TURBINE Turbine se koriste u energetici avio i

TURBINE

Turbine se koriste u energetici, avio i auto industriji i ono što ih razlikuju su naravno performanse obzirom da su im zadatci različiti, ali ono što ih svakako povezuje je isti izgled i princip rada. U auto industriji postoji nekoliko načina takozvanog "prehranjivanja" tj. dodatnog sabijanja više vazduha nego što prirodni pritisak omogućava. Motor sagoreva mešavinu vazduha i goriva, a taj vazduh ulazi u motor kroz usisnu granu motora povučen iz okolne atmosfere razlikom pritiska koju motor stvara. Da bi se snaga povećala količina vazduha koriste se veštački načini kao što su: turbo punjači, me ha nički kompresori i tzv. "Ram Air" sistem.

TURBO PUNJAČI Turbo punjači su po prvi put predstavljeni u velikoserijskom putničkim automobilu ranih 1960 -tih godina. Model je bio Chevrolet Corvair kojeg je proizvodio General Motors - GM. Automobil je imao lošu reputaciju zbog toga što je imao jako loše performanse pri malim brzinama. Turbine iz tog doba su bile veoma velike i teške pa su samim time bile veoma inertne. Takve turbine se nisu mogle zavrteti ispod 3500 obrtaja, pa je opseg rada motora do 3500 obrtaja bio veoma slab obzirom da je u doba kompresija turbo motora bila 6, 5: 1 kako bi se izbeglo pregrevanje glave cilindara.

Tokom 80 -tih godina tehnologija proizvodnje turbo punjača je evoluirala u pravcu kultivisanijeg rada. Tokom zadnjih godina se kod automobila sa turbo punjačima koristi još jedan sistem umanjenja turbo laga – elektronska kontrola pritiska turbine. Rani turbo punjači su koristili primitivna mehanička rešenja sa "vejst gejt" ventilom kako bi izbegli prevelik pritisak i preveliku brzinu turbine. Kasnih 80 -tih i početkom 90 -tih godina sa razvojem elektronike je omogućena fina kontrola pritiska turbine pa tim sistemom omogućeno da, na primer, turbo isporučuje 1, 4 bar ispod 3000 obrtaja, 1, 6 bar od 3000 do 4500 obrtaja, a 1, 8 bar iznad 4500 obrtaja.

WASTEGATE Iako su konstruisani da podnesu rotiranje osovine brzinom od 250000 o/m i da podnesu temparaturu izduvnih gasova od preko 1000 stepeni celzijusa, ipak postoji mogućnost da se mali turbokompresori preforsiraju prilikom većih brzina motora. Da bi se ovo sprečilo, kod nekih turbokompresora se ugrađuje westegate ili ventil rasterećenja turbine. Ovo omogućava da kada pritisak dostigne maksimalnu dozvoljenu vrednost, dolazi do otvaranja ventila koji omogućava da višak izduvnih gasova “zaobiđe” turbinu i odlazi pravo u izduvni sistem.

Turbo punjač za pogon koristi energiju izduvnih gasova. Sastoji se od dve turbine. Točak turbine se nalazi usred struje izduvnih gasova i pokreće vratilom povezan kompresioni točak. Tu dolazi do komprimovanja vazduha. Sabijanjem zagrejan vazduh se hladi uglavnom pomoću hladnjaka vazduha punjenja i nakon toga se uvodi u komoru za sagorevanje. S obzirom na to da ohlađeni vazduh ima manju zapreminu od zagrejanog, na taj način za sagorevanje dospeva mnogo veća količina kiseonika. Značajan nedostatak recirkulacionog turbo punjača je u tome što mu je za pogon neophodan određen pritisak (iduvnih) gasa koji je na raspolaganju tek pri većim obrtajima motora. Otuda izraz "turbo pauza"

• Problemi koji se javljaju kod turbo punjača: 1. Previše pritiska Kada se vazduh sabija u cilindre pod pritiskom koji pravi turbo punjač koje zatim klip dodatno sabija postoji povećana opasnost od samozapaljivanja smeše. Samozapaljivanje smeše se pojavljuje kada se smeša vazduha i goriva kompresuje preko kritične tačke čime dolazi do detonacije u cilindru iako svećica nije zapalila smešu što može oštetiti motor. Automobili sa turbo punjačima obično koriste visoko oktanska goriva (koja imaju veću otpornost ka samozapaljivanju). 2. Turbo Lag Jedan od najlakše uočivih problema turbo punjača je da oni rade istog tretnutka kada pritisnete pedalu gasa, već je potrebno da motor obezbedi odgovarajuću količinu gasova, a onda je potrebno još nekoliko trenutaka da se turbina zavrti da bi počela sa radom što ima za rezultat da automobil naglo dobije snagu tek nekoliko trenutaka po pritiskanju pedale gasa. Jedan od načina za smanjenje ovog efekta (lag = zadrška prim. prev. ) je da se smanji intertnost pokretnih delova, tj. umanjenje njihove težine. 3. Mali ili veliki turbo punjač? Siguran način za smanjenje inertnosti turbine i kompresora vazduha je da se turbo punjač načini što manjim. Mali turbo punjač će daleko brže obezbediti pritisak i na manjem broju obrtaja motora, ali neće biti sposoban da obezbedi dovoljno pritiska kada se motor zavrti i kada su mu potrebne velike količine vazduha da bi zadržao potreban pritisak. Dodatna opasnost je da se mala turbina na visokom broju obrtaja motora može vrteti prebrzo što može dovesti do njenog oštećenja. Veliki turbo punjač može da obezbedi veliki pritisak na visokom broju obrtaja motora, ali je on težak i inertan te mu je potrebno više vremena da ubrza svoju tešku turbinu i kompresor

