Турбокомпрессоры


Категория Судовые дизели

Классификация турбокомпрессоров. В соответствии с ГОСТ 9658—66 турбокомпрессоры для наддува изготовляют двух типов: ТКР — с центробежным компрессором и центростремительной (радиальной) турбиной, ТК — с центробежным компрессором и осевой турбиной.

Турбокомпрессоры обоих типов могут иметь три исполнения:
Н — низкого давления, т. е. со степенью повышения давления рн/р0 = = 1,3 ч- 1,9 (ра—«давление воздуха после компрессора, р0 — давление атмосферы);
С — среднего давления, со степенью повышения давления свыше 1,9 до 2,5;
В — высокого давления, со степенью повышения давления свыше 2,5 до Э,5. . ,

На речном флоте встречаются лишь турбокомпрессоры низкого давления: при таком давлении наддува обеспечивается достаточное увеличение мощности двигателя при умеренной тепловой напряженности деталей. Большинство двигателей серийного флота имеет давление наддува 130—150 кПа (1,3—1,5 кгс/см2), т. е. степень повышения давления 1,25—1,45, что обусловливает повышение мощности по сравнению с аналогичными двигателями без наддува примерно в 1,5 раза. У некоторых дизелей (Г70,( М401А) давление наддува составляет 170 кПа (1,7 кгс/см2), т. е. степень повышения давления 1,65.

По ГОСТ 9658—66 в условное обозначение турбокомпрессоров должен включаться номинальный базовый диаметр рабочего колеса компрессора (в см) и может включаться номер модификации. Так, например, марка ТКР-14Н-9 расшифровывается так: турбокомпрессор с радиальной турбиной, диаметр рабочего колеса компрессора 140 мм, низкого давления, девятая модификация.

Ряд двигателей флота имеет турбокомпрессоры зарубежного производства.

Схема турбокомпрессора осевого типа. Остов турбокомпрессора cocfonT из трех частей: входного и выходного корпусрв турбины и корпуса компрессора. Части остова крепятся одна к другой так, чтобы можро было взаимно изменять их положения в плоскости, перпендикулярной оси вала, т. е. поворачивать одну относительно другой. Взаимный поворот корпусов не отражается на работе турбокомпрессора и в то же время позволяет смонтировать турбокомпрессор так, чтобы было удобно подводить к нему трубопроводы. Согласно ГОСТ 9658—66 у осевых турбокомпрессоров должна обеспечиваться возможность поворота корпусов на угол, кратный не более чем 30°.

У входного корпуса импульсной турбины столько же входных патрубков, сколько выпускных коллекторов у двигателя. На рисунке показаны два патрубка. Соответственно направляющий аппарат разделен на две разобщенные секции. При четырех коллекторах будет четыре патрубка и четыре секции. В средней части входного корпуса имеется полость для подшипника ротора. Она окружена пространством 6 для Охлаждающей воды. Охлаждение входного корпуса необходимо для обеспечения надежной работы подшипника и снижения тепловой напряженности деталей турбины.

Выходной корпус турбины является обычно несущим: он крепится к остову двигателя. Для снижения температуры отработавшего газа и, следовательно, его противодавления выходной корпус имеет охлаждающую рубашку, в которой циркулирует вода. Охлаждение стенки, примыкающей к компрессору, предотвращает подогрев газами воздуха в нем. С этой же целью часто предусматривают теплоизоляционную или охлаждаемую водой вставку. Для защиты вала ротора от действия газа в выходной полости устанавливают отражатель.

Рис. 1. Схемы турбокомпрессоров

Рис. 2. Формы лабиринтовых уплотнений

Корпус компрессора выполняют неохлаждаемым. В средней его части находится полость для подшипника ротора, вокруг которой проходит входной канал для всасываемого воздуха. Перед каналом или внутри него должны быть устройства для глушения шума, создаваемого всасываемым воздухом.

Вокруг рабочего колеса компрессора располагается щелевой диффузор через его нагнетаемый рабочим колесом воздух поступает в улиточный диффузор, а из него — к выходному патрубку и дальше — в наддувочный коллектор. На рис. 1, а показан лопаточный щелевой диффузор. Он имеет лопатки, сечение между которыми к выходу увеличивается.

