توضیحات محصول

توربو شارژر کاترپیلار

توربو شارژر کاترپیلار یک  که به صورت محاوره ای به عنوان یک توربو شناخته می شود ، یک دستگاه القایی اجباری با توربینی است که باعث افزایش بازده موتور و احتراق یک موتور احتراق داخلی با وادار کردن هوای اضافی فشرده شده به داخل محفظه احتراق می شود. این پیشرفت نسبت به توان خروجی یک موتور طبیعی که بخار می شود به این دلیل است که کمپرسور می تواند هوای بیشتری – و به تناسب سوخت بیشتری- را وارد کند تا از فشار اتمسفر (و برای همین ماده ، ورودی هوا قوچ) به تنهایی وارد محفظه احتراق شود.

شما میتوانید کلیه قطعات راه سازی را از فروشگاه نوین پویان تهیه نماید 09121041523

توربوشارژرها در ابتدا به عنوان توربوشارژرها شناخته می شدند وقتی که همه دستگاه های القایی اجباری به عنوان شارژرهای فوق طبقه بندی می شدند. امروزه اصطلاح “سوپر شارژر” معمولاً فقط در دستگاه های القایی اجباری به کار می رود. تفاوت اصلی توربوشارژر و یک سوپر شارژر معمولی در این است که یک سوپر شارژر به صورت مکانیکی توسط موتور هدایت می شود ، غالباً از طریق یک کمربند متصل به میل لنگ ، در حالی که یک توربوشارژر توسط یک توربین که از طریق موتور اگزوز موتور هدایت می شود ، تأمین می شود. در مقایسه با یک سوپر شارژر مکانیکی ، توربوشارژرها تمایل دارند که کارآمدتر باشند ، اما کمتری پاسخگو هستند. Twincharger به یک موتور با موتور سوپرشارژر و توربوشارژر اطلاق می شود.

سازندگان معمولاً از موتورهای توربو شارژر کاترپیلار در موتورهای کامیون ، ماشین ، قطار ، هواپیما و تجهیزات ساختمانی استفاده می کنند. آنها اغلب با موتورهای احتراق داخلی چرخه اتو و چرخه دیزل استفاده می شوند.

فهرست
توربو شارژر کاترپیلار

القای اجباری به اواخر قرن نوزدهم برمی گردد ، هنگامی که گوتلیب دایملر تکنیک استفاده از پمپ دنده محور را برای مجبور کردن هوا به موتور احتراق داخلی در سال 1885 به ثبت رساند

اختراع ثبت شده در سال 1915 توسط آلفرد بوچی ، مهندس سوئیسی که در Gebrüder Sulzer مشغول به کار است (اکنون به سادگی Sulzer نامیده می شود) اغلب تولد توربوشارژر در نظر گرفته می شود. این حق ثبت اختراع برای موتور شعاعی مرکب با توربین جریان محوری اگزوز محور و کمپرسور سوار شده در شافت مشترک بود. اولین نمونه اولیه در سال 1915 با هدف غلبه بر اتلاف توان موتورهای هواپیما به دلیل کاهش چگالی هوا در ارتفاعات به پایان رسید. با این حال ، نمونه اولیه قابل اعتماد نبود و به تولید نرسید. یکی دیگر از حق ثبت اختراعات اولیه برای توربوشارژرها در سال 1916 توسط مخترع توربین بخار فرانسوی آگوستا راتاو ، برای استفاده درنظر گرفته شده آنها در موتورهای رنو مورد استفاده هواپیماهای جنگنده فرانسوی ، مورد استفاده قرار گرفت. به طور جداگانه ، آزمایش سال 1917 توسط کمیته ملی مشاوره هوایی آمریکا و سنفورد الکساندر ماس نشان داد که یک توربوشارژر می تواند یک موتور را قادر سازد از هرگونه اتلاف برق (در مقایسه با توان تولید شده در سطح دریا) در ارتفاع حداکثر 4،250 متر (13944 فوت) جلوگیری کند. ) بالاتر از سطح دریا. این آزمایش در Pikes Peak در ایالات متحده با استفاده از موتور هواپیمای V12 Liberty انجام شد. [10]

