Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

Трудности обеспечения надежной работы подшипников свя­ заны также с тем, что подшипники турбокомпрессора работают при повышенных температурах. Тепло, выделяющееся в под­ шипниках вследствие работы сил трения, суммируется с теплом, которое подводится к подшипникам через нагретый вал, а в некоторых случаях и через корпусные детали. Опыты на ТК малых размеров показали, что при температуре газов перед соплами турбины около 750°С температура стенок газоподво­

ного кольца подшипника качения увеличилась с 95 до 228° С (такое увеличение связано с прекращением подачи масла). Поэтому при проектировании турбокомпрессоров необходимо особое внимание уделять защите подшипников от нагрева.

Приток тепла к подшипникам можно уменьшить организа­ цией тепловых барьеров (проточки, газовоздушные прослойки, полоски и т. д.). Например, в турбокомпрессоре ЯМЗ примене­ ны специальные экраны, которые уменьшают тепловой поток от корпуса турбины к корпусу подшипника. С этой же целью в конструкциях ТК фирмы ККК (рис. 160) корпус турбины 1 и корпус компрессора 4 разделены внешним корпусом 2 с вен­ тиляционным каналом 5, а корпус подшипников 3 крепится к ненагретому корпусу компрессора. Водяное охлаждение кор­ пусов турбин также служит средством защиты подшипников от перегрева в процессе работы, при внезапных остановках и на переходных режимах, хотя такая защита и приводит к сниже­ нию работы газа на 3—4%- В связи с этим более рациональным является применение водяной рубашки лишь около подшип­ ников.

Конструкция турбокомпрессора и технология его изготовле­ ния должны обеспечивать соосность подшипников. Чтобы соосность не нарушалась при работе, применяют взаимное центрирование корпусов (например, при помощи радиальных штифтов).

В современных конструкциях турбокомпрессоров применяют как подшипники скольжения, так и подшипники качения. В тур­ бокомпрессорах мощных двигателей подшипники скольжения выполняют в виде отдельного узла, который через 'фланец крепится к соответствующему корпусу (см. рис. 156, 157 и др.). При разъемной конструкции корпуса подшипники также дела­ ют разъемными. В этом случае обе половинки подшипника обычно стягивают шпилькой, которую одновременно используют и для крепления их к корпусу (см. рис. 162). В турбокомпрес­ сорах автотракторных двигателей подшипники делают в виде

256

тонкостенных втулок, запрессованных в корпус. В них же нашли широкое применение подшипники с вращающимися втулками. Такие подшипники, как это следует из опыта, позво­ ляют снизить вибрацию ротора и резко увеличить надежность и срок их службы.

Подшипники качения устанавливают в турбокомпрессорах как мощных двигателей, так и автотракторных. Для снижения уровня вибрации их устанавливают обычно в упруго-демпфи- рующую подвеску (см. рис. 156). Для смазки подшипников качения целесообразно применять автономные системы смазки (насос, резервуар, охладитель и пр.) со специальными сортами смазочного масла.

СОЕДИНЕНИЕ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ С ПОРШНЕВОЙ ЧАСТЬЮ

Надежность ТК также зависит от способа его крепления на двигатели и соединения с газовоздушными трактами. Корпуса ТК, а также трубопроводы подвода и отвода газов, воздуха, воды, масла во время работы нагреваются. Вследствие нагрева детали удлиняются по-разному, появляются неконтролируемые усилия, которые действуют на корпуса ТК. Величина этих уси­ лий может достигать значений, которые способны нарушить центрирование корпусов и вызвать перекос подшипников.

были коробления корпусов ТК вследствие тепловых деформа­ ций воздушных и газовых трубопроводов.

В большинстве случаев применяют жесткое крепление ТК к блоку двигателя или переходному кронштейну. В автотрактор­ ных двигателях распространено крепление ТК непосредственно к выпускным коллекторам. Для повышения надежности кре­ пежные болты или шпильки следует делать с удлиненными стержнями, проточенными на меньший, по сравнению с резьбой, диаметр. Такие болты имеют более высокий предел усталости. Если турбокомпрессор всасывает воздух через автономные фильтры (такую схему обычно применяют в тепловозных уста­ новках), то для соединения всасывающего трубопровода со всасывающим патрубком ТК следует применять конструкции, допускающие их взаимное перемещение (см. рис. 163). Воздухо­ сборная улитка ТК соединяется с воздушным трактом двигате­ ля через резиновые муфты или уплотнительные кольца. В высо­ конапорных ТК, где температура воздуха достигает 150—200° С и выше, применяют резину с повышенной термостойкостью, например ИРП-1225. На рис. 177 показаны некоторые встре­ чающиеся в практике конструкции соединения воздушной улитки с охладителями воздуха или наддувочными ресиверами.

_______ МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ

Особенность экспериментального исследования агрегатов воздухоснабжения комбинированных двигателей заключается в том, что наряду с исследованием каждого агрегата в отдельно­ сти, необходима проверка совместной работы турбины, компрес­ сора и поршневой части.двигателя.

Экспериментальные стенды и методика проведения испыта­ ний отдельных агрегатов достаточно описаны в литературе по турбинам и компрессорам [31, 36] и др. На подобных же стендах были получены характеристики турбин и компрессоров, приве­ денные выше.

