Турбокомпрессоры

Основные параметры турбокомпрессора - расход воздуха (подача) и давление наддува - определяются числом и объемом цилиндров, частотой вращения коленчатого вала и уровнем среднего эффективного давления дизеля. Давление наддува приблизительно пропорционально среднему эффективному давлению, а подача пропорциональна числу цилиндров. Подача компрессора определяет его типоразмер. Поэтому в зависимости от числа цилиндров на двигателях ЧН 26/26 применяются разные типоразмеры турбокомпрессоров. Для всех модификаций восьмицилиндровых двигателей 8ЧН 26/26 применяются турбокомпрессоры ТК23, двенадцатицилиндровых (12ЧН 26/26) - ТК35, шестнадцатицилиндровых (16ЧН 26/26)-ТК38 (6ТК), двадцатицилиндровых (204 Н 26/26) - двухступенчатый турбоагрегат 2ТНА.

Число, характеризующее типоразмер, примерно равно диаметру колеса компрессора в сантиметрах. Например, для ТК38 диаметр колеса составляет 380 мм. В зависимости от развиваемого давления

О

Г

о .у

л О “

г

О .

Сбозиачеиие

Дизель

Тип

1Е я

Ч о ь ¦#

с.* я

дкз-еля

или дизель-

турбокомпрессора

о

Ч С С-о

генератор

® Й с = <

« >> С- ч

оГГ

С 3 ? Е

5 = С.8

Чй с г

ЗА-6Д49

ТК-23С

0,22

1,9

58-60

245

8ЧН 26/26

ЗАЭ-6Д49

ТК-23С

0,165

1,2

64-66

245

17ПДГ

ТК-23С

0,22

1,9

58-60

245

26ДГ

ТК-35С

0,21

3

98-100

330

12ЧН 26/26

1-26ДГ

ТК-35

0,30

4,25

114-116

330

2-26ДГ

ТК-35

0,23

3,1

95-97

330

1-9ДГ

1А-9ДГ

6ТК (ТК-38)

0,25

4,1

148-150

380

16ЧН 26/26

3-9ДГ

2-9ДГ

2А-9ДГ

2В-9ДГ

6ТК (ТК-38)

0,3

5,2

162-165

380

204 Н 26/26

20ДГ

2ТНА

0,35

8,2

320-325

500/420

(ТК-50+ТК-42)

300-305

наддува и температуры газов перед турбиной устанавливается площадь проходного сечения соплового аппарата. Тип и параметры турбокомпрессоров, применяемых на дизелях ЧН 26/26, приведены в табл. 8. Элементы турбокомпрессора, совершающие при работе вращательные движения, объединены в общем узле-роторе. Все неподвижные элементы относятся к статору.

Турбокомпрессор 6ТК. На дизелях 16ЧН 26/26 (типа 5Д49) устанавливаются турбокомпрессоры типа 6ТК (рис. 51). Турбокомпрессор расположен на кронштейне у переднего торца двигателя. В состав турбокомпрессора входят центробежный компрессор и одноступенчатая осевая газовая турбина, работающая за счет энергии выпускных газов. По конструктивной схеме турбокомпрессор выполнен с двухконсольным ротором, опирающимся на два подшипника, расположенных между рабочими колесами турбины и компрессора. Конструкция турбокомпрессора 6ТК обеспечивает: доступность проточных частей турбины и компрессора для очистки и осмотра; соосность подшипников благодаря их размещению в единой расточк-е среднего корпуса; разгрузку упорного подшипника благодаря противоположному направлению осевых усилий на колеса турбины и компрессора; изоляцию высокотемпературного газового потока от охлаждаемых алюминиевых корпусов статора; удобную компоновку газо-

Рис. 51. Турбокомпрессор 6ТК:

I - лабиринт; 2 - фланец; 3 - опорно-упорный подшипник; 4 - шпилька; 5,9 - проставки; 6 -• патрубок входной; 7 - улитка воздушная; 8 - прокладка; 10 - диффузор;

II - корпус средний; 12 - улитка газовая; 13 - корпус турбины; 14 - штифт; 15 - патрубок выпускной; 16 - втулка; 17 - сопловой аппарат; 18 - обод; 19 - подшипник опорный; 20 - фланец; 21 -- кольцо резиновое; а, б, в, г, д, е, ж, з - полости; и - каналы выпускного тракта при установке в тепловозе глушителя шума на выпуске. Неразборная конструкция ротора исключает возможность нарушения балансировки его при сборочно-разборочных работах.