اولین کاربرد تجاری یک توربوشارژر در سال 1925 بود ، هنگامی که آلفرد بوچی با موفقیت توربوشارژرها را بر روی موتورهای دیزلی ده سیلندر نصب کرد و باعث افزایش توان مصرفی از 1300 به 1860 کیلووات (1750 تا 2.500 اسب بخار) شد. این موتور توسط وزارت حمل و نقل آلمان برای دو کشتی مسافری بزرگ به نامهای “Preussen” و “Hansestadt Danzig” استفاده شده است. این طرح به چندین تولیدکننده مجوز داده شد و توربوشارژرها در کاربردهای دریایی ، ریلی و بزرگ کاربردهای ثابت شروع به کار کردند
توربوشارژرها در جنگهای جهانی دوم در چندین موتور هواپیما مورد استفاده قرار گرفتند ، از ابتدای قلعه پرواز بوئینگ B-17 در سال 1938 ، که از توربوشارژرهای تولید شده توسط جنرال الکتریک استفاده می کرد. سایر هواپیماهای اولیه توربوشارژ شامل نمونه های آزمایشی B-24 Liberator ، P-38 Lightning ، P-47 Thunderbolt و آزمایشی Focke-Wulf Fw 190 آزمایشی بود.

تولید کنندگان خودرو و کامیون در دهه 1950 تحقیق در مورد موتورهای توربوشارژ را آغاز کردند ، اما مشکلات “تاخیر توربو” و بزرگی حجم توربوشارژر در آن زمان قادر به حل نبودند. اولین اتومبیل های توربوشارژر ، شورولت Corvair مونزا کوتاه مدت و Oldsmobile Jetfire بود که در سال 1962 معرفی شد. به دنبال بحران نفت در سال 1973 و اصلاحات در قانون هوای پاک سال 1977 ، به عنوان روشی برای کاهش مصرف سوخت و انتشار گازهای خروجی ، توربوشارژ در خودروها متداول تر شد
توربوشارژ در مقابل شارژ مجدد ویرایش
مقاله اصلی: سوپر شارژر
برخلاف توربو شارژر cat ، سوپر شارژرها به صورت مکانیکی توسط موتور هدایت می شوند. تسمه ها ، زنجیرها ، شفت ها و چرخ دنده ها روشهای متداولی برای تغذیه یک سوپر شارژر ، قرار دادن یک بار مکانیکی بر روی موتور است. به عنوان مثال ، در موتور تک مرحله ای تک سرعته رولزرویس مرلین ، این سوپر شارژر حدود 150 اسب بخار (110 کیلو وات) استفاده می کند. با این حال ، مزایا از هزینه ها بالاتر است. برای موتور 150 اسب بخار (110 کیلووات) برای سوپرشارژر موتور ، موتور 400 اسب بخار اضافی (300 کیلووات) تولید می کند ، سود خالص 250 اسب بخار (190 کیلووات). اینجاست که نقطه ضعف اصلی یک سوپرشارژر آشکار می شود. موتور باید در مقابل قدرت خالص موتور علاوه بر قدرت رانندگی سوپرشارژ مقاومت کند.