Ротор турбокомпрессора выполняется с общим для турбины и компрессора валом. Вал турбокомпрессоров осевого типа опирается на подшипники по концам его. Применяют как подшипники качения, так и скольжения. При подшипниках качения уменьшаются потери на трение, но они имеют меньший срок службы и нестойки при ударной нагрузке. В связи с последним обстоятельством подшипники качения устанавливают в упругих втулках, амортизирующих колебания вала ротора. В подшипниках скольжения часто применяют с той же целью плавающие втулки. Они вставляются в гнездо подшипника свободно и, следовательно, имеют два масляных слоя: между гнездом и втулкой и между втулкой и валом.

Срок службы подшипников скольжения в 3—5 раз больше, чем подшипников качения. Подшипники скольжения имеют циркуляционную смазку, тогда как подшипники качения часто смазываются маслом, забрасываемым из ванны, создаваемой в полостях.

Рабочее колесо осевой турбины, несущее на себе лопатки, выполняют обычно заодно с валом. Рабочее колесо компрессора чаще всего сидит на шпонке и крепится с торца гайкой или кольцом, насаженным в горячем состоянии. На рис. 121, а показано рабочее колесо закрытого типа: лопатки колеса находятся между двумя его торцовыми стенками. В целях повышения КПД компрессора при закрытых колесах применяют лопатки, загнутые назад.

Схема турбокомпрессора радиального типа. Остов турбокомпрессора с радиальной турбиной также состоит из трех частей: корпуса турбины, корпуса подшипников и корпуса компрессора. Возможность взаимного поворота частей остова обеспечивается и в турбокомпрессорах радиального типа, но для них допускается кратность угла поворота, равная 45°.

У корпуса импульсной радиальной турбины каналы для входа газа, поступающего через патрубки, также раздельные. Из этих каналов по лопаткам направляющего аппарата он движется на лопатки рабочего колеса, с которых выходит через центральный патрубок.

Корпус подшипников делается несущим. В нем заключены подшипник турбины и подшипник компрессора. Со стороны турбины предусмотрена полость для охлаждающей воды.

Корпус компрессора имеет центральный патрубок для входа воздуха, щелевой и улиточный диффузоры. Из улиточного диффузора воздух выходит через патрубок.

Вал турбокомпрессоров с радиальной турбиной опирается на подшипники скольжения средней, частью. Рабочее колесо турбины обычно приваривается к валу. Рабочее колесо компрессора чаще всего насаживается на шлицы вала и крепится гайкой-обтекателем. Направление лопаток встречается только радиальное, входные кромки их загибаются вперед по направлению вращения.

Уплотнения. В турбокомпрессоре имеются уплотнения между ротором и корпусом, отделяющие полости подшипников от газовой и воздушной полостей турбины и компрессора, и уплотнения, разделяющие газовую и воздушную полости.

Роторы турбокомпрессоров вращаются со скоростью 10 000 —35000 об/мин. При такой скорости надежно лишь уплотнение лабиринтового типа. У турбокомпрессоров с концевыми подшипниками применяют обычно осевые уплотнения: со стороны подшипника турбины, между воздушной и газовой полостями, препятствующее утечке нагнетаемого воздуха, и со стороны подшипника компрессора. У турбокомпрессоров консольного типа чаще встречаются радиальные уплотнения: со стороны турбины, со стороны компрессора, но имеются и участки с осевыми уплотнениями, как, например, участок со стороны турбины. Радиальные уплотнения есть и в компрессорах с концевыми подшипниками.

Когда диаметры деталей значительны, обычно применяют осевые лабиринтовые уплотнения гребешкового типа. На роторе протачивают канавки, в которые вставляют гребешки из отбортованной ленты. Их закрепляют на роторе проволочными кольцами. Газ, просачивающийся в зазор между гребешком и корпусом, попадает в пространство между гребешками. На вихреобразование в этом пространстве тратится запас энергии газа. После прохода нескольких гребешков энергия его оказывается уже недостаточной для преодоления сопротивления щели. В одном уплотнении делают до шести—восьми гребешков. Иногда вместо вставных используют гребешки, выточенные непосредственно на роторе.

