Turbokompresoriaus turbinos rato projektavimas ir medžiagų analizė (Titanas, Nikelis, Chromas)


Pradžia | Kas yra turbina | Gedimai | Remontas | Galerija | Straipsniai | Susisiekite

Dėvėjimosi analizė rodo, kad turbinos rato ilgaamžiškumas tiesiogiai priklauso nuo ašinio ir radialinio laisvumo (angl. axial and radial play) kontrolės guolių korpuse. Naudojant aukšto našumo titano lydinius, būtina atidžiai stebėti balansavimo parametrus, nes net minimalus disbalansas esant 200,000 RPM sukelia spartų guolių įvorės nusidėvėjimą bei alyvos nuotėkį per sandariklius. Rekomenduojama periodiškai tikrinti turbokompresoriaus kasetę (pvz., Garrett modelių GT28/GT30 serijos) naudojant precizinę matavimo įrangą, kad būtų išvengta kontakto su korpuso sienelėmis.

Kita kritinė problema yra alyvos kokso susidarymas (angl. oil coking) centriniame korpuse, kurį lemia staigus variklio užgesinimas po didelės apkrovos režimo. Norint išvengti šio reiškinio, eksploatuojant VGT (angl. variable geometry turbocharger) sistemas, būtina užtikrinti tinkamą alyvos cirkuliaciją turbinos veleno įvorėse, ypač modeliuose su elektroniniu pavaros (angl. actuator) kalibravimu. Netinkamas šilumos išsklaidymas paspartina alyvos terminį irimą, kas tiesiogiai įtakoja turbinos veleno įrėžų susidarymą ir mechaninį gedimą.

Techninės priežiūros metu būtina griežtai laikytis gamintojo specifikacijų dėl aktuatoriaus kalibravimo (pvz., Hella ar Siemens elektroninių aktuatorių), ypač montuojant atnaujintas turbinos mentes. Tikslus kintamos geometrijos purkštukų (angl. variable geometry nozzle) sureguliavimas užtikrina optimalų išmetamųjų dujų nukreipimą į titano lydinio turbinos ratą. Tai eliminuoja perteklinį priešslėgį ir apsaugo komponentus nuo viršslėgio sukeltos deformacijos, taip pat optimizuoja variklio reakciją į akseleratoriaus pedalo paspaudimą.

Svarbu paminėti turbinos veleno dinaminio balansavimo svarbą, ypač naudojant lengvesnius titano lydinio ratus. Naudojant tokias sistemas kaip Garrett GT3076R (detalės nr. 700382-5012S), būtina užtikrinti, kad rotoriaus mazgo (CHRA) disbalansas neviršytų 0.05 g-mm ribos, nes viršijus šią vertę, atsiranda mikroskopiniai kontaktiniai pažeidimai tarp turbinos rato ir korpuso (angl. wheel-to-housing contact). Toks kontaktas sukelia katastrofinį komponento suirimą dėl išcentrinių jėgų poveikio esant dideliems sūkiams.

VNT (angl. Variable Nozzle Turbine) mechanizmo strigimas dažnai kyla dėl suodžių kaupimosi ant kintamos geometrijos mentelių ašių. Šią problemą efektyviai sprendžia reguliarus „išdeginimo“ ciklas, pasiekiamas per programinį variklio darbo režimo valdymą, užtikrinantį trumpalaikį išmetamųjų dujų temperatūros pakėlimą. Techninės priežiūros metu rekomenduojama tikrinti purkštukų žiedo (angl. nozzle ring) judėjimo amplitudę, naudojant vakuuminį testerį, kad aktuatoriaus trauklė (angl. actuator rod) veiktų be jokio mechaninio pasipriešinimo.

Alyvos tiekimo linijos pralaidumo kontrolė yra lemiamas veiksnys, apsaugantis turbokompresorių nuo ankstyvo susidėvėjimo. Ilgainiui susidariusios nuosėdos alyvos tiekimo kanaluose apriboja tepalų srautą į slydimo guolius, todėl būtina keisti tiekimo vamzdelius ir užtikrinti tinkamą filtravimą, naudojant tik gamintojo nurodytus aukšto slėgio alyvos filtrus. Staigus variklio apkrovos nutraukimas be „atvėsinimo“ periodo skatina alyvos terminį irimą, paliekant anglies nuosėdas, kurios kaip abrazyvas veikia turbinos veleno guolio įvores ir pažeidžia jų paviršių.

