Причини несправності та поломки турбін і турбокомпресорів

Яким би надійним агрегатом не був турбокомпресор, а це вельми надійний вузол, вихід його з ладу далеко не рідкість. Турбіна працює в важких умовах, піддається високим температурним і динамічним навантаженням. Її довговічність залежить від безлічі факторів, і частіше за все ці чинники є зовнішніми по відношенню до даного вузла.

Практика показує, що ресурс сучасної турбіни можна порівнювати з ресурсом двигуна - це з упевненістю скаже будь-який фахівець з ремонту та обслуговування турбокомпресорів. І тим не менше, ремонт або заміна турбокомпресора для турбированного мотора далеко не рідкість, особливо для моторів з досить великим пробігом. У деяких випадках турбіна виходить з ладу з гнітючою регулярністю, і це породжує стійка думка про те, що турбомотор при всіх своїх динамічних якостях - штука ненадійна, і власник повинен заздалегідь бути готовий до проблем з турбіною. Наскільки це відповідає дійсності?

Як вже було сказано, турбіна працює в найбільш важких умовах в порівнянні з іншими агрегатами двигуна. Проте, виробники рішуче заперечують проти твердження про недостатню надійність своїх виробів. Турбовані мотори з'явилися досить давно, і за більш ніж піввікову практику експлуатації турбокомпресорів на двигунах внутрішнього згоряння, а в останні два-три десятиліття поява інноваційних методів моделювання та конструювання зробили свою справу. На сьогодні протікають в турбіні процеси детально вивчені, а використання сучасних методів в конструюванні робить ці агрегати практично верхом технічної досконалості - при розробці застосовуються найсучасніші комп'ютерні системи моделювання, при виготовленні застосовуються спеціальні матеріали, що забезпечують міцність і довговічність деталей і вузлів, а також найсучасніші технологічні процеси, в тому числі лиття з високою точністю, зварювання тертям, електронно-променеве зварювання і т.д. Не менш серйозний підхід практикується і в випробуваннях. Кожна деталь або вузол ретельно тестується на відповідність всіх своїх параметрів заданим, після чого всебічні випробування проходить і турбокомпресор в цілому, причому слідом за стендовими випробуваннями він тестується безпосередньо на двигуні, де піддається всіляким навантажень на різних режимах роботи. При цьому виявляються конструктивні недоліки, які усуваються шляхом внесення змін. Всі необхідні параметри ретельно контролюються, в тому числі проводиться вимір граничних навантажень, динамічних коливань і вібрації, ефективність ущільнень, моделюються несприятливі режими роботи, багатогодинні циклічні навантаження, режим старт-стоп і багато іншого.

Ринок турбокомпресорів досить специфічний - тут практично не буває підроблених або неякісних агрегатів від невідомих виробників - таке виробництво просто нерентабельно. А що стосується відомих, то на їх підприємствах існує жорстка система контролю якості на всіх етапах, від виготовлення деталей до складання та регулювання готового виробу. Це стосується заводів в будь-якій частині світу. Втім, як і в будь-якій справі, виключити повністю ймовірність шлюбу неможливо, але в разі турбокомпресорів він не перевищує декількох відсотків. Але навіть якісний турбокомпресор може не відпрацювати закладений в нього ресурс.

Турбіна працює в дуже важких умовах, як температурних, так і динамічних. Перш за все, високий перепад температур - на стороні випускного колектора температура вихлопних газів може досягати 10 тис. Градусів, а на стороні компресора на порядок нижче. Максимальна частота обертання валу турбіни для деяких моделей досягає 300 тис. Об / хв, що породжує високі динамічно навантаження на ротор. Втім, турбокомпресор розрахований на такі навантаження, які дуже близькі до граничних. І це накладає високі вимоги до коректній роботі систем двигуна, від яких залежить робота турбокомпресора - навіть невеликі відхилення від номінальних параметрів можуть привести до підвищеного зносу деталей турбіни, що в кінцевому підсумку призведе до виходу її з ладу. Робота турбіни залежить він багатьох систем - мастила, охолодження, вентиляції картера, а також системи управління. Відхилення від норми в будь-який з систем призводить до порушення розрахункового режиму роботи турбіни. Таким чином, турбіна являють собою своєрідний (і вельми дорогий) індикатор «здоров'я» мотора - при значному відхиленні в режимах роботи будь-якої з систем двигуна турбіна виявиться слабким місцем.

