3. Агрегаты воздухоснабжения
Турбокомпрессор (рис. 21) подает воздух под избыточным давлением в цилиндры дизеля для увеличения его мощности и экономичности. Основными частями турбокомпрессора являются: остов, состоящий из трех корпусных деталей (газоприемного корпуса 13, выпускного корпуса 10, корпуса компрессора /); теплоизоляционный кожух 6, ротор 7, представляющий собой жесткий вал с расположенными на нем рабочими колесами 9 и 2 соответственно турбины и компрессора; сопловой аппарат 12; диффузор 4; подшипники 14 и 23.
Принцип работы турбокомпрессора следующий. Отработавшие газы из цилиндров дизеля по выпускным коллекторам поступают в газоприемный корпус и далее в сопловой аппарат компрессора. Проходя сопловой аппарат, газы расширяются, приобретают необходимое направление и высокую скорость, направляются на лопатки рабочего колеса турбины, приводят во вращение ротор и удаляются в атмосферу. При вращении ротора воздух из атмосферы засасывается во входные каналы корпуса компрессора, проходит колесо компрессора, диффузор, улитку корпуса компрессора и под избыточным давлением подается в цилиндры дизеля.
Рис. 21 Турбокомпрессор' /— корпус компрессора, 2— колесо компрессора, 3— вставка, 4— диффузор, 5— кольцо; 6, 8— кожуха, 7— ротор, 9— колесо турбины, 10— выпускной корпус, //— проушина; 12— сопловой аппарат, 13— газоприемный корпус, 14, 23— подшипники, 15— крышка, 16— штуцер, 17— дроссель, 18— экран, 19— кожух ротора, 20— кронштейн, 21— лабиринт; 22— компенсатор, а — воздух, в — газы, с — масло
Корпусные детали, составляющие остов турбокомпрессора, соединены между собой круглыми фланцами и центрированы посадочными буртами. Газоприемный, выпускной корпуса и корпус компрессора представляют собой фасонные отливки из чугуна или алюминиевого сплава. Первые два корпуса, омываемые во время работы горячими газами, имеют водяную рубашку, в которой циркулирует вода из системы охлаждения двигателя. В центральной части газоприемного корпуса и корпуса компрессора расположены полости подшипников, которые закрыты крышками 15. К фланцам выпускного корпуса прикреплены кронштейны 20, которыми турбокомпрессор крепится к дизелю.
Теплоизоляционный кожух 6 защищает вал ротора от теплового излучения горячих газов. Вместе с кожухом 8 соплового аппарата он образует канал, двигаясь по которому, газы совершают поворот и направляются в сторону выхлопного отверстия, а также изолирует полости компрессора от горячих полостей турбины. Кожух ротора 19 выполнен из сварнолитых деталей, половинки экрана 18 соединены между собой при помощи двух болтов.
Ротор 7 турбокомпрессора имеет вал сварной конструкции, состоящий из колеса турбины и приваренных к нему полувалов. Рабочие лопатки колеса 9 турбины прикреплены к диску. Диск и лопатки колеса турбины изготовлены из специальных жаропрочных сталей. Колесо 2 компрессора изготовлено из алюминиевого сплава, соединено с валом при помощи эвольвентных шлицев и зафиксировано с торца гайкой. На диске колеса компрессора с тыльной стороны выполнены гребешки, которые с небольшим зазором сопрягаются с подобными гребешками на разъемном неподвижном диске — лабиринте 21 и таким образом создают лабиринтное уплотнение, препятствующее утечкам сжатого воздуха в газовую полость выпускного корпуса.
Во время работы двигателя ротор турбокомпрессора делает 29 тыс. об/мин. Поэтому при изготовлении ротор подвергают точной динамической балансировке. Прогиб вала или другие повреждения ротора, которые ведут к нарушению балансировки, совершенно недопустимы, так как неизбежно приводят к выходу из строя подшипников, лабиринтов и более тяжелым авариям.
Сопловой аппарат 12 представляет собой неподвижный лопаточный венец, расположенный перед рабочими лопатками турбины и прикрепленный болтами к газоприемному корпусу. Снаружи сопловой аппарат и колесо турбины обхватывает кожух 8, который удерживает наружное кольцо соплового аппарата, не препятствуя его термическому расширению и предотвращает утечку газа из турбинного колеса в радиальном направлении. Кожух 8, как и сопловой аппарат, прикреплен к газоприемному корпусу специальными болтами.
Участок проточной части компрессора между колесом и спиральной улиткой, в которой за счет снижения скорости повышается давление воздуха, называется диффузором. Диффузор 4 зажат между вставкой 3 и упругим резиновым кольцом 5 и зафиксирован от проворачивания штифтом.
Ротор турбокомпрессора вращается в двух подшипниках скольжения, один из которых (23) расположен в центральной части корпуса компрессора, другой (14) — в центральной части газоприемного корпуса. Подшипник 23 воспринимает осевые усилия, т. е. является опорно-упорным. Масло к подшипникам подводится из системы смазки двигателя по штуцерам 16.
