Руководство по эксплуатации турбокомпрессора

Руководство по эксплуатации турбокомпрессора

Руководство предназначено для работников служб сервисного и гарантийного обслуживания предприятий – производителей двигателей, их сервисных организаций и дилеров, предприятий и частных лиц, эксплуатирующих поршневые двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом.

Выполнение требований и рекомендаций данного руководства позволит избежать наиболее часто встречающихся ошибок при эксплуатации и диагностике неисправностей, как турбокомпрессора, так и двигателя. Тем самым увеличить вероятность их безотказной работы и ресурс.

Общие сведения

Турбокомпрессор предназначен для наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) различного назначения: транспортного, сельскохозяйственного, строительного, морского, специального и т. д.

Наддув — Повышение давления (и плотности) воздуха на впуске в двигатель внутреннего сгорания, что позволяет увеличить количество сжигаемого топлива, а значит и мощности, снимаемой с единицы объёма двигателя.

Компрессор (нагнетатель) — Механизм для сжатия и подачи воздуха под давлением.

Турбо – Обозначает, что применяется газотурбинный наддув, при котором отсутствует механический привод компрессора. Мощность на привод компрессора получается при срабатывании части остаточной энергии отработавших газов двигателя в турбине турбокомпрессора и передаётся на компрессор через общий вал – ротор.

Помимо собственно увеличения мощности двигателя наддув способствует также улучшению качества рабочего процесса ДВС, т. е. увеличению полноты сгорания, КПД цикла и снижению выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

Газотурбинный наддув также позволяет существенно уменьшить расход топлива по сравнению с безнаддувным двигателем при той же мощности, т. к. на привод компрессора используется энергия отработавших газов, которые в безнаддувном двигателе выбрасываются в атмосферу. Механический привод компрессора, который также применяется в ДВС, требует расхода части мощности двигателя для своей работы, что увеличивает расход топлива.

Турбокомпрессоры состоят из трёх основных элементов:

• Компрессор, включающий корпус компрессора (1), рабочее колесо (2) и заднюю стенку (3). Компрессор, обеспечивает сжатие воздуха на входе в двигатель для увеличения массы свежего заряда.
• Турбина, включающая корпус турбины (4), рабочее колесо (5) и экран (6). Турбина обеспечивает преобразование части тепловой энергии отработавших газов двигателя в механическую работу вращения рабочего колеса. Рабочие колёса компрессора и турбины связаны общим валом – ротором (7), поэтому крутящий момент от рабочего колеса турбины передаётся на колесо компрессора и обеспечивает его работу.
• Корпус подшипников (8), служащий для крепления корпусов компрессора и турбины, а также имеющий места для установки радиальных (9) и упорного подшипников (10) ротора и каналы для подвода масла к ним.

Для турбокомпрессоров часто применяется сокращённое обозначение ТКР

ТурбоКомпрессор Радиальный. Последнее слово в этом обозначении характеризует тип применяемой турбины – «радиально-осевая», т. е. с радиальным входом газа в рабочее колесо и осевым выходом. Такая турбина чаще всего применяется в турбокомпрессорах для двигателей автомобильного и сельскохозяйственного назначения. Для больших двигателей также применяются турбокомпрессоры с осевой турбиной (осевой вход и выход). Для таких турбокомпрессоров применяется сокращение ТК.

Компрессор в турбокомпрессорах ДВС практически всегда центробежного типа – с осевым входом воздуха в рабочее колесо и радиальным выходом.

Турбокомпрессор – энергонасыщенный агрегат. Мощность, передаваемая от турбины к компрессору, может составлять до 30% мощности самого двигателя. Давление на выходе компрессора и на входе в турбину может достигать ~ 4 атм. Температура воздуха на выходе из компрессора до 1500С, а газа на входе в турбину до 7500С для дизелей, и до 10500С для бензиновых и газовых двигателей. Частота вращения ротора до 250 000 об/мин для ТКР с диаметром колеса компрессора ~ 50 мм, и до 70 000…90 000 об/мин для ТКР с диаметром колеса компрессора ~ 90…100 мм.

Детали компрессорной ступени, как правило, изготавливаются из алюминиевых сплавов. Корпус турбины – высокопрочный чугун. Рабочее колесо турбины из термостойкого сплава на основе никеля. Ротор стальной, с упрочнением поверхности закалкой или азотированием. Рабочее колесо турбины и ротор соединяются друг с другом сваркой трением или лазерной сваркой. Рабочее колесо компрессора крепится на роторе гайкой вместе с пакетом деталей упорного подшипника. Корпус подшипников – чугунный, возможно с полостями для жидкостного охлаждения. Для подшипников чаще всего применяется свинцово-оловянистая бронза БрО10С10.

Смазка подшипников

под давлением, масло из системы смазки двигателя. Уплотнение ротора для предотвращения попадания масла в компрессорную и турбинную ступень – чугунными разрезными кольцами.

С учётом высокой частоты вращения ротора особые требования предъявляются к балансировке ротора, которая выполняется в несколько переходов:

• Балансировка отдельно колеса компрессора и ротора.
• Балансировка ротора в сборе с колесом компрессора.
• Проверка величины остаточного дисбаланса и максимальных значений виброускорений, добалансировка картриджа в сборе (ротор с колёсами, установленный в корпус подшипников) на специальных стендах.

Эти работы выполняются для 100% ТКР в серийном производстве. 10% ТКР от общего объёма выпускаемой продукции проходят контрольные испытания на специальных стендах, позволяющих создать условия работы ТКР, близкие к эксплуатационным.

При этом проверяется соответствие характеристик компрессорной и турбинной ступеней требованиям технических условий (ТУ), а также работоспособность ТКР в эксплуатационных условиях.

Необходимые характеристики компрессора, напорные и расходные, определяются расчётом на основании требований Заказчика – разработчика двигателя, конструктивных данных двигателя, его назначения и т. д.

Характеристики турбины определяются исходя из обеспечения необходимой мощности на привод компрессора на всех эксплуатационных режимах работы двигателя, с учётом термодинамических параметров газа на выходе двигателя (располагаемой энергии отработавших газов) также на основании расчётов.

Таким образом, выбор ТКР для конкретного двигателя, как правило, индивидуален.