یکی دیگر از مضرات برخی از توربو شارژر cat ، راندمان آدیاباتیک پایین در مقایسه با توربوشارژرها (مخصوصاً سوپر شارژرهای نوع Roots) است. راندمان آدیاباتیک اندازه گیری از توانایی کمپرسور در فشار هوا بدون اضافه کردن گرمای اضافی به آن هوا است. حتی در شرایط ایده آل ، فرایند فشرده سازی همیشه منجر به افزایش دمای خروجی می شود. با این حال ، کمپرسورهای کارآمد گرمای اضافی کمتری تولید می کنند. سوپر شارژرهای ریشه گرمای بیشتری به هوا نسبت به توربوشارژرها می دهند. بنابراین ، برای یک حجم معین و فشار هوا ، هوای توربوشارژ سردتر است و در نتیجه متراکم تر ، حاوی مولکول های اکسیژن بیشتری است ، و بنابراین قدرت بالقوه بیشتری نسبت به هوای فوق شارژ دارد. در کاربرد عملی ، اختلاف بین این دو بسیار چشمگیر است ، زیرا توربوشارژرها اغلب تنها 15٪ تا 30٪ انرژی بیشتر صرفاً بر اساس تفاوت در بازده آدیاباتیک تولید می کنند (اما به دلیل انتقال حرارت از اگزوز داغ ، گرمایش قابل توجهی اتفاق می افتد).

در مقایسه ، یک توربو شارژر کاترپیلار بار مکانیکی مستقیمی روی موتور قرار نمی دهد ، اگرچه توربوشارژرها فشار اگزوز عقب را بر موتورها قرار می دهند و تلفات پمپ را افزایش می دهد. این کارآیی بیشتری دارد زیرا در حالی که افزایش فشار عقب باعث فشار بر ضربات اگزوز پیستون می شود ، بخش اعظمی از انرژی که توربین را هدایت می کند توسط گاز اگزوز در حال گسترش است که در غیر این صورت به عنوان گرما از طریق لوله خالی هدر می رود تأمین می شود. در مقابل شارژ بیش از حد ، نقطه ضعف اصلی توربو شارژر کاترپیلار همان چیزی است که از آن به عنوان “تاخیر” یا “زمان قرقره” یاد می شود. این زمان بین تقاضا برای افزایش قدرت (دریچه گاز باز می شود) و توربوشارژر (ها) با افزایش فشار ورودی و از این رو قدرت افزایش می یابد.

تاخیر دریچه گاز به این دلیل اتفاق می افتد که توربو شارژر کاترپیلار برای ایجاد توربین به فشار گاز اگزوز متکی هستند. در سیستم های خروجی متغیر مانند موتورهای اتومبیل ، فشار گازهای خروجی در حالت خاموش ، سرعت موتور پایین یا موتور دریچه کم معمولاً برای رانندگی توربین کافی نیست. تنها هنگامی که موتور به سرعت کافی می رسد ، بخش توربین شروع به چرخش می کند ، یا به اندازه کافی سریع می چرخد تا فشار ورودی بیش از فشار اتمسفر ایجاد کند.

ترکیبی از یک توربوشارژر با موتور اگزوز و یک سوپر شارژر محور موتور می تواند نقاط ضعف هر دو را کاهش دهد. این روش Twincharging نام دارد.

در مورد موتورهای دو زمانه Electro-Motive Diesel ، توربوشارژر با کمک مکانیکی به طور خاص دوقلو نیست ، زیرا موتور از کمک مکانیکی برای شارژ هوا فقط در سرعت پایین موتور و استارت استفاده می کند. هنگامی که بالاتر از درجه 5 است ، موتور از توربو شارژر کاترپیلار واقعی استفاده می کند. این متفاوت از یک توربوشارژر است که از بخش کمپرسور توربو-کمپرسور فقط در هنگام شروع کار استفاده می کند ، زیرا یک موتور دو زمانه نمی تواند به طور طبیعی آسپیراسیون شود و طبق تعاریف SAE ، یک موتور دو زمانه با یک کمپرسور کمک مکانیکی در هنگام کار بیکار و دریچه گاز پایین در نظر گرفته طبیعی است
اصل عمل ویرایش
نمودار توربوشارژر هندسه متغیر.gif
در موتورهای پیستونی آسپیراسیون طبیعی ، گازهای ورودی با فشار اتمسفر پر شده از خلاء حجمی ناشی از سکته مغزی رو به پایین پیستون ، وارد موتور می شوند یا “تحت فشار قرار می گیرند” ، شبیه به رساندن مایع با استفاده از یک سرنگ. اگر هوا بتواند فشار اتمسفر را حفظ كند ، مقدار هوا در واقع الهام گرفته شده است ، در مقايسه با مقدار نظري ، كارايي حجمي ناميده مي شود. هدف از توربوشارژر بهبود بهره وری حجمی موتور با افزایش چگالی گاز ورودی (معمولاً هوا) است که اجازه می دهد قدرت بیشتری در هر چرخه موتور داشته باشد.