В связи с этим ниже основное внимание уделено конструк­ ции стенда для испытания турбокомпрессора как единого агрегата, некоторым особенностям работы такого стенда, опи­ санию измерительной аппаратуры и методике проведения экспериментов.

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ

Принцип работы стенда для испытания турбокомпрессора основан на использовании мощности, развиваемой турбиной, для вращения компрессора; при этом газ, поступающий в тур­ бину, подогревается до необходимой температуры.

Для увеличения температуры газа, поступающего в турбину, между компрессором и турбиной устанавливается камера сгорания.

Для обеспечения работы в более широком диапазоне тем­ ператур газа при постоянной частоте вращения и в случае недостаточно хорошего согласования характеристик турбины и компрессора, а также для пуска турбокомпрессора, должна быть предусмотрена возможность выпуска части воздуха, нагне­ таемого компрессором, в атмосферу и подача в камеру сгорания дополнительного количества воздуха от постороннего источника (например, из заводской воздушной магистрали). Это позволяет менять соотношения между расходом воздуха через компрессор и газа через турбину.

Простейшая схема газовоздушной системы стенда для испы­ тания турбокомпрессоров имеет вид, показанный на рис. 178.

Воздух из компрессора турбокомпрессора 1 подается в нагне­ тательную трубу 2, откуда по перепускной трубе 10 попадает в камеру сгорания 15, где подогревается до рабочей температуры при сжигании топлива, подаваемого через форсунку 13, и по­ ступает в турбину турбокомпрессора. Топливо для пуска стенда подается через форсунку 14.

Из турбины по выпускной трубе 9 отработавшие газы через глушитель 7 выбрасываются наружу. Часть нагнетаемого ком­ прессором воздуха, расход которого регулируется дроссельной

заслонкой 5, может выпускаться в атмосферу. На перепускной трубе также установлена дроссельная заслонка 6, служащая для регулирования давления перед турбиной и для отсоедине­ ния полости компрессора от полости турбины при пуске турбо­ компрессора. Пуск осуществляется подачей по трубе 12 пуско­ вого воздуха, расход которого регулируется задвижкой 11.

Трубы, подводящие газ от камеры сгорания к турбине, изготовляют из жаростойкой стали, например, марки Х18Н9Т (ГОСТ 5582—61) и тщательно теплоизолируют для предотвра­ щения излишних потерь тепла в окружающую среду и устране­ ния неравномерного поля температуры газа на входе в турбину. Для компенсации теплового расширения трубопроводов служат специальные компенсаторы, чаще всего сильфонного типа.

В нагнетательной трубе компрессора и выпускной трубе турбины могут быть установлены сопла 4 и 8 для измерения расхода воздуха через компрессор и газа через турбину. Для этого используют дифманометры 3.

В зависимости от характера циркуляции воздуха в газо­ воздушной системе можно указать три возможных варианта работы стенда. При работе по разомкнутой схеме (1-й вариант) весь воздух из нагнетательной трубы компрессора выпускается

260

в атмосферу. Труба перепуска воздуха из компрессора в камеру сгорания заглушена. В камеру сгорания подается воздух от постороннего источника. В этом случае можно менять давление воздуха перед турбиной независимо от частоты вращения рото­ ра турбокомпрессора, что дает возможность снимать характе­ ристики турбины и компрессора в широком диапазоне скорост­ ных режимов и изменения расхода воздуха. Однако недостат­ ком этого варианта работы стенда является необходимость подачи воздуха от постороннего источника, что требует затраты энергии.

При работе стенда по замкнутой схеме (2-й вариант) весь воздух из компрессора подается в камеру сгорания и оттуда в турбину. Труба, по которой выпускается воздух в атмосферу, заглушена. От постороннего источника воздух подается только при пуске турбокомпрессора.

Работа по замкнутой схеме не требует дополнительной подачи воздуха, но давление перед турбиной определяется напором, создаваемым компрессором, и потерями в газовом тракте от компрессора до турбины. Поэтому работа возможна лишь в узкой области совместной работы турбины и компрессо­ ра. По этой схеме стенд работает при проведении длительных испытаний, связанных с проверкой работоспособности конструк­

добавляется от постороннего источника. Выпуская часть возду­ ха, нагнетаемого компрессором, можно быстро уйти от помпа­ жа, а добавляя воздух от постороннего источника,— создавать различные соотношения между расходами газа через турбину и воздуха через компрессор и в более широких пределах менять температуру газа перед турбиной. Эта схема позволяет полу­ чать характеристики турбины и компрессора в достаточно широких пределах.

Температура газа перед турбиной и, следовательно, режим работы турбокомпрессора регулируются изменением подачи топлива в камеру сгорания.

Безаварийная работа стенда не может быть обеспечена без надежной системы контроля и аварийной защиты. Кроме визу­ ального контроля за параметрами газа, масла, воды, а также частотой вращения ротора турбокомпрессора, осуществляют их автоматическую запись, что облегчает анализ работы ТК и разбор обстоятельств тех или иных неполадок в турбокомпрес­ соре. Кроме того, осуществляют звуковую и световую сигна­ лизацию при приближении параметров к предельным зна­ чениям.

Наиболее важными параметрами, определяющими работу турбокомпрессора на стенде, являются давление масла и воды

261