Турбина камаз евро 1, 2, 3, 4: устройство, принцип работы

Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.
Но увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.
Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.
УСТРОЙСТВО ТУРБОКОМПРЕССОРА

схема турбокомпрессора
Устройство турбокомпрессора (рис.1):
1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.
Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).
Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.
Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.
Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.
Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер — радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.
В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.
ПРИНЦИП РАБОТЫ

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.
работа турбины
Принцип работы турбокомпрессора
Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.
При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.
Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).
После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).
Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:
использование турбины с изменяемой геометрией;
применение двух параллельных или последовательных компрессоров;
комбинированный наддув.
Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.
VNT-турбина
Турбина с изменяемой геометрией (рис.3):
1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.
Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров). Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.
Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя.
При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОНАДДУВА

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.
2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.
3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.
4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.
5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.
6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.
Как работает турбина — видео:

О НЕДОСТАТКАХ

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.
Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Источник

Турбина КАМАЗ ЕВРО 2

Турбокомпрессор камаз — все о нём

Модели турбокомпрессоров, применяемые на двигателях КАМАЗ.

В системах наддува дизельных двигателей КАМАЗ применяют одноступенчатые турбокомпрессоры, состоящие из центробежного компрессора и радиальной центробежной турбины. Так как работа двигателя и турбокомпрессора согласована, то можно устанавливать определенный тип турбокомпрессора только на тот двигатель, для которого он предназначен.

На сегодняшний день на двигателях КАМАЗ применяются следующие модели турбокомпрессоров: ТКР 7Н-1, ТКР 7С-6, ТКР 7С-9 производства ОАО “КАМАЗ-Дизель”; S2B/7624TAE/0,76D9 фирмы «BorgWarner Turbo Systems», Англия; К27-115 фирмы «CZ», Чехия.

На двигатель КАМАЗ 7403.10 устанавливаются два турбокомпрессора ТКР 7Н-1. В качестве запасных частей этот двигатель разрешено комплектовать турбокомпрессорами: ТКР-7Н1-СТ производства ООО “Сервис-Турбо”, ТКР 7Н-1К производства НПО “Турботехника”, ТКР-7ТВ-03 производства ООО “Турбо-Веста”.

На двигатели КАМАЗ 740.31-240, 740.30-260, 740.35-400, 740.37-400, 740.38-360, 740.51-320, 740.50-360, 740.60-360, 740.61-320, 740.62-280, 740.63-400, 740.65-240 устанавливаются два турбокомпрессора: ТКР 7С-6 или S2B/7624TAE/0,76D9.

На двигатели КАМАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300 устанавливаются два турбокомпрессора: ТКР 7С-9 или К27-115.

Описание системы газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха.

На всех автомобилях КАМАЗ, кроме комплектаций с двигателями моделей 7403.10, 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300, применяется система охлаждения надувочного воздуха (ОНВ).

Система газотурбинного наддува и ОНВ обеспечивает за счет использования части энергии отработавших газов подачу предварительно сжатого и охлажденного воздуха в цилиндры двигателя. Это позволяет увеличить плотность заряда воздуха, поступающего в цилиндры, и в том же рабочем объеме сжечь большее количество топлива, т.е. повысить литровую мощность двигателя.

Рисунок 1 — Схема системы газотурбинного наддува и ОНВ.

1 — теплообменник ОНВ: 2 — радиатор системы охлаждения; 3 — вентилятор; 4 — двигатель; 5,6- турбокомпрессоры

Система газотурбинного наддува и ОНВ (рисунок 1) двигателя состоит из двух взаимозаменяемых турбокомпрессоров (ТКР) 5 и 6, выпускных и впускных коллекторов и патрубков, теплообменника ОНВ 1 типа «воздух-воздух», подводящих и отводящих трубопроводов.

Воздух в центробежный компрессор турбокомпрессора поступает из воздухоочистителя, сжимается и подается под давлением в теплообменник ОНВ, и затем охлажденный воздух поступает в двигатель.

Турбокомпрессоры устанавливаются на выпускных патрубках по одному на каждый ряд цилиндров. Выпускные коллекторы и патрубки изготовлены из высокопрочного чугуна. Уплотнение газовых стыков между установочными фланцами турбины турбокомпрессоров, выпускных патрубков и коллекторов осуществляется прокладками из жаростойкой стали. Газовый стык между выпускным коллектором и головкой цилиндра уплотняется прокладкой из асбостального листа, окантованного лентой из жаростойкой стали. Прокладки являются деталями одноразового использования и при переборках системы подлежат замене.

Выпускные коллекторы крепятся к головкам цилиндров болтами. Для компенсации угловых перемещений, возникающих при нагреве, под головки болтов крепления выпускного коллектора устанавливаются специальные сферические шайбы.

