Турбовоздуховод

/ Тепловоз ТЭ2 / Турбовоздуховод

Турбовоздуходувка

Для увеличения мощности двигателя Д50 тепловоза ТЭ2 применён газотурбинный наддув с переменным давлением в выпускном трубопроводе. Воздушный нагнетатель центробежного типа (воздуходувка) имеет привод от турбины, работающей за счёт энергии отработавших газов двигателя. Нагнетатель вместе с газовой турбиной составляет один агрегат- турбовоздуходувку.

Наддув с переменным давлением в выпускном трубопроводе создаёт благоприятные условия для продувки цилиндров, которая протекает в период низкого давления в трубопроводе. Продувочный воздух, кроме очистки цилиндров от остаточных газов, охлаждает выпускные клапаны двигателя и гсловкн поршней, улучшает условия работы этих ответственных деталей. Вместе с тем, снижая температуру выпускных газов, продувочный воздух значительно облегчает работу газовой турбины, в частности работу её лопаток. Для создания продувки в двигателе принято значительное перекрытие клапанов.

Увеличение мощности двигателя (как при любом наддуве) получается за счёт дополнительной подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя.

Турбовоздуходувка состоит из двух основных частей: статора, или корпуса, отлитого из чугуна марки СЧ 15-32 ГОСТ 1412-54, и ротора, вращающегося в корпусе.

На фиг. 111 представлен наружный вид турбовоздуходувки со стороны двигателя.

Корпус турбовоздуходувки состоит из шести частей, соединённых между собой на пасте «Герметика» и укреплённых шпильками и болтами.

На фиг. 112 изображён нижний полукорпус, состоящий из трёх частей, с уложенным в него ротором. Как видно из этой фигуры, плоскость разъёма нижнего и верхнего полукорпусов проходит через ось ротора.

По своему назначению весь корпус турбовоздуходувки делится вертикальными плоскостями разъёма на три части.

1. Газоподводящая Фиг. Ш. Общий вид турбовоздуходувки часть 13, состоящая из двух половин, соединённых между собой, и имеющая форму улитки. К этой части корпуса крепятся два выпускных коллектора, из которых газы по улитке попадают к сопловому аппарату 12 турбины.

2. Основная (средняя) часть корпуса 77 турбовоздуходувки, в которой размещается газовая турбина (сопловой аппарат 12 и газовое колесо с лопатками 3). Внизу корпуса имеются лапы 14 (фиг. 113) для крепления турбовоздуходувки к статору главного генератора. Сверху к этой части крепится на шпильках 25 выхлопная труба, через которую отработавшие газы после турбины направляются в атмосферу. Обе" части корпуса имеют полости 18, 22, 26, 28 и 40, по которым циркулирует охлаждающая вода. Для прохода воды из нижней части в верхнюю в горизонтальной полости разъёма имеются четыре отверстия, уплотнённые в стыках резиновыми кольцами.

3. Воздушная часть, или воздуходувка, имеющая внутри улиткообразный воздушный канал 38, по которому засосанный через фильтры воздух нагнетается во впускной коллектор двигателя. В этой части турбовоздуходувки размещаются диффузор 39 и воздушное колесо.

Ротор турбовоздуходувки имеет воздушное колесо, отлитое из алюминиевого сплава АЛ-5 и напрессованное на вал ротора на втулках 36, и газовое к©ле-со 3 (см. фиг. 112), откованное из стали марки 1Х18Н9Т(ЭЯ1Т) ГОСТ 5632-51. Воздушное колесо крепится на валу четырьмя шпонками и прижимается к бурту вала гайкой 32 с шайбой. Колесо 3 турбины имеет 60 рабочих лопаток (30 с длинными и 30 с короткими ножками), изготовленных из такой же стали, как и колесо. Лопатки 27 запрессованы в диск ротора со стороны воздушного колеса и скреплены для увеличения жёсткости бандажной проволокой по 3-5 шт. Проволока проходит через отверстия в лопатках и припаивается к ним серебряным припоем. На некоторых двигателях в виде опыта поставлены роторы без припайки бандажной проволоки к рабочим лопаткам, но при этом каждые 20 лопаток скреплены одним куском проволоки. Между концами кусков проволоки оставляют зазор не менее 2 мм для возможности расширения их при работе турбины.

