Турбокомпрессоры и воздуходувки

/ Литература / Устройство и ремонт тепловозов / Турбокомпрессоры и воздуходувки

Турбокомпрессоры и воздуходувки предназначены для обеспечения дизеля наддувочным воздухом. Система воздухоснабжения дизелей тепловозов основана на использовании турбокомпрессоров унифицированного ряда типа ТК. На тепловозах с двухтактными дизелями 10Д100, 11Д45, 14Д40 в эту систему, кроме турбокомпрессора, входит центробежный нагнетатель (вторая ступень сжатия) с приводом от коленчатого вала (рис. 7.15).

Устройство турбокомпрессора типа ТК и схема движения в нем воздуха представлены на рис. 7.16.

Турбокомпрессор состоит из двух агрегатов: осевой газовой турбины 2 и центробежного компрессора 1, объединенных в одну машину. Ротор газовой турбины и центробежное колесо компрессора находятся на общем валу. К турбине через выпускной коллектор подводятся выпускные газы, энергия которых приводит во вращение ротор и далее отработавшие газы выбрасываются в атмосферу.

Объемы воздуха, заключенные между лопатками воздушного компрессора, при вращении ротора перемещаются от центра колеса1 сжимая воздух во впускном коллекторе дизеля. Количество сжатого воздуха зависит от частоты вращения ротора, которая зависит от количества выпускных газов поршневой части двигателя, т.е. от количества сжигаемого топлива. Частота вращения роторов турбонагнетателей находится в пределах от 10000 до 25000 об/мин, в зависи-

Рис. 7.15. Схема центробежного нагнетателя дизеля 1 ОД 100 и его привода: 1, 11 - подшипники скольжения;

2, 6, 12 - зубчатые колеса; 3 - торсионный вал; 4 - упругое зубчатое колесо; 5- полый вал; 7- корпус нагнетателя; 8 - рабочее колесо; 9 - всасывающий патрубок; 10 - крепление рабочего колеса; 13 -

корпус редуктора мости от заданной позиции контроллера машиниста. Таким образом, дизель с газотурбинным наддувом обладает свойством саморегулируемости: по мере возрастания его мощности увеличивается масса и энергия продуктов сгорания, следовательно, увеличивается частота вращения ротора турбокомпрессора и растет подача им воздуха, и наоборот.

В двухтактных дизелях 1 ОД 100, 11Д45; 14Д40 применяется двухступенчатый наддув, так как при пуске дизеля и на холостом ходу турбокомпрессоры этих двигателей практически не работают из-за не-

Рис. 7.16. Устройство турбокомпрессора типа ТК и схема движения в нем воздуха: 1 - центробежный компрессор; 2 - осевая газовая турбина
Рис. 7.17. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля 2А-5Д49 (тепловоз ТЭП70): 1 - жалюзи на кузове; 2 - кассета подвижная; 3 - стенка кузова; 4 - воздухоочиститель; 5 - жалюзи внутренние; 6 - кассета неподвижная; 7 - турбокомпрессор; 8 - охладитель наддувочного воздуха; 9 - воздушный ресивер; 10 - выпускной патрубок; 11 - дизель; 12 - клапан
Рис. 7.18. Турбокомпрессор: 1 - корпус; 2, 22 - улитки; 3, 4, 10 - проставки; 5 - патрубок; 6 - обтекатель; 7 - колесо; 8 - диффузор; 9, 14 - кольца; 11 - штуцер; 12, 20 - уплотнения; 13, 23 - подшипники; 15 - кожух; 16, 24, 27 - втулки; 17 - ротор; 18 - лопатка; 19 - сопловой аппарат; 21 - гребешок; 25 - крышка; 26 - гайка; 28 - кольцо резиновое; я-г - отверстия (каналы)

достаточной энергии выхлопных газов поршневой части. Поэтому в эти периоды для обеспечения нормальной работы поршневой части двигателя воздух подается в цилиндры нагнетателем второй ступени объемного или центробежного типа, который приводится в действие при вращении коленчатого вала и не зависит от энергии газов выхлопа.

