Турбокомпрессор дизеля 10Д100 тепловоза 2ТЭ10М, 3ТЭ10М

4. Конструкция основных сборочных единиц дизеля 10Д100 тепловоза 2ТЭ10М, 3ТЭ10М

Турбокомпрессор дизеля 10Д100 тепловоза 2ТЭ10М, 3ТЭ10М

В качестве первой ступени системы наддува дизеля 10Д100 применяются два турбокомпрессора (рис. 23), отличающиеся друг от друга поворотом корпусов. Отработавшие газы из цилиндров двигателя по

выпускным коллекторам поступают в каналы газоприемного корпуса 13, затем в сопловой аппарат 12, где они расширяются, приобретая высокую скорость и необходимое направление.

Поступая на лопатки рабочего колеса турбины 9, газы приводят во вращение ротор, на котором посажено колесо компрессора. Воздух по входным каналам корпуса компрессора засасывается из атмосферы. Попадая в колесо компрессора 2, воздуху сообщается кинетическая энергия и за счет центробежных сил происходит повышение его давления. Проходя затем диффузор 4, воздух попадает в улитку корпуса 1 компрессора. В диффузоре и улитке кинетическая энергия воздуха превращается в потенциальную: за счет уменьшения скорости происходит дальнейшее повышение давления. После компрессора воздух по трубопроводу попадает в нагнетатель второй ступени. Турбокомпрессор состоит из осевой одноступенчатой газовой турбины и центробежного одноступенчатого компрессора. Он имеет остов, ротор 7, сопловой аппарат, лопаточный диффузор, подшипники ротора и уплотнения. Остов турбокомпрессора состоит из трех корпусов: самого компрессора 1, выпускного 10 и газоприемного 13, отлитых из алюминиевого сплава и скрепленных шпильками. Выпускной и газоприемный корпуса, омываемые выпускными газами, имеют полости для циркуляции воды из системы охлаждения дизеля. Турбокомпрессоры прикреплены к дизелю с помощью кронштейнов 20.

Рис 22 Форсунка 1, 2—уплотнительные прокладки, 3— сопловой наконечник, 4—корпус распылителя, 5—игла, 6—корпус, 7—ограничитель подъема иглы, 8—щелевой фильтр, 9— толкатель, 10—регулировочная пробка, 11—контргайка, 12—пружина, 13—стакан пружины, 14—тарелка, 15—уплотнительное кольцо

Рис. 23. Турбокомпрессор ТК-34Н (продольный разрез):
1—корпус компрессора; 2—рабочее колесо компрессора; 3—вставка; 4—диффузор; 5—резиновое кольцо; 6—кожух теплоизоляционный, 7—ротор; 8—кожух соплового аппарата; 9—рабочее колесо турбины; 10—корпус выпускной; 11—проушина, 12—сопловой аппарат, 13—корпус газоприемный,
14—подшипник со стороны турбины (опорный), 15—крышка подшипника; 16—штуцер; 17—патрубок;
18—экран; 19—кожух ротора; 20—кронштейн, 21—штифт; 22—компенсатор; 23—подшипник со стороны компрессора (опорно-упорный); 24—дроссель

