Турбокомпрессор тепловоза 2ТЭ10В

/ Тепловоз 2ТЭ10В / Турбокомпрессор тепловоза 2ТЭ10В

Турбокомпрессор

Принцип работы турбокомпрессора (рис. 29). Отработавшие газы из цилиндров двигателя по выпускным коллекторам поступают в каналы газоприемного корпуса 13 и далее в сопловой аппарат 12. Проходя сопловой аппарат, газы расширяются, приобретают необходимое направление и высокую скорость, направляются на лопатки рабочего колеса турбины 9 и приводят во вращение ротор, отдавая ему свою энергию. Пройдя лопаточный венец турбины, газы через выпускной корпус удаляются в атмосферу.

Схема газотурбинного наддува дизеля 10Д100</blockquote>
<p>При вращении ротора воздух по входным каналам корпуса компрессора засасывается из атмосферы в колесо компрессора 2, где ему сообщается кинетическая энергия и за счет центробежных сил происходит повышение давления воздуха. После колеса компрессора воздух проходит диффузор 4 и попадает в спиральный канал (улитку) корпуса 1 компрессора. В диффузоре и спиральном канале кинетическая энергия воздуха превращается в потенциальную, т. е. за счет уменьшения скорости происходит дальнейшее повышение давления. Из компрессора воздух подается по впускному коллектору в приводной центробежный нагнетатель и далее после воздухоохладителя в цилиндры дизеля.</p>
<img src= тепловоза 2ТЭ10В
Рис. 29. Турбокомпрессор ТК-34Н (продольный разрез)" />
Рис. 28. Схема газотурбинного наддува дизеля 10Д100

При вращении ротора воздух по входным каналам корпуса компрессора засасывается из атмосферы в колесо компрессора 2, где ему сообщается кинетическая энергия и за счет центробежных сил происходит повышение давления воздуха. После колеса компрессора воздух проходит диффузор 4 и попадает в спиральный канал (улитку) корпуса 1 компрессора. В диффузоре и спиральном канале кинетическая энергия воздуха превращается в потенциальную, т. е. за счет уменьшения скорости происходит дальнейшее повышение давления. Из компрессора воздух подается по впускному коллектору в приводной центробежный нагнетатель и далее после воздухоохладителя в цилиндры дизеля.

Турбокомпрессор ТК-34Н (продольный разрез): тепловоза 2ТЭ10В
Рис. 29. Турбокомпрессор ТК-34Н (продольный разрез):

1 - корпус компрессора; 2- рабочее колесо компрессора; 3 - вставка; 4 - диффузор; 5 - резиновое кольцо; 6-кожух теплоизоляционный; 7-ротор; 5-кожух соплового аппарата; 9 - рабочее колесо турбины; 10 - корпус выпускной; 11 - проушина; 12 - лопаточный венец; 13 - корпус газоприемный; 14 - подшипник со стороны турбины (опорный); 15 - крышка подшипника; 16 - штуцер; 17 - патрубок; 18 - экран; 19 - кожух ротора; 20 - кронштейн; 21 - штифт; 22 - компенсатор; 23 - подшипник со стороны компрессора (опорно-упорный); 24 - дроссель; А Д. Ж, И, К, М - зазоры

Три корпуса, составляющие остов турбокомпрессора (корпус газоприемный, корпус выпускной и корпус компрессора), соединены между собой круглыми фланцами и центрированы посадочными буртами. Такая конструкция остова позволяет собирать корпуса в различных взаимных положениях с поворотом через каждые 30°, что дает возможность из одних и тех же деталей собирать турбокомпрессоры правой и левой модели.

Все части остова представляют собой фасонные отливки из алюминиевого сплава. Газоприемный и выпускной корпуса, омываемые во время работы горячими газами, имеют водяную рубашку, в которой циркулирует вода из системы охлаждения дизеля. В центральной части корпуса газоприемного и корпуса компрессора расположены полости подшипников, закрытые крышками 15.

К фланцам выпускного корпуса прикреплен кронштейн 20 в виде лап, которыми турбокомпрессор установлен на дизеле.

Кожух теплоизоляционный 6 защищает вал ротора от теплового излучения горячих газов и изолирует полости компрессора от горячих полостей турбины; кроме того, теплоизоляционный кожух вместе с кожухом соплового аппарата 8 образует канал, двигаясь по которому, газы направляются в сторону выпускного отверстия.

Ротор. Сварной вал ротора 7 состоит из колеса турбины и приваренных к нему полувалов. Рабочие лопатки колеса турбины 9 прикреплены к диску при помощи елочных замков, которые позволяют заменять отдельные лопатки в случае их повреждения. Диск и лопатки колеса турбины изготовлены из специальных жаропрочных сталей. Колесо компрессора 2 из алюминиевого сплава соединено с валом с помощью шлиц и для обеспечения центровки посажено на гладкую шейку вала с натягом.

На диске колеса компрессора с тыльной стороны выполнены гребешки, которые с небольшим зазором сопрягаются с подобными гребешками на разъемном неподвижном диске-лабиринте и таким образом создают лабиринтное уплотнение, препятствующее утечкам сжатого воздуха в газовую полость выпускного корпуса.

Во время работы двигателя на номинальной мощности ротор турбокомпрессора вращается с частотой 17 000-19 000 об/мин, что требует точной динамической балансировки его при изготовлении. По концам ротор имеет закаленные т.в.ч. цапфы, работающие в подшипниках. Со стороны компрессора ротор заканчивается пятой в виде массивной плоской шайбы с каленой рабочей поверхностью, через которую осевые усилия, действующие на ротор в направлении от турбины к компрессору, передаются на торец опорно-упорного подшипника. Шайба, закрепленная гайкой, ограничивает осевой люфт ротора. Как пята, так и шайба не могут проворачиваться относительно вала, так как этому препятствуют штифты.