Все сказане є результатом багаторічних практичних спостережень, і на сьогодні існує цілком усталена практика в плані методів діагностики систем турбонаддува на предмет виявлення причин несправностей. Неписане правило говорить - якщо турбіна вийшла з ладу вперше, цілком можливо, що причина криється в ній самій. При повторному відмову слід звернути пильну увагу на системи, що забезпечують роботу турбокомпресора, оскільки висока ймовірність того, що сама турбіна ні до чого. Якщо ж турбокомпресор вийшов з ладу в третій раз, то можна сміливо стверджувати, що це сталося із зовнішньої причини.

З даного правила слід цілком передбачуваний висновок - спеціаліст з систем турбонаддува завжди намагається виявити всі можливі причини виникнення несправностей. Перш, ніж ремонтувати або замінювати турбокомпресор на новий, слід виключити всі зовнішні причини, які вели до порушення в його роботі. Інакше відремонтований або новий вузол вийде з ладу значно раніше терміну, що може привести до претензій і конфліктних ситуацій.

Можливі причини поломки

Як завжди, в роботі турбокомпресора є найбільш важливі фактори, що впливають на її довговічність, і найбільш значущим є коректна робота системи змащення підшипників ротора. Цей вузол працює воістину на граничних навантаженнях, як з точки зору частоти обертання, так і з точки зору температурних навантажень і перепадів. Мастило для ротора є життєво важливою, а важкі умови накладають жорсткі вимоги до параметрів в системі. Це відноситься як до кількості подаваного масла, так і до його якості.

Один з основних критеріїв якості масла - його чистота, і в разі турбированного мотора цей показник приймає особливе значення. При таких високих навантаженнях навіть незначна кількість забруднень в олії призводить до підвищеного зносу підшипників вала турбокомпресора. Тверді частинки, що потрапляють в масло в процесі роботи від зносу деталей двигуна, мають абразивні властивості. При цьому дрібні частинки як би полірують поверхні, що труться підшипників і вала, що призводить навіть до «Зализування зовнішніх крайок. Більші частинки забруднень викликають задираки і ризики на тертьових поверхнях. При цьому підшипники, як виготовлені з більш м'якого металу, піддаються більшому зносу. І те, і інше є порушенням геометричних параметрів підшипникового вузла, що призводить до збільшення зазорів в підшипниках і, як наслідок, до порушення масляної плівки аж до її руйнування, що згубно діє на турбокомпресор. І якщо в першому випадку турбокомпресор буде «агонізувати» досить довго, то в другому сумна розв'язка не змусить себе довго чекати. Таким чином, підтримка системи змащення в належному стані є найважливішим фактором «здоров'я» системи турбонаддува. Ні в якому разі не можна використовувати неякісне масло і фільтри. Також слід своєчасно проводити їх заміну. Як правило, в турбированном моторі заміна масла проводиться частіше, ніж у звичайному.

Виробники турбін рекомендують використовувати масло, спеціально призначене для роботи двигунів з турбонаддувом. Ці масла створені з урахуванням специфіки роботи турбокомпресора, який працює в особливо важких умовах. І навіть використання цілком якісного, але не призначеного для турбодвигуна масла може привести до значного скорочення терміну служби ТК.