Ротор (рис. 52) состоит из трех основных элементов: рабочего колеса компрессора, вала и рабочего колеса турбины. Вал 5 ротора выполнен поковкой из легированной стали. Две опорные шейки диаметром 55 мм, упорный торец и торцовые поверхности канавок под уплотнительные кольца подвергают химической термообработке для увеличения твердости и повышения их износостойкости. Со стороны компрессора вал имеет 8 прямоугольных шлиц для посадки колеса компрессора. Со стороны турбины имеется посадочный бурт, на который напрессовывают колесо турбины. Упорный торец совместно с напрессованной на вал втулкой 14 ограничивают осевые перемещения ротора. Торец служит для восприятия осевой нагрузки, направленной в сторону всасывания воздуха колесом компрессора. При изменении направления нагрузки ротор упирается торцом втулки 14. Трущиеся поверхности втулки 14 для повышения износостойкости азотированы.

Рабочее колесо компрессора состоит из двух частей: вращающегося направляющего аппарата (ВНА) 16 и радиального колеса 3. Лопатки ВНА имеют сложный пространственный профиль, обеспечивающий малое сопротивление при обтекании их воздушным потоком. ВНА отливается из алюминиевого сплава. Колесо с радиальными лопатками фрезеруется из кованого дюралюминия. С другой стороны колеса имеются пояски для лабиринтных уплотнений и бурт для снятия металла при динамической балансировке.

Соединение ВНА и колеса компрессора с валом осуществлено с помощью восьми прямоугольных шлицев. Соосность ВНА, колеса и ротора обеспечивается за счет натяга по наружному диаметру шлицевого соединения. Для исключения разбалансировки ротора в работе необходимо при посадке колеса и ВНА выполнить следующие требования: натяг по наружному диаметру шлицевого соединения - 0,06-0,11 мм; плотное прилегание торца колеса к втулке 14, исключающее перекос колеса и деформацию вала при посадке ВНА и колеса. Отсутствие деформации вала контролируется по стабильности биения шейки до и после посадки колеса и ВНА и затяжки их упругой гайкой 2. Плотный контакт у вершин лопаток ВНА и колеса на длине 15 мм служит для демпфирования лопаток ВНА при возбуждении колебаний в них воздушным потоком. В осевом направлении ВНА, колесо и втулка 14 сжаты упругой гайкой 2, которая стопорится фиксирующим винтом 1. Для двигателей 2А-9ДГ, 2В-9ДГ и 2-9ДГ (Лф - 2940 кВт) ВНА изготовлен из кованого алюминия.

Рис. 52. Ротор турбокомпрессора 6ТК: 1 - винт, 2 - гайка упругая; 3 - колесо компрессора; 4 - штифт; 5 - вал ротора; 6, 15 - кольца уплотнительные; 7, 12 - штифты; 8 - втулка лабиринтная; 9 - стопорная пластина; 10 - рабочая лопатка; 11 - диск турбины; 13 - втулка; 14 - упорная втулка; 16 - ВНА; 17 - кольцо проставочное

Диск турбины 11, выполненный из жаропрочной аустенитной стали, посажен на вал с натягом. При работе диск нагревается до ~350 °С у центра и до ~500 °С у периферии. Вследствие теплового расширения в соединении диск-вал может образоваться зазор. Для обеспечения концентричного расширения диска относительно вала, а также для передачи вращающего момента в месте сопряжения диска турбины с валом установлены десять радиальных штифтов 7. Штифты запрессовываются с натягом до 0,03 мм. Положение штифтов фиксируется раскерновкой металла бурта диска. Дополнительно диск относительно вала центрируется с помощью промежуточной втулки 13, выполняющей также роль теплового экрана. На посадочный бурт диска напрессовано кольцо 8 из жаропрочной стали. На кольце имеются шесть проточек для лабиринтных уплотнений. Фиксация кольца на диске обеспечивается пятью радиальными штифтами 12. С внешней стороны диска имеется бурт Д, служащий для снятия металла при балансировке. На внешнем ободе диска выполнены 39 осевых елочных пазов, в которые заводятся рабочие лопатки 10 турбины.

