistemoje su nuolatiniu slėgiu naudojama tik slenkamojo judėjimo panaudotų dujų energija. Šiuo atveju tegali būti naudojami tik turbinų korpusai su vienu kanalu. Šis variantas taikomas vandeninio aušinimo korpusuose, naudojamuose laivų varikliuose.

Didelių matmenų turbokompresoriuose dažnai įmontuojamas papildomas žiedas su nukreipiamosiomis mentėmis. Jis palengvina panaudotų dujų nuolatinės srovės sukūrimą turbinos rotoriuje ir leidžia reguliuoti srovę. Turbinos korpusas liejamas iš temperatūrai atsparaus lydinio. Turbinos rotorius taip pat gaminamas iš aukštos kokybės medžiagų, atsparių aukštai temperatūrai. Ta dalis, per kurią įeina panaudotos dujos, vadinama įlaida, o einanti link išmetamojo vamzdžio – išlaida.

Prie ašies stipriai pritvirtinamas turbinos rotorius. Ašies medžiaga skiriasi nuo medžiagos, naudojamos turbinos rotoriui. Ši jungtis sumontuojama tokiu būdu. Ašis ir rotorius, besisukantys skirtingomis kryptimis labai dideliu greičiu, spaudžia vienas kitą. Dėl trinties išsiskirianti šiluma sulieja juos vieną su kitu, suformuodama neišardomą vienetą. Ašis sujungimo vietoje tuščiavidurė. Ši tuštuma apsunkina šilumos perdavimą iš turbinos rotoriaus į jos ašį. Iš turbinos pusės ašyje yra įdubis, kuriame – sandarinimo žiedas. Radialinių guolių darbinis paviršius sutvirtinamas ir nupoliruojamas.

Iškišoji briauna, į kurią bus įpresuotas žiedas, apdirbama labai tiksliai.

Prie plonesnio ašies galo montuojamas kompresoriaus rotorius; ten yra sriegis, ant kurio užsukama apsauginė veržlė rotoriui pritvirtinti. Pagaminta ašis prieš įmontuojama į korpusą turi būti kiek įmanoma tiksliau subalansuota.

Kompresorius

Kompresorių sudaro korpusas ir rotorius. Kompresoriaus dydį nulemia varikliui reikalingo oro kiekis ir turbinos sukimosi greitis. Kompresoriaus rotorius stipriai pritvirtintas prie turbinos ašies, taigi sukasi tokiu pat greičiu kaip ir turbinos rotorius. Kompresoriaus rotoriaus mentės, gaminamos iš aliuminio, yra tokios formos, kad oras įsiurbiamas per rotoriaus centrą.

Taip įsiurbiamas oras nukreipiamas į rotoriaus periferiją ir menčių nubloškiamas link kompresoriaus korpuso sienelės. Dėl to oras suslegiamas ir per įleidžiamąjį kolektorių patenka į variklį. Kompresoriaus korpusas taip pat pagamintas iš aliuminio.

Guolių korpusas

Turbokompresorius sutepamas nuo variklio sutepimo sistemos. Ašies korpusas yra centrinė turbokompresoriaus dalis, esanti tarp turbinos ir kompresoriaus. Ašis sukasi slydimo guoliuose. Motorinė alyva kanalais nuteka tarp korpuso ir guolių, taip pat tarp guolių ir ašies. Daugumoje turbokompresorių radialiniai guoliai sukasi greičiu, lygiu pusei ašies sukimosi greičio.

Paskutiniu metu atsirado konstrukcijų, kuriose guolis nejuda, o ašis sukasi alyvos vonelėje. Alyva ne tik sutepa ašį, bet ir atšaldo guolius ir korpusą.

Kompresorius sandarinamas iš abiejų pusių įmontuojant alyvą sulaikančias tarpines. Iš abiejų pusių įmontuojami ir sandarinimo žiedai. Nors šie žiedai ir padeda išvengti alyvos nuotėkio, jie iš tiesų nėra sandarinimo tarpinės. Juos reikia laikyti elementu, apsunkinančiu oro nuotėkį tarp turbinos, kompresoriaus ir ašies korpuso. Įprastu turbokompresoriaus darbo režimu turbinoje ir kompresoriuje slėgis didesnis nei ašies korpuse. Dalis dujų iš turbinos ir dalis oro, suslėgto kompresoriuje, patenka į ašies korpusą ir kartu su motorine alyva nutekamuoju alyvos vamzdžiu nueina į variklio alyvinį karterį.

