Турбонагнітач – найскладніший і найтендітніший механізм сучасного автомобіля. Цей пристрій потребує великої уваги і догляду за певними правилами, в іншому разі він може стати причиною багатьох технічних проблем і фінансових втрат для власника автомобіля. Про головні правила експлуатації турбонагнітачів, відмінності їх ремонту і конструкцій – наша серія статей. В останній частині директор київської компанії TurboBoss Віктор Васильович Бондар розповідає про верстати для ремонту турбін і, власне, про ремонт турбонагнітачів.
Космічна точність верстата
Відомо, що ремонт турбін переважно набагато дорожчий, ніж ремонт, наприклад, ходової частини: він потребує спеціальних знань, які ще треба вміти роздобути (наприклад, розібратися в міжнародних методиках балансування); фахівців (наприклад, токарів) найвищої кваліфікації; точних верстатів, точних балансувальних стендів, і дуже точного вимірювального обладнання. Така точність в автомобілебудуванні не застосовується, це авіаційні технології, тому точність при виготовленні і ремонті турбін у нас набагато вища, ніж навіть у європейському автопромі загалом.
Несправності, що підлягають усуненню під час ремонту турбонагнітача, виникають як в корпусі (підлягають відновленню спряжені поверхні, посадочні місця під підшипники, компресійні кільця), так і у деталей ротора (зношення опорного підшипника, втулок, компресійних кілець і канавок під них, опорного підшипника, ротора).
Ми відмовилися від самостійного виготовлення роторів, турбін, їх зварювання і загартування через ризики браку. Тому головні комплектуючі – вали і крильчатки (або й турбінні картриджі в зборі), купуємо тільки за кордоном, безпосередньо у компаній, які постачають їх на заводський конвеєр. Але слід знати, що будь-яка запчастина – це потенційна «некондиція». Тому ми дуже ретельно перевіряємо кожну деталь, і доводимо їх до необхідних параметрів на наших верстатах і балансувальних стендах (навіть якщо купуємо турбінний картридж в зборі, то розбираємо і перевіряємо його повністю). Биття на нових валах ми зводимо до нулів, а дисбаланс на нових турбінах «вганяємо» в параметри, вищі ніж у заводу-виробника. Наші турбіни мають запас по дисбалансу, тому що з часом він порушується – наприклад, через кавітаційну корозію компресора, нагар на роторі та ін. І це дуже важливо!
Найточніші і найнадійніші вимірювальні прилади в світі виготовляє японська фірма Mitutoyo
Підшипники – і «плаваючі», і упорні, виготовляємо самі, і вони нічим поступаються найкращим світовим зразкам. Купуємо їх і за кордоном, але знаємо, в кого можна. Нам потрібна певна структура такого сплаву, і в разі потреби ми її перевіримо з допомогою спектрального аналізу. Тому нічого невідомого і непевного на наших турбінах не буде.
Компресійні кільця робимо самі. Їх легше виточити заново, ніж підганяти готові до конкретного корпусу чи валу (а інакше ми й не працюємо, у нас не конвеєрне, а індивідуальне збирання).
Наші шліфувальні і токарні верстати теж точніші, ніж у заводу-виробника (їх похибка – кілька мікрон). Таких верстатів, як у нас, зараз купити просто ніде.
Точність наших верстатів дозволяє нам довести корпусні деталі до ідеального стану в плані співвісності, паралельності і перпендикулярності спряжених поверхонь.
Для забезпечення такої точності і «нульових» допусків знадобився найточніший вимірювальний інструмент. Найточніші і найнадійніші вимірювальні прилади в світі виготовляє японська фірма Mitutoyo. Напряму такий товар купити не можна, і ми їх придбали через Німеччину. До речі, нам довго не хотіли їх продавати, відверто остерігаючись, щоб ці інструменти з України потім не потрапили до Ірану, і не були використані у його ядерних програмах. Врешті-решт ми його все ж придбали після тривалих перемовин, перевірок і письмових гарантій з нашого боку. Кожен наш майстер має повний комплект цих інструментів, і перевіряє його спеціальними заводськими калібрами на початку кожної зміни.
В результаті ми досягаємо точності збирання і балансування, яка істотно перевищує технологічні вимоги автопрому, або, наприклад, заводські (німецькі) стандарти. Фактично ми здійснюємо тонку індивідуальну підгонку кожної деталі. Навіть на найсучаснішому конвеєрі це неможливо.
Такий комплект різців у спкеціальніх оправках на підприємстві «ТУРБОБОСС» має кожен токар.
