Турбокомпрессоры. Устройство и принцип действия

         Вопросы № 17 ; 10

 Вопрос № 17.Турбокомпрессоры. Устройство и принцип действия.

     Турбокомпрессоры. Устройство и принцип действия.

Принцип работы ТКР. Турбокомпрессор представляет собой устройство, приводимое в движение за счет используемой кинетической и тепловой энергии выхлопных автомобильных газов. При помощи энергии с большой скоростью вращается колесо турбины, которое расположено на общем валу компрессора.

Использование турбокомпрессора. Сам турбокомпрессор предназначается только для применения на двигателях внутреннего сгорания. Благодаря тому, что двигатель внутреннего сгорания, оснащенный турбокомпрессором, образует конструкционную систему «двигатель - компрессор», турбокомпрессоры подбираются строго к определенному типу двигателя. Чтобы понять, для чего нужен турбокомпрессор автомобилю и двигателю в принципе, необходимо нужно знать, как происходит внутреннее сгорание. Двигатели внутреннего сгорания умеют «дышать». Другими словами, они всасывают в себя воздух и топливо, необходимые им для выработки энергии. Данная энергия превращается в мощность двигателя сразу после того,  как поджигается воздушно-топливная смесь. Турбокомпрессор позволяет сделать воздушно-топливную смесь более податливой к сгоранию. Это происходит посредством  подачи дополнительного притока воздуха в цилиндры автомобильного двигателя и придает ему дополнительной мощности, а также увеличивает крутящий момент. Несмотря на элементарный принцип работы, сам турбокомпрессор автомобильный является достаточно сложным устройством. При изготовлении и ремонте турбокомпрессора требуется  невероятно точная подгонка деталей, а при установке устройства – идеальное согласование работы турбокомпрессора и автомобильного двигателя внутреннего сгорания. При отсутствии данного согласования, возможна не просто неэффективная работа двигателя, но и его повреждение.

Турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя. Мощность, которую развивает двигатель, в первую очередь, зависит от определенного количества воздуха и топлива, смешенного с ним. Для увеличения мощности двигателя необходимо увеличить объем воздуха и топлива, подаваемого в двигатель. Но мощность не увеличится за счет увеличения количества топлива до тех пор, пока не будет того объема воздуха, который необходим для его сгорания. Турбокомпрессор позволяет обеспечить качественное сгорание определенной массы топлива за счет подачи в него нужного объема воздуха, а тем самым и повысить мощность автомобильного двигателя. Другими словами, при использовании турбокомпрессора автомобильного появляется возможность получить намного большую мощность двигателя при том же объеме рабочего топлива. Кроме того, компрессор значительно улучшает процесс сгорания топлива и повышает качественные характеристики автомобильного двигателя при различном числе оборотов .

Как работает компрессор автомобильный? Турбокомпрессор приводится в движение за счет энергии переработанных газов, которая преобразовывается в крутящий момент. Энергия переработанных газов появляется благодаря вращения с одинаковой скоростью и в одном направлении двух элементов турбокомпрессора – турбины и воздушного центробежного насоса, которые являются стержневыми частями устройства. Отработавшие газы, которые исходят из цилиндров автомобильного двигателя, попадают на крылья турбины, а затем превращаются в механическую энергию, то есть в крутящий момент. Свежий воздух, который всасывается компрессором, попадает в воздушный фильтр, затем сжимается и направляется в цилиндры автомобильного двигателя. Помимо турбокомпрессоров, которые функционируют по данному принципу, существует еще масса конфигураций устройств. Турбокомпрессор автомобильный может устанавливаться на различные типы двигателей внутреннего сгорания. Данным устройством оснащаются и дизельные, и газовые, и бензиновые двигатели. Могут укомплектовываться компрессорами автомобильными также двигатели, которые охлаждаются при помощи жидкости или воздуха. Компрессорами можно оснащать любой двигатель независимо от его объема. Устройство монтируется на двигатели, отличающиеся большим рабочим объемом и предназначенным для судовых и тепловозных транспортных средств, так и на двигатели грузовиков и легковых автомобилей. Главное, чтобы двигатель был двухтактным или четырехтактным. Это единственное условие для установки турбокомпрессора. На сегодняшний день практически любой дизельный двигатель, который имеет мощность более 150 кВт, комплектуется одним или даже несколькими турбокомпрессорами. Что касается двигателей, мощность которых более 80 кВт, то все они также оснащаются компрессором автомобильным. Распространение турбокомпрессоров сегодня наблюдается даже в поле деятельности автотранспорта с двигателем малого объема и мощности. Не менее популярно и востребовано оснащение турбокомпрессорами бензиновых двигателей. Применение данных устройств позволяет добиться повышения характеристик соединения впрыска бензинового топлива и электронного зажигания.