Ротор 7 представляет собой два пустотелых полувала, между которыми вварен диск турбины. Рабочие лопатки колеса турбины 9 прикреплены к диску при помощи замков елочного типа, которые позволяют заменять отдельные лопатки в случае их повреждения. Диск и лопатки колеса турбины изготовлены из специальных жаропрочных сталей. Колесо компрессора 2 изготовлено из алюминиевого сплава, соединено с валом с помощью шлицев и для обеспечения центровки посажено на гладкую шейку вала с натягом. Проточная часть колеса компрессора ограничена вставкой 3, прикрепленной винтами к корпусу компрессора. На тыльной стороне колеса имеются гребешки, которые с небольшим зазором подходят к гребешкам на неподвижном диске и образуют таким образом лабиринтное уплотнение, препятствующее проникновению сжатого воздуха в полость выпускного корпуса. Ротор 7 турбокомпрессора после сборки проходит динамическую балансировку. Перед рабочими лопатками турбины установлен сопловой аппарат 12, лопатки которого изготовлены из жаростойкой стали и заключены между внутренним и наружным кольцами. По внутреннему кольцу сопловой аппарат специальными болтами крепится к газоприемному корпусу. Такими же болтами к газоприемному корпусу прикреплен и чугунный кожух 8 соплового аппарата. Лопаточный диффузор 4 компрессора выполнен в виде диска с лопатками, образующими решетку, и закрыт вставкой. С противоположной стороны диффузор уплотнен резиновым кольцом 5 и зафиксирован штифтом 21. Благодаря решетке траектория движения частиц воздуха от колеса компрессора значительно сокращается, что приводит к уменьшению потерь на трение, поэтому компрессор с лопаточным диффузором обладает высоким к. п. д.

Ротор турбокомпрессора вращается в двух подшипниках скольжения. Опорный подшипник расположен со стороны турбины, а упорно-опорный — со стороны компрессора. Стальной корпус опорного подшипника шпильками прикреплен к газоприемному корпусу 13 и к запрессованной в него втулке из высокооловянистой бронзы. Втулка фиксирована винтом. Опорно-упор-ный подшипник также имеет стальной корпус 6 (рис. 24).

Упорная часть подшипника представляет собой отдельный плоский подпятник 8 из высокооловянистой бронзы со смазочными канавками на рабочем торце, зафиксированный от проворачивания штифтом. Подпятник имеет упругий элемент, состоящий из набора металлических пластин и слоя масла между ними, который служит для компенсации перекосов упорного торца, возникающих при монтаже и работе узла. При монтаже подшипники устанавливаются так, чтобы сливные каналы располагались снизу.

Масло к подшипникам подводится из системы смазывания дизеля.

Полости, в которых расположены подшипники, отделены от внутренних полостей агрегата уплотнениями.

Попаданию масла из полости упорно-опорного подшипника в компрессор препятствует уплотнение,

состоящее из двух упругих колец типа поршневых и лабиринтов, образуемых завальцованными в вал гребенками и стальной втулкой 2 (запрессованной в корпус компрессора). Для повышения эффективности уплотнения в полость между кольцами и лабиринтом подводится воздух из ресивера дизеля. Уплотнение со стороны турбины служит для предотвращения попадания горячих газов в полость опорного подшипника и масла на нагретую часть вала. Это уплотнение состоит из двух упругих колец и двух групп лабиринтов. Между ними по каналам в выпускном и газоприемном корпусах, а также по отверстию в стальной втулке подводится сжатый воздух из компрессора первой ступени. Просочившийся воздух и газы из лабиринта удаляются через отверстие во втулке и далее по каналу в дренажную трубку, выведенную на крышу тепловоза.

Рис 24 Подшипник опорно-упорный и уплотнение со стороны компрессора 1—винт стопорный, 2—втулка подшипника, 3—шайба, 4—гайка, 5—пластина замочная, 6— корпус подшипника, 7—пластина, 8—подпятник, 9—кольцо стопорное, 10—пята, 11—импеллер, 12—лабиринт, 13—кольцо

В условиях эксплуатации на дизелях 10Д100 в отдельных случаях возможен пом-паж турбокомпрессоров. Внешне помпаж проявляется в виде пульсаций воздушного потока, сопровождающихся периодическим выбросом воздуха обратно во всасывающие патрубки дизеля и воздухоочистители. Иногда помпаж сопровождается характерными громкими хлопками Помпаж возникает при уменьшении подачи центробежного компрессора (уменьшении расхода воздуха в единицу времени) ниже определенного критического значения, в результате чего происходит срыв потока воздуха с лопаток воздушного колеса или лопаточного диффузора компрессора, нарушается устойчивая его работа. Эксплуатировать дизель, у которого турбокомпрессоры работают неустойчиво, нельзя. Длительный помпаж может вызвать разрушение колеса компрессора и деталей всасывающего тракта.