TURBO KOMPRESORI Istorija turbokompresora je duga skoro koliko i upotreba motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Davne 1885 i 1896 Gottlieb Daimler i Rudolf Diesel su istraživali mogućnost povećanja snage motora i redukcije potrošnje goriva upotrebom kompresovanog vazduha prilikom sagorevanja u motoru. 1925, švajcarski inženjer Alfred Buchi je bio prvi koji je uspešno primenio sistem turbokompresovanja pomoću izduvnih gasova, i postigao povećanje snage motora za više od 40%. Ovo je bio početak ere uvođenja turbokompresora u auto industriju. Prvi turbokompresori su se koristili kod veoma velikih motora. U auto industriji su prvo počeli da se upotrebljavaju na kamionskim motorima. 1938. "Swiss Machine Works Saurer" je napravio prvi kamionski motor sa turbokompresorom.

Pravi proboj turbokompresora u automobilskoj industriji postignut je 1978. uvođenjem prvog diesel motora sa turbokompresorom kod Mercedesovog modela 300 SD. Pratio ga je VW Golf turbodiesel iz 1981. godine. Uz pomoć turbokompresora, mogla je da se poveća efikasnost putničkih automobila sa diesel motorom, i da se postignu gotovo iste performanse kao kod benzinskih aplikacija uz značajno smanjenu emisiju štetnih izduvnih gasova. Danas se turbokompresori kod benzinskih motora ne koriste primarno, kao sredstvo za poboljšanje performansi, već kao sredstvo za uštede u potrošnji, a samim tim i kao sredstvo koje umanjuje zagađenje životne sredine i umanjuje emisiju štetnog ugljendioksida (CO 2). Trenutno, osnovni razlog korišćenja turbokompresora je smanjena potrošnja i emisija štetnih gasova.

Turbo kompresor je pokretan preko remenice i radi iskljucivo mehanicki, a sluzi za prednabijanje vazduha. Dakle turbo kompresor se "spaja" direktno na zupcasti remen sto je razlika s turbo punjacem, jer je turbo pokretan pomocu izduvnih gasova. Turbo kompresor pruza vise snage na nizim okretajima pomocu "pumpanja" vise vazduha u motor i direktnog povezivanja sa brzinom bregastih osovina. Pozitivna strana svega toga je da turbo kompresor ima momentalnu reakciju sto je opet razlicito prema turbo punjacima. Turbo kompresor je dobar put tj nacin da se obiđe turbo rupa posto turbo kompresor NEMA turbo rupe vec puni od pocetka do kraja. Podmazivanje turbo kompresora je isto razlicito od turbo punjaca. Turbo kompresor ima vlastiti spremnik ulja i nemora koristit motorno ulje kao turbo punjac.

TURBO PUNJAC VS TURBO KOMPRESOR Sličnosti I kompresori i turbo punjači su sistemi koji omogućavaju usis vazduha pod pritiskom i samim tim im je cilj isti – da što više sabiju vazduha u cilindre motora u odnosu na ono što atmosferski pritiskak normalno omogućva. Prednost je što će motor tada moći da izgori više goriva u jednom ciklusu sagorevanja, a to dovodi do povećanja snage. Iz tog razloga super punjači - kompresori i turbo punjači omogućavaju 40 – 100 % povećanja snage (u zavisnosti od pritiska kojim se sabija vazduh) nego atmosferski motori iste zapremine. Cena kompresora i turbo punjača za isti motor su praktično iste pa cena nie igra nikakvu ulogu u izboru jednog od ova dva sistema. Lag Nedostatak laga je jedna od najvećih prednosti super punjača - kompresora u odnosu na turbo punjače. Turbo punjači su pogonjeni izduvnim gasovima pa se zbog toga pojavljuje ta zadrška dok se impeler ne zavrti do brzine koja omogućava odgovarajuću kompresiju vazduha. Problem sa lagom turbopunjača se donekle smanjio, korišćenjem sistema sa više punjača, koji se aktiviraju na različitim pritiscima izduvnih gasova, sekvencijalnih turbina, kao i korišćenjem turbina koje imaju promenljivu geometriju krilaca impelera (flapsova). Super punjači se pogone kaišem koji je sa druge strane zakačen na radilicu i time praktično rade od najmanjeg broja obrtaja, pa samim tim imaju i bolji odziv na pritisak papučice gasa. Efikasnost Ovo je najveća prednost turbo punjača. Turbo punjači su u principu ekonomičniji zato što se pokreću pomoću izduvnih gasova koji su da kažemo, besplatni tj. ne služe ničemu, dok kompresor koristi snagu radilice i time umanjuje snagu koja je dostupna za pokretanje automobila. Turbo punjači ipak nisu potpuno efikasni zato što okretanje lopatica turbine pravi podpritisak na izduvnoj grani tako da motor ima određen otpor kada izbacuje izduvne gasove.