Ротор турбовоздуходувки вращается в двух подшипниках, отлитых из 'бронзы марки Бр. ОС8-12 ОСТ 6240 и расположенных по концам вала ротора. Подшипник 21 со стороны газового колеса является опорно-упорным, подшипник 34 со стороны воздушного колеса - опорный. Таким образом, обеспечивается свободное удлинение вала при нагреве во время работы турбовоздуходувки. Нормальный осевой зазор в опорно-упорном подшипнике 0,10-0,20 мм.

Нижний полукорпус турбовоздуходувку с ротором: 1 - газовый канал; 2 -лабиринт; 3 - газовое колесо с лопатками; 4 - воздушное колесо; 5 -лабиринты воздушного колеса; 6 - нагнетательный воздушный канал; 7 -полость всасывания; в -опорный подшипник; 5 -лабиринты; 10 - корпус воздуходувки; 11-средняя часть корпуса; 12 - сопловой направляющий аппарат; 13 - газоподводящая часть корпуса турбины
Фиг. 112. Нижний полукорпус турбовоздуходувку с ротором: 1 - газовый канал; 2 -лабиринт; 3 - газовое колесо с лопатками; 4 - воздушное колесо; 5 -лабиринты воздушного колеса; 6 - нагнетательный воздушный канал; 7 -полость всасывания; в -опорный подшипник; 5 -лабиринты; 10 - корпус воздуходувки; 11-средняя часть корпуса; 12 - сопловой направляющий аппарат; 13 - газоподводящая часть корпуса турбины

На концевые шейки вала ротора, вращающиеся в подшипниках, напрессованы стальные ступицы 19 и 33, имеющие цементированную и закалённую поверхность. Конструкция ступиц обеспечивает лёгкую замену их при износе. Но в процессе эксплуатации тепловоза быстрее изнашиваются бронзовые подшипники, чем стальные ступицы. Поэтому в условиях депо рекомендуется растачивать подшипники вала ротора после их предельного износа, запрессовывать бронзовые втулочки, имеющие толщину стенок 4-5 мм, а затем растачивать их по шейкам вала с зазором по диаметру 0,15-0,2 мм.

На ротор надевают семь лабиринтов, отлитых из бронзы. Лабиринты укладывают в соответствующие проточки в корпусе турбовоздуходувки для следующих целей.

1. Лабиринты 5 (см. фиг. 112) воздушного колеса отделяют полость всасывания 7 от полости нагнетания и тем самым уменьшают потерю сжатого воздуха в атмосферу. Таких лабиринтов имеется два. Минимальный зазор в этих лабиринтах (радиальный зазор между лабиринтом и колесом) должен быть 0,23 мм.

2. Лабиринты 9 между воздушным колесом и опорным подшипником ротора препятствуют просачиванию масла по валу из подшипника в полость всасывания; эти два лабиринта выточены из одного отрезка и уплотняют шейки вала разного диаметра.

В корпусе воздуходувки имеется отверстие 37 (см. фиг. 113), которое сообщает канал 38, где находится сжатый воздух, с полостью 35 внутри корпуса лабиринта. Воздух под давлением, попадая через отверстие 37 в лабиринт, выдавливает просочившееся со стороны подшипника 34 масло обратно. Нормальный диаметральный зазор в этих лабиринтах 0,50-0,58 мм.