Схожа картина спостерігається в разі дефіциту масла в системі змащення турбіни, причому в окремих випадках можливе майже повне припинення подачі масла до підшипників ТК. Відсутність масла «вбиває» турбокомпресор дуже швидко, а причин такого становища може бути кілька. Перш за все, це знос масляного насоса, при якому він стає нездатний створити потрібний тиск в системі мастила. Також великий вплив на тиск в системі надає стан корінних і шатунних шийок колінчастого вала - підвищені зазори в цих вузлах однозначно призводять до зниження тиску в системі. Таким чином, високий ступінь зносу двигуна може стати причиною масляного голодування турбокомпресора. Найпростіша причина недостатнього тиску масла - забруднення масляного фільтра. Природно, слід застосовувати тільки якісні фільтри, і завжди замінювати їх разом із заміною масла. Ще одна, досить цікава ситуація це присутність в піддоні картера великої кількості забруднень. При цьому тиск в системі на холостому ходу буде в нормі, а при підвищенні оборотів двигуна до сітки маслоприемника можуть підтягуватися забруднення, що призводить до зниження тиску в системі в порівнянні з необхідним. При сильному забрудненні тиск може падати практично до нуля, що вельми шкідливо не тільки для турбокомпресора, а й для всього двигуна - подача масла припиняється саме тоді, коли вузли в ньому найбільше потребують.

Ще одна можлива причина дефіциту олії - недостатня прохідність подає трубки. Вона може бути забруднена відкладеннями, або мати механічні пошкодження, що зменшують перетин. Відкладення можуть з'явитися в трубці в процесі експлуатації через несвоєчасну заміни масла, використання неякісного масла або недостатньо акуратного ремонту. Механічні ушкодження майже завжди є ознакою недостатньо кваліфікованого ремонту. Буває так, що причиною засмічення трубки подачі масла є конструктивні прорахунки. Прикладом може служити досить поширений турбований двигун VW 1,8T (зокрема, модифікації AEB і AWT). У ньому маслоподающая трубка турбокомпресора має близько метра в довжину, досить невелике перетин, а найгірше те, що розташована вона безпосередньо над випускним колектором, де спостерігаються найвищі температури. Після зупинки двигуна масло в трубці піддається коксування, що поступово призводить до відкладень і зменшення ефективного перерізу трубки, аж до повного припинення подачі масла. Природно, доля турбокомпресора в такому випадку сумна.

Одна з найбільш поширених причин виходу ТК з ладу - потрапляння в нього сторонніх твердих предметів. Це призводить до пошкодження коліс компресора або турбіни, при цьому досить невеликого пошкодження, щоб турбокомпресор вийшов з ладу в короткий термін. Справа в тому, що при оборотах, з якими обертається вал ТК, величезне значення має його балансування, а навіть незначний скол або порушення геометрії порушує балансування, після чого агрегат виходить з ладу за лічені дні. Варто відзначити, що з цього правила бувають винятки, які досить рідкісні. А найбільш важкі наслідки потрапляння в ТК сторонніх предметів - обрив робочого колеса.

При пошкодженні повітряного фільтра в компресор можуть потрапляти частинки піску і пилу. У цьому випадку вони поступово полірують поверхню крильчатки і зменшують її площа. Дисбалансу при цьому не спостерігається, але ефективність роботи агрегату помітно знижується. І якщо мова зайшла про повітряному фільтрі, то варто пам'ятати, що його заміна вимагає особливої ​​акуратності - навіть невелика шайба, шматок дрантя або картону може привести до серйозної аварії турбокомпресора, після якої його доведеться замінити на новий.

З боку турбіни також не виключені неприємності, причиною яких може бути двигун або каталізатор вихлопної системи. Перший може викидати в випускний колектор нагар з клапанів або навіть осколки поршня. Що стосується каталізатора, то на деяких режимах роботи в турбінну частина можуть залітати його частки. З огляду на те, що турбіна працює на граничних режимах, навіть невелика кількість сторонніх предметів позначається на стані робочого колеса катастрофічно.

