Зазор турбокомпрессора. Допустимый зазор турбины.

Компания Wiatreo больше десяти лет занимается продажей запчастей, ремонтом и анализом автомобильных турбокомпрессоров — от Garrett и BorgWarner до Mitsubishi. Поэтому тему люфта турбины мы раскрываем на основе практического опыта и сотен выполненных ремонтов. Наши механики ежедневно измеряют зазоры на турбине, оценивая, где проходит граница между нормой и износом. В этом материале мы собрали всю теорию и объяснили, какой люфт турбины допустим, а в каких случаях стоит ехать на сервис.

Люфт турбины: что это такое?

Люфт турбины автомобиля — это небольшой зазор между валом и подшипниками внутри картриджа турбокомпрессора. Он существует у каждой турбины и считается конструкционной нормой, а не признаком неисправности. Вал турбины вращается со скоростью более 150 000 об/мин и удерживается не за счет жесткого крепления, а за счет масляной пленки, создаваемой давлением моторного масла примерно в 4,5 бара.

В процессе работы вал зависает в этом слое масла, не касаясь стенок подшипников или корпуса. Толщина пленки минимальна, в пределах 3-6 микрон, и этого достаточно, чтобы не допустить прямого контакта металла с металлом и снизить износ запчастей. При выключении двигателя давление масла падает, поэтому вал смещается под силой тяжести. Именно этот микродвижущийся зазор и называется как допустимый люфт турбины.

Всегда ли должен быть люфт в турбине?

Положение вала в карткридже турбокомпрессора слегка асимметрично, а небольшой люфт ротора является нормальным явлением — ротор постоянно подвергается воздействию потока выхлопных газов с горячей стороны турбины.

Угол, под которым поток газов попадает на крыльчатку, создает постоянное боковое усилие, поэтому вал размещен не строго по центру корпуса. Масляная пленка в этом месте формируется чуть толще, уравновешивая давление и удерживая ось вращения в точке равновесия. Когда двигатель запускается и давление масла достигает рабочей отметки, зазор исчезает. Вал центрируется в потоке масла и вращается без контакта с подшипниками. Поэтому при ручной проверке на остановленном двигателе легкий радиальный люфт ощущается пальцами, но в рабочем состоянии узла его нет. Допустимый осевой люфт турбины закладывается конструктивно, как часть системы защиты и стабилизации вращающегося узла.

Люфт нужен для того, чтобы:

• вал с минимальным трением вращался в подшипниковом узле картриджа (CHRA) турбокомпрессора;

• для компенсации микродеформации металла в условии высоких рабочих температур.

Если же давление масла становится ниже нормы или его качество не отвечает требованиям, в рабочем состоянии двигателя вокруг вала не создается полноценного масляного клина. В результате вал не удерживается в центре и задевает в режиме оборотов втулки. Сумасшедшее трение металла о металл приводит к перегреву и износу подшипников. Турбокомпрессор выходит из равновесия. Поэтому легкий радиальный или осевой люфт турбины — это нормальное явление, а его отсутствие или увеличенная амплитуда — уже повод для диагностики.

Конструктивные различия турбин и допустимые нормы люфта

Разные производители турбокомпрессоров используют собственные инженерные решения в устройстве подшипникового узла. Этим и определяется допустимый люфт в турбине, его тип, величина и поведение в работе. Всего существует три основных типа подшипников, применяемых в современных автомобильных турбинах: фиксированные, плавающие и шариковые.

Во всех этих конструкциях нормальный люфт турбины заложен изначально. Его значение определяется не изноcом, а конструкцией подшипникового узла. Например, у фиксированных подшипников зазор меньше, потому что втулка зафиксирована штифтом и не вращается в корпусе. При ручной проверке кажется, что вал «сидит плотнее». У плавающих подшипников, наоборот, люфт чуть больше, поскольку нужен дополнительный объем пространства для заполнения маслом со всех сторон.

Почему меньший люфт не всегда лучше?

Когда подшипник зажат слишком плотно, уменьшается толщина масляной пленки, повышается температура и ускоряется износ. В плавающих системах масляная прослойка выполняет роль демпфера, так как снижает вибрации, охлаждает узел и увеличивает срок службы картриджа. Поэтому при сравнении турбин Garrett и KKK нельзя руководствоваться только ощущением люфта. В основе лежит конструктивное различие между фиксированными и плавающими подшипниками и их пределы норм. Главное, различать конструктивный люфт, который считается нормой, и избыточный — возникающий при износе подшипников или падении давления масла.

Как проверить люфт турбины, и какой зазор считается опасным симптомом?

Легкий радиальный или осевой люфт турбины — это нормальное явление, но, если движение вала становится ощутимым по оси вдоль или при этом замечена утечка масла, появляется шум, ощущается вибрация, это прямые признаки неисправности.

Неправильный люфт означает, что у подшипников и втулки картриджа уже нарушена геометрия, поэтому вал смещается сильнее, чем предусмотрено конструкцией.

Для точной диагностики компания Wiatreo рекомендует измерять осевой и радиальный зазор индикатором часового типа, как указано в технических спецификациях Garrett (или другого производителя турбокомпрессора). Такой метод позволяет определить фактический диапазон движения вала и сравнить полученные значения с допустимыми нормами конкретной модели турбокомпрессора.

Как отличить допустимый люфт от опасного?

• Радиальный люфт турбины считается допустимым. Он ощущается лишь при легком покачивании вала в стороны (радиально), без сопротивления и без звука касания.

• Осевой люфт турбины (движение вдоль оси вперед-назад) всегда говорит о начале износа всего узла, чего в норме быть не должно. При проверке вручную можно почувствовать, что ротор не просто «играет» на месте, а перемещается вперед к компрессорной крыльчатке, и это явный сигнал о проблеме.

Признаки неправильного люфта автомобильного турбокомпрессора

• Характерный свист турбины, усиливающийся при разгоне двигателя.

• Появление синего дыма из выхлопной трубы — признак того, что турбина пропускает масло во впуск или выпуск.

• Масляные следы в патрубках впускного тракта или на стыках с интеркулером.

• Касание крыльчатки компрессии о стенки холодной улитки, что вызывает вибрацию и лопасти повреждаються.

• Снижение тяги двигателя и замедленный отклик турбины.

• Увеличение расхода масла без видимых внешних подтеков.

• Постепенная потеря баланса ротора и шум при работе турбокомпрессора.

Осевой люфт турбины: причины

Чаще всего он возникает после резкой остановки двигателя, когда турбина еще вращается, а давление масла уже упало. Несколько секунд вращения без смазки достаточно, чтобы поверхность упорного подшипника и втулки начала стираться. С каждым запуском зазор увеличивается, и вал все сильнее смещается по оси.

На состояние турбокомпрессора также влияет работа внешних систем двигателя. Засоренный сажевый фильтр (DPF) или катализатор увеличивают противодавление выхлопных газов, создавая дополнительную нагрузку на вал. Это все приводит к перегреву, деформации корпуса и ускоряет появление избыточного люфта даже при исправной масляной системе.

Если вы заметили подобные признаки, время ехать на сервис и менять картридж турбины. Одновременно стоит проверить масляную систему, интеркулер и патрубки, чтобы быть уверенным в отсутствии последствий повреждения.

P. S.

Неправильным считается продольный люфт турбины, при котором вал двигается вдоль оси (осевой зазор), сопровождается утечкой масла, шумом или дымом. Это уже не конструктивный люфт, а результат износа, требующий немедленного ремонта.