Глава 5.6 Система газотурбинного наддува КамАЗ-740

5.6 СИСТЕМА ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА

Система газотурбинного наддува, за счет использования части энергии отработавших газов, обеспечивает подачу предварительно сжатого воздуха в цилиндры двигателя.

Наддув позволяет увеличить плотность воздуха, поступающего в цилиндры, в том же рабочем объеме сжечь большее количество топлива и, как следствие, повысить литровую мощность двигателя.

Система газотурбинного наддува двигателя состоит из двух взаимозаменяемых турбо­компрессоров, выпускных и впускных коллекторов и патрубков (см. рисунок).

Схема системы газотурбинного наддува

Турбокомпрессоры устанавливаются на выпускных патрубках по одному на каждый ряд цилиндров. Выпускные коллекторы и патрубки изготовлены из высокопрочного чугуна ВЧ50. Уплотнение газовых стыков между установочными фланцами турбины турбокомпрес­соров, выпускных патрубков и коллекторов осуществляется прокладками из жаростойкой стали. Прокладки являются деталями одноразового использования и при переборках системы подлежат замене. Газовый стык между выпускным коллектором и головкой цилиндра уплот­няется прокладкой из асбостального листа, окантованного металлической плакированной лентой.

Выпускные коллекторы выполняются цельнолитыми, крепятся к головкам цилиндров болтами и контрятся замковыми шайбами. Для компенсации угловых перемещений головки болта крепления выпускного коллектора, возникающих при нагреве, под головку болта уста­навливается специальная сферическая шайба.

Впускные коллекторы и патрубки выполняются литыми из алюминиевого сплава АК9ч и соединяются между собой при помощи болтов. Стыки между коллекторами и патрубками уплотняются паронитовыми прокладками. Для выравнивания давления между двумя рядами цилиндров впускные коллекторы соединяются объединительным патрубком.

Система турбонаддува двигателя должна быть герметична. При нарушении герметич­ности выпускного тракта снижается частота вращения ротора турбокомпрессора, а следова­тельно уменьшается количества воздуха, нагнетаемого в цилиндры, что приводит к увели­чению теплонапряженности деталей, снижению мощности и ресурса двигателя. Негерметичность впускного тракта приводит также к вышеперечисленным недостаткам и "пылевому" износу цилиндро-поршневой группы, следовательно преждевременному выходу двигателя из строя.

Смазка подшипников турбокомпрессоров осуществляется от системы смазки двигателя через фторопластовые трубки с металлической оплеткой. Слив масла из турбокомпрессоров осуществляется через стальные трубки в картер двигателя. Трубки слива между собой со­единяются резиновым рукавом, который стягивается хомутами.

Воздух в центробежный компрессор поступает из воздухоочистителя, сжимается и по­дается под давлением во впускной патрубок двигателя. Выпускной патрубок компрессора и впускной патрубок коллектора между собой соединяются теплостойким резиновым рукавом, который стягивается хомутами.

На двигателях устанавливается турбокомпрессор ТКР7Н-1, ТКР7С-9 (рис. Турбоком­прессор ТКР 7С, Турбокомпрессор ТКР 7Н) или его зарубежный аналог S2B/7624TAE/1.00 D9 фирмы «Schwitzer». Применяемость турбокомпрессоров на конкретных моделях двигате­лей приведена в таблице 2. Технические характеристики турбокомпрессоров ТКР7С-9, ТКР7Н-1 приведены в табл. 3.

Турбокомпрессоры ТКР7С-9 иТКР7Н-1 являются модификациями базовых моделей турбокомпрессоров ТКР7С и ТКР7Н соответственно. В тексте и рисунках приведены описа­ния и изображения базовых моделей, которые являются общими для всех модификаций ТКР.

Турбокомпрессор ТКР7С-9 состоит из центростремительной турбины и центробеж­ного компрессора, соединенных между собой подшипниковым узлом. Турбина с двухзаходным корпусом 7 из высокопрочного чугуна ВЧ40 преобразовывает энергию выхлопных газов в кинетическую энергию вращения рото­ра турбокомпрессора, которая затем в ком­прессорной ступени превращается в работу сжатия воздуха.

Турбокомпрессор ТКР 7С:

1 - корпус компрессора; 2 - крышка; 3 - корпус подшипников; 4 — подшипник упорный; 5 — подшипник; 6 - кольцо стопорное 7 - корпус турбины, 8 - кольцо уплотнительное; 9 — колесо турбины; 10 -вал ротора; 11 - экран турбины; 12 - планка; 13 - болт; 14 - маслосбрасывающий экран; 15 — втулка; 16 - маслоотражатель; 17 - планка; 18 - болт; 19 - гайка; 20 - колесо компрессора; 21 - кольцо уплотнительное; 22 - диффузор

Ротор турбокомпрессора ТКР7С состоит из колеса турбины 9 с валом 10, колеса ком­прессора 20, маслоотражателя 16 и втулки 15, закрепленных на валу гайкой 19. Колесо тур­бины отливается из жаропрочного сплава по выплавляемым моделям и сваривается с валом из стали трением. Колесо компрессора с загну­тыми по направлению вращения назад лопат­ками выполняется из алюминиевого сплава и после механической обработки динамически балансируется до величины 0,4 г.мм. Подшип­никовые цапфы вала ротора закаливаются ТВЧ на глубину 1-1,5 мм до твердости 52-57 HRCэ. После механической обработки ротор динами­чески балансируется до величины 0,5 г.мм. Втулка, маслоотражатель, колесо ком­прессора устанавливаются на вал ротора и затягиваются гайкой крутящим моментом 7,8-9,8 Н·м (0,8-1 кгс·м). После сборки ротор дополнительно не балансируется, лишь проверяется радиальное биение цапф вала. При значении радиального биения не более 0,03 мм на детали ротора наносятся метки в одной плоскости и ротор допускается на сборку турбокомпрессора. При установке ротора на корпус подшипников необходимо совместить метки на деталях ро­тора.

