Design e Função de um Turboalimentador
Sistema de mancais
Sistema de mancais de um turboalimentador (modelo entalhado)
O conjunto formado pelo eixo do turboalimentador e rotor da turbina gira até
300.000 rpm. A vida útil do turboalimentador deve corresponder à do
motor, que poderia ser de 1.000.000 km para veículos comerciais. Apenas mancais
deslizantes especialmente projetados para turboalimentadores podem atender essas
altas exigências com custo razoável.
Sistema de mancais radiais
Com um mancal deslizante, o eixo gira sem atrito sobre uma película de óleo
na bucha. Para o turboalimentador, o fornecimento de óleo vem do circuito
de lubrificação do motor. O sistema de mancais é projetado
de tal forma que as buchas de bronze flutuantes, girando a cerca de metade da rotação
do eixo, situam-se entre a carcaça central fixa e o eixo de rotação,
permitindo que esses mancais de alta velocidade sejam adaptados para que não
haja contato de metal entre o eixo e os mancais em nenhum ponto de operação.
Além da função lubrificante, a película de óleo
na folga dos mancais também tem função amortecedora, que contribui
para a estabilidade do eixo e rotor da turbina. A capacidade de sustentação
de carga hidrodinâmica e as características amortecedoras dos mancais
são otimizadas pelas folgas. A espessura do óleo lubrificante para
as folgas internas é portanto, selecionada segundo a força do mancal,
enquanto as folgas externas são projetadas em relação ao seu
amortecimento. As folgas dos mancais são apenas alguns centésimos
de milímetro.
O sistema de mancais inteiriços é uma forma especial de mancal deslizante.
O eixo gira dentro de uma bucha fixa, cujo óleo vem da parte externa. A folga
externa do mancal pode ser projetada especificamente para seu amortecimento, pois
não ocorre rotação.
Sistema de mancais com empuxo axial
Nem os mancais de buchas totalmente flutuantes nem o sistema inteiriço com
buchas fixas suportam forças na direção axial. Visto que as
forças gasosas atuando sobre os rotores da turbina e do compressor na direção
axial são de intensidades distintas, o conjunto formado pelo eixo e rotor
da turbina é deslocado na direção axial. O mancal axial, um
mancal de superfície deslizante com ranhuras cônicas, absorve essas
forças. Dois discos pequenos fixados ao eixo atuam como superfícies
de contato. O mancal axial é fixado na carcaça central. Uma placa
defletora de óleo impede que o óleo entre na área de vedação
do eixo.
Dreno de óleo
O óleo lubrificante flui para o turboalimentador a uma pressão de
aproximadamente 4 bar. Como o óleo retorna a baixa pressão, o diâmetro
do tubo de drenagem precisa ser maior do que o do tubo de admissão do óleo.
Sempre que possível, a vazão de óleo pelo mancal deve ser vertical,
de cima para baixo. O tubo de drenagem do óleo deve retornar ao cárter
acima do nível de óleo do motor. Qualquer obstrução
no tubo de drenagem do óleo resultará em contrapressão no sistema
de mancais. O óleo então passa pelos anéis de vedação
para o compressor e turbina.
Vedação
A carcaça central precisa ser vedada contra os gases de escape quentes da
turbina e perda de óleo. Instala-se um anel de segmento em um sulco no eixo
do rotor tanto no lado do compressor quanto da turbina. Esses anéis não
giram, mas são firmemente presas à carcaça central. Este tipo
de vedação sem contato, forma uma de vedação tipo labirinto
que dificulta o vazamento de óleo em conseqüência de múltiplas
reversões de fluxo, garantindo que apenas pequenas quantidades de gases de
escape cheguem ao cárter.
Turboalimentador com carcaça de turbina refrigerada a água
para aplicações navais
Motores a gasolina, nos quais as temperaturas dos gases de escape de são
200 a 300 °C mais elevadas do que em motores a diesel, geralmente são
equipados com carcaças centrais refrigeradas a água. Durante o funcionamento
do motor, a carcaça central é integrada ao circuito de refrigeração
do motor. Após a parada do motor, o calor residual é dissipado por
meio de um pequeno circuito de refrigeração, acionado por uma bomba
d’água el étrica com controle termostático.