Особенностью системы газотурбинного наддува дизеля 10Д100 является парал-лельно-последовательная работа компрессоров первой и второй ступеней наддува. Первая ступень наддува — два турбокомпрессора, работающих параллельно на вторую ступень — приводной центробежный нагнетатель, который, суммируя расходы компрессоров первой ступени наддува и дополнительно повышая давление воздуха, направляет его через воздухоохладители в воздушной ресивер дизеля. Выпускные газы к левой турбине подводятся от левого выпускного коллектора, к правой газ подводится от правого выпускного коллектора. На входе газов в газоподводящие патрубки турбин установлены компенсаторы с защитными решетками.

Центробежный компрессор обладает свойством резко снижать подачу с ростом гидравлического сопротивления газовоздушного тракта. Поэтому в условиях длительной эксплуатации дизелей 10Д100, оборудованных центробежными нагнетателями, с возрастанием сопротивления воздушного тракта может происходить уменьшение расхода воздуха через дизель, в результате чего возникает помпаж. Сопротивление воздухоочистителя увеличивается из-за загрязнения в летнее время или оледенения входных устройств тепловоза (жалюзи) в зимнее, закоксовывания выпускных и продувочных окон втулок цилиндров, защитных решеток перед турбокомпрессорами, а также лопаточного аппарата турбин.

Кроме увеличения сопротивления газовоздушного тракта, уменьшение расхода воздуха, а следовательно, и помпаж могут происходить и вследствие роста температуры наддувочного воздуха из-за ухудшения работы охладителей наддувочного воздуха дизеля и холодильника тепловоза Одной из причин, способствующих возникновению помпажа у дизеля 1 ОД 100, является повреждение рабочих лопаток турбины и соплового аппарата обломками поршневых колец, частицами кокса или другими предметами из-за отсутствия защитных решеток перед турбокомпрессорами или их неисправного состояния. На возникновение помпажа оказывает также влияние повышение температуры выпускных газов перед турбиной, являющееся следствием уменьшения расхода воздуха по перечисленным выше причинам, а также плохой работы топливной аппаратуры дизеля.

Кроме отмеченных причин, связанных с возрастанием сопротивления газовоздушного тракта дизеля, помпаж может появляться из-за несинхронности параллельно работающих турбокомпрессоров. В этом случае помпаж возникает у одного из них потому, что второй турбокомпрессор, получая увеличенную энергию, развивает повышенное число оборотов, дает больше воздуха и тем самым уменьшается подача первого, приближая его к условиям возникновения помпажа.

Основная причина несинхронной работы двух турбокомпрессоров — разница в размерах проточных частей турбин и главным образом различие в площадях сечения

сопловых аппаратов, которое может явиться следствием низкого качества изготовления турбокомпрессоров или повреждения лопаток.

Для предупреждения помпажа и устранения его в случае возникновения рекомендуется:

систематически очищать выпускные, продувочные окна и защитные решетки на входе газов в турбокомпрессоры от нагара;

регулярно следить за исправностью и загрязненностью кассет и колеса воздушных фильтров особенно в зимнее время, не допуская оледенения жалюзи;

проверять, чтобы охладители наддувочного воздуха не были загрязнены и не создавали большого сопротивления проходу воздуха;

контролировать температуру выпускных газов, которая при отрегулированном дизеле, очищенных окнах, исправной топливной аппаратуре должна быть не более 400 °С при нормальных атмосферных условиях и не более 430 °С при температуре окружающего воздуха +40 °С;

поддерживать температуру воздуха в ресивере, чтобы она не превышала 65— 70 °С при нормальных атмосферных условиях и 90 °С при температуре окружающего воздуха +40 °С. Это обеспечивается исправным состоянием холодильника тепловоза, вентилятора и охладителей наддувочного воздуха.