Впускные коллекторы и патрубки выполняются литыми из алюминиевого сплава и соединяются между собой при помощи болтов. Стыки между коллекторами и патрубками уплотняются паронитовыми прокладками.

Система газотурбинного наддува и ОНВ двигателя должна быть герметична. Из-за негерметичности системы происходит утечка отработавших газов или воздуха, в результате чего снижается производительность турбокомпрессора, что приводит к снижению мощности двигателя. Кроме этого, при негерметичности впускного тракта, между воздушным фильтром и турбокомпрессором происходит попадание абразивного материала (песок, грязь) в корпус компрессора и двигатель, что приводит к «пылевому» износу лопаток колеса компрессора и деталей цилиндропоршневой группы и, в итоге, к преждевременному выходу двигателя из строя.

Рисунок 2 — Схема системы газотурбинного наддува (без ОНВ)

1 — турбокомпрессоры; 2 — патрубок выпускной левый; 3 — патрубок впускной левый; 4 — коллектор выпускной левый; 5 — коллектор впускной левый; 6 — патрубок объединительный; 7 — коллектор впускной правый; 8 — коллектор выпускной правый; 9 — патрубок выпускной правый; 10 — патрубок впускной правый.

Смазка подшипников турбокомпрессоров осуществляется из системы смазки двигателя через фторопластовые трубки с металлической оплеткой. Слив масла из турбокомпрессоров осуществляется по стальным трубкам сильфонной конструкции в картер двигателя.

На рисунке 2 представлена система газотурбинного наддува без ОНВ. Принцип работы такой системы тот же, что и у представленной выше, за исключением того, что сжатый воздух, подаваемый в цилиндры двигателя, не охлаждается.

Конструкция турбокомпрессоров, применяемых на двигателях КАМАЗ.

Рисунок 3 — Турбокомпрессор ТКР 7Н-1

1 — подшипник; 2 — экран; 3 — корпус компрессора; 4 — диффузор; 5 — уплотнительное кольцо; 6 — гайка; 7 — маслоотражатель; 8 — колесо компрессора; 9 — маслосбрасывающий экран; 10 — крышка; 11 — корпус подшипников; 12 — фиксатор; 13 — переходник; 14 — прокладка; 15 — экран турбины; 16 — колесо турбины с валом; 17 — корпус турбины; 18 — уплотнительное кольцо.

В конструкции турбокомпрессора ТКР 7Н-1 (рисунок 3) применяется изобарный однозаходный корпус турбины из высокопрочного чугуна 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.

Ротор и колесо компрессора динамически балансируются с высокой точностью на специальных балансировочных станках.

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 окантованная асбостальная прокладка 14.

Корпус компрессора и корпус турбины крепятся к корпусу подшипников при помощи болтов и планок. Болты крепления корпусов компрессоров М6 необходимо затягивать крутящим моментом 4,9…7,8 Н-м (0,5…0,8 кгс-м), а болты крепления корпусов турбин М8 — 23,5…29,4 Н-м (2,4…3,0 кгс-м).

В конструкции турбокомпрессора ТКР 7С-6 (ТКР7С-9) (рисунок 4) применяется двухзаходный корпус турбины 7 из высокопрочного чугуна.

Ротор турбокомпрессора состоит из колеса турбины 9 с валом 10, колеса компрессора 1, маслоотражателя 16 и втулки 15, закрепленных на валу гайкой 19.

Ротор вращается в подшипниках 5, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки. Осевые перемещения ограничиваются упорным подшипником 4, установленным между корпусом подшипников 3 и крышкой 2. Подшипники выполняются из бронзы.

Рисунок 4 — Турбокомпрессор ТКР 7С-6:

1 — корпус компрессора; 2 — крышка; 3 — корпус подшипников; 4 — подшипник упорный; 5 — подшипник; 6 — кольцо стопорное; 7 — корпус турбины; 8 — кольцо уплотнительное; 9 — колесо турбины; 10 — вал ротора; 11 — экран турбины; 12, 17 — планки; 13, 18 — болты; 14 — маслосбрасывающий экран; 15 — втулка; 16 — маслоотражатель; 19 — гайка; 20 — колесо компрессора; 22 — диффузор; 24 — переходник; 25 — прокладка, 21, 23 — кольцо уплотнительное (резиновое).

Корпус подшипников турбокомпрессора, с целью уменьшения теплопередачи от турбины к компрессору, выполнен составным из чугунного корпуса и крышки из алюминиевого сплава. Для уменьшения теплопередачи между корпусом турбины и корпусом подшипников устанавливается экран турбины 11 из жаростойкой стали. В корпусе подшипников устанавливается маслосбрасывающий экран 14, который вместе с упругими уплотнительными 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 13, 18 и планок 12, 17. Моменты затяжки болтов такие же, как у ТКР 7Н-1. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь облегчает установку ТКР на двигателе.

Турбокомпрессоры ТКР 7С-6 и ТКР 7С-9 отличаются между собой только корпусами турбин — они имеют различную пропускную способность.

Турбокомпрессоры S2B/7624TAE/0,76D9 правый и левый (обозначение левого турбокомпрессора 1274 970 0003, правого — 1274 970 0004) не имеют конструктивных отличий, отличаются только разворотом корпусов турбины и компрессора.

Турбокомпрессор S2B/7624TAE/0,76D9 фирмы «BorgWarner Turbo Systems» имеет конструкцию, аналогичную ТКР 7С-6, и по установочным и присоединительным размерам он унифицирован с ТКР 7С-6.

Корпус турбины крепится к корпусу подшипников при помощи болтов и планок, а корпус компрессора — при помощи стопорного кольца. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь обеспечивает взаимозаменяемость левого и правого турбокомпрессоров. При необходимости производить разворот корпуса компрессора только при ослаблении натяга стопорного кольца.

Турбокомпрессоры К27-115 правый и левый (обозначение правого турбокомпрессора 399 0023 115-01, левого — 399 0023 115-02) не имеют конструктивных отличий, отличаются только разворотом корпусов турбины и компрессора.

К27-115 имеет конструкцию, аналогичную ТКР 7С-9, и по установочным и присоединительным размерам он унифицирован с ТКР 7С-9.

Корпус турбины и корпус компрессора крепятся к корпусу подшипников при помощи болтов и планок. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь обеспечивает взаимозаменяемость левого и правого турбокомпрессоров.

Допустимые параметры турбокомпрессоров при эксплуатации приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование параметров

Величина параметров

ТКР 7С S2B К27-115

ТКР7Н-1

Температура газов на входе в турбину, К (°С):

— допускаемая в течение одного часа;

— допускаемая без ограничения во времени

1023 (750)

973 (700)

973(700)

923(650)

Давление масла на входе в турбокомпрессор, при температуре масла 80…95 °С, кПа (кгс/см²):

-при номинальной частоте вращения коленчатого вала

-при минимальной частоте вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, не менее

294…441 (3,0…4,5)

98(1,0)

Возможные неисправности и обслуживание системы газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха.

На двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, согласно “руководству по эксплуатации”, турбокомпрессор может безотказно работать в течение всего периода эксплуатации двигателя.

Часто турбокомпрессоры снимают с двигателей без предварительной проверки необходимости этого. Поэтому, прежде чем снять турбокомпрессор с двигателя, необходимо убедиться в отсутствии неисправностей самого двигателя. В большинстве случаев это позволяет избежать бесполезной замены турбокомпрессора.

Чаще всего встречаются следующие проявления неисправностей, связанные с турбокомпрессорами:

• двигатель не развивает полную мощность;

• черный дым из выхлопной трубы;

• синий дым из выхлопной трубы;

• повышенный расход масла;

• шумная работа турбокомпрессора.

Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы.

Эти признаки являются следствием недостаточного поступления воздуха в двигатель, причиной чего может быть засорение канала подвода воздуха, либо утечки воздуха из впускных трубопроводов, соединений турбокомпрессора и теплообменника ОНВ или отработавших газов из выпускного коллектора.

Имея некоторый опыт, можно довольно быстро определить утечку воздуха между выходом ТКР и двигателем по свисту, который возникает при этом. После этого проверьте, не засорен ли воздушный фильтр и канал подвода воздуха к ТКР.

Если неисправность осталась, то необходимо проверить уплотнения ТКР, выпускной коллектор и выпускные трубопроводы, чтобы убедиться, что там нет засорения и посторонних предметов. Проверить отсутствие трещин, затяжку болтов выпускного коллектора, отсутствие повреждений соединений и прокладок системы выпуска.

Проверьте легкость вращения ротора ТКР. Обычно ротор имеет небольшой осевой и радиальный люфты, но если при вращении рукой ротор задевает колесом турбины или компрессора о корпус, то налицо явный износ подшипников ТКР.

Если после проверки всех элементов, неисправности не обнаружены, значит, падение мощности возникло не из-за турбокомпрессора. Тогда необходимо искать неисправность в самом двигателе.

Синий дым из выхлопной трубы, повышенный расход масла.

Появление синего дыма является следствием сгорания масла, причиной которого может быть либо его утечка из ТКР, либо неисправности в двигателе.

Прежде всего, в этом случае необходимо проверить воздушный фильтр, так как любое препятствие на пути воздуха к турбокомпрессору может стать причиной утечки масла со стороны компрессора. В этом случае за колесом компрессора образуется разрежение, что вызывает засасывание масла из корпуса подшипников в компрессор.

Следующим этапом проверки является проверка свободного вращения ротора и отсутствие задевания колесами турбины и компрессора о корпусы — в случае задевания снимите и замените ТКР.

Иногда утечка масла происходит через турбину турбокомпрессора, притом, что она находится в исправном состоянии. Практика показывает, что это может происходить при засорении сливного маслопровода или повышенном давлении в масляном картере двигателя.

Шумная работа турбокомпрессора.

При постороннем шуме в ТКР необходимо проверить все трубопроводы, находящиеся под давлением: вход и выход турбокомпрессора, соединения с теплообменником ОНВ, системы газопровода и выпуска. При необходимости произвести подтяжку болтов, гаек крепления и хомутов, замену уплотнительных прокладок.

Также необходимо проверить легкость вращения ротора и отсутствие задевания колесами турбины и компрессора о корпусы и повреждения их посторонними предметами.

Если обнаружено задевание или повреждение колес, необходимо снять и заменить турбокомпрессор.

Всех вышеперечисленных неисправностей можно избежать при правильном и регулярном обслуживании двигателя.

Одной из основных причин неисправностей является утечки воздуха и отработавших газов. Поэтому во время эксплуатации необходимо постоянно проверять герметичность системы: рукава, фланцевые соединения, прокладки. Периодически проверять надежность крепления деталей и узлов системы, а при необходимости, проводить подтяжку болтов, гаек крепления и хомутов.

При ТО-2 рекомендуется проводить контроль герметичности системы газотурбинного наддува и охлаждения надувочного воздуха двигателя с помощью приспособления И 801.49.000 дымом со сжатым воздухом. Во избежание срыва и раздутия шлангов, давление подаваемого во впускной тракт воздуха не должно превышать 20 кПа (0,2 кгс/см²). Места неплотностей определять по выходящему дыму. Если дым не выходит в течение 3 минут, то воздушный тракт герметичен.

Повреждения непосредственно турбокомпрессоров происходят, в основном, по трем главным причинам:

— недостаток масла;

— загрязненное масло;

— попадание посторонних предметов.

В первую очередь от недостатка и загрязнённости масла выходят из строя подшипники турбокомпрессора. После выхода из строя подшипников могут последовать и другие повреждения, такие как задевание колёсами турбины и компрессора о корпусы, износ уплотнительных колец. В худшем случае происходит разрушение вала ротора. 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.

Также следует обратить внимание на правильность вождения, особенности работы двигателя с турбокомпрессором (запуск и останов двигателя). Если заглушить двигатель, работающий на высоких оборотах, ротор турбокомпрессора продолжает вращаться без смазки, потому что давление моторного масла почти равно нулю. При этом повреждаются подшипники и уплотнительные кольца турбокомпрессора. Поэтому перед остановкой двигателя после его работы под нагрузкой, необходимо установить режим холостого хода длительностью не менее 3 минут. Кроме того, очень важно дать двигателю поработать на холостых оборотах 2…5 минут, прежде чем давать ему полную нагрузку (по тем же причинам, что и при остановке).

Попадающие из двигателя обломки деталей, например, части клапанов или поршневых колец, вызывают серьёзные повреждения ротора турбины.

Повреждения колеса компрессора могут быть вызваны множеством причин. Например, если во впускной канал компрессора попадает твёрдый предмет, края лопаток колеса компрессора сбиваются, а если мягкий (кусок ткани или резины) — гнутся.

При негерметичности трассы подвода воздуха между воздушным фильтром и турбокомпрессором абразивные материалы, такие как песок или грязь попадают на лопатки компрессора и быстро сошлифовывают их.

Следствием износа будет разбалансировка ротора и после этого дальнейшие повреждения неизбежны, так как даже лёгкий дисбаланс при высоких скоростях вращения приводит к очень сильным повреждениям подшипников и других деталей турбокомпрессора.

При ТО-2 необходимо проверить легкость вращения роторов турбокомпрессоров. Для этого надо снять приемную трубу системы выпуска отработавших газов. 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.

При техническом обслуживании турбокомпрессоры один раз в два года рекомендуется снять с двигателя для очистки центробежного компрессора, общей диагностики и технического обслуживания агрегата.

Турбокомпрессор рекомендуется снимать вместе с выпускным коллектором, предварительно отсоединив маслопровод с переходника ТКР (рис.4, поз.24), а затем отсоединить его от коллектора.