Лопатка состоит из хвостовика, полки и рабочей части пера лопатки. Перо имеет переменный вдоль высоты лопатки профиль, обеспечивающий малое гидравлическое сопротивление при входе потока газов и необходимое направление его на выходе. Полка лопатки является переходным элементом между пером и хвостовиком. Хвостовик елочного профиля имеет пять пар параллельных зубьев для соединения с елочным пазом на диске турбины. Изготовлены лопатки из жаропрочного сплава. Лопатки в диске стопорят отгибными пластинами 9 и заплечиками на полках. При установке в диск лопатка должна иметь тангенциальную качку до 2 мм по периферии. В осевом направлении качка лопаток более 0,4 мм недопустима, ибо это может нарушить балансировку ротора.

Если центр тяжести рабочего колеса компрессора или турбины не совпадает с осью вращения ротора, то в работе возникнут большие центробежные силы, действующие на подшипники. Для исключения этого окончательно собранный ротор подвергают динамической балансировке. Допустимый небаланс 3 г-см на каждом рабочем колесе. В случае устранения каких-либо повреждений на лопатках компрессора или турбины, а также проведения любых работ, связанных с возможным изменением распределения масс на роторе, необходимо проводить динамическую балансировку ротора. Следует помнить, что дисбаланс в 1 г-см вызывает действие неуравновешенной силы, равной 45-50 кН,

на подшипниках турбокомпрессора. Поэтому наличие повышенного дисбаланса на роторе вызывает большие динамические усилия на подшипники и может вывести их из строя.

Ротор вращается в двух подшипниках скольжения (рис. 53): опорном, расположенном со стороны колеса турбины, и опорно-упорном - со стороны колеса компрессора. Масло к подшипникам подводится от масляной магистрали дизеля через систему отверстий ж в среднем корпусе 11 (см. рис. 51). Оба подшипника расположены в среднем корпусе. Посадка подшипников в расточке корпуса осуществляется с натягом 0- 0,035 мм. От осевого перемещения подшипники фиксируются буртами. Подшипники имеют осевой разъем, обе половины центрируются двумя призонными втулками. К нижней половине среднего корпуса подшипники крепятся болтами. Материалом подшипников является бронза ОЦС-4-4-17. На подшипниках турбокомпрессоров выпуска до 1977 г. рабочая поверхность цилиндрической формы гальванически покрывалась слоем сплава олово-свинец толщиной 0,02-0,03 мм. Оловянисто-свинцовое покрытие улучшает прирабатываемость подшипника в начальный период работы. Масло к рабочей поверхности подводится по вертикальному каналу в сегментной канавке верхней половины подшипника.

Торцовые поверхности опорно-упорного подшипника покрыты баббитом. На упорных поверхностях имеется 8 радиальных канавок, служащих для подачи масла к восьми упорным колодкам (секторам). Для образования несущего масляного клина на рабочей стороне упорного подшипника выполнены скосы в направлении вращения ротора. При установке в средний корпус соосность подшипников проверяют по фальшвалу. Прилегание упорных поверхностей подшипника и ротора должно быть не менее 75 % при проверке по краске. Для определения масляного зазора между шейкой ротора и подшипником измеряют диаметр расточки подшипника в трех плоскостях. При этом подшипник должен быть собран, установлен и обжат в среднем корпусе. Болты крепления подшипника затягивают моментом 0,03- 0,035 кН -м.

На турбокомпрессорах выпуска с 1977 г. устанавливают эллиптические («лимонные») подшипники. При расточке рабочей поверхности на стыке между половинами таких подшипников устанавливают прокладку толщиной 0,2 мм. В дальнейшем прокладку снимают и центр расточки каждой половины оказывается смещенным от оси на 0,1 мм. На опорною и упорную рабочие поверхности подшипников нанесен слой приработочного покрытия на основе дисульфита молибдена. В верхней половине подшипника (см. рис. 53) имеется полукольцевая канавка 2, по которой масло подается к двум сегментным холодильникам 5, расположенным в зоне стыков.