В четырехтактных двигателях ПД1М, Д50, Д49 применяется одноступенчатый наддув, так как при пуске дизеля и на холостом ходу такт, при котором происходит всасывание свежего заряда в цилиндр осуществляется поршнем, одновременно обеспечивающим облегченную раскрутку турбокомпрессора.

Схема создания наддувочного воздуха в дизеле 2А-5Д49 тепловоза ТЭП70 представлена на рис. 7.17. Принцип действия турбокомпрессоров унифицированного ряда (рис. 7.18) одинаков.

Газовая турбина является лопаточным тепловым двигателем, который преобразует тепловую энергию газового потока в механическую работу. Элементами, преобразующими энергию газа в турбине, являются сопловой аппарат и рабочее колесо с лопатками по окружности. Газовый тракт - сопловой аппарат, зазор, межлопаточные каналы - называется проточной частью турбины.

Сопловой аппарат ускоряет газовый поток и направляет его на лопатки колеса турбины, которые изменяют направление потока, при этом образуя вращающий момент вала турбинного колеса. Вал турбины вращает рабочее колесо компрессора.

Корпус компрессора, выпускной корпус и газоприемный корпус отлиты из алюминиевого сплава и скреплены между собой шпильками. Внутри корпусов на подшипниках скольжения уложен полый стальной сварной ротор. К ротору приварено рабочее колесо газовой турбины. Рабочее колесо компрессора напрессовано на ротор и закреплено штифтами. Лопатки и диск колеса турбины изготовлены из специальной жароупорной стали. Колесо компрессора изготовлено из алюминиевого сплава. Между улиткой и колесом установлен диффузор в виде диска с лопатками, который повышает давление воздуха и уменьшает гидравлические потери в воздушном потоке. На тыльной стороне колеса компрессора и неподвижном диске корпуса кольцевые выступы создают лабиринтное уплотнение. Аналогичное уплотнение ставится и у газового колеса. Выпускной газовый корпус и газоприемный корпус охлаждаются водой из системы охлаждения дизеля. Со стороны компрессора расположен опорно-упорный подшипник, а со стороны турбины - опорный. Подшипники вала ротора смазываются маслом, которое поступает из масляной системы дизеля.

Основные технические параметры турбокомпрессоров, применяемых на тепловозных дизелях, приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Основные параметры

Типы турбокомпрессоров

ТК-23

ТК-30

ТК-34

ТК-38

Диаметр колес компрессора, мм

230

300

340

380

Степень повышения давления

1,3.2,5

1,3.2,5

1,3.2,5

1,3 .2,5

Температура газов перед турбиной при длительной работе, "С

600

600

600

600

Максимальная температура газов перед турбиной при длительной работе, °С

650

650

650

650

КПД компрессора

0,78

0,78

0,80

0,80

Окончание табл. 7.1

Основные параметры

Типы турбокомпрессоров

ТК-23

ТК-30

ТК-34

ТК-38

КПД турбины

0,76

0,76

0,77

0,77

Габаритные размеры, мм: длина

780

900

1000

1150

ширина

580

700

800

900

высота

580

700

800

900

Расчетный моторесурс, ч

15000

20000

20000

20000

Масса, кг

180

350

510

700

Установлен на дизеле

14Д40

ПД1М

1 ОД 100, 11Д45

Д49, Д70

Нагнетатели второй ступени системы воздухоснабжения (рис. 7.19) бывают центробежные (дизели 10Д100, 11Д45) и объемные (дизель 14Д40).

Нагнетатель второй ступени служит для подачи воздуха в цилиндры при пуске дизеля, когда турбокомпрессоры еще не работают, а также для дополнительного сжатия надувочного воздуха после турбокомпрессоров первой ступени (дизели 1 ОД 100, 11Д45) при работе под нагрузкой. Принципиальное устройство центробежного нагнетателя аналогично конструкции компрессора турбокомпрессора.

