TURBINE

1. TURBINE

2. 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, mehanički kompresori i tzv. "Ram Air" sistem.

3. Turbo punjači • Turbo punjačisupoprvi put predstavljeni u velikoserijskomputničkimautomobiluranih 1960-tih godina. Model je bio Chevrolet Corvairkojeg je proizvodio General Motors - GM. Automobil je imaološureputacijuzbog toga što je imaojakološeperformanseprimalimbrzinama. Turbine iz tog dobasu bile veomavelikeiteške pa susamim time bile veomainertne. Takve turbine se nisumoglezavrtetiispod3500 obrtaja, pa je opsegradamotora do 3500 obrtaja bio veoma slab obzirom da je u dobakompresija turbo motorabila 6,5:1 kako bi se izbeglopregrevanjeglavecilindara.

5. Tokom 80-tih godinatehnologijaproizvodnje turbo punjača je evoluirala u pravcukultivisanijegrada. Tokomzadnjihgodina se kodautomobilasa turbo punjačimakoristijošjedansistemumanjenja turbo laga – elektronskakontrolapritiska turbine. Rani turbo punjačisukoristiliprimitivnamehaničkarešenjasa "vejstgejt" ventilomkako bi izbegliprevelikpritisakiprevelikubrzinu turbine. Kasnih 80-tih ipočetkom 90-tih godinasarazvojemelektronike je omogućenafinakontrolapritiska turbine pa timsistemomomogućeno 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.

6. 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.

8. 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"

9. Problemi koji se javljaju kod turbo punjača:1.Previše pritiskaKada 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 LagJedan 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

10. 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 turbo-kompresora 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.

11. Pravi proboj turbokompresora u automobilskoj industriji postignut je 1978. uvođenjem prvog diesel motora sa turbokompresorom  kod Mercedesovog modela 300SD. 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 (CO2). Trenutno, osnovni razlog korišćenja turbokompresora je smanjena potrošnja i emisija štetnih gasova. 

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

13. Turbo punjac vs turbo kompresor • SličnostiI 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.CenaCena kompresora i turbo punjača za isti motor su praktično iste pa cena nie igra nikakvu ulogu u izboru jednog od ova dva sistema.LagNedostatak 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.EfikasnostOvo 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.   

14. ToplotaKako je turbo punjačmontirannaizduvnugranukoja je uvekveomazagrejana time se samokućište turbine greje, a time se dodatnovazduhkoji turbo sabijadodatnogreještonegativnoutičenagustinukompresovanogvazduha pa se čestokoristiinterkulerkako bi se tajvazduhohladio, a time se komplikujeinstalacijasistema. Kodkompresoracentrifugalnikompresorgeneriševeomahladankompresovanvazduh pa ne postojipotrebazamontiranjeminterkulerazapritiskeispod 0,8 bar, dok u slučajukorišćenja roots kompresorakompresovanivazduhimadalekovećutemperaturu pa je potrebnokoristitiinterkuleriprimalimpritiscima.UdarsnageKako turbo punjačiimajuzadršku (lag) postojitzv. udarsnagekada se vejstgejtotvoritj. kada turbo punjačproradi. Ovajudar je veomaštetanpoautomobil, a posebnoponosačemotora, ogibljenjeisistemzaupravljanjeimože da učiniautomobilteškoupravljivim. Povratnipritisak Turbo punjačisvojommontažomnaizduvnojgranipraveparazitskipovratnipritisak u samojgranii time motor trošivišeenergije da bi izbacioizduvnegasovezaonolikokoliko je potrebno da se tajparazitskipritisaksavlada. Tajpritisakumanjujeefikasnost turbo punjača.BukaTurbo punjačisu u principutiši od kompresora, a položaj turbine naizduvnojgranimožesamo da umanjukoličinubukekojugeneriše motor i time utišavaju motor. Super punjači - kompresoriimajuspecifičanzvuk, a pogotovucentrifugalniimogubitiveomaglasni (naravnovećinavozačaovajzvuknaprostoobožava).

15. PouzdanostKompresori 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 snagaTurbo 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 - tjuniranjeTurbo 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.

16. Tehnička škola Zaječar • Profesor: Biljana Mihajlovic • Ucenik: Milan Z. Đorđević • Smer: Elektrotehničar za elektroniku • na vozilima • Odeljenje: E42