در مورد “حلزونی دود توربوشارژ” لودر کاترپیلار 950 بسیار هوشمندانه است. این قطعه که در اصطلاح فنی پوسته توربین (Turbine Housing) نامیده می‌شود، یکی از مهم‌ترین و در عین حال آسیب‌پذیرترین بخش‌های توربوشارژر است و در عملکرد، قدرت و دوام موتور نقش مستقیم دارد.

بیایید این قطعه را به طور کامل و فنی برای لودر کاترپilar 950 (که از موتورهای پراستفاده 3304, 3306 یا C7 بهره می‌برد) تشریح کنیم.

۱. حلزونی دود (پوسته توربین) چیست و چه می‌کند؟

پوسته توربین، بخش چدنی و سنگین توربوشارژر است که گازهای داغ خروجی از اگزوز موتور را دریافت می‌کند. این قطعه به دلیل شکل مارپیچی و حلزونی‌مانند خود به این نام معروف شده است.حلزونی دود توربوشارژ لودر کاترپیلار 950

وظایف اصلی و حیاتی آن:

1. جمع‌آوری و هدایت گازهای اگزوز: این پوسته تمام گازهای داغ خروجی از منیفولد دود را جمع‌آوری می‌کند.
2. افزایش سرعت گازها: طراحی حلزونی آن یک هدف مهندسی بسیار مهم دارد. همانطور که گازها در این مسیر مارپیچی حرکت می‌کنند، سطح مقطع مسیر به تدریج تنگ‌تر می‌شود (مانند دهانه یک شلنگ آب که آن را با انگشت فشار می‌دهید). این کاهش سطح مقطع باعث افزایش شدید سرعت (شتاب گرفتن) گازهای داغ می‌شود.
3. چرخاندن چرخ توربین (Turbine Wheel): این گازهای پرسرعت با انرژی جنبشی بسیار بالا به پره‌های چرخ توربین که در مرکز حلزونی قرار دارد، برخورد می‌کنند و آن را با سرعت‌های فوق‌العاده بالا (بیش از $100,000$ دور در دقیقه) به چرخش در می‌آورند.
4. تحمل دمای فوق‌العاده بالا: این قطعه مستقیماً با گازهایی در تماس است که دمای آن‌ها می‌تواند به $700$ تا $900$ درجه سانتی‌گراد ($1300$ تا $1650$ درجه فارنهایت) برسد. به همین دلیل از آلیاژهای خاص چدن با مقاومت حرارتی بالا (مانند چدن‌های پر از نیکل یا سیلیکون-مولیبدن) ساخته می‌شود.

چرخش چرخ توربین، از طریق یک شفت مرکزی، چرخ کمپرسور را در سمت دیگر توربوشارژ (حلزونی هوا) می‌چرخاند و باعث فشرده‌سازی و ارسال هوای بیشتر به موتور می‌شود که نتیجه آن افزایش چشمگیر قدرت است.

<p style=“text-align: center;”>

<img src=“https://i.imgur.com/2s46uSg.jpg” alt=“نمای داخلی پوسته توربین و چرخ توربین” width=“700”>

<br>

<em>تصویر ۱: برشی از توربوشارژ که پوسته توربین (حلزونی دود)، چرخ توربین و نحوه برخورد گازهای اگزوز (فلش‌های قرمز) را نشان می‌دهد.</em>

</p>

۲. خرابی‌ها و مشکلات شایع حلزونی دود

این قطعه به دلیل قرار گرفتن در شرایط دمایی و فشاری بسیار سخت، مستعد خرابی‌های مشخصی است:

الف) ترک خوردگی (Cracking)

• شایع‌ترین خرابی در پوسته توربین است.
• علت اصلی: شوک حرارتی (Thermal Shock). این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که یک قطعه بسیار داغ به سرعت سرد شود. به عنوان مثال:
• خاموش کردن ناگهانی موتور داغ: وقتی موتور لودر تحت بار سنگین کار کرده و به شدت داغ است، اگر اپراتور بلافاصله موتور را خاموش کند، جریان روغن و آب قطع می‌شود، اما پوسته توربین هنوز سرخ و گداخته است. تماس این پوسته داغ با هوای سرد محیط باعث انقباض سریع و ناهمگون و در نتیجه ترک خوردن آن می‌شود. (به همین دلیل است که همیشه توصیه می‌شود موتورهای توربشارژ قبل از خاموش شدن، چند دقیقه در دور آرام کار کنند تا خنک شوند).
• پاشش آب یا هر مایع سرد دیگری روی توربوی داغ.
• محل ترک‌ها: معمولاً در ضعیف‌ترین و داغ‌ترین نقاط مانند اطراف ورودی گاز (flange) یا در ناحیه داخلی “زبان” (tongue) که گازها را تقسیم می‌کند، رخ می‌دهد.حلزونی دود توربوشارژ لودر کاترپیلار 950
• علامت:
• صدای “فیس فیس” یا نشتی دود از اطراف توربو.
• کاهش قدرت موتور و افزایش لگ (تاخیر) توربو، زیرا مقداری از انرژی گازهای اگزوز به جای چرخاندن توربین، از ترک‌ها هدر می‌رود.
• دوده زدن اطراف پوسته توربین.

ب) تاب برداشتن یا پیچیدگی (Warping)

• علت: مشابه ترک خوردگی، گرم و سرد شدن‌های مکرر و شدید می‌تواند باعث تغییر شکل و تاب برداشتن سطح صاف فلنج (Flange) شود؛ یعنی سطحی که پوسته توربین به منیفولد دود پیچ می‌شود.
• علامت:
• ایجاد نشتی بین منیفولد و توربو که با واشر نو نیز برطرف نمی‌شود.
• شنیدن صدای نشتی و مشاهده دوده در محل اتصال.

ج) فرسایش و خوردگی داخلی (Erosion & Corrosion)

• علت:
• فرسایش (Erosion): اگر جسم خارجی (مانند تکه‌ای از سوپاپ شکسته یا رینگ پیستون) از موتور خارج شود، با سرعت بسیار بالا به پره‌های چرخ توربین و دیواره داخلی پوسته برخورد کرده و باعث آسیب فیزیکی می‌شود.
• خوردگی (Corrosion): استفاده از سوخت با گوگرد بالا می‌تواند ترکیبات اسیدی در گازهای اگزوز ایجاد کند که به مرور زمان سطح داخلی پوسته را دچار خوردگی می‌کند.
• علامت: کاهش راندمان و عمر توربوشارژ.

<p style=“text-align: center;”>

<img src=“https://i.imgur.com/1gG1iR2.jpg” alt=“ترک روی پوسته توربین” width=“600”>

<br>

<em>تصویر ۲: یک نمونه ترک واضح روی پوسته توربین (حلزونی دود) که اغلب به دلیل شوک حرارتی ایجاد می‌شود.</em>

</p>

۳. نکات مهم در نگهداری، تعمیر و تعویض

1. قانون طلایی خنک‌کاری: همیشه قبل از خاموش کردن موتور، اجازه دهید $3$ تا $5$ دقیقه در دور آرام کار کند. این کار به روغن و آب اجازه می‌دهد تا حرارت را از مجموعه مرکزی و پوسته توربین خارج کرده و دمای آن را به طور یکنواخت پایین بیاورند. این ساده‌ترین و مؤثرترین راه برای جلوگیری از ترک خوردن حلزونی است.
2. بازرسی دوره‌ای: در هنگام سرویس‌ها، پوسته توربین را از نظر وجود ترک‌های مویی یا دوده زدگی غیرعادی بررسی کنید.
3. تعمیر یا تعویض؟

• ترک‌های کوچک: در برخی موارد، ترک‌های بسیار ریز و سطحی توسط جوشکاران ماهر با استفاده از الکترودهای مخصوص چدن (مانند الکترودهای نیکلی) قابل تعمیر هستند، اما این یک راه حل موقتی است و دوام آن تضمین شده نیست.
• ترک‌های بزرگ یا تاب برداشتن: اگر ترک عمیق باشد یا پوسته تاب برداشته باشد، تنها راه حل مطمئن، تعویض آن است. تعمیر در این حالت‌ها بی‌فایده و خطرناک است.

4. استفاده از قطعه باکیفیت: هنگام تعویض، می‌توانید از پوسته توربین اصلی کاترپیلار یا برندهای معتبر افترمارکت (مانند Garrett, BorgWarner, Holset که خودشان سازنده اصلی برای CAT هستند) استفاده کنید. استفاده از پوسته‌های متفرقه و ارزان قیمت به دلیل استفاده از آلیاژ چدن نامرغوب، ریسک ترک خوردن مجدد را بسیار بالا می‌برد.
5. واشرها و پیچ‌ها: همیشه هنگام نصب پوسته جدید، از واشر (Gasket) نو بین منیفولد و توربو و در صورت لزوم از پیچ و مهره‌های نو استفاده کنید و آنها را با گشتاور مناسب سفت نمایید.

جمع‌بندی:

حلزونی دود (پوسته توربین) قلب داغ توربوشارژر است که وظیفه تبدیل انرژی حرارتی گازهای اگزوز به انرژی مکانیکی دورانی را بر عهده دارد. شایع‌ترین خرابی آن ترک خوردگی ناشی از خاموش کردن ناگهانی موتور داغ است. رعایت اصل خنک‌کاری در دور آرام، کلید اصلی افزایش طول عمر این قطعه و کل مجموعه توربوشارژر در لودر کاترپیلار 950 شماست.