Titano lydinių integravimas į didelio greičio turbinų ratus reikalauja pereiti prie specializuotų dinaminio balansavimo metodikų, konkrečiai naudojant daugiaplenį balansavimą mažu greičiu, o po to – didelio greičio šerdies balansavimą (HSCB) tokiose bandymo stenduose kaip „Schenck TBcomfort“. Kadangi titano, palyginti su „Inconel 713C“, mažesnė masė keičia poliarinį inercijos momentą, besisukanti mazgas – sudarytas iš kompresoriaus rato (pvz., vientisų aliuminio variantų „BorgWarner EFR“ serijoje), turbinos veleno ir titano rato – turi būti kalibruojamas, kad kompensuotų harmonines rezonansines vibracijas, kurios atsiranda šalia kritinio greičio diapazono. Nesugebėjus pasiekti liekamojo nesubalansuotumo specifikacijos, mažesnės nei 0,05 g-mm esant 200 000 aps./min., atsiranda didelio dažnio nuovargio ciklas, kuris sklinda per tilto guolio tepalo plėvelę ir pablogina veleno orbitos nestabilumą, galiausiai sukeliant traukos guolio paviršiaus atskilimą ir katastrofišką rato kontaktą su voliuute tokiuose agregatuose kaip „Garrett GT3076R“ (P/N 700382-5012S).

Perėjimas prie kintamos geometrijos turbokompresorių (VGT) sistemų, tokių kaip „Cummins ISB/ISX“ platformose naudojamos su „Holset HE351VE“ pavaromis, reikalauja absoliutaus tikslumo grįžtamojo ryšio kilpoje tarp variklio valdymo modulio (ECM) ir purkštuko mentės padėties jutiklio. Kai turbinos korpusas yra modifikuojamas arba atnaujinamas, vidinės srauto erdvės (A/R santykis) faktiškai pasikeičia, todėl reikia pakartotinai kalibruoti impulsų pločio moduliacijos (PWM) signalus, siunčiamus elektroninei pavarai. Jei pavaros trauklės eigos diapazonas – paprastai matuojamas naudojant patentuotus diagnostinius įrankius, tokius kaip „Cummins Insite“ – nukrypsta nuo gamintojo pateiktos lentelės, VGT jungtis gali nepasiekti visiškai atviros padėties. Tai sukelia turbinos stadijos „dusinimą“, sukuria per didelį slėgio diferencialą per turbinos ratą (užpakalinis slėgis, palyginti su absoliučiu slėgiu kolektoriuje), kuris pagreitina turbinos lydinio terminį degradavimą ir sukelia „sūkuriavimo“ (surge) sąlygas, sukeliančias dideles ašines apkrovas hidrodinaminiam traukos guoliui.

Anglies nuosėdų kaupimosi VGT purkštuko žiedo mazge prevenciją apsunkina šiuolaikinių EGR (išmetamųjų dujų recirkuliacijos) sistemų naudojimas, kurios įneša kietųjų dalelių, veikiančių kaip abrazyvinis katalizatorius purkštuko mentės sukimosi taškuose. Transporto priemonėms, eksploatuojamoms esant ilgalaikiams mažos apkrovos ciklams, šis suodžių nusėdimas virsta sukietėjusia plutele, dėl kurios VGT „užstringa“ arba suveikia „apsaugos režimas“ (limp-mode). Siekiant išsaugoti turbinos nukreipimo vientisumą, techninės priežiūros inžinieriai turi įpareigoti aktyvuoti didelio greičio išmetamųjų dujų srautą per aktyvius „išdegimo“ ciklus, kartu naudojant didelio temperatūros molibdeno disulfido pagrindo tepimo priemones nuo suvirinimo ant mentės pavaros svirčių. Atliekant tokių agregatų kaip „Garrett VNT“ serija, kapitalinį remontą, būtina apžiūrėti purkštuko mentės unisono žiedą dėl lokalaus taškinės korozijos (pitting) arba terminės deformacijos, nes bet koks mentės eigos apribojimas lems tai, kad turbina veiks ne pagal savo nustatytą adiabatinės efektyvumo žemėlapį, todėl lengvojo titano lydinio turbinos rato aerodinaminiai privalumai taps visiškai beverčiai.

← Grįžti atgal į sąrašą


🇱🇹 LT | 🇬🇧 EN | 🇪🇸 ES

Turbo.lt Susisiekite