Ротор вращается в подшипниках 5, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки. Осевые перемещения ротора ограничиваются упорным подшипником 4, защемлен­ным между корпусом подшипников 3 и крышкой 2. Подшипники выполняются из бронзы БрО10С10.

Корпус подшипников турбокомпрессора с целью уменьшения теплопередачи от турби­ны к компрессору выполнен составным из чугунного корпуса ВЧ50 и крышки из алюминие­вого сплава. Для уменьшения теплопередачи между корпусом турбины и корпусом подшип­ников устанавливается экран 11 из жаростойкой стали.

В корпусе подшипников устанавливается маслосбрасывающий экран 14, который вме­сте с упругими разрезными кольцами 8 предотвращает утечку масла из полости корпуса.

Для устранения утечек воздуха в соединении "корпус компрессора - корпус подшипни­ков" устанавливается резиновое уплотнительное кольцо 21.

Корпусы турбины и компрессора крепятся к корпусу подшипников с помощью болтов 12, 17 и планок 13, 18. Такая конструкция позволяет устанавливать их под любым углом друг к другу, что в свою очередь облегчает установку ТКР на двигатель.

Турбокомпрессор ТКР7Н

В отличие от турбокомпрессора ТКР7С, в конструкции турбокомпрессора ТКР7Н при­меняется изобарный однозаходный корпус турбины и в качестве подшипника бронзовая мо­новтулка качающегося типа. Ротор турбокомпрессора состоит из колеса турбины с валом 16, колеса компрессора 8 и маслоотражателя 7, закрепленных на валу гайкой 6. Ротор вращается в подшипнике 1, удерживающемся от осевого и радиального перемещений фиксатором 12, котооый с переходником 13 является олновременно и маслоподводящим каналом.

Турбокомпрессор ТКР 7Н:

1 — подшипник; 2 — экран; 3 — корпус компрессора; 4 — диффузор; 5, 18 — уплотнительные кольца; 6 — гайка; 7 — маслоотражатель; 8 — колесо компрессора; 9 -маслосбрасывающий экран; 10 — крышка; 11 — корпус подшипника; 12 — фиксатор, 13 — переходник, 14 — прокладка; 15 — экран турбины; 16 — колесо турбины; 1

— корпус турбины.

В корпусе подшипника 11 устанавливаются стальные крышки 10 и маслосбрасываю­щий экран 9, который вместе с упругими разрезными кольцами 5 предотвращает течь масла из полости корпуса подшипника.

Для уменьшения теплопередачи от корпуса турбины к корпусу подшипника между ни­ми установлен чугунный экран 15 и две стальные прокладки 14 или чугунный экран 15 и окантованная асбостальная прокладка 14.

Ввиду того, что ротор турбокомпрессора балансируется с высокой точностью, полная разборка и обслуживание агрегата должны осуществляться на специализированных пред­приятиях, имеющих необходимое оборудование, инструменты и приборы.

Рекомендуемые режимы работы двигателя с турбонаддувом

Во избежание подсоса масла из турбокомпрессоров и попадания его в цилиндры двига­теля, на проточные части компрессора и турбины, не рекомендуется длительная, более 10 минут, работа двигателя на режиме холостого хода с частотой вращения коленчатого вала менее 700 мин^-1. Это приводит к закоксовыванию поршневых колец, загрязненности проточ­ной части компрессора и нагарообразованию на проточной части турбины.

При вынужденной работе двигателя на оборотах холостого хода (прогрев, накачка воз­духа в баллоны тормозной системы и т.п.) необходимо поддерживать частоту вращения ко­ленчатого вала не менее 1000-1200 мин^-1.

Перед остановкой двигателя после его работы под нагрузкой, необходимо установить режим холостого хода длительностью не менее 3-х минут во избежание перегрева подшип­ника турбокомпрессора и закоксовывания ротора. Резкая остановка двигателя после работы под нагрузкой запрещается.

Потеря мощности, дымление, высокий расход топлива, перегрев двигателя, высокая температура выхлопных газов, утечки масла из турбокомпрессора - это симптомы неполадок в работе систем, связанных с турбонаддувом.

Однако, всё это часто несправедливо относят к неисправности турбокомпрессора, так как дефекты других деталей двигателя приводят к аналогичным симптомам. Так как турбо­компрессор самонастраивающийся агрегат двигателя, только механические неисправности или загромождение воздушных и газовых каналов из-за грязи и посторонних предметов ухудшают его работу.

До замены турбокомпрессора определите вашу проблему, руководствуясь приведенной таблицей 4. Перед остановкой двигателя после его работы под нагрузкой, необходимо уста­новить режим холостого хода длительностью не менее 3-х минут во избежание перегрева подшипника турбокомпрессора и закоксовывания ротора. Резкая остановка двигателя после работы под нагрузкой запрещается.

Таблица 2

Применяемость турбокомпрессоров

Таблица 3

Технические характеристики турбокомпрессоров

Таблица 4