Продольный разрез турбовоздуходувки: 14 - лапы для крепления турбовоздуходувки; 15-средине лабиринты; 16 - вал ротора; 17 -наклонные отверстия в валу ротора; 18, 22, 26', 28, 40 - водяные полости; 19, 33 - стальные ступицы; 20 - осевой канал в валу ротора; 21-опорно-упориьтй подшипник; 23, 35 - воздушные полости; 24 - лабиринт; 25 - шпильки; 27 - лопатки^ газовой турбины; 29 - воздушный канал; 30 - воздушный канал (улитка); 31 - радиальное отверстие в валу ротора; 32- гайка с шайбой; 34 - опорный подшипник ротора; 36 - втулка; 37 - отверстие в корпусе; 38 - воздушный канал; 39 - воздушный диффузор
Фиг. 113. Продольный разрез турбовоздуходувки: 14 - лапы для крепления турбовоздуходувки; 15-средине лабиринты; 16 - вал ротора; 17 -наклонные отверстия в валу ротора; 18, 22, 26', 28, 40 - водяные полости; 19, 33 - стальные ступицы; 20 - осевой канал в валу ротора; 21-опорно-упориьтй подшипник; 23, 35 - воздушные полости; 24 - лабиринт; 25 - шпильки; 27 - лопатки^ газовой турбины; 29 - воздушный канал; 30 - воздушный канал (улитка); 31 - радиальное отверстие в валу ротора; 32- гайка с шайбой; 34 - опорный подшипник ротора; 36 - втулка; 37 - отверстие в корпусе; 38 - воздушный канал; 39 - воздушный диффузор

3. Лабиринты 15, расположенные между газовым и воздушным колесом, а также лабиринт 24, расположенный между опорно-упорным подшипником и газовым колесом, ближе к последнему, предохраняют от попадания выпускных газов в полость 23 и от попадания просачивающегося масла из полости 23 в газовую полость турбины.

В средней части корпуса турбины имеется канал 29, который соединяет воздушный канал 30, где воздух находится под давлением, с кольцевой полостью вокруг вала ротора между двумя лабиринтами 15. Вал ротора имеет в этом месте радиальные отверстия 31, сообщающиеся с осевым каналом, идущим почти вдоль всего вала 16.

Воздух под давлением из канала 30 проходит через канал 29 в полость между лабиринтами 15 и создаёт воздушную подушку, которая препятствует просачиванию отработавших газов в воздуходувку, так как давление газов после турбины меньше давления воздуха в этой полости. Тот же воздух из канала 30 по каналу 29, радиальным, осевому и наклонным отверстиям 17 в валу ротора попадает в полость 23, где создаёт подушку, которая препятствует перетеканию отработавших газов из турбины через лабиринт 24 в полость 23.

Минимальные радиальные зазоры в лабиринтах 15 и 24 должны быть по 0,23 мм.

4. Лабиринт у опорно-упорного подшипника 21 предохраняет от попадания выхлопных газов, просочившихся из полости турбины в полость этого подшипника, устраняя этим самым засорение смазочного масла. Воздушная подушка в полости 23 предохраняет от попадания масла в эту полость через лабиринт.

Нормальный диаметральный зазор в лабиринте 2 (см. фиг. 112) должен быть в пределах 0,50-0,58 мм.

Смазка подшипников 21 и 34 турбовоздуходувки производится под давлением от общей масляной системы двигателя. Масло поступает по трубкам к крышкам подшипников, проходит по отверстиям в них и попадает на рабочие поверхности подшипников. Отработавшее масло сливается по каналам-и трубкам в раму двигателя.

Для более интенсивного охлаждения цапфы вала ротора со стороны турбины в валу ротора просверлён осевой канал 20. В него из трубки в крышке подшипника 21 подаётся масло, которое и охлаждает цапфу вала, находящуюся вблизи выпускных газов.

Вторая половина вала и цапфа со стороны воздушного колеса охлаждаются воздухом, поступающим по каналу 29 и по осевому каналу вала 16.