Обслуживание турбокомпрессора. Турбокомпрессор не требует никакого обслуживания. Однако есть один нюанс. Смазка турбокомпрессора происходит при помощи системы смазывания автомобильного двигателя, поэтому неполадки в ее работе могут сказаться и на компрессоре. В большинстве случаев недостаток смазки приводит к износу устройства и выведению его из строя. Основными признаками поломки и неисправности турбокомпрессора автомобильного являются: значительное понижение мощности двигателя, выделение черного или фиолетового дыма из выхлопной трубы, увеличение потребления моторного масла и характерный шум при функционировании устройства. Не забывайте, что данные признаки могут указывать не на поломку турбокомпрессора, а на неисправность двигателя или его навесных устройств. Если двигатель работает без сбоев, обслуживается своевременно на должном качественном уровне, то турбокомпрессор будет функционировать долго и без проблем. Даже незначительный ремонт турбокомпрессора должен осуществляться опытными специалистами в мастерской, оснащенной профессиональным оборудованием. При работе с устройством должна соблюдаться идеальная чистота. Любая песчинка или мелкое инородное тело при попадании в компрессор автомобильный может вывести устройство из строя. Продлить срок эксплуатации автомобильного турбокомпрессора элементарно. Для этого необходимо просто соблюдать рекомендации, данные производителем вашего транспортного средства. Как показывают точные аналитические данные, всего лишь третья часть автовладельцев, машины которых оснащены турбокомпрессором, эти правила выполняют. Во всех остальных случаях неизбежно возникают проблемы в работе устройства. Вот правила, которыми не стоит пренебрегать, если вы хотите надолго продлить «жизнь» своего компрессора: В холодное время года после запуска двигателя не стоит включать высокие обороты, лучше подождите около пяти минут; После продолжительной поездки на автомобиле лучше оставить двигатель примерно на пять минут поработать на холостом ходу; Не стоит забывать о своевременной замене моторного масла и масляного фильтра. Помните и то, что работа турбокомпрессора, вызывающая повышение температуры, значительно снижает эффективность и срок годности масла. Масло необходимо приобретать только то, которое подходит для двигателей, оснащенных турбокомпрессором. Соблюдая данные правила, вы обеспечите надежную и бесперебойную работу компрессора автомобильного и увеличите срок его эксплуатации.

Преимущества двигателя, оснащенного турбокомпрессором:

• Баланс массы и мощности у двигателя, оснащенного турбокомпрессором, намного выше баланса атмосферного автомобильного двигателя;
• Двигатель с турбокомпрессором  имеет более компактные размеры, чем атмосферный двигатель такой же мощности;
• Двигатель, оснащенный компрессором, отличается намного более приспособленной к экстремальным условиям кривой крутящего момента;
• Турбокомпрессорный двигатель не теряет своей мощности на большой высоте и обеспечивает оптимальное сгорание жидкого топлива;
• Турбокомпрессор автомобильный обеспечивает двигателю значительное понижение токсичности газов;
• В отличие от своего атмосферного аналога с такой же мощностью, турбокомпрессорный двигатель работает малошумно и намного дольше.

Вопрос № 10. Составляющие гидропривода, их назначение.

  Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). Функции гидропривода. Основная функция гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе — передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.). В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом: 1.Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости. 2.Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую. 3.После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

Виды гидроприводов. Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости (в объёмных гидроприводах скорости движения жидкостей не велики — порядка 0,5-6 м/с).

Структура гидропривода. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Насос является источником гидравлической энергии, а гидродвигатель — её потребителем, то есть преобразует гидравлическую энергию в механическую. Управление движением выходных звеньев гидродвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей аппаратуры — дросселей, гидрораспределителей и др., либо путём изменения параметров самого гидродвигателя или насоса.

Принцип действия золотникового гидрораспределителя, управляющего движением штока гидроцилиндра. Также обязательными составными частями гидропривода являются гидролинии, по которым жидкость перемещается в гидросистеме. Критически важной для гидропривода (в первую очередь объёмного) является очистка рабочей жидкости от содержащихся в ней (и постоянно образующихся в процессе работы) абразивных частиц. Поэтому системы гидропривода обязательно содержат фильтрующие устройства (например, масляные фильтры), хотя принципиально гидропривод некоторое время может работать и без них. Поскольку рабочие параметры гидропривода существенно зависят от температуры рабочей жидкости, то в гидросистемах в некоторых случаях, но не всегда, устанавливают системы регулирования температуры (подогревающие и/или охладительные устройства). Количество степеней свободы гидравлической системы может быть определено простым подсчётом количества независимо управляемых гидродвигателей.

Область применения: Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин (бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров и др.) является гидрофицированной. Это существенно отличается от ситуации 30-х - 40-х годов 20-го века, когда в этой области применялись в основном механические передачи. В станкостроении гидропривод также широко применяется, однако в этой области он испытывает высокую конкуренцию со стороны других видов привода. Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщенность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров.

В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли гидроусилители руля, существенно повышающие удобство управления автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гидроприводов. Гидроусилители применяют и во многих других областях техники (авиации, тракторостроении, промышленном оборудовании и др.).В некоторых танках, применяется гидростатическая трансмиссия, представляющая собой, по сути, систему объёмного гидропривода движителей. Такого же типа трансмиссия устанавливается и в некоторых современных бульдозерах. В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.

Преимущества. К основным преимуществам гидропривода относятся:

• возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;
• простота управления и автоматизации;
• простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений — тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;
• надёжность эксплуатации;
• широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;
• большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-15 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;
• самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
• возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
• простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;
• возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
• возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
• упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.

Недостатки. К недостаткам гидропривода относятся:

• утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;
• нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
• более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
• необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;
• необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
• пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;
• зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;
• в сравнении с пневмоприводом — невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.