Tradiciniai vidaus degimo varikliai automobilių pramonėje dominavo dešimtmečius, tačiau transporto priemonės, kurių komplektacijoje yra turbinos, turi keletą svarių privalumų. Turbokompresorius, dar vadinamas turbina, yra nedidelė, tačiau itin svarbi variklio dalis. Šie įrenginiai padeda pagerinti variklio efektyvumą, suteikdami daugiau galios ir sumažindami degalų sąnaudas. Turbina naudoja išmetamąjį orą iš variklio, kad suktų turbokompresorių, kuris suspaudžia orą ir tiekia jį į variklio degimo kamerą, taip padidindamas variklio galią. Turbokompresorius įsisuka nuo 20 000 aps./min. iki 150 000 aps./min. mažiau nei per 1 sekundę. Dyzeliniuose automobiliuose turbokompresorius sukasi nuo 1000 iki 130 000 aps./min.
Nuo pat vidaus degimo variklio sukūrimo dienos variklių konstruktoriai ieškojo būdų, kaip padidinti variklio galią. Vienas paprasčiausių ir efektyviausių būdų padidinti variklio galią - sudaryti slėgį įsiurbimo trakte. Tam reikalingas agregatas (kompresorius), kuris pripūstų į variklį oro. Technologai ir konstruktoriai yra sugalvoję įvairių tipų kompresorių: G-formos, sraigtinius, stūmoklinius, Comprex tipo ir kt. Dalis jų nepasiteisino dėl mažo patikimumo, sudėtingumo ar žemo efektyvumo, dalis naudojami iki šiol.
Kiekvienas vidaus degimo variklis dalį nepanaudotos energijos, tokios kaip šiluma, išmetamųjų dujų inercijos jėga, išmeta į išmetimo sistemą, o iš jos - į orą. Ši energija geriausiu atveju būna naudojama aplinkai šildyti. Įvertinęs tai, šveicaras Alfredas Buchi 1925 m. įmontavo į išmetimo sistemą dujų turbiną, kuri per ašį suko kompresorių. Turbokompresoriaus montavimas vidaus degimo varikliuose po truputį populiarėjo, bet dėl didelės kainos daugelis transporto priemonių gamintojų nesiryždavo jo montuoti. Pažengus gamybos technologijoms, t.y. sumažėjus turbokompresoriaus gamybos kaštams ir padidėjus jų patikimumui, apie 1980 m. turbinos plačiai paplito.
Turbinų privalumai
Geresnis degalų naudojimo efektyvumas
Vienas iš pagrindinių automobilių turbinų privalumų - didesnis degalų naudojimo efektyvumas. Turbinos veikia pagal principą, kai surenkama ir panaudojama atliekinė šiluma, taip maksimaliai padidinant iš degalų išgaunamą energiją. Dėl to, palyginti su įprastais varikliais, padidėja rida ir sumažėja degalų sąnaudos, todėl turbinos tampa patraukliu pasirinkimu ekologija ir mažesnėmis kuro sąnaudomis besirūpinantiems vairuotojams.
Mažesnė tarša
Automobilių turbinos gali gerokai sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą. Naudojant atliekinę šilumą ir optimizuojant degalų deginimą, jos išskiria mažiau kenksmingų teršalų, pavyzdžiui, anglies dioksido ir azoto oksidų. Dėl to turbinos yra ekologiškesnis pasirinkimas, prisidedantis prie švaresnio oro ir sveikesnės aplinkos.
Didelis galios ir svorio santykis
Turbinos pasižymi įspūdingu galios ir svorio santykiu. Dėl kompaktiško dydžio ir lengvos konstrukcijos jos gali generuoti didelę galią, palyginti su jų mase.
Turbinų trūkumai ir gedimai
„Turbo duobė“
Pagrindinė turbokompresoriaus problema, kurią daug metų bando išspręsti gamintojai - tai „turbo duobė“ (angl. „Turbo Lag“). Turbinoms reikia laiko įsibėgėti ir pasiekti optimalų darbinį greitį. Nuspaudus akceleratoriaus pedalą susidaro vadinamasis „Turbo Lagas“. Tokia vangi reakcija gali trukdyti situacijose, kai reikia greitai įsibėgėti arba aplenkti kitą transporto priemonę. Visgi, verta paminėti, kad guolinio tipo turbinose šis trūkumas yra mažiau pastebimas.
