A causa delle crescenti esigenze di efficienza dei motori diesel, i turbocompressori sono soggetti a temperature più elevate. Di conseguenza la velocità del rotore ed i gradienti di temperatura nelle operazioni transitorie sono più severi e quindi aumentano le sollecitazioni termiche e centrifughe.
Per determinare con maggiore precisione il ciclo di vita dei turbocompressori, è essenziale la conoscenza esatta della distribuzione transitoria della temperatura nella girante della turbina.
Le elevate differenze di temperatura nei turbocompressori tra turbina e compressore portano al trasferimento di calore dalla turbina in direzione dell'alloggiamento del cuscinetto. Una soluzione più precisa è stata ottenuta calcolando il fluido all'inizio del processo di raffreddamento esaminato risolvendo temporaneamente tutte le equazioni. I risultati di questo approccio hanno soddisfatto molto bene le misurazioni in stato transitorio e stazionario e il comportamento termico transitorio del corpo solido ha potuto essere riprodotto accuratamente.
D'altro canto, già nel 2006 nei motori a benzina sono state raggiunte temperature dei gas fino a 1050°C. A causa delle temperature di ingresso della turbina più elevate, la fatica termomeccanica è diventata più importante. Negli ultimi anni sono stati pubblicati numerosi studi relativi alla fatica termomeccanica nei turbocompressori. Sulla base del campo di temperatura previsto e convalidato numericamente nella girante della turbina, sono stati eseguiti calcoli sulle sollecitazioni e sono state identificate zone di elevato stress termico nella girante della turbina. È dimostrato che l'entità dello stress termico in queste zone può essere dello stesso intervallo dell'entità dello stress centrifugo da solo, il che significa che lo stress indotto termicamente non può essere trascurato nel processo di progettazione di una ruota di turbina radiale.
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Riferimento
Ayed, AH, Kemper, M., Kusterer, K., Tadesse, H., Wirsum, M., Tebbenhoff, O., 2013, "Indagini numeriche e sperimentali del comportamento termico transitorio di una valvola di bypass del vapore a temperature del vapore oltre 700 °C“, ASME Turbo Expo GT2013-95289, San Antonio, USA
R., Dornhöfer, W., Hatz, A., Eiser, J., Böhme, S., Adam, F., Unselt, S., Cerulla, M., Zimmer, K., Friedemann, W., Uhl, "Der neue R4 2,0l 4V TFSI-Motor im Audi A3", 11. Aufladetechnische Konferenz, Dresda, 2006
Orario di pubblicazione: 13 marzo 2022