Очистку центробежного компрессора необходимо выполнить в следующей последовательности:

— на торцовые поверхности корпуса компрессора и крышки нанести совмещенные риски. Отвернуть болты крепления корпуса компрессора. Легкими ударами молотка по бобышкам снять корпус компрессора. Осмотреть резиновое уплотнительное кольцо в пазе крышки. При обнаружении дефектов (надрезы, потеря упругости) уплотнительное кольцо заменить на новое;

— осмотреть лопатки колеса компрессора. При обнаружении следов контакта с корпусом компрессора, деформации лопаток или их разрушения турбокомпрессор подлежит ремонту на специализированном предприятии или замене;

— промыть внутреннюю полость корпуса компрессора, поверхность крышки ветошью смоченной в дизельном топливе. При чистке колеса компрессора межлопаточные поверхности рекомендуется прочистить волосяной щеткой с использованием дизельного топлива;

— проверить легкость вращения ротора, заедание ротора не допускается;

— перед сборкой необходимо смазать уплотнительное кольцо моторным маслом, совместить риски, установить корпус компрессора на диск крышки, затянуть болты динамометрическим ключом.

Еще раз проверить легкость вращения ротора. В крайних осевых и радиальных положениях колеса ротора не должны контактировать с корпусными деталями.

Ввиду того, что ротор турбокомпрессора балансируется с высокой точностью, полная разборка, ремонт и обслуживание агрегатов наддува должны осуществляться на специализированных предприятиях, имеющих необходимое оборудование, инструменты, приспособления, приборы и обученный персонал.

При сезонном техническом обслуживании необходимо слить накопившийся в теплообменнике ОНВ конденсат. Перевернуть теплообменник ОНВ в вертикальной плоскости патрубками вниз и дать стечь остаткам возможного конденсата и масла.

Продуть по фронту матрицы каждый ряд теплообменных пластин между трубками с каждой стороны струей сжатого воздуха, не допуская их деформации.

В случае сильного загрязнения теплообменных пластин матрицу теплообменника ОНВ промыть под струей горячей воды с использованием волосяной щетки или способом окунания в ванне с горячей водой.

После мойки матрицу по фронту продуть сжатым воздухом, не допуская деформации поверхностей теплообменных пластин. Сушка осуществляется струей горячего воздуха.

Основные виды дефектов, встречающиеся в рекламационных актах на турбокомпрессоры производства ОАО “КАМАЗ-Дизель”.

• Очень часто водители и специалисты автоцентров в рекламационных актах ссылаются на «посторонний шум, свист, вой» турбокомпрессоров. Посторонний шум в турбокомпрессоре может быть вызван попаданием на лопатки колес компрессора или турбины посторонних предметов, задеванием лопатками компрессора о корпус компрессора и лопатками турбины о корпус турбины, негерметичностью трасс подвода-отвода воздуха (газа) во фланцевых и гибких соединениях, сильным загрязнением воздушного фильтра, деформациями в трассах подвода-отвода воздуха (газа).

Если конструктивные размеры и контрольные параметры турбокомпрессора находятся в пределах требований конструкторской документации (КД), при отсутствии задевания лопатками компрессора о корпус компрессора и лопатками турбины о корпус турбины, то рекламации (с дефектами «посторонний шум, свист, вой») будут отклоняться.

• Часто в обращениях водителей и дилеров автоцентров встречаются жалобы на большой осевой и диаметральный (радиальный) люфты (перемещения) роторов турбокомпрессоров.

Они обусловлены конструктивным исполнением сопрягаемых деталей ротора и подшипникового узла, имеют гарантированные значения для обеспечения работоспособности и ресурса агрегата наддува в эксплуатации.

Их значения для применяемых на двигателях семейства «КАМАЗ» турбокомпрессоров в состоянии поставки (новый) и допустимые предельные значения в эксплуатации (при отсутствии задевания колеса компрессора о корпус компрессора и колеса турбины о корпус турбины) представлены в таблице 2.

Работоспособность и ресурс подшипникового узла турбокомпрессоров зависит от качества, чистоты, своевременной смены рекомендуемых марок масел, температуры и давления в системе смазки двигателя, герметичности трасс подвода и слива масла, от состояния фильтрующих элементов.

Ремонт и восстановление, вышедших из строя в гарантийный период турбокомпрессоров собственного производства, проводится на заводе-изготовителе ОАО «КамАЗ-Дизель», г. Набережные Челны.

Таблица 2.

Модель турбокомпрессора	Осевое перемещение ротора, мм		Диаметральное перемещение ротора, мм
Модель турбокомпрессора	По КД (новый)	В эксплуатации	По КД (новый)	В эксплуатации
ТКР 7Н	0,10…0,25	до 0,40	0,40…0,80	до 0,90
ТКР 7С	0,06…0,15	до 0,35	0,47..,0,63	до 0,90
К27	0,08…0,15	до 0,35	0,40…0,60	до 0,90
S2B	0,05… 0,09	до 0,35	0,46…0,58	до 0,90

• Одним из распространенных замечаний в актах рекламаций является течь (просачивание) масла в компрессорную или турбинную ступени агрегата наддува

При соответствии деталей ротора и узла уплотнения масляной полости корпуса подшипников требованиям КД и соблюдении правил эксплуатации просачивание масла, как правило, не наблюдается.

