Design e Função de um Turboalimentador
Sistema de mancais
Sistema de mancais de um turboalimentador
(modelo em corte)
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 para motores a gasolina em carros de passeio com carcaça central refrigerada a água
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.