Nuo 1990 m. prasidėjo turbokompresorių rotorių ir ašies masės mažinimo bumas. 1998 m. į automobilių rinką įsiveržė turbokompresoriai su keičiamu, turbinos rotorių sukančių dujų srautu. Turbokompresorių gamintojas „Garrett“ sukūrė kintamos geometrijos turbokompresorių VNT (Variable Nozzle Turbine) lengviesiems automobiliams, kuris pirmiausia buvo įmontuotas į VW-Audi grupės automobilius. Norėdami neatsilikti, kiti gamintojai - „Holset“, KKK - pradėjo galvoti apie naujoves. „Holset“ sukūrė naują VGT (Variable Geometry Turbine) turbinų seriją, kuri pirmiausia buvo sumontuota „Iveco“ sunkvežimiuose su „Cursor“ varikliais. Šiuo metu išmetamųjų dujų srautą turbinoje valdo automobilio kompiuteris, taip užtikrindamas nepriekaištingą tikslumą ir patikimumą.
Papildomos išlaidos ir priežiūros sudėtingumas
Automobilių turbinų gamyba reikalauja papildomų investicijų. Dėl šios priežasties didėja transporto priemonės gamybos savikaina. Sudėtinga konstrukcija ir specialios medžiagos, kurių reikia turbinoms gaminti, lemia didesnes gamybos sąnaudas. Todėl pradinė automobilių su turbinomis pirkimo kaina dažnai būna gerokai didesnė, o tai riboja jų prieinamumą platesniam vartotojų ratui.
Automobilių turbinoms keliami pakankamai sudėtingi techninės priežiūros reikalavimai. Dėl sudėtingos konstrukcijos ir tik turbinų sandarai būdingų komponentų reikia specialių žinių ir įrangos techninei priežiūrai bei turbinų remontui. Tai gali lemti didesnes techninės priežiūros išlaidas ir galimus sunkumus ieškant kvalifikuotų technikų, išmanančių turbinų remonto technologiją. Savarankiški turbinos remonto darbai yra neįmanomi, nes reikalingos ne tik specifinės žinios, bet ir nemenkų investicijų reikalaujanti įranga. Sugedus turbokompresoriui arba, trumpai tariant, turbinai, būtina imtis kuo skubesnių remonto darbų.
Turbinos gedimų priežastys ir simptomai
Turbina yra viena iš brangesnių automobilio detalių, kuri reikalauja ypatingo dėmesio ir priežiūros. Turbokompresorius - techniškai gana sudėtingas prietaisas, nes jo detalėms tenka atlaikyti itin aukštą išmetamųjų dujų temperatūrą, labai dideles apsukas (kartais iki 150-180 tūkstančių per minutę), agresyvius išmetamųjų dujų cheminius junginius.
Dažniausios turbinų gedimų priežastys:
- Savaiminis susidėvėjimas: Apie 60% turbokompresorių gedimų būna dėl savaiminio susidėvėjimo. Tokie gedimai dažniausiai pašalinami pakeitus remontinį komplektą (įvores, atraminius guolius, žiedus) ir subalansavus turbokompresorių iš naujo.
- Senas ar netinkamas variklio tepalas: Dėl seno ar netinkamo variklio tepalo turbinos velenėlis gali perkaisti ir sugesti.
- Mechaniniai pažeidimai: Kadangi turbinos sparnuotės sukasi labai dideliais sūkiais, todėl kiekvienas svetimkūnis turbinos viduje padaro labai daug žalos. Į turbinas svetimkūniai gali patekti pro pažeistą oro filtrą, kuris praleidžia mechanines oro priemaišas (smėlio dulkes, mažus akmenukus). Turbiną taip pat gali sugadinti oro tiekimo sistemoje aplaidesnių meistrų palikti varžtai ar veržlės - jie, varikliui dirbant, atskrieja į turbinos šaltos dalies sparnuotę ir ją pažeidžia. Šiuo atveju sparnuotės nuolaužos net gali patekti ir į patį variklį, jį sugadinti.