Основными причинами просачивания масла могут быть (по степени убывания):

— износ ЦПГ двигателя;

— неисправность системы вентиляции картера двигателя;

— загрязнение воздушного фильтра;

— деформация или загрязнение трасс подвода-отвода воздуха, газа, масла;

— сильное загрязнение колес и корпусов компрессора или турбины;

— заедание или заклинивание (обрыв) ротора;

— поломка или износ колец уплотнения;

— при установке или замене турбокомпрессора не снята транспортная заглушка с отверстия слива масла из корпуса подшипников.

Эти и другие возможные причины, как их определить и устранить представлены в таблице 3.

Таблица 3 — Определение неисправностей в системе газотурбинного наддува двигателя.

Уменьшение мощности двигателя	Черный дым	Голубой дым	Высокий расход масла	Высокочастотный шум турбокомпрессора	Циклический шум турбокомпрессора	Утечка масла из компрессора	Утечка масла из турбины	Определение неисправностей в системе газотурбинного наддува двигателя
Уменьшение мощности двигателя	Черный дым	Голубой дым	Высокий расход масла	Высокочастотный шум турбокомпрессора	Циклический шум турбокомпрессора	Утечка масла из компрессора	Утечка масла из турбины	Причина	Устранение неисправности
х	х	—	х	—	х	х	х	Грязный воздушный фильтр	Очистите или замените воздушный фильтр
х	х	—	х	—	х	х	х	Засорение или повреждение трассы подвода воздуха к компрессору	Очистите или замените дефектные детали
х	х	—	—	—	—	—	—	Засорение или повреждение трассы отвода воздуха от компрессора	Очистите или замените дефектные детали
х	—	—	х	—	—	—	—	Утечка на трассе подвода воздуха в компрессор ТКР	Затяните болты хомутов, при необходимости замените рукава
х	х	—	—	х	—	—	—	Утечка на трассе отвода воздуха от компрессора ТКР во впускную систему	Затяните болты хомутов, при необходимости замените рукава и прокладки
х	х	—	—	—	—	—	х	Засорение или повреждение в выпускной системе	Очистите или замените дефектные детали
х	х	—	—	х	—	—	х	Утечки газа в выпускной системе до турбины ТКР	Затяните гайки, при необходимости замените дефектные прокладки и детали
—	—	—	—	х	—	—	х	Утечки газа в выпускной системе после турбины ТКР	Затяните гайки, при необходимости замените дефектные прокладки и детали
—	—	—	х	—	—	—	—	Утечки масла на трассе подвода и слива масла из ТКР	Подтяните болты или гайки, замените дефектные детали
—	—	х	х	—	—	х	х	Закоксовывание ротора турбины, узла уплотнения ТКР	Передайте в специализированное предприятие для диагностики, замены или ремонта
х	х	х	х	х	х	х	х	Сильное загрязнение компрессорной и турбинной ступеней	Осторожно удалите загрязнение
х	х	х	х	х	х	х	х	Другие неисправности турбокомпрессора (заедание или заклинивание ротора, течь масла из выпускного патрубка компрессора и т.д.)	Передайте в специализированное предприятие для диагностики, замены или ремонта
—	—	х	х	—	—	х	х	Плохая вентиляция картера	Устраните сопротивление, при необходимости замените дефектные детали
х	х	—	—	—	—	—	х	Неисправности в топливной аппаратуре	Отрегулируйте или замените неисправные узлы аппаратуры
х	х	—	—	—	—	—	х	Неправильная работа клапанов головок цилиндров	Отрегулируйте работу клапанов головок цилиндров
х	х	х	х	—	—	х	х	Износ гильзы цилиндров и/или поршневых колец	Отремонтируйте согласно руководству к двигателю
х	х	х	х	—	—	х	х	Прогоревшие клапана и/или поршни	Отремонтируйте согласно руководству к двигателю

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 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.

Инструкции по безопасности:

— турбокомпрессор необходимо устанавливать только на том двигателе, для которого он предназначен;

— неправильная эксплуатация или несанкционированные модификации турбокомпрессора, а также изменения в системе топливоподачи двигателя, в зажигании, в системе впуска и выпуска могут вызвать разрушение турбокомпрессора и двигателя;

— не прикасаться к турбокомпрессору во время работы или сразу после ее окончания. Горячие поверхности и вращающиеся детали способны серьезно поранить;

— при установке соблюдайте рекомендации изготовителя двигателя по монтажу.

