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 заряда воздуха, поступающего в цилиндры, и в том же рабочем объеме сжечь большее количество топлива и повысить литровую мощность двигателя.

 

 

 

Применение двигателей с наддувом на автомобилях КамАЗ расширяет их эксплуатационные возможности при движении на затяжных подъемах, по пересеченной местности и в горных условиях.

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

 

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 и 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 на впускные коллекторы устанавливается объединительный патрубок.

 

Система турбонаддува двигателя должна быть герметична. При нарушении герметичности выпускного тракта снижается частота вращения ротора турбокомпрессора, а следовательно, к уменьшается количества воздуха, нагнетаемого в цилиндры, что приводит к увеличению теплонапряженности деталей, снижению мощности и ресурса двигателя. Кроме того, негерметичность впускного тракта приводит к "пылевому" износу цилиндро-поршневой группы и 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 между собой соединяются теплостойким резиновым рукавом, который стягивается хомутами.

 

На двигателе устанавливается турбокомпрессор ТКР7С или ТКР7Н (рис. Турбокомпрессор ТКР 7С, Турбокомпрессор ТКР 7H ), технические характеристики которых приведены в таблице 2.

Таблица 2                      ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБОКОМПРЕССОРОВ

.	ТКР7С	ТКР7Н
Модель турбокомпрессора	0,05-0,2	0,05-0,18
Давление наддува (избыточное) при ном. мощности двиг., кПа (кгс/см2), не менее	80 (0,8)	60 (0,6)
Частота вращения ротора при ном. мощности двиг., об/мин	90000-100000	80000-90000
Температура газов на входе в турбину, К (°С)
- допускаемая в течение 1 час	1023 (750)	973 (700)
- допускаемая без ограничения во времени	973 (700)	923 (650)
Давление (избыточное) смазочного масла на входе в турбокомпрессор, кПа (кгс/см2)
- на двигателе под нагрузкой	195-388 (2,0-4,0)	195-388 (2,0-4,0)
- на двигателе без нагрузки, не менее	98 (1,0)	98 (1,0)

 

ТУРБОКОМПРЕССОР ТКР7С 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.

 

Ротор турбокомпрессора ТКР7C 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 т.в.ч. 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 маслоотбрасывающий 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.

 

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

 

 

 

 

 

На двигателе вместо турбокомпрессора ТКР7С может устанавливаться турбокомпрессор фирмы “Schwitzer” модели S2B/7624 TAE/1.00D9,а на двигателе 740.11-240 и ТКР7Н. В отличие от турбокомпрессора ТКР7С, в конструкции турбокомпрессора ТКР7Н применяется изобарный однозаходный корпус турбины и в качестве подшипника бронзовая моновтулка качающего 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, представляющем собой качающуюся моновтулку, удерживающуюся от осевого и радиального перемещений фиксатором 12, который с переходником 13 является одновременно и маслоотводящим каналом.

 

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.

 

 

СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (см. рис. Схема системы выпуска отработавших газов) предназначена для отвода от двигателя отработавших газов и снижения шума выпуска.

 

В систему входят:

Между приемным патрубком и металлорукавом установлен корпус вспомогательного тормоза с заслонкой (см рис. Установка вспомогательного тормоза).

 

На автомобилях КамАЗ с двигателем мод. 740.11-240 установлен прямоточный комбинированный активно-реактивный глушитель. Активный глушитель работает по принципу преобразования звуковой энергии в тепловую, что осуществляется установкой на пути газов перфорированных перегородок, в отверстиях которых поток дробится и пульсация газов затухает. В реактивном глушителе используется принцип акустической фильтрации звука. Этот глушитель представляет собой ряд акустических камер, соединенных последовательно.

 

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ТОРМОЗ

 

Механизмы вспомогательного тормоза установлены между фланцами приемных патрубков и металлорукавов. Каждый механизм состоит из сферического корпуса и заслонки, закрепленной на валу. На валу заслонки закреплен также поворотный рычаг, соединенный со штоком пневмоцилиндра. Рычаг и связанная с ним заслонка имеют два фиксированных положения (рис. Пневматические цилиндры привода)

При выключении вспомогательного заслонка устанавливается вдоль потока отработавших газов, а при включении тормоза - поперек потока отработавших газов, препятствуя их выходу, тем самым обеспечивая возникновение противодавления в выпускной системе.

Одновременно прекращается подача топлива. Двигатель начинает работать в режиме торможения.

Пневмоцилиндры приводят в действие механизмы вспомогательного тормоза. Используются пневмоцилиндры двух типов:

Цилиндры закреплены с помощью пальцев. Работают эти цилиндры идентично: при подаче сжатого воздуха поршень перемещается и выдвигает шток, связанный с исполнительным органом; в исходное состояние поршень возвращается под действием возвратной пружины.

 

 

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ТОРМОЗА заключается в периодической проверке его крепления и вращения заслонки.

 

Если заслонка вращается туго, вследствие отложения кокса на ее оси, следует снять корпус с заслонкой, очистить его, промыть в керосине, обдуть сжатым воздухом и установить на место. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА

 

В процессе эксплуатации производится проверка внешним осмотром герметичности впускной и выпускной систем в местах соединений при ТО-1000, а в дальнейшем при ТО-2 проверка крепления, а при необходимости и подтяжка болтов и гаек крепления выпускных и впускных коллекторов, патрубков и турбокомпрессоров.

 

Работа турбокомпрессора оказывает существенное влияние на параметры и работоспособность двигателя. Неисправность турбокомпрессора может привести к поломке двигателя. Несмотря на то, что турбокомпрессоры не требуют в эксплуатации регулировок, необходимо систематически выполнять установленные заводом-изготовителем правила технического обслуживания двигателя и периодически контролировать на слух работу турбокомпрессоров. При ТО-2 необходимо проверить легкость вращения роторов турбокомпрессоров. Для этого надо снять приемную трубу глушителя. Затем проверить рукой, как вращается ротор в его крайних осевых и радиальных положениях. Ротор должен вращаться легко, без заеданий и касаний о неподвижные детали турбокомпрессора.

 

Подшипники турбокомпрессора весьма чувствительны к количеству и чистоте масла, поэтому необходимыми условиями нормальной работы подшипникового узла являются своевременная замена масла и фильтрующих элементов масляного фильтра двигателя, а также применение рекомендованных заводом-изготовителем марок масел.

 

При СТО турбокомпрессоры необходимо снять с двигателя для очистки центробежного компрессора. Агрегат рекомендуется снимать вместе с выпускным коллектором. Сняв корпус компрессора с корпуса подшипников сначала нужно проверить целостность лопаток колес и отсутствие погнутостей. При наличии поврежденных лопаток, необходимо заменить турбокомпрессор.

 

Очистку центробежного компрессора нужно начинать с удаления отложений с внутренней поверхности корпуса компрессора и крышки, а затем промыть их в дизельном топливе. Отложения с поверхностей лопаток колеса компрессора необходимо удалить волосяной щеткой, после чего промыть его в дизельном топливе.

 

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, нельзя допускать длительной работы двигателя на режиме холостого хода. 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 об/мин.

 

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.