Объемный нагнетатель (как и центробежный) приводится от коленчатого вала дизеля через редуктор. Он состоит из следующих основных частей: корпуса, двух трехлопастных роторов, эластичной муфты, зубчатых колес, торсионного вала (связи), передней и задней крышек (см. рис. 7.19).

Сверху на корпусе нагнетателя имеется фланец для установки переходного патрубка к турбокомпрессорам. С каждой стороны корпуса имеются каналы для прохода воздуха в ресивер дизеля. В нижней части корпуса имеется окно для осмотра роторов, закрытое

Рис. 7.19. Нагнетатель: 1 - вал ведомый с зубчатым колесом; 2 - корпус редуктора; 3, 11 - кольца уплотнительные; 4 - диффузор; 5 - колесо компрессора; 6 - корпус компрессора; 7 - патрубок; 8 - опорный подшипник; 9 - крышка; 10 - скоба подъемная; 12- фланец; 13- отбойник; 14- шестерня; 15 - полый вал; 16- шестерня с пружинными элементами; 17 - торсионный вал; 18 - промежуточный вал с шестерней; 19 - пята; 20 - опорно-упорный подшипник; 21 - болт
Рис. 7.20. Муфта эластичная: 1 - диск; 2 - кольцо; 3 - ведомая полумуфта; 4 - брусок; 5 - ведущая полумуфта; А - поверхности сопряжения крышки с валом

крышкой. Нагнетатель крепится к редуктору фланцем с помощью специальных болтов и шпилек. Корпус и крышки ротора изготовлены из алюминиевого сплава. Лопасти роторов - спиральные, что обеспечивает плавную подачу воздуха и уменьшает шум во время работы нагнетателя. В крышки вставлены стальные втулки для упорных шарико- и роликоподшипников, которые фиксируются во втулках нажимными фланцами. Зубчатые колеса связи, имеющие косые зубья, изготовлены из легированной стали, цементированы и закалены. Смазка зубчатых колес и шлицев торсионного вала производится из масляной магистрали дизеля. Эластичная муфта крепится к шестерне связи и служит для снижения ударных нагрузок, возникающих в системе привода нагнетателя. Муфта (рис. 7.20) состоит из ведущей и ведомой полумуфт, между лопатками которых вставлены восемь резиновых брусков. Ведущая полумуфта имеет шлицевое отверстие, в которое вставляется торсионный вал, передающий вращающий момент от редуктора.

Редуктор служит приводом нагнетателя водяных, масляных насосов и некоторых вспомогательных механизмов тепловоза. Приводится редуктор от коленчатого вала дизеля.

В эксплуатации наиболее часто встречающимся недостатком в работе турбокомпрессоров дизелей является помпаж - периодический выброс воздуха во всасывающий трубопровод. Он сопровождается характерным хлопком и возникает при уменьшении производительности турбокомпрессора из-за увеличения сопротивления газовоздушного тракта. Это происходит при: загрязнении воздухоохладителя, установленного после первой ступени сжатия; закоксовывании выпускных и продувочных окон цилиндровых втулок (1 ОД 100); закоксовывании соплового аппарата турбокомпрессора; повреждении лопаток рабочего колеса и соплового аппарата турбины; засорении воздухоочистителей.

Основными неисправностями турбокомпрессора являются: износ подшипников; прогиб вала ротора; износ и повреждение лопаток колеса компрессора и турбины; повышенный осевой разбег ротора.

При обнаружении любого из этих дефектов турбокомпрессор подлежит снятию с дизеля, разборке, очистке, осмотру и ремонту при всех видах ТР.

Во время работы дизеля при техническом обслуживании проверяют поступление масла к подшипникам турбокомпрессора. Стекание масла от подшипников в отсек управления должно быть непрерывным. Проверяют давление масла, подводимого к подшипникам турбокомпрессора. Оно должно быть не менее 0,25 МПа. Свободный выбег ротора с момента остановки дизеля при температуре масла более 65 °С - не менее 1 мин.