Инструкции по монтажу:

— при установке нового или отремонтированного турбокомпрессора смените моторное масло, масляный фильтр и воздушный фильтр, если только они не были заменены совсем недавно. Пользуйтесь фильтрами, соответствующими техническим требованиям изготовителя двигателя;

— необходимо проследить за тем, чтобы были сняты с турбокомпрессора все заглушки;

— все трубопроводы, соединенные с турбокомпрессором, должны быть чистыми. Любые оставленные предметы, попавшие в турбокомпрессор во время работы, вызовут немедленную поломку;

— пользоваться новыми, проверенными прокладками. Не использовать герметизирующие или склеивающие жидкости и пасты;

— моменты затяжки всех крепежных элементов с резьбой должны соответствовать приводимым в документации изготовителя значениям;

— после запуска двигателя проверить, нет ли утечек в соединениях турбокомпрессора. Необходимо дать проработать двигателю на режиме холостого хода 2..3 минуты, прежде чем его нагружать.

Внимание!

Любые рекламации, если правила эксплуатации и технического обслуживания, изложенные в данной инструкции, не соблюдены, будут отклоняться.

Источник

Принцип работы турбокомпрессора (турбины)

Турбокомпрессор КамАз: описание, характеристики, фото и отзывы

Система газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха за счет использования части энергии отработавших газов обеспечивает подачу предварительно сжатого и охлажденного 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.

Система газотурбинного наддува двигателя (рис. 2-27) состоит из двух взаимозаменяемых турбокомпрессоров (ТКР), выпускных и впускных коллекторов и патрубков, охладителя наддувочного воздуха (ОНВ) типа «воздух-воздух», подводящих и отводящих трубопроводов.

Рис. 2-27. Схема системы газотурбинною наддува и охлаждения наддувочного воздуха (ОНВ): 1 — теплообменник ОНВ; 2 — радиатор системы охлаждения; 3 — вентилятор; 4 — двигатель; 5 — ТКР; А — воздух; В — воздух после воздухоочистителя; С — отработавшие газы.

Рис. 2-27-1. Схема система газотурбинного наддува (без ОНВ): 1 — турбокомпрессор; 2 — выпускной коллектор; 3 — выпускной патрубок; 4 — впускной коллектор; 5 — впускной патрубок; 6 — патрубок объединительный. А — очищенный воздух; В — отработавшие газы.

Воздух в центробежный компрессор турбокомпрессора поступает из воздухоочистителя, сжимается и подается под давлением в ОНВ, и затем охлажденный воздух поступает в двигатель.

Турбокомпрессоры устанавливаются на выпускных патрубках по одному на каждый ряд цилиндров. Выпускные коллекторы и патрубки изготовлены из высокопрочного чугуна. Уплотнение газовых стыков между установочными фланцами турбины турбокомпрессоров, выпускных патрубков и коллекторов осуществляется прокладками из жаростойкой стали. Газовый стык между выпускным коллектором и головкой цилиндра уплотняется прокладкой из асбостального листа, окантованного металлической плакированной лентой. Прокладки являются деталями одноразового использования и при переборках системы подлежат замене.

Выпускные коллекторы выполняются цельнолитыми и крепятся к головкам цилиндров болтами и контрятся замковыми шайбами. Для компенсации угловых перемещений, возникающих при нагреве, под головки болтов крепления выпускного коллектора устанавливаются специальные сферические шайбы.

Система турбонаддува и охлаждения наддувочного воздуха двигателя должна быть герметична. Негерметичность системы приводит к увеличению теплонапряженности деталей, снижению мощности и ресурса двигателя.

Кроме того, негерметичность впускного тракта приводит к «пылевому» износу лопаток колеса компрессора, 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.

На двигатели КАМАЗ 740.50-360, КАМАЗ 740.30-260, КАМАЗ 740.31-240 устанавливаются два турбокомпрессора ТКР 7С-6. Вместо турбокомпрессоров ТКР 7С-6 могут устанавливаться турбокомпрессоры S2B/7624TAE/0,76D9 фирмы «BorgWarner Turbo Systems», Германия.

На двигатель КАМАЗ 740.11-240 устанавливаются два турбокомпрессора ТКР 7С-9. Вместо турбокомпрессоров ТКР 7С-9 могут устанавливаться турбокомпрессоры К27-115 фирмы «CZ», Чехия.

Технические характеристики турбокомпрессоров приведены в таблице 2-2.

Таблица 2-2.

Наименование параметров

Величина параметров

Температура газов на входе в турбину, К (°С):

— допускаемая в течении 1 час;

— допускаемая без ограничения во времени

1023 (750)

973(700)

Давление масла на входе в турбокомпрессор, при температуре масла 80…95 °С, кПа (кгс/см²):

-при частоте вращения коленчатого вала 2200 мин-¹

-при частоте вращения коленчатого вала 600 мин^-1, не менее

294…441 (3,0…4,5)

98(1,0)

Турбокомпрессор ТКР 7С-6 (ТКР 7С-9) (рис. 2-28) состоит из центростремительной турбины и центробежного компрессора, соединенных между собой подшипниковым узлом. Турбина с двухзаходным корпусом 7 из высокопрочного чугуна преобразовывает энергию выхлопных газов в кинетическую энергию вращения ротора турбокомпрессора, которая затем в компрессорной ступени превращается в работу сжатия воздуха.