Осмотр и ремонт. В процессе эксплуатации тепловоза нередко выявляется необходимость разборки турбовоздуходувки для производства её-осмотра и ремонта.

Перед началом разборки необходимо отсоединить все масляные и водяные трубопроводы, снять выхлопную трубу, отсоединить воздушный и выпускные коллекторы, а также снять крышки обоих подшипников ротора турбины.

При периодических осмотрах иногда нет необходимости снимать всю турбовоздуходувку с тепловоза, а достаточно отнять верхнюю половину статора, удалив её через верхний люк крышки кузова. Для этого необходимо отвернуть все болты, соединяющие верхнюю половину статора с нижней по горизонтальной плоскости разъёма. Снимать следует осторожно, не допуская перекосов,, чтобы не повредить ротора и других частей турбины. При снятой верхней половине корпуса можно производить осмотр состояния газового колеса с лопатками, соплового (направляющего) аппарата, воздушного колеса, лабиринтов и других частей. При необходимости снятия и осмотра опорно-упорного подшипника со стороны газового колеса необходимо предварительно отвернуть гайку на хвостовике вала ротора. При снятой пяте представляется возможность произвести замер диаметрального зазора между шейкой вала ротора и подшипником. При зазоре, большем 0,25 мм, надо снять подшипник. Для этого необходимо осторожно сдвинуть подшипник шейки вала в осевом направлении так, чтобы вал ротора опустился на лабиринты, не повредив лопаток газового колеса и других частей ротора. Устранение увеличенного зазора в опорно-упорном подшипнике можно произвести или заменой подшипника новым или расточкой диаметра отверстия в подшипнике с последующей запрессовкой с натягом 0,12 мм бронзовой втулки. При снятии опорного подшипника со стороны воздушного колеса необходимо предварительно отвернуть гайку на концевой части вала ротора и снять шайбу. Снимают опорный подшипник осторожно, сдвигая его в осевом направлении.

При необходимости удаления соплового аппарата надо отвернуть поддерживающие болты, установленные в средней части статора. Поддерживающие болты установлены по два на каждой половине статора.

Для выемки воздушного диффузора с направляющими лопатками надо отвернуть удерживающие его болты, поставленные в корпус со стороны всасывающего фильтра.

При осмотре статора турбовоздуходувки необходимо обратить внимание, нет ли трещин или раковин в корпусе. При необходимости следует произвести опрессовку полостей водяного охлаждения.

Испытание полостей производится водой под давлением3-Аатиъ течение 5 мин.

При просачивании воды в виде капель или струек места, где происходит просачивание, нужно расчистить, определить точно дефектное место, выяснить характер его происхождения и устранить, поставив стальные или медные ввёртыши.

При осмотре вала ротора необходимо проверить, нет ли натиров или выработки в местах расположения лабиринтов или износа опорных шеек вала, а также проверить состояние лопаток газового колеса. При наличии натиров от лабиринтных колец в виде круговых рисок их следует отполировать или, в крайнем случае, прошлифовать на станке с последующей подборкой лабиринтов, обеспечивающих радиальные зазоры в пределах 0,20 мм. При изношенных опорных шейках их следует проточить, затем прошлифовать, отполировать и подобрать подшипники, обеспечивающие диаметральный зазор в пределах 0,15-0,20 мм. Проверить отсутствие лопаток погнутых или лопнувших в местах пайки бандажной проволоки, изношенных или ослабших в своих гнёздах. Убедиться, что отсутствуют признаки касания торцов лопаток о сопловой аппарат и т. д. Повреждённые лопатки необходимо удалить и взамен их поставить новые.