При небольшом диаметре шейки ротора устанавливают лабиринтовые втулки. В данном случае гребешки имеет втулка, а тормозящий зазор образуется между гребешком и шейкой ротора. Поскольку лабиринтовые втулки ставят обычно для уплотнения полости подшипника со стороны этой полости на роторе предусматривают отбойный гребень для сброса масла и гребень на втулке.

Радиальные лабиринтовые уплотнения выполняют в виде нескольких концентрических гребней на рабочем колесе и аналогичных гребней на стенке корпуса. Радиальное уплотнение может быть с отбойным гребнем, предотвращающим проход масла.

Турбокомпрессор типа ПДГ (PDH) В качестве примера конструкции турбокомпрессора на рис. 3 приведен чертеж турбокомпрессора ПДГ16Н (PDH16N). Его применяют для наддува двигателей 6Л160ПНС. Аналогичные турбокомпрессоры большей производительности устанавливают: ПДГ35Н на двигателях 6Л275ПН и ПДГ50Н на двигателях 8НФД48АУ.

Турбина турбокомпрессора импульсная с двумя каналами для подвода газов. Направляющий аппарат крепится к входному корпусу турбины винтами. В средней полости корпуса установлен шариковый подшипник турбины, помещенный внутри стальной пружинящей втулки.

Масло для смазки подшипника увлекается из масляной ванны диском и через окно корпуса поступает к подшипнику.

Выходной корпус турбины кронштейнами крепится к двигателю. В нем помещена вставка, являющаяся обтекателем и кожухом для термоизоляционной набивки. Оба корпуса турбины имеют патрубки, для подвода и отвода охлаждающей воды.

Корпус компрессора отлит заодно с улиточным диффузором. Лопаточный диффузор выполнен отдельно и вставлен в корпус компрессора. К корпусу крепится коробка с воздушным фильтром или воздухо-заборный кожух. Для уменьшения шума всасывания стенки коробки оклеены войлочной лентой и внутри коробки установлено покрытое войлоком ребро.

В средней части корпуса компрессора помещен опорно-упорный шариковый подшипник, находящийся внутри резиновой втулки. Смазка подшипника производится так же, как и подшипника турбины. Обе полости подшипников снабжены контрольными стеклами и горловинами для заливки масла.

Вал ротора выполнен заодно с рабочим колесом турбины. Лопатки турбины приварные, но могут быть и вставные. Рабочее колесо компрессора сидит на шпонке. В осевом направлении оно фиксируется кольцом, насаженным в горячем состоянии.

Со стороны подшипника турбины установлены две лабиринтовые втулки, препятствующие проходу масла вдоль вала. Для предотвращения пропуска газа в полость подшипника установлено две секции гребешкового уплотнения. В пространство между ними по каналам подводится уплотняющий воздух от компрессора, который должен устранить возможность проникновения газа в полость подшипника. Количество поступающего в уплотнение воздуха регулируется винтом, а об эффективности уплотнения можно судить по вентиляционному каналу из него не должны выходить газы.

Рабочее колесо компрессора имеет два гребешковых уплотнения для предотвращения утечки нагнетаемого воздуха. Воздух, просачивающийся через уплотнение, проходит в пространство между защитным кожухом и валом, что способствует охлаждению вала.

Рис. 3. Турбокомпрессор

Со стороны подшипника компрессора установлены лабиринтовые-втулки. Средняя часть втулки сообщена с разгрузочным каналом, выходящим в атмосферу. Без него существовала бы опасндсть подсоса компрессором масляной пыли из полости подшипника.

Подача (производительность) турбокомпрессора ПДГ16Н 160 м3/ч воздуха при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 20 °С. Частота вращения ротора 21000 об/мин. Давление наддува 13 кПа (1,35 кгс/см2), нормальная температура газа перед турбиной 550 СС.


Читать далее:

Категория Судовые дизели