Сопловой аппарат. Неподвижный лопаточный венец 12 (см. рис. 29), расположенный перед рабочими лопатками турбины, образует сопловой аппарат. Лопаточный венец соплового аппарата набран из отдельных секторов,соединенных с внутренним кольцом сваркой. За внутреннее кольцо сопловой аппарат крепится болтами к газоприемному корпусу. Снаружи сопловой аппарат и колесо турбины охватывает чугунный кожух 8, который предотвращает утечку газа из турбинного колеса в радиальном направлении, а также обеспечивает безопасность в случае обрыва лопаток турбины. Кожух соплового аппарата 8, как и сопловой аппарат, крепится к газоприемному корпусу специальными болтами.

Диффузор. На турбокомпрессоре установлен лопаточный диффузор 4 в виде диска с лопатками, образующими решетку. Благодаря решетке траектория движения частиц воздуха от колеса компрессора к спиральному каналу корпуса компрессора значительно сокращается, что приводит к уменьшению потерь на трение, поэтому компрессор с лопаточным диффузором обладает высоким к. п. д. Диффузор зажат между вставкой 3 и упругим резиновым кольцом 5 и зафиксирован от проворачивания штифтом 21.

Подшипники и уплотнения. В турбокомпрессоре ТК-34Н применены подшипники скольжения. Со стороны турбины в центральной части газоприемного корпуса расположен опорный подшипник 14 (см. рис. 29), представляющий собой стальной корпус с запрессованной в него втулкой из высокооловянистой бронзы. В центральной части корпуса компрессора расположен опорно-упорный подшипник, изображенный на рис. 30. Упорная часть подшипника представляет собой отдельный плоский подпятник 8 из высокооловянистой бронзы со смазочными канавками на рабочем торце, зафиксированный от проворачивания штифтом 12. Подпятник имеет упругий элемент, состоящий из набора металлических пластин и слоя масла между ними, который служит для компенсации перекосов упорного торца, возникающих при монтаже и работе узла.

При монтаже подшипники устанавливаются так, чтобы сливные каналы располагались внизу. Масло к подшипникам подводится из системы смазки двигателя по штуцерам 16 (см. рис. 29). Полости, в которых расположены подшипники, отделены от внутренних полостей агрегата уплотнениями.

Подшипник опорно-упорный и уплотнение со стороны компрессора тепловоза 2ТЭ10В
Рис. 30. Подшипник опорно-упорный и уплотнение со стороны компрессора:

1 - винт стопорный; 2 - втулка подшипника; 3 - шайба; 4 - гайка; 5 - пластина замочная; 6 - корпус подшипника; 7 - пластина; 8 - подпятник; 9 - кольцо стопорное; 10 - пята; 11 - нмпсллер; 12 - штифт

Уплотнение со стороны компрессора препятствует уносу масла из полости подшипника в компрессор. Оно состоит из двух упругих колец типа поршневых и лабиринтов, образуемых запалщопнмпыми в вал гребешками.

В промежуток между кольцами и лабиринтами через дроссель подводится воздух из ресивера дизеля (см. рис. 30). Кольца во время вращения ротора за счет своей упругости прижимаются к втулке и остаются неподвижными.

Установленный на пяте ротора импеллер создает дополнительное гидродинамическое уплотнение, предотвращающее унос масла из полости подшипника.

Уплотнение со стороны турбины не допускает прорыва имеющих избыточное давление горячих газов из промежутка между сопловым аппаратом и колесом турбины в полость подшипника, а также предотвращает попадание масла из полости подшипника на нагретую часть вала, где оно может закоксовываться и заполнять зазоры, препятствуя свободному вращению ротора.

Уплотнение образовано двумя упругими кольцами (см. рис. 29) и двумя группами лабиринтов, между которыми подводится сжатый воздух из компрессора по каналам в выпускном и газоприемном корпусах и во втулке.

Для того чтобы уравнять давление с обеих сторон колец, а также не допустить поступления газов и воздуха в полость подшипника и далее по сливному масляному трубопроводу в картер двигателя, турбокомпрессоры имеют дренаж, по которому воздух из промежутка между лабиринтами и упругими кольцами удаляется в атмосферу.

Установка турбокомпрессоров на дизеле. При установке на дизеле и тепловозе турбокомпрессоры должны быть ограждены от воздействия неизвестных и неконтролируемых усилий со стороны трубопроводов, связывающих их с дизелем и системами тепловоза, причем должна быть обеспечена свобода тепловых расширений. Для выполнения этого основного требования на дизеле 10Д100 предусмотрено следующее:

а) масляный и водяной трубопроводы, а также трубопровод вентиляции картера имеют эластичные компенсаторы в виде дюритовых муфт;

б) воздухоприемный патрубок соединяется с воздухоочистителем на тепловозе с применением эластичного звена (компенсатора);

в) выходная горловина корпуса компрессора и турбокомпрессора имеет подвижной фланец, компенсирующий неточности сборки и тепловые расширения деталей;

г) газоподводящий трубопровод (выпускные коллекторы двигателя) соединяется с газоприемным корпусом турбокомпрессора через эластичные компенсаторы в виде сильфонов (гофрированных труб);

д) выпускной трубопровод не соединяется жестко с кузовом тепловоза;

е) турбокомпрессоры по высоте регулируются набором прокладок под лапами.

Система наддува и выпуска тепловоза 2ТЭ10В | Тепловоз 2ТЭ10В | Центробежный нагнетатель тепловоза 2ТЭ10В