מגדש טורבו: הלב של מערכת הגברת האוויר

מגדש הטורבו משמש להגברת הספק של מנוע בעירה פנימית ללא התערבות רדיקלית בעיצובו.יחידה זו מגבירה את הלחץ בדרכי היניקה של המנוע, ומספקת כמות מוגברת של תערובת דלק-אוויר לתאי הבעירה.במקרה זה, בעירה מתרחשת בטמפרטורה גבוהה יותר עם היווצרות נפח גדול יותר של גזים, מה שמוביל לעלייה בלחץ על הבוכנה וכתוצאה מכך לעלייה במאפייני המומנט וכוח המנוע.

השימוש במגדש טורבו מאפשר להגדיל את כוח המנוע ב-20-50% עם עלייה מינימלית בעלות שלו (ועם שינויים משמעותיים יותר, גידול ההספק יכול להגיע ל-100-120%).בשל הפשטות, האמינות והיעילות שלהן, מערכות לחץ מבוססות מגדש טורבו נמצאות בשימוש נרחב בכל סוגי הרכבים עם מנועי בעירה פנימית.

סוגים ומאפיינים של מגדשי טורבו

כיום קיים מגוון רחב של מגדשי טורבו, אך ניתן לחלק אותם לקבוצות לפי ייעודם ותחולתם, סוג הטורבינה בשימוש ופונקציונליות נוספת.

על פי המטרה, ניתן לחלק מגדשי טורבו למספר סוגים:

• למערכות לחץ חד-שלביות - מגדש טורבו אחד לכל מנוע, או שתי יחידות או יותר הפועלות על מספר צילינדרים;
•למערכות ניפוח סדרות וסדרות מקבילות (גרסאות שונות של Twin Turbo) - שתי יחידות זהות או שונות הפועלות על קבוצה משותפת של צילינדרים;
• עבור מערכות לחץ דו-שלביות, ישנם שני מגדשי טורבו בעלי מאפיינים שונים, הפועלים בזוגות (ברצף אחד אחרי השני) עבור קבוצה אחת של צילינדרים.

הנפוצות ביותר הן מערכות לחץ חד-שלביות הבנויות על בסיס מגדש טורבו בודד.עם זאת, למערכת כזו עשויות להיות שתיים או ארבע יחידות זהות - למשל, במנועים בצורת V, משתמשים במגדשי טורבו נפרדים לכל שורת צילינדרים, במנועים מרובי צילינדרים (יותר מ-8) ניתן להשתמש בארבעה מגדשי טורבו, כל אחד. שעובד על 2, 4 או יותר צילינדרים.פחות נפוצות הן מערכות לחץ דו-שלביות ווריאציות שונות של Twin-Turbo, הן משתמשות בשני מגדשי טורבו בעלי מאפיינים שונים שיכולים לעבוד רק בזוגות.

על פי הישימות, ניתן לחלק מגדשי טורבו למספר קבוצות:

• לפי סוג מנוע - ליחידות כוח בנזין, דיזל וגז;
• מבחינת נפח מנוע והספק - ליחידות כוח בהספק קטן, בינוני וגבוה;למנועים מהירים וכו'.

מגדשי טורבו יכולים להיות מצוידים באחד משני סוגי טורבינה:

• רדיאלי (רדיאלי-צירי, צנטריפטלי) - זרימת גזי הפליטה מוזנת לפריפריה של אימפלר הטורבינה, נעה למרכזו ונפלטת בכיוון הצירי;
• צירית - זרימת גזי הפליטה מסופקת לאורך הציר (למרכז) של אימפלר הטורבינה ונפלטת מהיקפית שלו.

כיום משתמשים בשתי הסכמות, אך במנועים קטנים ניתן למצוא לעתים קרובות מגדשי טורבו עם טורבינה רדיאלית-צירית, וביחידות כוח חזקות עדיפות טורבינות ציריות (אם כי זה לא הכלל).ללא קשר לסוג הטורבינה, כל מגדשי הטורבו מצוידים במדחס צנטריפוגלי - בו מסופק אוויר למרכז האימפלר ומוסר מהיקפי שלו.

מגדשי טורבו מודרניים יכולים להיות בעלי פונקציונליות שונה:

• כניסה כפולה - לטורבינה שתי כניסות, כל אחת מהן מקבלת גזי פליטה מקבוצה אחת של צילינדרים, פתרון זה מפחית את ירידת הלחץ במערכת ומשפר את יציבות הבוסט;
• גיאומטריה משתנה - לטורבינה להבים זזים או טבעת הזזה, דרכה ניתן לשנות את זרימת גזי הפליטה לאימפלר, זה מאפשר לשנות את מאפייני מגדש הטורבו בהתאם למצב פעולת המנוע.

לבסוף, מגדשי טורבו שונים במאפייני הביצועים הבסיסיים וביכולותיהם.יש להדגיש מהמאפיינים העיקריים של יחידות אלה:

• מידת עליית הלחץ - היחס בין לחץ האוויר ביציאת המדחס ללחץ האוויר בכניסה, נע בטווח של 1.5-3;
• אספקת מדחס (זרימת אוויר דרך המדחס) - מסת האוויר העוברת דרך המדחס ליחידת זמן (שנייה) נמצאת בטווח של 0.5-2 ק"ג לשנייה;
• טווח מהירות הפעולה נע בין כמה מאות (עבור קטרי דיזל חזקים, מנועי דיזל תעשייתיים ואחרים) לעשרות אלפי (עבור מנועים מאולצים מודרניים) סיבובים בשנייה. המהירות המרבית מוגבלת על ידי עוצמת האימפלרים של הטורבינה והמדחס, אם מהירות הסיבוב גבוהה מדי בגלל כוחות צנטריפוגליים, הגלגל יכול לקרוס.במגדשי טורבו מודרניים, הנקודות ההיקפיות של הגלגלים יכולות להסתובב במהירויות של 500-600 או יותר m/s, כלומר, פי 1.5-2 מהר יותר ממהירות הקול, זה גורם להתרחשות השריקה האופיינית של הטורבינה;

• טמפרטורת ההפעלה / המקסימלית של גזי הפליטה בכניסה לטורבינה נעה בטווח של 650-700 מעלות צלזיוס, במקרים מסוימים מגיעה ל-1000 מעלות צלזיוס;
• יעילות הטורבינה/מדחס היא לרוב 0.7-0.8, ביחידה אחת יעילות הטורבינה לרוב פחותה מיעילות המדחס.