Известно, что бандажная проволока не является элементом, увеличивающим прочность крепления лопаток в колесе, а лишь служит для устранения вибраций их при определённых оборотах газового колеса. Если установить проволоку из двух-трёх сегментов, то при соответствующих оборотах она будет прижиматься к лопаткам вследствие возникающих центробежных сил и таким образом будет устранять появление вибраций лопаток. Для устранения возможности перемещения проволоки в отверстиях лопаток в средней части сегмента между двумя лопатками делают наплавку на проволоку двух капель-припоя, расположенных на расстоянии 1-2 мм от каждой лопатки. Для обеспечения свободного удлинения проволоки при высоких температурах в. каждом стыке сегментов оставляется зазор в пределах 5-7 мм.

После ремонта, независимо от того, произведена частичная или полная' смена лопаток газового колеса, а также после проточки или замены воздушного колеса, вал ротора подвергается обязательной статической и динамической балансировке. Последняя производится на специальном балансировочном станке (фиг. 114).

При осмотре воздушного колеса необходимо обращать внимание на плотность посадки его на валу ротора. Все четыре шпонки не должны иметь боковых зазоров, перекосов или признаков износа. При ослаблении колеса на валу ротора отверстие в колесе может быть расточено на больший диаметр с последующей запрессовкой с натягом 0,12-0,16 мм стальной втулки. Толщина втулки в канавках для шпонок должна быть не менее 3 мм. Изношенные места воздушных лопаток могут быть восстановлены металлизацией с применением алюминиевых или латунных электродов. При обнаружении заметных надрывов или небольших трещинок колесо должно быть заменено новым.

При осмотре соплового аппарата следует обратить внимание на состояние направляющих лопаток, проверить обе половинки аппарата на отсутствие коробления, правильность посадки их в гнёздах статора, правильность установки поддерживающих болтов, а также отсутствие касания лопаток колеса о сопловой аппарат. При наличии коробления аппарата или лопнувших и ослабших лопаток направляющий аппарат должен быть заменён новым. При наличии местных натиров последние могут быть зачищены шабровкой. Если коробление аппарата не превышает 0,3 мм, то оно может быть устранено пришабровкой на плите.

При осмотре опорно-упорного и опорного подшипников необходимо проверить прежде всего осевые и диаметральные зазоры, чистоту каналов, подводящих смазку, отсутствие неравномерности износа подшипника, задиров или местных нагревов. При наличии увеличенных диаметральных зазоров в подшипниках, как указывалось выше, отверстия их надо расточить на больший диаметр и запрессовать бронзовые втулки.

При осмотре лабиринтов необходимо обращать внимание не только на величину зазоров между их кольцевыми буртиками и валом, но и на отсутствие грязи в канавках и наличие скосов в виде фасок, снятых с каждой стороны уплотнительного буртика. При установке лабиринтовых колец на свои места их надо ставить таким образом, чтобы острые кромки на буртиках располагались со стороны газового колеса.

Схема станка для динамической балансировки вала ротора турбовоздуходувки: 1-винт стопорения подшипников; 2-подшипник с подвижной опорой (левый), установленной на шариках; г-пружина подвижного подшипника; 4-индика-тппТ-газовое колесо; б-кулачковая муфта для разгона вала ротора; 7-элек-їподвигателї в-Подшипник с подвижной опорой (правый); 9-воздушное ко-у лесо; Ю - вал ротора
Фиг. 114. Схема станка для динамической балансировки вала ротора турбовоздуходувки: 1-винт стопорения подшипников; 2-подшипник с подвижной опорой (левый), установленной на шариках; г-пружина подвижного подшипника; 4-индика-тппТ-газовое колесо; б-кулачковая муфта для разгона вала ротора; 7-элек-їподвигателї в-Подшипник с подвижной опорой (правый); 9-воздушное ко-у лесо; Ю - вал ротора

После осмотра и ремонта нужно вымыть все детали ротора в дизельном -топливе и продуть сжатым сухим воздухом, а затем напрессовать воздушное колесо без лабиринтов на вал ротора со всеми шпонками, установить ротор на станок для производства статической и динамической балансировки и произвести балансировку ротора. Дисбаланс допускается не более 20 гсм. Уменьшение дисбаланса производится за счёт спиливания концов бандажной проволоки или за счёт сверления отверстий на ободе воздушного колеса диаметром 7 мм и глубиной не более 30 мм.