Visi alyvos sandarikliai dinaminio tipo, t. y. veikia skirtingų slėgių principu:

1. Ašies skersmens skirtumai dėl išcentrinių jėgų poveikio sukuria slėgio skirtumus, trukdančius prasiskverbti alyvai į turbiną.
2. Iš turbinos pusės sandarinimo žiedai išdėstyti grioveliuose (tiek ašies korpuse, tiek ir ant pačios ašies). Tokiu pat principu žiedai sumontuoti ir iš kompresoriaus pusės. Sandarinimo žiedai atlieka svarbiausią vaidmenį užtikrinant hermetiškumą. Be to, jie perduoda šilumą iš ašies į korpusą.
3. Sandarinimo žiedas sukasi tokiu pat greičiu kaip ir ašis. Dėl jame esančių trijų angų sukuriamas priešslėgis alyvai.
4. Vidinė ašies korpuso dalis viename lygyje su žiedu yra sudėtingos hermetinės formos, užkertančios kelią alyvos skverbimuisi link kompresoriaus.
5. Slėgis kompresoriuje ir turbinoje išstumia alyvą į korpusą. Dėl išcentrinės jėgos už kompresoriaus rotoriaus susidaro vakuumas. Žinoma, dirbant kompresoriui galimas alyvos nuotėkis iš ašies korpuso į kompresorių. Turbokompresoriaus ašies sukimosi greitis gali būti toks didelis, kad išvengti alyvos nuotėkio, naudojant įprastus sandariklius (įmontuojamus, pavyzdžiui, pavarų dėžėje), neįmanoma.

Todėl ašies korpuse įmontuojami keli sandarinimo žiedai, taikant įvairius metodus siekiant kuo kokybiškesnio vietų, kuriose galimas alyvos nuotėkis, sandarinimo.

Štai kai kurie iš jų:

Garrett turbokompresoriaus nutekamasis alyvos vamzdis

Šiame kompresoriuje svarbiausią vaidmenį sandarinant vaidina sandarinimo žiedas. Kai variklis dirba mažomis apsukomis arba be apkrovos, už rotoriaus susidaro mažesnio slėgio zona. Alyva ir dujos, esančios ašies korpuse, veržiasi tarp užpakalinės plokštelės ir sandarinimo žiedo kompresoriaus link.

Kai šis mišinys pereina per žiedo angas, alyva, gerokai sunkesnė nei dujos, nubloškiama link išorinės žiedo pusės, bet lieka ašies korpuse, tuo tarpu dujos tebejuda kompresoriuje.

Taip sandarinimo žiedas, besisukantis dideliu greičiu kartu su turbokompresoriaus ašimi, veikia kaip išcentrinis alyvos atskyriklis.

Plokštelė alyvai nukreipti

Daugelis turbokompresorių gamintojų viena ar kita forma naudoja šią schemą.

Įmontuojama nejudanti plokštelė, einanti skersai nuo kompresoriaus pusės.

Alyva, tekanti nuo sandarinimo žiedų, nuteka vidine plokštelės puse žemyn, t. y. link angos alyvai nutekėti. Viršutinė šios plokštelės dalis yra tokios formos, kuri leidžia jai būti aukščiau nei normalus alyvos lygis korpuse.

Jei kompresoriuje susidarytų vakuumas, dujos įsiurbiamos lengviau nei gerokai sunkesnė alyva. Iš turbinos pusės alyvos nukreipimo problema ne tokia svarbi, turint omenyje, kad normaliomis sąlygomis slėgis turbinoje visada didesnis negu ašies korpuse. Tam tikromis eksploatacijos sąlygomis turbinoje slėgis gali kristi; tokiu atveju iš turbinos pusės reikia įmontuoti plokštelę alyvai nukreipti.

Bet kokioje ašies korpuso konstrukcijoje numatyta šilumos mainų sumažinimo būtinybė tarp turbinos su sandarinimo žiedais ir kompresoriaus. Šiuo tikslu iš turbinos pusės įmontuojama termoizoliacinė plokštelė, o ašies korpuse yra daugybė elementų šilumos mainams. Pavyzdžiui, Garrett turbokompresoriuose dyzeliniams varikliams nuo 1989 metų kovo naudojamas ašies korpusas, turintis aušinimo briaunas.

Straipsnis paruoštas pagal žurnalo «Автосервис» medžiagą.