Kompletna turbosprężarka to zasadniczo CHRA (Center Hub Rotating Assembly – rdzeń, zespół środkowy) wraz z obudowami przymocowanymi po obu stronach. Obudowa turbiny kieruje gazy spalinowe do napędzania turbiny, a obudowa sprężarki kieruje powietrze do wnętrza silnika. Obudowa turbiny posiada też przepustnicę spalin do sterowania prędkością turbiny albo - co częstsze w silnikach wysokoprężnych z systemem common rail - mechanizm zmiennej geometrii łopatek. CHRA jest wirnikiem (koło turbiny z jednej strony, koło kompresji z drugiej), który jest utrzymywany w układzie łożyskowym. Jest to rodzaj łożyskowania hydrodynamicznego.

Dlaczego należy wyważać CHRA
Wszelkie obiekty obracające się wokół osi mają pewien stopień niewyważenia, który generuje częstotliwości rezonansowe - czyli wibracje - w określonym zakresie obrotów. Prędkość i nasilenie wibracji wiążą się bezpośrednio ze stopniem niewyważenia rdzenia. Aby pracować przy obrotach rzędu 230 000 min-1 i temperaturze dochodzącej do 800oC każdy komponent wchodzący w skład głównego wirnika w rdzeniu musi być wytwarzany według najściślejszych tolerancji stosowanych w branży motoryzacyjnej (nawet od 0.002 mm). Jednakże przy montażu wirnika, kumulacja drobnych niedoważeń wszystkich wirujących części może w efekcie powodować niewyważenie całego wirnika i drgania przy prędkościach obrotowych w zakresie prędkości roboczych. Przy osiągnięciu pewnego poziomu precyzji wyważenia przy małej prędkości, częstotliwość rezonansowa wirnika wystąpi znacznie powyżej prędkości roboczej turbosprężarki. Jednakże, wraz z postępującą miniaturyzacją turbosprężarek, prędkości obrotowe znacząco rosły, a dzisiejsze rdzenie w małych sprężarkach uzyskują częstotliwości rezonansowe w swoich zakresach roboczych. Aby zapobiec wpadaniu w nadmierne wibracje podczas pracy, rdzenie należy wyważać na wyważarkach wysokoobrotowych, które są w stanie przyspieszać wirnik w całym zakresie prędkości obrotowych i mierzyć jego wibracje podczas przechodzenia przez częstotliwości rezonansowe. W ponad 99% pomiarów, wibracje niewyważonych rdzeni przekraczają dopuszczalne granice i należy je wyważyć, aby zapewnić prawidłowe działanie turbosprężarki.

Konsekwencje niewyważenia
W związku z występowaniem wysokich prędkości obrotowych, poziom precyzji konieczny przy produkcji części zamiennych do turbosprężarek jest bardzo wysoki. Najprościej mówiąc, części zamienne niskiej jakości sprawiają, że rdzeń trudniej jest wyważyć. Także niewyważenie może powodować nadmierne wibracje przy rozpędzaniu turbosprężarki, powodując hałas (gwizdy) oraz zerwanie warstwy oleju w łożyskach. To z kolei powoduje przedwczesne uszkodzenie układu łożyskowego, często bez widocznych oznak braku smarowania czy też zanieczyszczenia oleju. Rdzenie o średnicach koła turbiny ok. 50 mm i mniejszych przechodzą przez częstotliwości rezonansowe przy obrotach w swoim zakresie roboczym. Orientacyjnie rzecz ujmując, obejmuje to wszystkie turbosprężarki montowane do silników Diesla o pojemności mniej więcej do 4 litrów. Wszystkie rdzenie należy wyważać, nawet gdy do remontu wykorzystujemy te same elementy. Sam fakt poluzowania i dokręcenia nakrętki wału zmienia precyzyjne wyważenie wirnika, tak więc nie da się po prostu ostrożnie zdemontować turbosprężarki, założyć uszczelnienie i zmontować jej na nowo. Podsumowując, kluczem do maksymalizacji żywotności naprawionej turbosprężarki jest użycie wysokiej jakości, precyzyjnie wyprodukowanych i wyważonych komponentów oraz wysokoobrotowe wyważenie, montaż i kalibracja turbosprężarki.

Ian Warhurst
Właściciel firmy Melett, produkującej części zamienne do turbosprężarek