Очистку газовой полости турбокомпрессора осуществляют при работающем дизеле на нулевой, четвертой и восьмой позициях контроллера путем импульсной подачи смеси дизельного топлива или керосина с воздухом давлением не ниже 0,25 МПа к лабиринту через дренажную систему газоприемного корпуса. Смесь подают с помощью переносной установки, промывая сразу два турбокомпрессора. Промывка должна проводиться не менее 15 мин. После промывки продувают газовую полость сжатым воздухом в течение 2.3 мин.

На остановленном дизеле при ТО-3 проверяют крепление турбокомпрессоров, осматривают состояние дюритовых рукавов к воздухоочистителям, очищают масляный фильтр турбокомпрессора, осматривают конец вала ротора при снятой крышке со стороны компрессора. Появление бронзовой стружки или цветов побежалости на конце вала не допускается; проверяют плавность вращения ротора от руки; проверяют осевой разбег индикатором, он должен быть менее 0,5 мм.

Аналогичные работы проводят при ТР-1. При ТР-2 и ТР-3 турбокомпрессор снимают с дизеля, разбирают, очищают, освидетельствуют и ремонтируют. По окончании ремонтных работ производят динамическую балансировку ротора. В конце сборки проверяют осевой разбег вала ротора (0,15.0,35 мм) и зазор «на масло» в подшипниках (0,18.0,28 мм). Водяные полости подвергают опрессовке, при которой течь воды не допускается. После сборки турбокомпрессора прокачивают масло. Масло должно проходить через подшипники и сливаться через сливные отверстия. Перед постановкой на дизель турбокомпрессор обкатывают на стенде в течение 2 ч. При этом водяную полость испытывают водой давлением 0,5 МПа, а систему смазки - маслом давлением 0,45 МПа. Ротор турбокомпрессора приводится сжатым воздухом давлением 0,6 МПа, частота вращения ротора при этом достигает 5000 об/мин.

Основными неисправностями объемной воздуходувки и центробежного нагнетателя второй ступени являются: износ подшипников скольжения; ослабление крепления опорно-упорного подшипника; износ рабочего колеса, грузов фрикционной муфты, поверхности крестовины и шестерни под игольчатый подшипник.

При проведении ТО-3 проверяют крепление воздуходувки, а также состояние шестерен привода и роторов через смотровой лючок.

При проведении ТР-1 осматривают шестерни, снимают торцевой лючок и проверяют осевой разбег роторов. При проведении ТР-2 - воздуходувку с редуктором снимают с дизеля и, не подвергая полной разборке, проверяют состояние деталей, измеряют зазоры, разбег валов, шестерен, муфты. Торсионный вал проверяют дефектоскопом, контролируют износ шлицов вала.

При проведении ТР-3 воздуходувку с редуктором снимают с дизеля, разбирают, очищают, осматривают, дефектоскопируют и ремонтируют, восстанавливая изношенные части деталей. Детали, не подверженные восстановительному ремонту, заменяют. Роторы подвергают динамической балансировке.

По окончании сборки воздуходувки с редуктором проверяют плавность вращения вала. При смазанных подшипниках момент, необходимый для вывода вала из состояния покоя, не должен превышать 2 Н-м (0,2 кгс-м).

Контрольные вопросы

1. Каковы причины возникновения неисправностей дизеля?

2. Какие существуют типы газораспределительных механизмов?

3. Как влияет на износ деталей пуск холодного дизеля?

4. Какие неисправности происходят в блоках цилиндров и поддизель-ной раме?

5. Каковы требования к газораспределительному механизму?

6. Для чего предназначена вертикальная передача дизеля 10Д100?

7. Что понимается под «комплектом» дизелей типа Д40, Д49?

8. Чем опасно насосное действие поршневых колец?

9. Каковы неисправности деталей шатунно-поршневой группы?

10. Что такое помпаж и когда он появляется?

11. Как проверяют качество ремонта турбокомпрессора?

Глава 8

УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ И РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЯ

⇐ | Шатунно-поршневая группа дизеля | | Устройство и ремонт тепловозов | | Общие сведения | ⇒