Висока кваліфікація токаря в даному випадку потрібна не так для виконання найтонших робіт, як для догляду за високоточним верстатом. В сукупності з вирішенням проблеми структури металу (особливо підшипників ковзання), ми видаємо продукт, який може працювати довше і краще заводського. Але, як вже зазначалося, ресурс турбонагнітача в цілому принципово залежить від якості мастила, пального, фільтрації повітря і справності всіх систем двигуна. Якщо з цим все в порядку – наша турбіна працюватиме теж нормально, і дуже довго.
На завершення розділу зазначу, що зараз ми ремонтуємо близько 2,5 тис. турбін щороку. І бачимо серйозну проблему, яка торкається власників автомобілів: виробникам турбонагнітачів треба мати центр сервісної підтримки в Україні. Навіть фірмові СТО належного догляду і навіть консультативної роботи по турбонагнітачам поки що забезпечити не можуть. В разі якихось колізій агрегати треба відсилати за кордон, а така процедура, як правило, триває занадто довго.
Дві години на все про все
Найперше турбонагнітач надходить на дільницю піщаноструменевої очистки. Після цього агрегат доставляється на розбірний стіл, де його розбирає слюсар. Всі деталі ретельно перевіряються. Важливе значення при ремонті має вибракування деталей. До подальшої роботи буде придатний ротор, який не має слідів дотику крильчаток до корпусу. По-друге, якщо у нього канавка під компресійне кільце розбита більше певного допуску, такий ротор слід замінити. Якщо ротор зігнутий на більш ніж 0,02 мм, він теж вибраковується. Про його непридатність до подальшої роботи свідчать і сліди перегрівання через відсутність мастила, оскільки сталь могла відпуститися, тобто втратити загартування.
Вибракування проводиться візуально, і за допомогою мікрометричних обмірів і перевірки допусків. В деяких випадках, наприклад, якщо вал має хоч незначну деформацію, його розглядають під мікроскопом на предмет виявлення тріщин.
Придатні для подальшої роботи деталі тут же надходять на відповідні дільниці.
На такому стенді фахівці TurboBoss балансують турбінні вали у 50-100 разів точніше, ніж будь-який світовий виробник турбонагнітачів.
На одній токар перевіряє вал на биття, вганяє його в нулі і править (шліфує) канавки під компресійні кільця. Шліфування валу відбувається на глибину не більше 2 мкм, в той час як товщина цементованого шару – близько 10 мкм, так що на міцність і поверхневу твердість валу шліфування практично не впливає.
Після того, як вал ротора і його канавка під компресійне кільце прошліфовані в ремонтний розмір, він надходить на дільницю балансування ротора. Це одна з найвідповідальніших операцій при виготовленні і ремонті турбонагнітачів. Зупинимося на ній детальніше.
Крильчатку неможливо приварити до осі абсолютно точно, і в будь-якому випадку цей вузол матиме неоднорідність мас, викликану найменшим зміщенням деталей при зварюванні. Через це в процесі роботи виникне биття контуру крильчатки щодо геометричної осі вала. Для приведення цього биття у відповідність з допусками, на внутрішній стороні турбінної крильчатки ще на заводі робляться так звані балансувальні запили. Зауважимо: якщо, наприклад, балансуються автомобільні колеса, то ця операція здійснюється з допомогою розміщення на колісному диску додаткових грузків-наліпок. Але на роторі «наліпки» неможливі, і його балансування проводиться виключно за рахунок видалення надлишків матеріалу у певних місцях.
Балансування ротора здійснюється на стенді поелементно, і відбувається в кілька етапів. Спершу балансується тільки ротор (турбінна крильчатка з валом), у двох площинах – вертикальній і горизонтальній, потім – ротор у зборі з компресорною крильчаткою, теж у двох площинах. Балансування відбувається на робочих швидкостях (режимах) турбіни.
В балансувальних стендах головна частина – вимірювальна, яку можна під'єднати до стендів різних розмірів. Ми своїми силами виготовили стенди кількох типорозмірів для турбін різної ваги (це для нас не проблема), а найскладніша вимірювальна частина для всіх них фактично однакова.
Механічна частина балансувального стенду складається з корпусу, станини, підвісів, електродвигуна, блоків управління і трьох датчиків – двох індукційних та одного оптичного.
Досвідчений майстер здійснює балансування ротора у два-три прийоми.
Ротор повинен працювати і на стенді, і в турбіні рівно, як струна, і ні в якому разі не описувати «гантелю».
Електродвигун через пас обертає вал на призмах зі спеціальної пластмаси, і дисбалансні коливання від неврівноважених мас передаються на два індукційних датчики. На крильчатці є позначка фарбою, і по ній оптичний датчик «бачить» положення вала, при якому ці коливання відбуваються. Дані датчиків опрацьовує комп'ютер, і координати місця дисбалансу, а також вага металу, який необхідно прибрати, виводяться на дисплей. Оскільки дисбаланс – це неврівноваженість мас, усунути його можна, або додаючи вантаж в «легке» місце, або прибираючи зайве з «важкого». Комп'ютер вираховує в градусах зміщення як «легкого», так і «важкого» місця відносно позначки фарбою на крильчатці. Але, як вже зазначалося, при балансуванні турбіни може застосовуватися тільки прибирання зайвої ваги у визначеному комп'ютером місці. За цими координатами майстер робить виїмку металу бормашиною. Ця операція практично не піддається автоматизації, і робиться вручну. Потім стенд знову запускається, і всі операції повторюються. Так триватиме доти, доки показники дисбалансу не стануть нормативними. На практиці досвідчений майстер здійснює балансування ротора у два-три прийоми.
Після цього майстер збирає ротор з компресорною крильчаткою, і вузол в зборі знову балансується.
Тим часом інший майстер (токар) підганяє корпусні деталі. Турбонагнітачі бувають різні за розмірами, і за цією ознакою їх можна розділити приблизно на чотири десятки типів. Це означає, що токар, який, наприклад, підганяє профілі компресорних частин корпусів під конфігурації крильчаток, або вирівнює спряжені поверхні, або точить гнізда підшипників, повинен повсякчас заново виставляти різець верстата, не тільки залежно від виду операції, а й від розміру корпусу. Це досить нудна і тривала операція. Тому ми просто виготовили для кожного токаря по сорок різців, і для кожного з цих різців зробили спеціальну оправку, у якій він постійно закріплений, і зберігається на стелажі. Тому, коли токар бере в роботу корпус іншого розміру, або переходить до виконання іншої технологічної операції, він просто вибирає потрібний різець у відповідній оправці, і встановлює його на своєму верстаті за кілька секунд. Виставляти його вже немає потреби.
Контрольна перевірка турбіни в зборі на стенді.
У цей же час інші майстри точать компресійні кільця і підшипники.
Коли всі деталі готові, вони надходять на збиральну дільницю, компресійні кільця швидко гартуються газовим паяльником (в масло), і майстер збирає картридж. Після цього картридж теж балансується і перевіряється на спеціальному окремому контрольно-балансувальному стенді турбіни в зборі. Це найважливіша, фінальна операція.
На приєднаний до стенду турбонагнітач (точніше, його картридж без корпусів) подається підігріте до робочої температури мастило, під тиском 4 атм. Оператор розганяє повітрям турбокомпресор до його робочих обертів. Дисплей графіком показує величину дисбалансу залежно від кута відносно позначки на турбіні. Вершина цього графіку покаже максимальне значення дисбалансу і його кут. Виїмка металу здійснюється з шайби під гайкою, якою закріплюється компресорна крильчатка.
Графік також вказує максимальні оберти, на яких даний механізм може працювати без загрози руйнування від дисбалансу Для незбалансованого турбокомпресора ці цифри можуть знизитися до 50000-80000 обертів за хвилину, а при таких обертах він вже не зможе забезпечити нагнітання повітря.
Головна проблема балансування картриджу в зборі полягає в тому, що дисбаланс – взагалі штука дуже примхлива, і на різних обертах проявляє себе по-різному. Повністю усунути його неможливо, головне – щоб його не було в зоні заданих обертів.
Параметри турбіни після таких випробувань підтверджуються сертифікатом. Його дані роздруковуються принтером комп'ютера, і клієнт на власні очі може пересвідчитися, що компанія TurboBoss видала йому продукт, характеристики якого перевищують міжнародні вимоги.
Картридж в зборі балансується і перевіряється на спеціальному контрольно-балансувальному стенді.
Після цього чіпати картридж вже не можна: якщо навіть не відкрутити, а просто послабити гайку, якою закріплюється компресорне колесо, а потім затягнути її – балансування картриджу порушується, і його слід повторити знову.
Далі картридж збирається з корпусними деталями, і виріб готовий.
Сподіваюся, за результатами нашої бесіди і власникам, і представникам автосервісу вдасться уникнути багатьох неприємностей, яких може доставити цей цікавий і примхливий агрегат – турбонагнітач.
Підготував Сергій Пархомов
Опубликовано в журнале autoExpert №11-12 2012