- Prastos kokybės kuras: Dyzelinių variklių turbinoms kenkia ir prastos kokybės kuras. Dyzelinėje esančios kenksmingos sudegusios medžiagos atskrieja ir prilimpa prie turbinos sienelių.
- Užsikimšusi kintama geometrija: Kintama turbokompresoriaus geometrija reguliuoja išmetamųjų dujų srautą į turbinos rotorių, taip reguliuodama turbokompresoriaus sukimosi greitį. Geometrija atlieka šią funkciją išmetamosiose dujose, kuriose gausu suodžių ir kitų degimo metu susidariusių medžiagų. Suodžiai užteršia valdymo lopetėles, todėl jos negali sklandžiai judėti ir taip geometrijos valdymas užstringa.
Turbokompresoriaus gedimo priežastis
Turbinos gedimą vairuotojas gali įtarti, jei:
- Iš automobilio duslintuvo pradėjo veržtis juodi arba balti bei melsvi dūmai.
- Sunaudojama daugiau variklio tepalų.
- Iš turbokompresoriaus sklinda neįprasti garsai (pvz., nuolatinis cypimas).
- Sumažėja variklio galia.
- Padidėja kuro sąnaudos.
- Varva alyva.
Jei pastebite šiuos simptomus, didelė tikimybė, kad Jūsų automobilį prireiks taisyti, taigi ir atlikti diagnostiką. Geriausia nebandyti turbinos taisyti patiems, o vežti į autoservisą, kur bus atliktas profesionalus turbinos remontas. Pirmiausia atliekama pirminė patikra, kurios metu vykdoma išsami variklio kompiuterinė diagnostika, nes sugedus turbinai gali būti ir variklio tam tikras gedimas. Atliekant variklių ir turbinų diagnostiką, svarbu juos patikrinti esant skirtingiems apkrovimo lygiams, dalis diagnostikos yra vykdoma automobiliui važiuojant.
Turbinų restauravimas
Turbinos, kaip ir bet kurios kitos mechaninės sistemos dalys, gali sugesti ir reikalauti restauravimo. Restauravimas gali būti daug pigesnis nei visiškas turbinų keitimas. Naujos turbinos kaina gali siekti ir tūkstantį eurų, o restauravimas paprastai yra triskart pigesnis. Naudojant pastarąjį metodą, paliekamas senasis korpusas, tačiau pakeičiami guoliai, tarpinės, turbinos ir kompresoriaus sparnuotės ir kiti komponentai. Pats mazgas subalansuojamas ir tampa praktiškai nauju.
Turbinų restauravimo procesas
- Išsamus patikrinimas ir diagnostika: Pirmasis turbinos restauravimo etapas - išsamus patikrinimas ir diagnostika. Variklių su turbina diagnostika gerokai sudėtingesnė ir reikalauja tiksliai laikytis eksploatacijos ir techninės priežiūros taisyklių. Turbinos remontui būtina atlikti tinkamą turbinos diagnostiką, nes priešingu atveju galima pradėti remontą ne nuo tos dalies ar detalės, kurios reikia, arba gali būti praleisti didesni nei tikėtasi gedimai. Turbo įpūtimo sistemos diagnostika leidžia išsiaiškinti turbinos gedimo priežastis ir jas pašalinti.
- Išardymas ir valymas: Po diagnostikos, jei nusprendžiama restauruoti turbiną, ją reikia išmontuoti. Tinkamai išardžius turbiną, privaloma ją gerai išvalyti. Kiekviena turbinos detalė valoma atskirai, tuo pačiu ją kruopščiai apžiūrint. Turbinos dalys plaunamos specialioje plovykloje, siekiant pašalinti nuosėdas, alyvos nešvarumus ar kitus teršalus, kurie gali sumažinti turbinos efektyvumą. Remontuojant būtina visiškai pašalinti bet kokius suodžius, smėlį ar senos alyvos kokso likučius iš tepimo kanalų.