کمپرسور توربو شارژر کاترپیلار در هوای محیط کشیده شده و آن را فشرده می کند قبل از وارد شدن به منیفولد ورودی با فشار بیشتر. این امر باعث می شود که در هر سیر ورودی ، هوای بیشتری از سیلندرها وارد شود. قدرت مورد نیاز برای چرخش کمپرسور گریز از مرکز از انرژی جنبشی گازهای خروجی موتور حاصل می شود.

در کاربردهای اتومبیل ، “افزایش” به مقداری که فشار مانیفولد ورودی از فشار اتمسفر فراتر رود ، اشاره دارد. این نماینده فشار هوای اضافی است که بیش از آنچه که بدون القاء اجباری حاصل می شود حاصل می شود. سطح افزایش ممکن است در فشار سنج ، معمولاً در نوار ، روان یا احتمالاً kPa نشان داده شود. کنترل افزایش توربوشارژر طی 100 سال استفاده آنها به طرز چشمگیری تغییر کرده است. توربوشارژرهای مدرن می توانند از ضایعات ، دریچه های منفجر و هندسه متغیر استفاده کنند ، همانطور که در بخش های بعدی مورد بحث قرار گرفته است.

در کاربردهای توربو شارژر کاترپیلار موتور بنزینی ، فشار تقویت شده برای نگه داشتن کل سیستم موتور از جمله توربوشارژر در محدوده عملیاتی طراحی حرارتی و مکانیکی آن محدود است. افزایش بیش از حد موتور غالباً به روش های مختلفی از جمله پیش احتراق ، گرمای بیش از حد و فشار زیاد سخت افزار داخلی موتور به موتور آسیب می رساند. به عنوان مثال ، برای جلوگیری از ضربه زدن موتور (همچنین به عنوان انفجار شناخته می شود) و آسیب جسمی مربوط به موتور ، فشار منیفولد ورودی نباید خیلی زیاد شود ، بنابراین فشار در منیفولد ورودی موتور باید از طریقی کنترل شود. باز کردن ضایعات باعث می شود انرژی اضافی مقرر برای توربین از آن دور شود و مستقیماً به لوله اگزوز منتقل شود ، در نتیجه فشار تقویت را کاهش می دهد. ضایعات می تواند به صورت دستی کنترل شود (اغلب در هواپیما مشاهده می شود) یا توسط یک محرک (در کاربردهای خودرو ، اغلب توسط واحد کنترل موتور کنترل می شود).

افزایش فشار (یا تقویت) را ویرایش کنید
همچنین ممکن است از توربو شارژر کاترپیلار برای افزایش راندمان سوخت بدون افزایش توان استفاده شود. این امر با منحرف کردن انرژی زباله اگزوز ، از فرآیند احتراق و تغذیه مجدد آن به سمت ورودی “گرم” توربو که در حال چرخش توربین است ، حاصل می شود. از آنجا که طرف توربین گرم با انرژی اگزوز رانده می شود ، توربین ورودی سرد (آن طرف توربو) هوای ورودی تازه را فشرده کرده و آن را به داخل موتور سوق می دهد. با استفاده از این انرژی در غیر این صورت تلف شده برای افزایش جرم هوا ، اطمینان حاصل می شود که تمام سوخت قبل از اینکه در مرحله شروع اگزوز تخلیه نشود ، سوزانده می شود. افزایش دما از فشار بالاتر بازده کاروت بالاتر می دهد.

