Гибридные турбокомпрессоры

Гибридные турбокомпрессоры

Здесь также стоит обсудить вопрос, касающийся гибридных турбокомпрессоров. Некоторые называют любой модифицированный турбокомпрессор гибридным. Поэтому они рассматривают турбокомпрессоры, в которых заводские опорные шайбы 270° были заменены опорными шайбами 360°, как гибридные. Другие считают, что при замене заводского турбинного колеса специальным колесом Martinit 247 (выдерживает температуры до 1300°С и стоит, как два турбокомпрессора) вы получите гибридный турбокомпрессор. Для меня гибридным является турбокомпрессор с установленными нестандартными деталями для увеличения интенсивности потока (обычно со стороны компрессора). И, конечно же, гибридным можно считать компрессор, в котором использовались детали из двух и более различных турбокомпрессоров.

Часто заводской компрессор должен обеспечивать необходимое давление наддува. Однако, если вы решили увеличить мощность, придется искать способы увеличить интенсивность потока из компрессора. Если вы просто увеличите давление наддува, скорее всего, это не слишком отразится на технических характеристиках, но многих просто поражает скорость, с которой взлетает стрелка. Если этого достаточно, так тому и быть. Причиной, по которой при увеличении давления наддува мощность не возрастает, является то, что компрессор достиг предельного значения пропускной способности. При более высоком давлении наддува скорость вращения турбинного колеса увеличивается, так как интенсивность потока выхлопных газов становится выше (увеличение давления наддува уменьшает объем выхлопных газов, которые проходят через перепускной клапан), следовательно, компрессор вращается быстрее. Все это способствует увеличению температуры впускного заряда и увеличению его объема, в таком случае и давление наддува возрастет. Вспомните прошлую главу, где мы обсуждали плотность воздуха.

Внутренняя отделка компрессора

Для колеса компрессора определенного диаметра всегда можно выбрать лопасти различной ширины. Однако мы будем говорить не о толщине лопасти, а скорее о площади крыльчатки. Площадь крыльчатки определяется отношением:

где Di и Dt – диаметры нагнетательного устройства и наконечника крыльчатки компрессора соответственно.

Одним из путей увеличения интенсивности потока из компрессора, кроме, конечно же, приобретения нового дорогого турбокомпрессора, является установка крыльчатки компрессора большего диаметра. Крыльчатка компрессора большего размера обычно не будет больше в диаметре, просто лопасти крыльчатки будут плотнее (см. рис. 6.9). Конечно же, корпус компрессора придется увеличить, чтобы установить в него крыльчатку больших размеров. После балансировки вращающихся компонентов в сборе турбокомпрессор необходимо собрать, после чего он будет готов кэксплуатации. При этом технические характеристики могут возрасти на 15%.

Рис. 6.9. Крыльчатки компрессора одного и того же диаметра могут обладать лопастями разных размеров.

Со стороны турбинного колеса технические характеристики интенсивности потока можно оптимизировать посредством обрезки турбинного колеса. Эта модификация поможет увеличить мощность в верхнем диапазоне так же, как и большое значение отношения A/R корпуса турбокомпрессора. К недостаткам можно отнести увеличение вероятности возникновения турбоям.

Однако настоящий гибридный компрессор – это нечто большее. На самом деле гибридный компрессор, собранный из многих частей различных производителей, теряет свою идентичность. Например, один очень мощный блок был собран с использованием компонентов из трех турбокомпрессоров: корпус Hitachi, корпус компрессора и турбинного колеса с роторного двигателя Mazda RX7 l3B, корпус турбины сдвигателя V6 объемом 3,0л компании Nissan был обработан с целью установки турбинного колеса Hitachi. Крыльчатка компрессора Garrett T04E отлично подходила к обработанной на станке крышке компрессора RX7. В результате этот гибридный компрессор позволял увеличить мощность вдва раза на заводских турбированных двигателях объемом 2,0л – до 320л.с.

Ограничения давления наддува керамического турбинного колеса и обеспечение защиты от воды

Мы уже выяснили, что основные физические размеры турбокомпрессора определяют его потенциальные технические характеристики, но срок его службы во многом зависит от вас. Современные керамические турбинные колеса творят настоящие чудеса в устранении эффекта турбоям, однако, если вы сделаете давление наддува выше значения 0,9–1,1 бар, можете попрощаться с турбинным колесом. «Почему?» – спросите вы. Сейчас объясню. Для увеличения наддува необходимо больше энергии и мощности. Следовательно, турбинное колесо должно прикладывать большую силу (можете представить это как крутящий момент) на вал, который соединяет его с крыльчаткой компрессора. Это подвергает большей нагрузке керамическое колесо в двух важных участках: там, где лопасти подсоединяются к колесу, и, конечно же, в центре, где ступица крепится на вал. Оба участка имеют предел нагрузки, поэтому при превышении этих лимитов керамическое колесо будет повреждено.

Другой причиной неожиданного выхода из строя может стать погружение в воду. Если ваш автомобиль оснащен заводским турбокомпрессором, вконструкции обязательно были предусмотрены различные брызговики и защитные экраны. Следовательно, прежде чем снимать или модифицировать эти экраны с целью увеличения интенсивности потока воздуха или по другой причине, будьте предельно осторожны, чтобы не подвергнуть случайно турбокомпрессор воздействию воды. Также не думайте, что стандартных средств защиты от воды хватит, если вы собираетесь использовать автомобиль для движения через водные препятствия. Заводом-производителем не предусмотрено, что автомобиль будет проезжать водоемы глубиной более 50см на скорости более 50км/ч. Поэтому после нескольких раз соприкосновения раскаленной добела турбины с водой не удивляйтесь, если она потрескается и выйдет из строя. Не стоит и говорить, что при установке незаводского оборудования на автомобиль придется поломать голову над защитой от воды.

Смазка турбокомпрессора и циркуляция масла

Смазка турбины является одним из самых важных вопросов при установке турбокомпрессора на атмосферный двигатель, а также если вы решили изменить расположение турбокомпрессора на турбированном двигателе. Турбокомпрессоры плохо переносят высокое давление масла, поэтому давление выше 4,48бар будет чрезмерным. Это может стать причиной перегрузки сальников, признаком чего будет дым из системы выпуска отработанных газов. Установите ограничитель давления, но при этом будьте осторожны: не ограничивайте интенсивность потока слишком сильно. На холостом ходу минимальная пропускная способность составляет 0,5л/мин, а при нормальной частоте вращения двигателя она должна приближаться к 2л/мин и более для турбокомпрессоров, оснащенных подшипниками скольжения. В турбокомпрессорах с подшипниками качения пропускная способность должна быть ниже: максимальное значение при нормальной частоте вращения двигателя составляет 1,5л/мин. Однако рекомендуется проверять точные требования производителя турбокомпрессора относительно смазки. Часто можно обеспечить смазку турбокомпрессора из существующего отверстия в главной масляной галерее, например, из отверстия под датчик давления моторного масла. Лично я предпочитаю использовать стальные магистрали с соответствующими распорками, чтобы избежать растрескивания под воздействием вибрации. Авиационные гибкие магистрали с металлической оплеткой также отлично подойдут. Не допускайте вибрации и трения мягких материалов, например алюминия, так как это может стать причиной образования дыр.

Если говорить о турбокомпрессорах, то вопросы рециркуляции масла даже более важны, чем системы подачи. Здесь стоит учитывать, что для перемещения масла из турбокомпрессора в поддон картера используются законы гравитации, после прохождения через подшипники масло увеличивается в объеме. Именно поэтому необходимо использовать возвратные магистрали большого диаметра без резких изгибов, при этом они должны постоянно спускаться вниз. Я предпочитаю использовать магистраль из закаленной стали диаметром 11 мм, но, конечно, подойдет итермостойкий резиновый шланг диаметром 12,7 мм, к тому же в таком случае не нужно использовать дорогие штуцеры. Чтобы избежать ограничений потока с обеих сторон обратной магистрали, убедитесь, что выпускные отверстия расположены в положении «5 часов» и «7 часов» относительно корпуса турбокомпрессора, а штуцер поддона картера находится выше нормального уровня масла.

Если турбокомпрессор установлен на соответствующей высоте, возвратная магистраль может также соединяться с блоком цилиндров через специально высверленное отверстие или отверстие под дополнительный масляный щуп или штуцер вентиляционной магистрали.

В некоторых типах конструкции турбокомпрессор установлен слишком низко, что позволяет упростить системы рециркуляции. В таких случаях существует несколько вариантов. Вы можете установить комплект Aerodyne (аэрочарджер), который оснащен специальным подающим шлангом для синтетического турбинного масла (Mobil SHC630), и, следовательно, он не подсоединяется к системе смазки двигателя. Вы также можете использовать продувочную систему, приводимую в действие от ремня или электрического насоса, который качает масло из небольшого картера, подсоединенного к турбокомпрессору, а затем возвращает его в поддон картера двигателя.

Подача масла к подшипникам турбокомпрессора чрезвычайно важна для увеличения срока службы турбокомпрессора. Не менее важны и возвратные магистрали, направляющие масло к поддону картера. Обратите внимание на теплоизоляцию электрических проводов, шлангов и главных цилиндров. Простой тепловой экран может запросто понизить температуру в два раза – со 100°С до 50°С.