- Detalių keitimas ir balansavimas: Po valymo mechanikai patikrina, kurios dalys gali būti restauruojamos, o kurios turi būti pakeistos. Tai apima guolių, ašmenų ir kitų svarbių komponentų pakeitimą. Balansavimas vyksta trimis etapais. Pradžioje reiktų subalansuoti veleną. Tik kokybiško gamintojo velenai balansuojasi gerai. Pigūs, nekokybiški velenai gali greitai sulūžti dėl prastos lydinio kokybės arba visai nesibalansuoti. Sekantis žingsnis - sparnuotės balansavimas. Surenktas kartridžas montuojamas į didelių apsukų balansavimo stakles (kurios pasiekia daugiau nei 200 000 apsisukimų) ir balansavimo eigoje ašies vibracija mažinama iki minimaliausio gamintojo reikalaujamo lygio. Turbinos šerdis (kartridžas), ašis, sparnuotė yra patikrinamos ir, prireikus, pakeičiamos. Sparnuotės gaminamos iš vientisų aukštos klasės aliuminio lydinių frezavimo būdu. Surenkamas turbinos kartridžas, naudojant naują subalansuotą veleną, malūną ir remontinį komplektą. Surenktas kartridžas statomas ant balansavimo stendo ir balansuojamas. Stendo pagalba yra paduodama darbinės temperatūros (apie 80 laipsnių) alyva į kartridžą 3-5 atmosferų slėgiu. Balansavimo metu turbinos balansavimo apsukos siekia iki 200-250 tūkst.
- Turbinos valdymo reguliavimas: Paskutinis kokybiško remonto žingsnis. Šis reguliavimas padeda nustatyti tikslų turbokompresoriaus įpūtimą į variklio oro padavimo sistemą.
- Kritinis pirminis paleidimas ir tepimas: Sumontavus turbiną, būtina atlikti specifines „Pre-oiling“ (išankstinio sutepimo) procedūras, siekiant sumažinti šoko poveikį turbinai. Tai padeda užtikrinti optimalų našumą ir ilgaamžiškumą.
Turbinų remontas yra atliekamas ilgametę patirtį turinčių specialistų, kurie naudoja profesionalią, specialiai turbinų remonto darbams pritaikytą įrangą.
Reikalinga įranga ir specializuotos žinios
Turbokompresorių remontas yra sudėtingas procesas, kurio negalima atlikti be aukšto tikslumo įrangos, kokybiškų atsarginių dalių ir darbo patirties. Kokybiškam remontui atlikti neužtenka standartinių įrankių. Būtinos brangios balansavimo staklės, srauto reguliavimo stendai (angl. „Flow Bench“), elektroniniai valdiklių skeneriai. Servisai, kurie atlieka turbinų remontą, dažnai turi ir pilną metalo apdirbimo cechą, kuriame išsukami nutrūkusios smeigės, šlifuojami turbinų preciziniai paviršiai, privedami prie tikslių remontinių matmenų, atstatomos pažeistos plokštumos. Turbinos surenkamos „švarios patalpos“ sąlygomis, kad būtų užtikrintos griežtos tolerancijos ir švara.
Mokymų metu būsimieji turbinų remonto šaltkalviai teoriniuose užsiėmimuose mokomi specialiosios turbinų remonto technologijos, medžiagų pažinimo, techninės braižybos, techninių matavimų ir kt. Praktinis mokymas vyksta mokomosiose dirbtuvėse ir darbo vietoje, kur įtvirtinami ir tobulinami turbinų įrengimų priežiūros, remonto darbų atlikimo įgūdžiai. Taip pat mokoma naudotis oscilografu ir automobilių sistemų analizatoriumi.
Turbinų tarnavimo trukmė labai priklauso nuo ją keičiančio specialisto kvalifikacijos. Turbina labai retai sugenda pati savaime. Dažniausiai ji tampa prasto variklio darbo, užsikimšusių DPF filtrų, nesandarių įsiurbimo sistemų ar alyvos tiekimo problemų "auka". Pakeitus turbiną, bet nepašalinus pirminės priežasties, naujoji turbina suges per kelias minutes ar dienas.
tags: #turbinos #restauravimas #mokslo #baze