Toplota Kako je turbo punjač montiran na izduvnu granu koja je uvek veoma zagrejana time se samo kućište turbine greje, a time se dodatno vazduh koji turbo sabija dodatno greje što negativno utiče na gustinu kompresovanog vazduha pa se često koristi interkuler kako bi se taj vazduh ohladio, a time se komplikuje instalacija sistema. Kod kompresora centrifugalni kompresor generiše veoma hladan kompresovan vazduh pa ne postoji potreba za montiranjem interkulera za pritiske ispod 0, 8 bar, dok u slučaju korišćenja roots kompresora kompresovani vazduh ima daleko veću temperaturu pa je potrebno koristiti interkuler i pri malim pritiscima. Udar snage Kako turbo punjači imaju zadršku (lag) postoji tzv. udar snage kada se vejstgejt otvori tj. kada turbo punjač proradi. Ovaj udar je veoma štetan po automobil, a posebno po nosače motora, ogibljenje i sistem za upravljanje i može da učini automobil teško upravljivim. Povratni pritisak Turbo punjači svojom montažom na izduvnoj grani prave parazitski povratni pritisak u samoj grani i time motor troši više energije da bi izbacio izduvne gasove za onoliko koliko je potrebno da se taj parazitski pritisak savlada. Taj pritisak umanjuje efikasnost turbo punjača. Buka Turbo punjači su u principu tiši od kompresora, a položaj turbine na izduvnoj grani može samo da umanju količinu buke koju generiše motor i time utišavaju motor. Super punjači - kompresori imaju specifičan zvuk, a pogotovu centrifugalni i mogu biti veoma glasni (naravno većina vozača ovaj zvuk naprosto obožava).

Pouzdanost Kompresori su, generalno, daleko pouzdaniji od turbo punjača. Kada se automobil (i motor) ugasi vreli motor i izduvna grana mogu da visokom temperaturom oštete ulje koje je unutar turbo punjača koje pšodmazuje lagere. Dodatno, veliki broj obrtaja turbine (do 150000 obrtaja u minuti) može da dovede do problema sa ležajevima u turbini ida time skrati životni vek turbo punjača. Kratko objašnjenje: Prilikom gašenja zagrejanog turbo motora, problem je u tome što je zagrejan turbo motor potrebno pustiti da radi na "leru" minut-dva, pogotovo ako ste auto žešće vozili, jer se dešava da se turbo punjač još uvek vrti na određenim obrtajima kada odmah ugasite automobil. Tada naglo pada pritisak ulja (prestaje sa radom pumpa za ulje), pa i turbo ostaje bez dovoda ulja koje ga podmazuje, što može dovesti do skraćenja radnog veka turbo punjača ili oštećenja ležajeva preko kojeg se oslanja vratilo rotora. Ovaj problem se rešava ugradnjom tzv. "turbo timer" sistema, koji gasi automobil nakon određenog vremenskog intervala, dopuštajući rotoru turbo punjača da se bezbedno zaustavi. (Dodao moderator) Maksimalna snaga Turbo punjači su slavu stekli zato što imaju mogućnost da se okreću veoma brzo i time generišu fantastično visoke pritiske kompresije (preko 2 bar-a) i time naravno prave daleko više snage nego super punjači - kompresori. Mogućnost poboljšanja performansi samih turbo punjača/kompresora - tjuniranje Turbo punjači zbog svoje kompleksnosti i zavisnosti od izduvnih gasova su zloglasno teški za modifikacije. Kompresori, sa druge strane, su po tom pitanju lakši i dodatno zahtevaju samo manje intervencije na sistemima za ubrizgavanje goriva i paljenje.

Tehnička škola Zaječar Profesor: Biljana Mihajlovic Ucenik: Milan Z. Đorđević Smer: Elektrotehničar za elektroniku na vozilima Odeljenje: E 42