На стенде удобно проверить биение ступиц, которое не должно быть более 0 02-0 03 мм, биение посадочных мест вала ротора под лабиринты относительно 'поверхности ступиц, которое должно быть не более 0,1 мм, и биение по наружной поверхности колеса относительно поверхности ступиц (биение должно быть не более 0,2 мм). Затем нужно снять отбалансированный ротор со стенда и установить на подставку, отвернуть гайку, снять замковую шайбу и спрессовать воздушное колесо с вала ротора. После этого следует проверить и подогнать по поясам воздушного колеса два больших лабиринта. Вращение лабиринтов должно быть лёгкое, без каких-либо защемлений. Аналогично проверке лабиринтов воздушного колеса производятся проверка и подготовка средних и крайних лабиринтов вала ротора.

Подобранные по зазорам лабиринты тщательно продувают сжатым сухим воздухом, тщательно промывают в чистом керосине и ещё раз продувают "сжатым воздухом.

Установив на вал ротора со стороны воздушного колеса два средних лабиринта (острыми кромками буртов к газовому колесу) и один лабиринт воздушного колеса, смазывают белилами место посадки, напрессовывают воздушное колесо на вал до упора и закрепляют гайкой.

Установив на шейку вала крайние лабиринты, смазывают белилами места посадки на шейках и напрессовывают ступицы на шейки вала до упора в заточку.

Надев на ступицу опорный подшипник, надевают замковую шайбу и закрепляют гайкой.

Смазав лазурью торцы второй ступицы, надевают опорно-упорный подшипник и проверяют по краске соприкосновение пяты и упорной поверхности подшипника. При необходимости следует произвести шабровку торцов подшипника до полного прилегания сопрягаемых поверхностей пяты и подшипника. Проверяют осевой зазор между торцами ступицы и подшипника. Величина зазора должна быть 0,1-0,22 мм.

Уложив собранный вал ротора турбовоздуходувки в нижнюю половину статора, закрепляют опорно-упорный подшипник и производят проверку зазоров. После этого под крайний лабиринт со стороны турбины ставят войлочное кольцо и сшивают его, туго обхватывая лабиринт.

Проверив состояние втулок и резиновых колец в перепускных отверстиях,, наносят на плоскость разъёма нижней половины статора тонкий слой пасты «Герметика», укладывают шёлковую нитку и опускают верхнюю половину корпуса, наблюдая за правильностью посадки.

Опустив верхнюю половину статора до образования между половинами зазора в 8-10 мм, тщательно просматривают состояние сальника. Зажимы и выпучивания сальника не допускаются.

После осмотра окончательно опускают верхнюю половину статора.

Запрессовав шесть призонных болтов, ставят все болты и гайки шпилек.

Правильность и плотность прилегания плоскостей статора по разъёму проверяется щупом; при этом щуп 0,05 мм не должен заходить на глубину более 5 мм.

Проверив наличие контрольных штифтов в отверстиях двух подшипников, ставят прокладки и крышки, закрепляя их гайками четырёх шпилек.

Собранную турбовоздуходувку устанавливают на двигатель, соединяют с выпускными и впускным коллекторами, с фланцем трубы вентиляции картера и с выхлопной трубой.

Проверку работы турбовоздуходувки можно произвести на холостом ходу двигателя. Вращение ротора должно быть ровным, с одинаковым шумом. После работы на минимальных оборотах двигателя в течение 10 мин. можно довести обороты двигателя до максимальных и прослушать работу турбины на всех оборотах. При правильно отремонтированной и собранной турбине после остановки двигателя вращение вала ротора по инерции должно продолжаться около 1-1,5 мин.

Регулятор числа оборотов вала двигателя | Тепловоз ТЭ2 | Масляный насос и его привод