Рис. 53. Опорный подшипник с эллиптической расточкой: 1 - верхняя половина; 2 - полукольце-вая канавка; 3 - центрирующая втулка; 4 -- нижняя половина; 5 - холодильник

Эксцентричность расточки подшипника обеспечивает при любом положении вала изменение зазора между шейкой и вкладышем вдоль окружности. Благодаря этому при вращении ротора создаются два масляных клина в верхней и нижней половинах, препятствующие смещению ротора относительно центрального положения шипа в подшипнике. Диаметральный зазор между шипом и вкладышем контролируется по замеру в вертикальной плоскости, т. е. по минимальному размеру расточки. После длительной работы приработочное покрытие может износиться, однако браковочным признаком это не служит.

Детали корпуса компрессора (см. рис. 51) образуют проточную часть воздушного потока. Воздух всасывается через два канала входного патрубка 6, соединенных с фильтрами на боковых стенках тепловоза. Далее поток направляется в центральную часть патрубка и затем всасывается рабочим колесом компрессора. Во фланец патрубка входит труба отсоса газов из картера. Срез трубы расположен в зоне и повышенного разрежения, что обеспечивает создание необходимого давления в картере дизеля. Внешний контур проточной части над рабочим колесом образован проставком 9, который соединен с диффузором 10 заклепками. Пространство между лопатками диффузора и рабочего колеса называется безлопаточным диффузором. На выходе из рабочего колеса воздушный поток имеет высокую скорость. При перемещении воздуха вдоль безлопаточного диффузора происходит некоторое снижение скорости и увеличение давления в потоке.

На диффузоре имеется решетка лопаток. Площадь сечения каналов между лопатками от диаметра входа потока до выхода увеличивается за счет кривизны лопаток и их высоты. Благодаря этому в лопаточном диффузоре снижается скорость воздушного потока и повышается статическое давление. Из диффузора воздух поступает в напорную улитку, состоящую из деталей: улитки 7 и проставка 5. Составная конструкция воздухонапорной улитки упрощает доступ к диффузору при периодическом съеме его для очистки от нагароотложений.

Все детали корпуса компрессора выполнены отливкой из алюминиевого сплава. Проставок и входной патрубок крепят к улитке болтами, а диффузор к проставку - шпильками 4. Для предотвращения перетекания воздуха из напорной полости улитки в полость за рабочим колесом между диффузором и лабиринтом установлено с натягом резиновое кольцо 21. На стыке проставка 5 и диффузора 10 устанавливается металлическая прокладка 8,

предназначенная для регулировки зазора с между колесом компрессора и ободом 18. Зазор с - 1,0-М,2 мм устанавливают подбором толщины или количества прокладок. Для исключения подтеков масла и просачивания воздуха фланцевые стыки корпуса уплотняют паронитовычи прокладками. При замене прокладок необходимо проверить и отрегулировать зазор с.

В процессе эксплуатации на лопатках и торцовых поверхностях диффузора оседают отложения, состоящие из продуктов смешения масла и пыли. При значительной толщине отложений (более 1 мм) уменьшается площадь сечения диффузора, что снижает к. п. д. компрессора и ухудшает экономичность дизеля, поэтому необходима систематическая очистка проточной части диффузора. Для съема диффузора предварительно отсоединяют воздухоприемные патрубки тепловоза, трубу отсоса газов и дренажную трубу системы уплотнений. Затем снимают входной патрубок и просгавок в сборе с диффузором.

К корпусу турбины относятся детали статора, образующие периферийный контур проточной части турбины и отделяющие газовые полости высокого и низкого давления. Обод 18 и выпускной патрубок 15 крепят к корпусу турбины болтами. Выпускной патрубок 15 отлит из стали и покрыт теплоизоляционным слоем из асбестового полотна. Асбестовые листы закрепляют проволокой и снаружи обматывают стеклотканью. Корпус 13 -двухстенная отливка из алюминиевого сплава. Для снижения температуры металла в полости б между стенками циркулирует охлаждающая вода, которая подводится по двум патрубкам от системы охлаждения дизеля. Для входа и выхода воды в корпусе имеются отверстия. В нижней части корпуса имеются лапы, которыми турбокомпрессор крепится к кронштейну дизеля.