کاهش چگالی هوا در اثر از دست دادن چگالی جوی که در ارتفاعات مشاهده می شود ایجاد می شود. بنابراین ، استفاده طبیعی از توربوشارژر با موتورهای هواپیما است. با صعود هواپیما به ارتفاعات بالاتر ، فشار هوای اطراف به سرعت فرو می رود. در 18000 پا (5 هزار و 500 متر) هوا نیمی از فشار سطح دریا است ، به این معنی که موتور در این ارتفاع کمتر از نیمی از قدرت تولید می کند. در موتورهای هواپیما معمولاً از توربو شارژر cat برای حفظ فشار منیفولد با افزایش ارتفاع استفاده می شود (یعنی جبران هوای با چگالی کمتر در ارتفاعات بالاتر). از آنجا که فشار هوا در هنگام صعود هواپیما کاهش می یابد ، نیرو به عنوان تابعی از ارتفاع در موتورهای معمولی دارای فشار کاهش می یابد. سیستم هایی که از توربوشارژر برای حفظ توان خروجی سطح موتور یک موتور استفاده می کنند ، سیستم های عادی توربو نامیده می شوند. به طور کلی ، یک سیستم عادی توربو سعی دارد فشار مانیفولد 29.5 اینچ جیوه (100 کیلو پاسکال) را حفظ کند
تأخیر توربو شارژر cat (تأخیر توربو) زمان مورد نیاز برای تغییر در مصرف انرژی در پاسخ به تغییر گاز دریچه گاز است ، که در هنگام شتاب نسبت به یک موتور طبیعی که به سرعت پاسخ داده می شود به عنوان یک تردید یا پاسخ گاز آهسته عمل می کند. این به دلیل زمان لازم برای سیستم اگزوز و توربو شارژر cat برای تولید تقویت موردنیاز است که می توان از آن به عنوان طلسم نیز نام برد. اینرسی ، اصطکاک و فشار کمپرسور عوامل اصلی تأخیر در توربوشارژرها هستند. سوپر شارژرها از این مشکل رنج نمی برند ، زیرا توربین به دلیل اینکه کمپرسور مستقیم توسط موتور کار می کند از بین می رود.

برنامه های کاربردی توربوشارژر را می توان دسته بندی کرد که نیاز به تغییر در قدرت خروجی (مانند اتومبیل) و مواردی ندارد (مانند دریایی ، هواپیما ، خودروسازی تجاری ، صنعتی ، ژنراتور و لوکوموتیو). گرچه تا درجه های مختلف مهم است ، تاخیر توربوشارژر در برنامه هایی که نیاز به تغییرات سریع در بازده برق دارند ، مشکل ساز است. طراحی موتور تاخیر را به چند روش کاهش می دهد:

پایین آمدن چرخش چرخشی توربو شارژر کاترپیلار با استفاده از قطعات شعاع پایین و سرامیک و سایر مواد سبک تر
تغییر نسبت ابعاد توربین
افزایش فشار هوای بالای عرشه (تخلیه کمپرسور) و بهبود پاسخ ضایعات
کاهش تلفات اصطکاک ، به عنوان مثال ، استفاده از یاتاقان فویل به جای تحمل روغن معمولی
با استفاده از توربوشارژرهای نازل متغیر یا دوقلو
کاهش حجم لوله های سطح بالا
استفاده از چند توربوشارژر متوالی یا موازی
با استفاده از سیستم ضد ویروس
استفاده از دریچه قرقره توربو شارژر cat برای افزایش سرعت جریان گاز اگزوز به توربین (دوقلو)
گاهی اوقات توربو با سرعت موتور که زیر آستانه افزایش است اشتباه می شود. اگر سرعت موتور پایین تر از آستانه افزایش توربوشارژر در دور موتور باشد ، می توان زمان لازم برای ساخت سرعت و دور در دقیقه را قابل توجه دانست ، شاید حتی ده ها ثانیه برای یک وسیله نقلیه سنگین که از سرعت کم وسیله نقلیه با سرعت بالا شروع می شود. این انتظار برای افزایش سرعت خودرو تاخیر توربو نیست ، بلکه انتخاب صحیح دنده برای افزایش تقاضا است. هنگامی که وسیله نقلیه به سرعت کافی برای تأمین دور لازم برای رسیدن به آستانه تقویت برسد ، تأخیر به مراتب کوتاهتر خواهد بود در حالی که خود توربو انرژی چرخشی و انتقال را برای تقویت مثبت ایجاد می کند ، تنها این آخرین قسمت تأخیر در دستیابی به تقویت مثبت توربو است. تاخیر.

