Витік масла в турбіні, підвищена витрата масла в турбіні
Досить поширеною є ситуація, коли відбувається викид масла з підшипникового вузла в корпус компресора (при наявності - в інтеркулер) або турбіни. Часто при цьому робиться однозначний висновок про несправності турбіни, однак це далеко не завжди відповідає дійсності. Масло з справного турбокомпресора може витікати з цілого ряду причин, причому в окремих випадках витоку відбуваються відразу в обидві сторони.
Для того, щоб розібратися в цих причинах, слід розглянути типову конструкцію ТК. Як приклад використовується турбокомпресор виробництва компанії Garrett моделі GT15 (рис. 1). Корпус підшипників ТК має внутрішню порожнину, яка ізольована від компресорної частини кільцем ущільнювача 5, а від турбінної частини кільцем ущільнювача 6. Дані ущільнення працюють в основному на невисоких оборотах турбокомпресора, оскільки нездатні утримати масло при високому тиску. Вони по суті є конструктивними елементами, покликаними утруднити витік масла і прорив газів в порожнину корпусу підшипників. При робочих режимах роботи ТК тиск газів в обох частинах перевищує тиск всередині корпусу підшипників. Таким чином, частина газів все ж проривається всередину, змішується з маслом і потрапляє в картер, після чого видаляється в атмосферу через систему вентиляції картера.
Мал. 1 - Схема турбокомпресора Garrett GT15
1. Journal Bearing (Slender Shaft) - радіальний підшипник ковзання
2. Spiral snap ring (Brg retainer) - спіральне пружинне стопорне кільце
3. «O« Ring Insert (Square) - манжета ущільнювача диска (квадратного перетину)
4. «O« Ring Brg Hsg to CC - манжета корпусу компресора
5. Piston Ring (Turbine End) - кільце ущільнювача (сторона турбіни)
6. Piston Ring (Comp 10mm) - кільце ущільнювача (сторона компресора)
7. Thrust Flinger (10-pad / 10mm P / Ring) - зовнішня наполеглива втулка
8. Thrust Collar (10-pad) - наполеглива внутрішня втулка
9. Anti rotation pin (journal brg) - протівопроворотний штифт радіального підшипника
10. Thrust Bearing (New 360 degree 10-pad) - завзятий підшипник
11. Shaft nut LHT - гайка вала з лівою різьбою
13. Locking screw (s / plate to brg hsg) - кріпильний гвинт
14. Bolt (Turb Hsg) - болт кріплення корпуса турбіни
20. Compressor Wheel - колесо компресора
21. Shaft Wheel - вал з колесом турбіни
22. Bearing Housing - корпус підшипників
23. Seal Plate - ущільнювальний диск
Використання в турбокомпрессорах масляних ущільнень контактного типу (сальників, манжет і т.д.) не представляється можливим з причин, по-перше, створення занадто великого опору обертанню, а по-друге, надто швидкого зносу через позамежної частоти обертання ротора ТК. Варто згадати б одному типі контактних ущільнень - карбонових (подібні використовуються для ущільнення ротора водяного насоса (помпи) двигуна). Однак вони застосовуються лише на низькообертовим турбокомпрессорах, частота обертання яких не перевищує 80 тис. Об. / Хв. Тим не менш, це досить екзотичний вид ущільнень, в більшості турбокомпресорів застосовується інший підхід.
Для забезпечення відсутності протікання масла без створення опору обертанню використовуються так звані динамічні ущільнення. В основі їх роботи лежить принцип використання відцентрових сил, які не дозволяють маслу витікати назовні. Динамічне ущільнення на прикладі турбокомпресора Garrett GT15 являє собою дві канавки, проточенние на валу ротора (фото 1). В одну з них встановлюється ущільнювальне кільце, а друга канавка при різниці діаметрів D і d і є динамічним ущільненням. Відцентрові сили, що впливають на масло після того, як воно відпрацювало в підшипниках, призводить до його розбризкування всередині корпусу, після чого воно самопливом надходить в картер двигуна.
Фото 1. Ротор турбокомпресора
Принципи роботи динамічних ущільнень з боку турбіни і компресора і турбіни ідентичні. Різниця лише в конструктивних особливостях - з боку компресора динамічна ущільнення створює різниця діаметрів зовнішньої наполегливої втулки (рис. 1 поз. 7).
Таким чином, нормальна робота підшипникового вузла турбокомпресора забезпечується наявністю динамічних ущільнень, для нормальної роботи яких повинні дотримуватися деякі умови. Основна вимога - наявність всередині корпусу підшипників повітря. При певних проблемах корпус може бути заповнений маслом, або порушується правильне співвідношення тиску всередині і зовні. При цьому робота динамічних ущільнень неможлива через фізичні причини, що і призводить до появи витоків масла в сторону компресора, турбіни або в обидві сторони одночасно.
Некоректна робота динамічних ущільнень може мати під собою кілька причин, розглянутих нижче.
Найбільш поширена причина відмови в роботі динамічних ущільнень турбокомпресора - порушення в роботі системи вентиляції картера. Як відомо, ця система покликана забезпечити відведення газів з картера, які потрапляють туди, прориваючись з циліндрів двигуна через поршневі кільця. Для ефективної роботи даної системи випускний патрубок повинен бути приєднаний до зони розрідження (зниженого тиску). Для атмосферних двигунів це може бути впускний колектор, а в разі мотора з турбонаддувом, де у впускному колекторі спостерігається підвищений тиск, патрубок відводу картерних газів підключається до впуску турбокомпресора. Масло з турбокомпресора зливається самопливом, і приєднання до системи змащення зазвичай нижче рівня масла в системі. Якщо ж в картері виникає надлишковий тиск, то природний слив масла порушується, і воно може накопичуватися в корпусі підшипників, викликаючи ефект підпору і порушуючи нормальну роботу динамічних ущільнень. Найбільш поширена причина порушення вентиляції картера - закоксовиваніє патрубка відводу картерних газів або масляного сепаратора. Також причиною може стати механічна деформація патрубка.
Друга поширена причина криється в частковому перекритті зливний магістралі турбокомпресора. Це може бути та ж закоксованность, потрапляння сторонніх предметів (герметик, шматки прокладок), механічне пошкодження магістралі. Ця причина без особливих зусиль піддається діагностиці та усунення
Третя причина - недостатньо кількість повітря на вході в турбокомпресор. До цього може призвести невчасна заміна повітряного фільтра, або використання неякісного фільтра, проходження повітря через який утруднено. Також причиною може стати механічне пошкодження - патрубок зігнутим, і через нього проходить менше повітря, ніж необхідно. При цьому в компресорній зоні створюється деяке розрідження, внаслідок чого масло витікає в корпус компресора.
Четверта причина може критися на стороні вихлопної системи. Перш за все, може бути деформована якась частина вихлопної системи. Також може бути закоксовавшіеся вузол каталізатора. Внаслідок цього підвищується тиск в турбінної частини і частина газів проривається в корпус підшипників, створюючи надмірний тиск і там. Масло в цьому випадку буде витікати в сторону компресора.
Перераховані вище причини можуть співіснувати в комбінації, але в будь-якому випадку індикатором буде сизий вихлоп. Варто ще раз зауважити, що при цьому турбіна може бути повністю справним, і після усунення описаних неполадок робота турбокомпресора прийде в норму, а витоку масла припиняться. При їх появі насамперед слід перевірити систему вентиляції картера.