Турбокомпрессоры дизелей КАМАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300
Система газотурбинного наддува, за счет использования части энергии отработавших газов, обеспечивает подачу предварительно сжатого воздуха в цилиндры двигателя
Наддув позволяет увеличить плотность воздуха, поступающего в цилиндры, в том же рабочем объеме сжечь большее количество топлива и, как следствие, повысить литровую мощность двигателя.
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, 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 впускные коллекторы соединяются объединительным патрубком.
Система турбонаддува двигателя должна быть герметична.
При нарушении герметичности выпускного тракта снижается частота вращения ротора турбокомпрессора, а следовательно уменьшается количества воздуха, нагнетаемого в цилиндры, что приводит к увеличению теплонапряженности деталей, снижению мощности и ресурса двигателя.
Негерметичность впускного тракта приводит также к вышеперечисленным недостаткам и "пылевому" износу цилиндропоршневой группы, следовательно, 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 коллектора между собой соединяются теплостойким резиновым рукавом, который стягивается хомутами.
На двигателях устанавливается турбокомпрессор ТКР7Н-1, ТКР7С-9 (рис. Турбокомпрессор ТКР 7С, Турбокомпрессор ТКР 7Н) или его зарубежный аналог S2B/7624TAE/1.00 D9 фирмы «Schwitzer».
Турбокомпрессоры ТКР7С-9 иТКР7Н-1 являются модификациями базовых моделей турбокомпрессоров ТКР7С и ТКР7Н соответственно.
В тексте и рисунках приведены описания и изображения базовых моделей, которые являются общими для всех модификаций ТКР.
Турбокомпрессор ТКР7С-9 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 ТКР7С 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 ТВЧ на глубину 1-1,5 мм до твердости 52-57 HRC3.
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 Нм (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 маслосбрасывающий 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.
Корпусы турбины и компрессора крепятся к корпусу подшипников с помощью болтов 12, 17 и планок 13, 18. Такая конструкция позволяет устанавливать их под любым углом друг к другу, что в свою очередь облегчает установку ТКР на двигатель.
Турбокомпрессор ТКР7Н
В отличие от турбокомпрессора ТКР7С, в конструкции турбокомпрессора ТКР7Н применяется изобарный однозаходный корпус турбины и в качестве подшипника бронзовая моновтулка качающегося 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, удерживающемся от осевого и радиального перемещений фиксатором 12, который с переходником 13 является одновременно и маслоподводящим 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 или чугунный экран 15 и окантованная асбостальная прокладка 14.
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.
На двигатель 740.11-240 устанавливается турбокомпрессор ТКР 7Н-1 или ТКР 7С-9
На двигатели 740.13-260 и 740.14-300 устанавливается турбокомпрессор S2B/7624TAE/1.00 D9
Технические характеристики турбокомпрессора ТКР7С-9
Диапазон подачи воздуха через компрессор, кг/сек: 0,05-0,2
Давление наддува (избыточное) при номинальной мощности двигателя, кПа (кгс/см2), не менее: 80 (0,8)
Частота вращения ротора при номинальной мощности двигателя, об/мин: 90000-100000
Температура газов на входе в турбину, К (°С)
- - допускаемая в течение 1 час: 1023 (750)
- - допускаемая без ограничения во времени: 973 (700)
Давление (избыточное) смазочного масла на входе в турбокомпрессор, при температуре масла 80-95 °С, кПа (кгс/см2)
- - при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя: 294-442 (3,0-4,5)
- - при минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, не менее: 98 (1,0)
Технические характеристики турбокомпрессора ТКР7Н-1
Диапазон подачи воздуха через компрессор, кг/сек: 0,05-0,18
Давление наддува (избыточное) при номинальной мощности двигателя, кПа (кгс/см2), не менее: 60 (0,6)
Частота вращения ротора при номинальной мощности двигателя, об/мин: 80000-90000
Температура газов на входе в турбину, К (°С)
- - допускаемая в течение 1 час: 973 (700)
- - допускаемая без ограничения во времени: 923 (650)
Давление (избыточное) смазочного масла на входе в турбокомпрессор, при температуре масла 80-95 °С, кПа (кгс/см2)
- - при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя: 294-442 (3,0-4,5)
- - при минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, не менее: 98 (1,0)
Технические характеристики турбокомпрессора S2B/7624T АЕ/1.00 D9
Диапазон подачи воздуха через компрессор, кг/сек: 0,05-0,22
Давление наддува (избыточное) при номинальной мощности двигателя, кПа (кгс/см2), не менее: 110(1,1)
Частота вращения ротора при номинальной мощности двигателя, об/мин: 90000-100000
Температура газов на входе в турбину, К (°С)
- - допускаемая в течение 1 час: 1023 (750)
- - допускаемая без ограничения во времени: 973 (700)
Давление (избыточное) смазочного масла на входе в турбокомпрессор, при температуре масла 80-95 °С, кПа (кгс/см2)
- - при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя: 294-442 (3,0-4,5)
- - при минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, не менее: 98 (1,0)
Рекомендуемые режимы работы двигателя с турбонаддувом
Во избежание подсоса масла из турбокомпрессоров и попадания его в цилиндры двигателя, на проточные части компрессора и турбины, не рекомендуется длительная, более 10 минут, работа двигателя на режиме холостого хода с частотой вращения коленчатого вала менее 700 мин-1.
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 мин-1.
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.
Потеря мощности, дымление, высокий расход топлива, перегрев двигателя, высокая температура выхлопных газов, утечки масла из турбокомпрессора - это симптомы неполадок в работе систем, связанных с турбонаддувом.
Однако, всё это часто несправедливо относят к неисправности турбокомпрессора, так как дефекты других деталей двигателя приводят к аналогичным симптомам.
Так как турбокомпрессор самонастраивающийся агрегат двигателя, только механические неисправности или загромождение воздушных и газовых каналов из-за грязи и посторонних предметов ухудшают его работу.
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.
Ремонт турбокомпрессора
При нарушении герметичности в соединении между установочным фланцем турбины и выпускным патрубком коллектора замените стальную прокладку.
При появлении посторонних шумов, а также при повышенном дымлении и снижении мощности двигателя, связанных с техническим состоянием турбокомпрессора, отсоедините от турбокомпрессора приемную трубу глушителя и проверьте легкость вращения ротора.
При тугом вращении, заклинивании или задевании ротора о корпусные детали снимите турбокомпрессор.
Снимайте турбокомпрессор в такой последовательности:
- - снимите воздухоочиститель (при снятии левого ТКР), соединительные патрубки, тройник;
- - отсоедините трубку подвода масла к ТКР;
- - ослабьте хомуты крепления соединительных патрубков корпуса компрессора;
- - расконтрите и выверните болты выпускного коллектора, сместите выпускной коллектор назад, разъедините магистраль слива масла, снимите выпускной коллектор с ТКР в сборе.
Примечание. Для удобства последующего монтажа перед разборкой ТКР на корпусах турбины и компрессора нанести метки спаренности с корпусом подшипников;
- - выверните шесть болтов крепления турбины и снимите корпус компрессора вместе с корпусом подшипников;
- - выверните восемь болтов крепления корпуса компрессора и снимите его;
- - промойте корпус компрессора и экран в дизельном топливе, удалите отложения;
- - промойте корпус подшипника со стороны компрессора и удалите с поверхностей лопаток и корпуса отложения.
Внимание! Во избежание повреждения поверхностей лопаток и нарушения балансировки ротора не допускается использовать для удаления отложений металлические предметы и исправлять погнутые лопатки;
- проверьте целостность лопаток колес и отсутствие на них погнутостей. При наличии поврежденных лопаток замените турбокомпрессор.
Внимание! Ввиду того, что ротор турбокомпрессора при сборке балансируется с высокой точностью, разборка ротора ТКР не допускается.
Полная разборка турбокомпрессора осуществляется на специализированных предприятиях, имеющих необходимое оборудование и приборы;
- - соберите турбокомпрессор в обратной последовательности. Установку корпусов компрессора и турбины относительно корпуса подшипников проводите по меткам;
- - затяните болты крепления корпуса компрессора с крутящим моментом 4,9-7,8 Н.м (0,5-0,8 кгс.м), болты крепления корпуса турбины с крутящим моментом 23,5-29,4 Н.м (2,4-3,0 кгс.м);
- - проверьте легкость вращения ротора и отсутствие задевания его о корпусные детали при крайних его осевых и радиальных положениях;
- - установите выпускной коллектор, затяните болты крепления с крутящим моментом 43,1-54,9 Н.м (4,4-5,6 кгс-м), законтрите болты.
Возможные неисправности турбонаддува и способы устранения
Неисправность
- причина неисправности
Устранение неисправности
Уменьшение мощности двигателя, черный дым
- грязный воздушный фильтр
Очистите или замените воздушный фильтр
- загромождение подвода воздуха к компрессору ТКР
Удалите загромождение или замените дефектные детали
- утечка на трассе подвода воздуха в компрессор ТКР
Затяните болты хомутов, при необходимости замените рукава
- утечка на трассе отвода воздуха от компрессора ТКР во впускную систему
Затяните болты хомутов, при необходимости замените рукава и прокладки
Голубой дым
- закоксовывание ротора турбины, узла уплотнения ТКР
Ремонт в специализированной мастерской или замена ТКР
- плохая вентиляция картера
Устраните сопротивление, при необходимости замените неисправные детали