تقویت آستانه ویرایش
آستانه تقویت یک سیستم توربوشارژر محدوده تحتانی منطقه ای است که کمپرسور در آن کار می کند. كمتر از مقدار مشخصی از جریان ، كمپرسور تقویت ناچیزی را تولید می كند. این محدودیت ها بدون در نظر گرفتن فشار گاز اگزوز در RPM خاص تقویت می شود. تحولات جدیدتر توربو شارژر و موتور آستانه تقویت را به طور پیوسته کاهش داده است.

تقویت برق (“تقویت الکترونیکی“) یک فناوری جدید در دست توسعه است. از یک موتور الکتریکی استفاده می کند تا با استفاده از گازهای خروجی موجود ، توربوشارژر را سریعتر از حد ممکن به سرعت کار برساند. جایگزینی برای تقویت الکترونیکی ، جدا کردن کامل توربین و کمپرسور به یک توربین ژنراتور و کمپرسور برقی مانند توربوشارژر ترکیبی است. این باعث می شود سرعت کمپرسور از سرعت توربین مستقل باشد.

توربوشارژرها فقط هنگامی تولید می شوند که مقدار مشخصی از انرژی جنبشی در گازهای خروجی وجود داشته باشد. بدون داشتن جریان گاز اگزوز کافی برای چرخاندن پره های توربین ، توربوشارژر نمی تواند نیروی لازم مورد نیاز برای فشرده سازی هوای ورودی به موتور را تولید کند. آستانه تقویت با جابجایی موتور ، دور موتور ، باز شدن دریچه گاز و اندازه توربوشارژر تعیین می شود. سرعت کار (دور در دقیقه) که در آن حرکت گاز خروجی کافی برای فشرده سازی هوای ورودی به موتور وجود دارد ، “دور آستانه تقویت کننده” نامیده می شود. کاهش “دور آستانه افزایش در دور” می تواند پاسخ گاز دریچه گاز را بهبود بخشد.

مؤلفه های اصلی ویرایش
توربوشارژر سه مؤلفه اصلی دارد:

این توربین که تقریباً همیشه یک توربین ورودی شعاعی است (اما تقریباً همیشه یک توربین ورودی محوری تک مرحله ای در موتورهای بزرگ دیزل است)
کمپرسور که تقریباً همیشه یک کمپرسور گریز از مرکز است
مونتاژ چرخش محوطه / مرکز مرکز
بسیاری از تأسیسات توربوشارژر از فن آوری های اضافی مانند زباله ، شیرآلات داخلی و شیر انفجاری استفاده می کنند.

ویرایش توربین

در سمت چپ ، اتصال تخلیه روغن برنج. در سمت راست خط تأمین روغن بافته و اتصالات خط خنک کننده آب قرار دارد.

سمت پروانه کمپرسور با پوشش برداشته شده.

مسکن جانبی توربین برداشته شد.
انرژی تأمین شده برای کار توربین از آنتالپی و انرژی جنبشی گاز تبدیل می شود. محفظه های توربین جریان گاز را از طریق توربین هدایت می کنند زیرا حداکثر 250،000 دور در دقیقه می چرخد. اندازه و شکل می تواند برخی از ویژگی های عملکرد توربوشارژر کلی را نشان دهد. اغلب همان مونتاژ اولیه توربوشارژر با انتخاب های مختلف مسکن برای توربین از تولید کننده در دسترس است و گاهی اوقات پوشش کمپرسور نیز هست. این اجازه می دهد تا تعادل بین عملکرد ، پاسخ و بازده متناسب با برنامه باشد.