Досить поширеною причиною виходу з ладу турбокомпресора є робота на позамежних режимах, коли відбувається перевищення максимальної температури і частоти обертання. Ця два параметра йдуть пліч-о-пліч - перекрутити турбіну можна, якщо несправна система подачі палива, внаслідок чого підвищується температура вихлопних газів. При цьому потужність турбонаддува помітно збільшується, що може порадувати недосвідченого власника, але результати такої динаміки не змусять себе чекати. При розбиранні відмовив агрегату можна буде побачити сліди сильного перегріву на опорних шийках валу, закоксовавшіеся масло. Турбінне колесо може отримати деформації тильній площині, а її поверхня набуває вигляду апельсинової кірки. Граничний випадок - викришування лопаток турбіни в периферійній частині і навіть їх моментальне руйнування.

Перенаддув двигуна може відбуватися через неправильну роботу системи регулювання турбіни, а саме байпасного пневматичного клапана (waste gate) або сервоклапани управління, і це на перший погляд є внутрішньою причиною виходу ТК з ладу. Проте, і в даному випадку досить часто причини не в турбокомпресорі. Справа в тому, що система регулювання ТК керується сигналами, які надходять від датчиків системи регулювання двигуна, і якщо наприклад неправильні дані починає видавати витратомір повітря або датчик тиску у впускному колекторі, порушується і коректна робота системи регулювання турбіни.

Турбокомпресор має можливість регулювання, яка в більшості випадків проводиться на заводі-виробнику і не вимагає втручання в процесі експлуатації. Проте, регулювальні гвинти є, і допитливі автовласники нерідко не утримуються від спокуси трохи їх покриття. Природно, під час відсутності уявлення про особливості регулювання ТК, відповідного досвіду і обладнання, існує велика ймовірність накрутити аж до повного виходу ТК з ладу. Будь-майстер по ремонту турбокомпресорів стикався з такою ситуацією. За кордоном деякі власники турбированних моторів встановлюють на своє авто додаткове обладнання - так званий клапан-бустер, за допомогою якого можна практично на ходу збільшувати тиск наддуву. ВУкаіни цей пристрій поки не набуло поширення, однак якщо це станеться, то можна сміливо прогнозувати збільшення зайнятості майстерень по ремонту турбокомпресорів

Щоб уникнути перерахованого вище ...

Незважаючи на таку кількість можливих причин виходу турбокомпресора з ладу, він все ж залишається досить надійним агрегатом, який всього лише вимагає дбайливого ставлення. Є кілька простих рекомендацій, дотримання яких допоможе агрегату чесно відпрацювати закладений в нього ресурс.

Для підтримки «здоров'я» турбокомпресора слід всього лише чітко дотримуватися наступні прості правила:

1. Слід регулярно проводити технічне обслуговування двигуна. При цьому для турбированного мотора інтервал між візитами в автосервіс слід дещо скоротити.
2. При техобслуговуванні:

- застосовувати слід тільки масло, рекомендоване для моторів, обладнаних турбокомпресором. Найкраще, якщо ця марка рекомендована виробником;

- Ні в якому разі не застосовувати масло класу в'язкості 0W-X;

- своєчасно проводити заміну повітряного фільтра. Особливу увагу слід приділяти його якості;

- при проведенні ТО слід контролювати стан всіх систем двигуна, в тому числі системи змащення, вентиляції картера, системи випуску і системи подачі палива. При цьому також слід керуватися рекомендаціями виробника.

3. В процесі експлуатації:

- слід використовувати тільки якісне паливо. Виробляти заправку слід на АЗС відомих брендів, якість палива на яких зазвичай відповідає найвищим нормам. При цьому в жодному разі не можна використовувати паливо, октанове число якого підвищено за допомогою присадок;

- після тривалого руху на ви високих оборотах слід дати мотору попрацювати близько хвилини перш ніж глушити;

- в зимовий час слід довше прогрівати двигун, і на початку руху не наражати його високих навантажень.

Втім, навіть при дотриманні всіх рекомендацій передчасний вихід турбокомпресора з ладу не виключений. Все ж при пошуку причин не слід превентивно звинувачувати в проблемах сам агрегат, оскільки в більшості випадків він не винен.