Ротор турбокомпрессора состоит из колеса турбины 9 с валом 10.

Колесо турбины отливается из жаропрочного сплава по выплавляемым моделям и сваривается с валом 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. 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… 1,0 кгс-м). После сборки ротор с колесом компрессора дополнительно не балансируется, лишь проверяется радиальное биение цапф вала. При значении радиального биения не более 0,03 мм на детали ротора с колесом компрессора наносятся метки в одной плоскости, и ротор с колесом компрессора допускается на сборку турбокомпрессора.

При установке ротора с колесом компрессора в 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, установленным между корпусом подшипников 3 и крышкой 2. Подшипники изготавливаются из бронзы.

Корпус подшипников турбокомпрессора, с целью уменьшения теплопередачи от турбины к компрессору, выполнен составным — из чугунного корпуса и крышки из алюминиевого сплава. Для устранения утечек масла в соединении «крышка — корпус подшипников» устанавливается резиновое уплотнительное кольцо 23.

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 уплотнительными кольцами 8 предотвращает утечку масла из полости корпуса.

Рис. 2-28. Турбокомпрессор ТКР 7С-6 (ТКР 7С-9): 1 — корпус компрессора; 2 — крышка; 3 — корпус подшипников; 4 — подшипник упорный; 5 — подшипник; 6 — кольцо стопорное; 7 — корпус турбины; 8 — кольцо уплотнительное; 9 — колесо турбины; 10 — вал ротора; 11 — экран турбины; 12 — планка; 13 — болт; 14 — маслоотбрасывающий экран; 15 — втулка; 16 — маслоотражатель; 17 — планка; 18 — болт; 19 — гайка; 20 — колесо компрессора; 21, 23 — кольцо уплотнительное (резиновое); 22 — диффузор; 24 — переходник; 25 — прокладка

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 13, 18 и планок 12, 17. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь облегчает установку ТКР на двигателе.

Турбокомпрессоры S2B/7624TAE/0,76D9 правый и левый (обозначение левого турбокомпрессора 314448, правого — 314450) не имеют конструктивных отличий, отличаются только разворотом корпусов турбины и компрессора.

Турбокомпрессор фирмы «BorgWarner Turbo Systems» указанной модели состоит из центростремительной турбинной и центробежной компрессорной ступеней, соединенных между собой подшипниковым узлом. Турбина с двухзаходным корпусом. Конструкция турбокомпрессора аналогична ТКР 7С-6.

Турбокомпрессор фирмы «CZ» указанной модели состоит из центростремительной турбинной и центробежной компрессорной ступеней, соединенных между собой подшипниковым узлом. Турбина с двухзаходным корпусом. Конструкция турбокомпрессора аналогична ТКР 7С-9.

Возможные неисправности и обслуживание системы газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха.

Чаще всего встречаются следующие проявления неисправностей, связанные с турбокомпрессорами;

• двигатель не развивает полную мощность;

• черный дым из выхлопной трубы;

• синий дым из выхлопной трубы;

• повышенный расход масла;

• шумная работа турбокомпрессора.

Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы.

Оба признака являются следствием недостаточного поступления воздуха в двигатель, причиной чего может быть засорение канала подвода воздуха, либо утечка отработавших газов из выпускного коллектора.

Синий дым из выхлопной трубы, повышенный расход масла.

Шумная работа турбокомпрессора.

При постороннем шуме в ТКР необходимо проверить все трубопроводы, находящиеся под давлением: вход и выход турбокомпрессора, соединения с ТОНВ, системы газопровода и выпуска. При необходимости произвести подтяжку болтов, гаек крепления и хомутов, замену уплотнительных прокладок.

Если обнаружено задевание или повреждение колес, необходимо снять и заменить турбокомпрессор.

Всех вышеперечисленных неисправностей можно избежать при правильном и регулярном обслуживании двигателя.

Одной из основных причин неисправностей является утечки воздуха и отработавших газов. Поэтому во время эксплуатации необходимо постоянно проверять герметичность системы: рукава, фланцевые соединения, прокладки. Периодически проверяется надежность крепления деталей и узлов системы, а при необходимости, проводить подтяжку болтов, гаек крепления и хомутов.

Повреждения непосредственно турбокомпрессоров происходят, в основном, по трем главным причинам:

— недостаток масла;

— загрязненное масло;

— попадание посторонних предметов.

Источник