Шариковые VS втулочные турбины - плюсы и минусы сходства и различия.
Цель написания этой статьи - ознакомить владельцев настоящих или будущих, с шарикоподшипниковой технологией (ballbearing) в турбокомпрессорах.
Втулочная турбина:
Как известно в классических втулочных турбинах одной из самых нагруженных частей является упорный подшипник
Представляет он из себя бронзовую пластину к которой подведено масло для смазки и упоры или шпульку, кто как называет, которые стоят на валу и опираясь на эту пластину удерживают вал от осевого перемещения.
Нужно это для того чтобы крыльчатки турбины и компрессора не терлись о корпуса турбины и не изнашивались. С ростом наддува вал турбины начинает испытывать осевое давление в сторону турбинной части, соответственно возрастает нагрузка на пластину подшипника и упоры которые в какой-то момент перестают выдерживать нагрузку и начинают изнашиваться.
Так у турбины появляется осевой люфт, что и является износом. Со временем износ прогрессирует и в какой-то момент крыльчатка турбины касается лопастями корпуса, жить такой турбине остается считанные дни.
Любой износ неравномерен вал разбалансируется, появляется вибрация и турбина в буквальном смысле слова разваливается.
Есть еще один недостаток у втулочной турбины – это трение, внутри картриджа турбины, что приводит к более поздней раскрутке и большему лагу.
Принято говорить, что турбина на втулках менее респонсная (медленнее раскручивается), чем шариковая. Еще к минусам втулочных турбокомпрессоров следует отнести придирчивость к качеству и чистоте масла, склонность в закоксовыванию масла на валу.
Еще один серьезный минус о котором мало знают, это большое количество масла необходимое для создания масляного клина на подшипниках скольжения. Большое количество масла имеет склонность утекать не в слив или поддон двигателя, а через уплотнения вала в компрессор или в турбинную часть на выхлоп. Происходит это от износа и закоксовывания уплотнительных колец на валу турбины.
Практически любая втулочная турбина, что попадала мне в руки - имела утечки масла в сторону компрессора и турбины.
Теперь рассмотрим конструкцию турбин на шарикоподшипниковой технологии:
В 90х годах прошлого столетия компания Garrett разработала альтернативу своей серии турбокомпрессоров - «Т». К тому времени порядком устаревших, имеющих старомодный дизайн турбинной и компрессорной частей. А также главный минус большие массы вращающихся частей.
Было принято решение полностью разработать турбину на радиально-упорном подшипнике качения, имеющие полностью новые турбинные и компрессорные колеса.
Основная деталь такого турбокомпрессора - это подшипник:
Он устроен так, что нет больше нужды в упорном подшипнике, а следовательно снижаются вращающиеся массы и чем меньше трение, тем раньше выход на буст.
Сам подшипник состоит из внутренних и наружных обойм сепаратора и самих тел вращения шариков.
Как видно из рисунка подшипник не простой, а упорный, то есть при воздействии осевых нагрузок внутренняя обойма не дает валу двигаться в сторону и задевать за корпус также в подшипник подается смазка через специальные отверстия
Для этого турбокомпрессора было разработано специально новое компрессорное (фото) и турбинное колесо с более открытым профилем лопатки (серия GTX, а позже серия GTXR)
Благодаря этому газы стали проходить более свободно, упало противодавление и получилось уменьшить размер турбинной части при той же мощности.
Все это вместе с переделанным компрессором позволило поднять на 15% производительность, а также сделать респонс более быстрым.
Ощущается это как уменьшение времени реакции на педаль газа и повышение крутящего момента в зоне низких частот вращения коленвала. Многие водители, кто управляет такими автомобилями, восхищались отличной реакцией на педаль газа и быстрым почти мгновенным ростом мощности.
Еще один плюс таких турбин в том, что масло в картридж подается через специальный жиклер (рестриктор) с подобранным сечением, благодаря чему масло подается ровно сколько нужно для смазки подшипника.
Думаю, не стоит говорить о том, что масло такие турбины практически не пропускают.
Однако не обошлось и без ложки дегтя - подшипник имеет ряд конструктивных недоработок. (Сознательно или нет - это сделано опустим, сейчас речь не об этом).
Сепараторы подшипника сделаны в буквальном смысле слова из пластмассы. Автору известны случаи, когда они при росте EGT (температуры выхлопа) - плавились. Последствия печальны - шарики без поддержки начинают выпадать с дорожек, вал начинает болтаться цеплять за корпус крыльчатки стачиваются уплотнения стираются и вся турбина приходит в негодность .
Также сепараторы разваливаются от банальных хлопков в глушитель при переливе топлива и еще попросту от старости.
В общем, узел получился достаточно надежный (выдерживает высокие наддувы) и ненадежный (есть шанс повреждения пластмассового сепаратора и выхода из строя турбины).
Хотя известны конструкции других производителей, где нет таких недостатков. Обоймы сделаны из бронзы, и есть распорная пружина, цель которой, распирать обоймы выбирая тем самым люфт из данного узла. Такой узел достаточно надежен сам по себе, но турбина в которой он установлен имеет ряд других недостатков, о которых речь пойдет в отдельной статье.
Авторами данного проекта накоплен большой опыт в изучении конструкции и увеличении срока службы шарикоподшипниковых турбин.