Полости, в которых расположены подшипники, отделены от внутренних полостей турбокомпрессора уплотнениями. Со стороны компрессора уплотнение препятствует попаданию масла из полости подшипника в компрессор. Уплотнительные кольца во время вращения ротора за счет своей упругости прижимаются к втулке и остаются неподвижными или медленно проворачиваются.
Уплотнение со стороны турбины не допускает прорыва имеющих избыточное давление горячих газов из промежутка между сопловым аппаратом и колесом турбины в полость подшипника, а также предотвращает попадание масла из полости подшипника на нагретую часть вала, где оно может закоксовываться и заполнять зазоры лабиринтного уплотнения подшипника, препятствуя свободному вращению ротора. Это уплотнение состоит из двух упругих колец и двух групп лабиринтов, между которыми проходит сжатый воздух, поступающий из компрессора, по сверлениям в выпускном и газоприемном корпусах и во втулке. Давление сжатого воздуха выше давления в промежутке между сопловым аппаратом и колесом турбины, поэтому воздух отсекает горячие газы, кроме того, двигаясь вдоль вала, он способствует охлаждению ротора. Количество воздуха, поступающего в уплотнение, зависит от размера и количества отверстий в дросселе 17, через который он подается. Для увеличения подачи воздуха в уплотнение на турбокомпрессорах, выпускаемых с 1974 г., этот дроссель отменен. Чтобы уравнять давление с обеих сторон уплотнения, а также не допустить поступления газов и воздуха в полость подшипника и далее по сливному масляному трубопроводу в картер двигателя, турбокомпрессоры имеют дренаж, по которому воздух удаляется из промежутка между лабиринтами и упругими кольцами.
Уход за турбокомпрессором в эксплуатации заключается в строгом соблюдении требований, изложенных в Инструкции по его эксплуатации.
Охладитель наддувочного воздуха (рис. 22), предназначенный для охлаждения воздуха, поступающего из турбокомпрессора в цилиндры дизеля, установлен на кронштейне / турбокомпрессора и прикреплен к нему шпильками. Его основными частями являются сварной корпус 2, патрубок 6, передняя 3 и задняя 8 крышки и охлаждающая секция, состоящая из передней 4 и задней 9 трубных досок, в отверстиях которых закреплены оребренные трубки 5. Внутри трубок образуется водяная, а между ними — воздушная полости.
Наддувочный воздух поступает в охладитель по патрубку 6, проходит через межтрубное пространство и попадает в воздушный ресивер блока цилиндров. Охлаждающая вода поступает в охладитель по патрубку 12 передней крышки и выходит из патрубка //. Трубка 7 предназначена для отвода пара.
Обслуживание охладителя наддувочного воздуха в эксплуатации заключается в его периодической промывке и очистке от отложений.
Выпускной коллектор и трубы (рис. 23) для отвода выпускных газов из крышек цилиндров к турбокомпрессору имеют водяное охлаждение. Коллектор представляет собой сваренные из листовой стали двухстенные трубы, внутри которых расположены дополнительные жаровые трубы из жаропрочной стали, что позволяет значительно снизить отвод тепла от выпускных газов в воду. Между наружной и внутренней трубами образуется полость для протока воды, охлаждающей коллектор. Вода для охлаждения коллектора поступает из крышек цилиндров через каналы а во фланцах. Место перетока воды из крышки цилиндра в коллектор уплотнено резиновыми кольцами 8. Сверху во фланцах имеются резьбовые отверстия б для установки термопар. Коллектор к крышкам цилиндров прикреплен болтами 4. Стыки между крышками цилиндров и фланцами выпускного коллектора уплотнены прокладками из асбостального листа.
Рис. 22. Охладитель наддувочного воздуха: /—кронштейн; 2—корпус; 3, 8 — крышки; 4, 9—трубные доски; 5—оребренная трубка; б, 11, 12—патрубки; 7—трубка; 10—пробка
Рис. 23. Выпускной коллектор и трубы: /—трубка слива воды; 2—контрольный кран; 3—пароотводная трубка; 4—болт; 5—трубка; 6—шайба; 7—втулка; 8—резиновое кольцо; 9—патрубок; 10—компенсатора //— фланец отвода воды; а — канал перетока воды; б — отверстие для термопары
На коллекторах имеются пароотводные трубки 3, по которым пар и воздух из полостей охлаждения коллекторов отводятся в расширительный бак. Для слива воды из полостей охлаждения коллекторов и выпускной трубы служат трубки /. Кран 2 предназначен для периодического контроля газовой полости коллектора. На газовыпускиых трубах установлены съемные компенсаторы 10, которые для теплоизоляции закрываются металлическими кожухами.
Преимуществами рассмотренных коллекторов являются минимальное количество компенсаторов (2 шт. на дизель), отсутствие поверхностей с температурой выше 120 °С, что обеспечивает необходимую пожаробезопасность в случае попадания на коллектор топлива или масла.
Конструкция и обслуживание основных узлов дизеля | Маневровый тепловоз ТГМ6а |