В отверстия корпуса вставлены жаровые трубы, через которые газы из выпускных коллекторов дизеля подводятся в двухпоточную улитку 12. Газовая улитка и жаровые трубы экранируют корпус от соприкосновения с потоком горячих газов. Благодаря этому алюминиевый корпус в значительной мере разгружен от термического воздействия. Обод 18 имеет две посадочные поверхности. При сборке он центрируется относительно корпуса по наружному бурту. В работе обод нагревается и вследствие теплового расширения по наружному бурту образуется зазор. Для исключения несоосности обода и ротора на внутреннем бурте имеется вторая посадочная поверхность, по которой при нагреве выбирается установочный зазор и обеспечивается центровка обода относительно подшипников.

Корпус средний расположен между корпусами турбины и компрессора и служит для размещения в нем подшипников и деталей системы уплотнений. Все детали среднего корпуса имеют осевой разъем, что вызвано условиями их сборки с ротором. Двухстенный алюминиевый корпус 11 состоит из верхней и нижней половин, соединенных между собой шпильками и призонными бол тами. Через полость е между стенками корпусов проходит охлаждающая вода. Охлаждение стенок позволяет снизить тепловые деформации корпуса. Вода подводится через два отверстия в нижнюю половину из корпуса турбины. На стыке половин имеются отверстия, через которые вода перетекает в верхнюю часть корпуса. Вокруг переточных отверстий выполнены кольцевые канавки, где расположены уплотнительные резиновые кольца. Отводится вода по каналу.

В среднем корпусе установлены опорно-упорный 3 и опорный 19 подшипники, втулка 16, к которой радиальными штифтами 14 крепится сопловой аппарат 17, лабиринт 1 и фланец 2. Масло подводится к подшипникам по каналам ж, сливается в полость д. Канал в корпусе служит для выпуска воздуха, прошедшего через лабиринтное уплотнение колеса компрессора. В верхней половине среднего корпуса имеется канал подачи запорного воздуха из полости за колесом компрессора к уплотнению со стороны турбины.

В полости между средним корпусом и корпусом турбины размещена экранирующая газовая улитка 12, которая направляет поток газов к лопаткам соплового аппарата. Улитка 12 состоит из двух одинаковых половин и центрируется на среднем корпусе с помощью цельного переходного фланца 20. Фланец вместе с улиткой крепится к среднему корпусу болтами.

Сопловой аппарат 17 выполняется точной отливкой из жаропрочной стали и состоит из двух половин или четырех секторов. Профильные лопатки отлиты вместе с внутренним ободом. Обод прикреплен к втулке 16 штифтами 14.

Система уплотнений служит для предотвращения попадания масла в газовые и воздушные полости, а также для уменьшения утечек газа и воздуха в масляную полость подшипников, соединенную с картером двигателя. Одновременно система уплотнений обеспечивает снижение осевых усилий, действующих на уплотнительные кольца и упорный подшипник, за счет уменьшения перепадов давлений между различными полостями. Утечки воздуха из напорной полости за колесом компрессора в полость Е ограничиваются лабиринтом 1, на котором имеется восемь гребешков, образующих с выступами на тыльной стороне колеса компрессора лабиринтное уплотнение. Уменьшение расхода воздуха достигается за счет дросселирования в зазоре между лабиринтом и колесом.

Втулка 2 (см. рис. 51) совместно с пружинными кольцами 15 (см. рис. 52) на роторе образует уплотнение. Плотное прилегание пружинных колец к втулке и небольшое избыточное давление препятствуют перетечкам масла из зоны слива подшипников в полость а (см. рис. 51). Повышение давления в полости а ограничивает утечки масла через кольца и расход воздуха через лабиринт. Однако при этом могут увеличиться усилия прижатия упругих колец к канавкам в роторе, что вызовет повышенный износ канавок и колец. Для поддержания давления на допустимом уровне из полости а отсасывается воздух через канал и трубу, соединенную со всасывающей полостью корпуса компрессора.

Просачиванию выпускных газов со стороны турбины в масдля-ную полость препятствует контактное уплотнение, образованное втулкой 16 и пружинными кольцами на роторе, а также лабиринтное уплотнение, образованное гребешками на посадочном кодгьце ротора и соответствующей поверхностью втулки 16. Между лабиринтным и контактным уплотнениями имеется полость и, в которую по каналу в среднем корпусе подается воздух под давлением из полости за колесом компрессора. Некоторое избыточное давление в полости предотвращает прохождение мысла через пружинные кольца. В процессе эксплуатации в лабиринтных уплотнениях накапливаются сажистые отложения. При разборке турбокомпрессора необходимо тщательно очищать л аби-ринты и каналы подвода запорного воздуха от отложений.

Турбокомпрессоры ТК-23 и ТК-35. На дизелях ЗА-6Д49 и 2бДГ применяются турбокомпрессоры соответственно ТК-23 и ТК;-35. Конструкции турбокомпрессоров ТК-23 и ТК-35 аналогичны. Отличительной особенностью конструктивной схемы этих турбокомпрессоров является расположение опор по концам ротора, а рабочих колес компрессора и турбины - в средней Части (рис. 54).

Основные детали статора - газоприемный корпус 13, выпускной корпус 10 и корпус компрессора /. Корпуса соединены между собой круглыми фланцами, соосность их обеспечивается центровкой по посадочным буртам. Газоприемный и выпускной корпуса представляют собой двухстенные отливки из чугуна. В водяной рубашке этих корпусов циркулирует охлаждающая вода. В газоприемном корпусе имеются два отверстия для подвода газа. К фланцам выпускного корпуса прикреплен кронштейн для установки турбокомпрессора на двигателе.

В расточках корпусов компрессора и газоприемника расположены подшипники. Полости подшипников закрыты крышками. Между колесами турбины и компрессора расположен разъемный теплоизоляционный кожух 6 для изоляции колеса компрессора и вала ротора от воздействия горячих газов. Теплоизоляционный кожух состоит из кожуха ротора 18 и экрана 17, соединяемых болтами с лабиринтом 20 колеса, который крепится к выпуснному корпусу восемью винтами. Полости разъемов всех элементов кожуха смещены относительно друг друга на 90°, что обеспечивает последовательную связь всех звеньев. Ротор сварной конструкции. Диск турбины из жаропрочной стали приварен к двум Пустотелым полувалам, выполняемым из углеродистой стали. Шейки ротора, которыми он опирается на подшипники, закалены. На диске турбины выполнены осевые елочные пазы, в которых крепятся рабочие лопатки 9. Лопатки в осевом направлении фиксируются замочными пластинами.

Рис. 54. Турбокомпрессор ТК-23: 1 - корпус компрессора; 2 - рабочее колесо компрессора; 3 - вставка; 4 - диффузор; 5 - упругое кольцо; 6 - теплоизоляционный кожух; 7 - ротор; 8 - кожух соплового аппарата; 9 - рабочие лопатки турбины; 10 - выпускной корпус; 11 - проушина; 12 - сопловой аппарат; 13 - газоприемный корпус; 14 - опорный подшипник со стороны турбины; 15 - крышка подшипника; 16 - штуцер; 17 - экран; 18 - кожух ротора; 19 - кронштейн; 20 - лабиринт; 21 -- компенсатор; 22 - опорно-упориый подшипник со стороны компрессора; а - воздух; в - газы; с - масло

Колесо компрессора 2 из алюминиевого сплава напрессовано на вал и соединено с ним с помощью шлицев. Для турбокомпрессоров ТК-35 с высоким давлением наддува (рк з» 0,25 МПа) колеса выполняют из двух частей: вращающегося направляющего аппарата (ВНА) и колеса с радиальными лопатками. С тыльной стороны колеса имеются гребешки, служащие для уплотнения. На вал со стороны компрессора насажена пята с закаленной рабочей поверхностью, через которую осевые усилия, действующие на ротор, передаются на упорный подшипник. На конце вала установлена шайба, ограничивающая осевой люфт ротора. Во избежание проворота пяты и шайбы между ними и валом ротора установлены фиксирующие штифты.

Чтобы не допустить больших динамических усилий на подшипники, ротор в собранном состоянии проходит динамическую балансировку. При обнаружении прогиба или каких-либо повреждений, нарушающих уравновешенность ротора, необходимо провести динамическую балансировку до требуемой точности 3 г-см.

Рис. 55. Опорно-упорный подшипник турбокомпрессора ТК-23: 1 - корпус подшипника; 2 - набор пластин; 3 - подпятник; 4 - стопорное кольцо; 5 - пята; 6 - импеллер

Сопловой аппарат собран из отдельных секторов, полученных точным литьем из жаростойкой стали. Внутренним кольцом сопловой аппарат прикреплен к газоприемному корпусу. Снаружи сопловой венец охвачен чугунным кожухом, образующим внешний профиль проточной части. Между выпускным корпусом и улиткой компрессора установлен лопаточный диффузор. В решетке лопаток диффузора за счет снижения скорости потока растет давление воздуха. Диффузор зажат между вставкой 3 и упругим кольцом 5 и зафиксирован штифтом.

Ротор турбокомпрессора вращается в двух подшипниках скольжения, расположенных в расточках корпусов компрессора и газоприемника. Подшипник, расположенный со стороны компрессора, является опорно-упорным, т. е. имеет поверхность, воспринимающую осевые усилия. Опорный подшипник представляет собой стальной корпус 1 с фланцем для крепления, в который вставлена опорная втулка, изготовляемая из высокооловянистой бронзы. Втулка запрессована в корпус и стопорится в нем от проворота винтом. В расточке втулки имеется замкнутая канавка для раздачи масла по окружности. Во втулке опорно-упорного подшипника выполнена сквозная канавка для улучшения питания маслом упорных поверхностей.

Для повышения несущей способности применен опорно-упорный подшипник с упругой опорой (рис. 55). Плоский подпятник 3 из высокооловянистой бронзы имеет упругую опору, состоящую из набора металлических пластин 2 и слоя масла между ними, нагнетаемого при работе дизеля. Податливость опоры обеспечивает компенсацию влияния перекосов вала при работе и монтаже. При монтаже подшипника необходимо убедиться в том, что сливные каналы на фланце расположились в нижней части.

Уплотнения разделяют между собой масляные и газовые полости, соприкасающиеся с вращающимся ротором. Уплотнения со стороны компрессора препятствуют уносу масла из полости подшипника в компрессор. Оно состоит из двух упругих колец и лабиринтов, в камеру между которыми подается воздух. Лабиринтное уплотнение образовано завальцованными в вал гребешками и втулкой, установленной в корпус компрессора. Воздух для лабиринтного уплотнения отбирается из улитки компрессора и по каналам в корпусе и втулке подводится в камеру. Уплотнение со стороны турбины не допускает прорыва газов из зазора между сопловым аппаратом и рабочим колесом в полость подшипника, а также препятствует утечке масла из сливной полости подшипника в обратном направлении. Это уплотнение состоит из лабиринтов и упругих колец. Лабиринты разбиты на две группы, между которыми имеется полость, куда подводится сжатый воздух из улитки компрессора. Воздух повышает давление в этой полости, вследствие чего препятствует проходу газов. Растекание воздуха вдоль вала способствует охлаждению ротора.

Система воздухоснабжения дизель-генератора 20ДГ. Двигатель 20ЧН 26/26 имеет высокую степень форсирования на номинальном режиме (ре = 1,78 МПа при мощности Ые = 4400 кВт). Для этих условий необходимо повышение давления наддува до 0,350 МПа. При таком давлении эффективность одноступенчатого турбокомпрессора и его надежность в условиях эксплуатации резко снижаются вследствие роста частоты вращения ротора и скоростей газовых потоков. Для улучшения экономичности и надежности на дизеле 20ЧН 26/26 применена двухступенчатая система турбонаддува, схема которой представлена на рис. 56.

Основу системы составляют два последовательно работающих турбокомпрессора: низкого и высокого давления. Воздух всасывается компрессором низкого давления (КНД), сжимается там до 0,2-0,24 МПа (и нагревается до температуры 100-140 °С) и подается в промежуточный охладитель 5. После охлаждения до температуры 50-60 °С воздух поступает в компрессор 4 высокого давления (КВД), где сжимается до 0,34-0,35 МПа. Затем воздух охлаждается в охладителе 6 второй ступени и оттуда поступает в наддувочный ресивер дизеля 7. Газы, выходящие из дизеля, поступают в турбину 3 высокого давления (ТВД), которая приводит во вращение вал компрессора высокого давления, а затем в турбину 2 низкого давления (ТНД), вращающую компрессор низкого давления.

Конструктивно оба турбокомпрессора скомпонованы в одном агрегате (рис. 57). Каждый турбокомпрессор выполнен по двух-консольной схеме, что позволило максимально сблизить между собой рабочие колеса турбин высокого и низкого давления и сократить общую длину агрегата. Единая проточная часть обеих турбин исключает необходимость применения выпускного корпуса в турбине высокого давления и газовыпускного в турбине низкого давления. Это упрощает конструкцию и повышает к. п. д. турбины. Валы роторов, несущих колеса компрессоров и турбин, опираются на подшипники скольжения. Колеса компрессоров, состоящие из ВНА 3 я 14 и колеса 2 и 13, насажены на шлицевую переходную втулку 15 с натягом. Места посадки втулки на вал вынесены вдоль оси от места посадки колеса. Благодаря этому деформации втулки в местах посадки колеса не изменяют центровки относительно вала. При разборке турбокомпрессора колесо вместе с переходной втулкой предварительно снимается с ротора. Диски турбины 8 и 10 соединены с валами радиальными штифтами. Лопатки крепятся к диску с помощью елочного хвостовика.

Рис. 56. Схема двухступенчатой системы турбонаддува дизель-генератора 20 ДГ: 1 - компрессор низкого давления; 2 - турбина низкого давления; 3 ~ турбина высокого давления; 4 - компрессор высокого давления; 5 - промежуточный охлади-т ель воздуха; 6 - охладитель второй ступени; 7 ~ дизель
Рис. 57. Двухступенчатый турбоагрегат 2ТНА: 1 - сопловой аппарат ТНД; 2 - колесо КВД; 3 - ВНА КВД; 4 - корпус компрессора высокого давления; 5 - корпус турбины ВД; 6 - газовая улитка; 7 - сопловой аппарат ТВД; 8 - диск турбины ТВД; 9 - рабочие лопатки ТНД; 10 - диск турбины НД; 11 - корпус выпускной ТНД; 12 - стакан подшипников; 13- колесо КНД; 14 - В НА КНД; 15 - переходная втулка; /6 - опорный подшипник;

17 - вал ротора; 18 - упорный подшипник

На роторе низкого давления рабочие лопатки 9 объединены в пакеты, соединенные бандажной проволокой. Бандажная проволока способствует демпфированию рабочих лопаток при вибрациях и снижает уровень динамических напряжений в металле лопаток. Подшипники скольжения 16 и 18 изготовлены из бронзы ОЦС 4-4-17, рабочие поверхности их имеют приработочные покрытия. Подшипники установлены в чугунном стакане 12, где выполнены каналы подачи и слива масла.

Корпуса турбин 5 и 11 турбоагрегата выполнены двухстенными из алюминиевого сплава. Внутри между наружной и внутренней стенками циркулирует охлаждающая вода. Газ подводится к сопловому аппарату 7 турбины высокого давления через газовую улитку 6. Для уменьшения передачи тепла от газов в охлаждающую воду между газовой улиткой и корпусом имеется зазор, в котором газовая прослойка создает большое термическое сопротивление. Газовая улитка, выполняемая отливкой из жаростойкой стали, прикреплена к корпусу турбины через переходной фланец. К тому же переходному фланцу присоединен сопловой аппарат ТВД, состоящий из одиннадцати секторов. Каждый сектор, включающий три лопатки, выполнен прецессионной отливкой из жаростойкой стали.

Сопловой аппарат 1 турбины низкого давления также состоит из одиннадцати секторов, которые с помощью платиков закреплены в наружном ободе, состоящем из двух стянутых колец. По внутреннему диаметру секторы соединены с помощью диафрагмы, разделяющей полости между двумя рабочими колесами турбины. Системы уплотнений обоих турбокомпрессоров комбинированного типа. Масляные полости уплотнены контактными кольцами, а газовые и воздушные полости - лабиринтами. В несущих корпусах имеются каналы для подачи запорного воздуха и дренажа газа и воздуха из полостей с пониженным давлением. Система уплотнений турбокомпрессора низкого давления обеспечивает также уменьшение осевого усилия на ротор за счет снижения давления с тыльной стороны колеса компрессора.

Турбоагрегат прикреплен к двигателю с помощью лап, выполненных на выпускном корпусе.

⇐Назначение и особенности системы | Тепловозные дизели типа Д49 | Охладитель наддувочного воздуха⇒