Если при соблюдении этих требований помпаж не прекращается, необходимо снять турбокомпрессоры с дизеля, проверить состояние лопаток турбины и суммарную площадь сечения соплового аппарата. Обнаруженные повреждения лопаток устранить.

Суммарная площадь сечения соплового аппарата турбокомпрессоров выпуска до 1971 г. (ТК-34Н-11C) не более 129 см2 и не менее 126 см , а турбокомпрессоров выпуска после сентября 1971 г. (ТК-34Н-04С) — не менее 117 см и не более 120 см2. Она определяется с помощью шаблонов. При обнаружении отклонений от требуемого значения подгибают лопатки.

Устранение помпажа путем изменения зазора между колесом компрессора и вставкой не допускается, так как при этом не выявляется и не устраняется истинная причина неисправности, но в то же время резко снижается к. п. д. компрессора, что в свою очередь неизбежно приводит к ухудшению работы дизеля в целом. Недостаточно квалифицированное выполнение работ при перерегулировке зазора может привести к выходу из строя турбокомпрессора.

Защита проточной части турбины от повреждения посторонними предметами. Чтобы предупредить случаи попадания с выпускными газами в проточную часть турбин посторонних предметов (обломками поршневых колец и др.), с марта 1965 г.

в компенсаторы выпускной системы двигателя с турбонаддувом устанавливают защитные решетки. Решетка выполнена в виде кольца с прорезями, в которые вставлены стержни аэродинамической формы. Для обеспечения зазора между стержнями устанавливают проставочные кольца. Стержни и кольца удерживаются от выпадания двумя проволочными связями, концы которых расклепаны.

Рис. 25. Установка компенсаторов с защитными решетками:
1—риски на фланцах, 2—стержни решетки, 3—продольная ось двигателя

Рис. 26. Стержни защитной решетки:
1—стержни; 2—кольцо решетки, 3—связь

Компенсатор с решеткой ставят на дизеле так, чтобы стержни располагались вдоль продольной оси двигателя. Это соответствует положению риски на нижнем фланце компенсатора в том же направлении (рис. 25). При каждом текущем ремонте ТР-1 компенсаторы снимают с двигателя. Осматривают состояние решеток, а стержни очищают от нагара. Искривленные стержни выравнивают. На каждом ТО-3 снимают с правого и левого выпускных коллекторов по одной первой крышке и коллектор очищают от посторонных предметов.

В процессе эксплуатации дизеля 10Д100 наблюдаются случаи искривления стержней решеток. Одной из причин этого является термическое расширение стержней и наличие нагара в зазорах между стержнями и кольцом. При осмотре решеток двигателей на очередном ТР-1 проверяют термические зазоры стержней и очищают их от нагара. Для этого необходимо вынуть решетку из компенсатора, очистить решетку от нагара и замерить размеры бив (рис. 26). Размеры бив должны быть не менее 1,5 мм с каждой стороны стержней.

Если размеры бив меньше 1,5 мм:

стержни вынимают из кольца решетки, предварительно освободив их от двух связей;

подгоняют длины и уступы стержней так, чтобы размеры бив были не меньше 1,5 мм (при этом размер а должен быть не менее 5 мм на обоих концах каждого стержня); решетку собирают. При сборке нельзя забивать стержни в пазы кольца решетки, а следует только зачищать концы стержней.

Начиная с 1971 г. на дизелях устанавливают новую защитную решетку конусного типа, обладающую меньшим сопротивлением прохождению выпускных газов, что в конечном счете уменьшает расход топлива.

Следует также отметить, что тепловой компенсирующий элемент выпускных патрубков перед турбокомпрессорами, который устанавливался на дизелях первых выпусков, заменен на компенсатор сильфонного типа. Это значительно снизило воздействие нагрузок на корпус газовых турбин, возникающих от тепловых расширений и вибрации дизеля.

содержание .. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ..