Рис. 6.1 1. Характеристика компрессора турбокомпрессора ТЕ-06

Перемещение втулок подшипников ограничивается стопорными кольцами. Масло к рабочим поверхностям подводится по сверлениям в корпусе подшипников и отверстиям в теле втулок. Диаметр шеек вала ра­вен примерно 15,5 мм, следовательно, при степенях повышения давления порядка 3.5 окружная скорость шейки вала доходит до 83 м/с.

Упорный подшипник, расположенный со стороны компрессора, выполнен в виде фасонной втулки, работающей по торцам корпусных де­талей. Уплотнение вала достигается установкой с каждою конца ротора по одному разрезному уплотннтельному кольцу.

6.4. Турбокомпрессоры trw

Фирма TRW (Thompson Ramo Wooldrige) специализируется на про­изводстве малоразмерных турбокомпрессоров для двигателей мощностью 50 - 200 л.с (37 - 147 кВт). Турбокомпрессоры характеризуются простотой конструкции и небольшим количеством деталей, комплектующих агрегат.

225

6.4.1. Турбокомпрессоры серии 400

Работа по созданию турбокомпрессоров была начата в 1954 году и ее первый этап был завершен выпуском турбокомпрессоров серии 400 с коле­сами наружным диаметром 101,6 мм. Масса первых моделей этих образцов была равна 13,4 кг [44].

Для соединения корпусов турбины, подшипника и компрессора было использовано V-образное клеммовое соединение, которое успению при­меняется и во всех последующих моделях. Помимо удобства изменения взаимного углового расположения патрубков турбины и компрессора, V-образное клеммовое соединение исключает необходимость введения резьбовых соединений в наиболее нагретой части корпуса турбины и тем самым избавляет эту напряженную деталь от добавочных температурных напряжений.

Колесо турбины изготовляли точным литьем из жаропрочного спла­ва и соединяли его с валом ротора пайкой медью в защитной атмосфере. Так как корпус подшипников изготовлен из алюминиевого сплава, то в расточку корпуса на горячепрессовой посадке запрессовывалась стальная втулка подшипника, залитая свинцовистой бронзой. Втулка подшипника стопорилась от проворачивания штифтами.

В центральной части каждого подшипника по сверлениям, имею­щимся в корпусе, подводилось масло из масляной магистрали двигателя. К упорному подшипнику оно подавалось от подшипника, расположенного со стороны компрессора. Со стороны турбины так же, как и со стороны ком­прессора, применялось уплотнение в виде разрезных колец.

Корпус подшипников защищен от теплоотдачи турбины тепловым экраном из жаропрочной стали и воздушной камерой, образованной между корпусом и экраном. В эту полость воздух поступает из компрессора по каналам, выполненным в корпусе подшипников. Корпус подшипников имеет три сливных отверстия, расположенные под углом 60° для удобства подсоединения коммуникаций для слива масла в картер двигателя.

Сопловой аппарат изготовлен из набора плоских пластин, приварен­ных к опорному диску и проточенных по внутреннему диаметру.

Описанный турбокомпрессор удовлетворительно работал при 60000 об/мин, чему соответствовала степень повышения давления, равная 2,2. Необходимость получения более высокой степени повышения давления потребовала дальнейшего повышения частоты вращения ротора. Для обеспечения работоспособности турбокомпрессоров на этом режиме была повышена прочность материала колеса турбины.

Применявшаяся ранее панка медью для соединения колеса турбины с валом ротора была заменена сваркой в атмосфере инертных газов. Это было обусловлено трудностями при выдерживании допусков, необходи­

226

мых для надежной посадки колеса па вал в сочетании с жесткими требова- ниями по обеспечению зазоров для нанесения слоя меди.

6.4.2 Турбокомпрессоры серии 300

В результате модернизации серии 400 были выпушены турбоком- прессоры серии 300 (рис. 6.12) с колесами, у которых наружный диаметр колес равен 76,2 мм, имеющими малую массу (5,46 - 6,8 кг) и габариты. В данной серии были сохранены основные первоначальные компоновочные признаки. К их числу, в первую очередь, следует отнести применение V- образного клеммового соединения и изготовление корпуса подшипников из алюминиевого сплава [44].

Рис. 6.12. Турбокомпрессор TRW серии 300

227

Входной аппарат турбины последней модели турбокомпрессора фирмы TRW безлопаточного типа и может крепиться непосредственно на двигатель к его выпускному трубопроводу.

В турбокомпрессорах серии 300 подшипник состоит из одной пла­вающей втулки с упорным фланцем для восприятия осевых нагоузок, ра­ботающей в расточке корпуса подшипников, изготовленного из алюминие­вого сплава. Втулка подшипника зафиксирована от проворачивания штиф­том со стороны ее упорною торца. Применение подшипника с одной ко­роткой втулкой позволяет сократить осевой размер турбокомпрессора. эти подшипники показали хорошую работоспособность при частоте вращения 100000 об/мин.

В компоновке турбокомпрессора предусмотрена защита корпуса подшипников от теплового потока, идущего от турбины. Это обеспечено, с одной стороны, формой корпусных деталей, с другой - наличием теплово­го экрана и воздушной полости со стороны турбины, а также системы теп- ловых зазоров. Кроме того, в узле соединения корпуса турбины с корпусом подшипников предусмотрен упругий элемент в виде фасонного кольца с упругими лапками, упирающегося в тепловой экран, сопряженный с дис­ком колеса турбин. Наличие этого кольца способствует снижению тер­мических напряжений при тепловых деформациях деталей.

Масло к турбокомпрессору подается после масляного фильтра тон­кой очистки. Масло от двигагеля поступает через сверления в корпус под­шипников и, протекая с наружной стороны втулки, обеспечивает ее охла­ждение, а также создает в зазоре между втулкой и корпусом демпфирую­щий слой масла, гасящий высокочастотные колебания ротора. Для отвода масла из турбокомпрессора предусмотрены достаточно большие полости, обеспечивающие надежную работу уплотнений при вспенивании масла.

Уплотнение вала ротора осуществляется разрезными кольцами типа поршневых. Они обеспечивают надежное уплотнение полостей турбоком­прессора; особенно со стороны компрессора. Повышение надежности ра­боты уплотнения со стороны компрессора в последних образцах турбо­компрессоров достигается применением уплотнения из композиции на ос­нове угля. В то же время ротор со стороны турбины имеет уплотнения ти­па поршневых колец.

Компрессор снабжен безлопаточным диффузором, характеристика которого выбрана из условия работы двигателей с турбонаддувом в широ­ком диапазоне нестационарных режимов. Аэродинамика проточной части турбокомпрессора и его конструкция отработаны таким образом, что прак­тически исключается необходимость в контроле за частотой вращения ро­тора турбокомпрессора, установленного на современных двигателях. При­мененные для изготовления деталей турбины материалы практически ис­ключают возможность термической перегрузки.

228

Модель	Мощность двигателя,	Рабочий объем
турбокомпрессора	л.с.	двигателя, л
370В	60-90	3,3-3,5
370	90 - 140	5,0-6,5
370Е	120-200	6,5-10

Колесо компрессора с 14 лопатками имеет двухъярусную решетку и посажено на вал по скользящей посадке. Безлопаточный диффузор ком­прессора выполнен с параллельными стенками. Безлопаточный диффузор имеет переменный диаметр выхода, т.е. переменную радиальную протя­женность, которая изменяется в соответствии с изменением размеров улитки.

Передняя стенка диффузора представляет собой пластину, которая прикреплена к корпусу заклепками. Задней стенкой диффузора служит фланец корпуса подшипников. Корпус компрессора улиточного типа при­соединен к корпусу подшипников шестью болтами и фиксируется двумя штифтами. Такое крепление не позволяет поворачивать корпуса один от­

229

носительно другого, что может усложнить систему трубопроводов, соеди­няющих турбокомпрессор с двигателем.

Рис. 6.13. Продольный разрез турбокомпрессора TRW - 370Е - 70

Корпус подшипников отливается из алюминиевого сплава. Масло к турбокомпрессору подводится через штуцер, а отводится через один из трех штуцеров, расположенных через 120°, в зависимости от взаимного расположения корпуса турбины относительно корпуса подшипников. Подшипники выполнены из алюминиевого сплава в виде плавающей не- вращающейся моновтулки.

От проворачивания втулка удерживается бобышками на торце кор­пуса подшипников со стороны компрессора, которые входят в пазы бурта втулки. От осевых перемещений втулка фиксируется с одной стороны кор­пусом подшипников, а с другой - боковой крышкой. Между корпусом и крышкой устанавливается уплотнительное резиновое кольцо. Крышка кре­пится пружинным кольцом трапециевидного сечения, которое входит в кольцевой паз и прижимает крышку к корпусу.

230

Показатели	М-5	М-10	МН-10
Мощность базового двигателя, л.с.	160 -325	250 - 600	500 - 1000
Наибольшая степень повышения давления	1,7	1,6	2.1
Максимальная температура газов перед турбиной, °С	730	730	730
Максимальная частота вращения ротора, об/мин	43000	-	-

Турбокомпрессоры серии М характеризуются невысокой частотой вращения, не превышающей 43000 об/мин и, соответственно, применением подшипников скольжения, втулки которых запрессованы в корпус под­шипников (рис. 6.14).

Особенность этих турбокомпрессоров заключается также в ограни­ченном применении легких сплавов для изготовления корпусных деталей.

В турбокомпрессорах модели М-5 ранних выпусков применяли во­дяное охлаждение корпуса подшипников и полностью закрытое колесо компрессора. Впоследствии водяное охлаждение было исключено, а коле­со компрессора стали применять полуоткрытого типа, что связано с общи­ми тенденциями развития турбокомпрессоров для автотракторных двига-

231

телей, направленными на повышение приемистости последних, а также относительно невысокими показателями компрессоров с закрытыми коле­сами. Снижение момента инерции ротора было достигнуто облегчением колеса компрессора и существенным изменением колеса турбины - уменьшением толщины массивных рабочих лопаток и наружного диаметра диска колеса турбины.

Рис. 6.14. Продольный разрез турбокомпрессора Elliot серии М

В компрессоре начинается отход от общепринятых форм лопаточных диффузоров. Если в более ранних образцах применялись лопаточные диф­фузоры с обычной густотой решетки (14 лопаток), то в последующих об­разцах она уменьшилась в два раза, а в некоторых образцах в лопаточном диффузоре сохраняют всего по три лопатки. Эти изменения введены в свя­зи с необходимостью получения более пологой характеристики компрес­сора в широком диапазоне рабочих режимов, даже путем некоторого сни­жения KПД компрессора.

Применение турбокомпрессоров фирмы Elliot на двигателях различ­ных компоновочных схем обусловило создание различных входных и вы­ходных турбин и компрессоров, имеющих разное число и направление патрубков. Однако основные принципы в формировании проточной части

232

этих элементов турбокомпрессоров и основном сохраняются неизменны­ми. Каналы в корпусе турбины выполняются улиточного типа, а выходной аппарат компрессора изготовляется в виде воздухосборника постоянного сечения. При размещении турбокомпрессора в развале V-образного двига­теля все соединительные патрубки расположены компактно. Выходные патрубки компрессора направлены примерно под прямым углом к полости воздухосборника. Входной патрубок в колесо компрессора выполнен кон- фузорным с отношением площадей, равным 2-2,5, что объясняется нали­чием криволинейных патрубков в коммуникациях, подводящих воздух к компрессору.

Турбокомпрессоры серии G имеют полуоткрытое колесо центробеж­ного компрессора и осевую турбину (рис. 6.15), турбокомпрессоры се­рии Н - центробежное колесо компрессора с закрытым BНA и осевую тур­бину (рис. 6.16), турбокомпрессоры серии L - полностью закрытое колесо компрессора (рис. 6.17) [46].

Рис. 6.15. Продольный разрез турбокомпрессора Elliot серии G

233

Рис. 6.16. Продольный разрез турбокомпрессора Elliot серии Н

234

Рис. 6.17. Продольный разрез турбокомпрессора Elliot серии L 6.6. Турбокомпрессоры Garret 6.6.1. Турбокомпрессоры серий Т и TV

В 1953 г. фирма Garret первой разработала экономичные высокоэф­фективные турбокомпрессоры, способные работать при высоких темпера­турах, что позволило применять их для наддува бензиновых двигателей.

Ориентация на производство дешевых малоразмерных турбоком­прессоров с малыми моментами инерции роторов позволила применять их на различных типах двигателей мощностью от 60 до 750 кВт.

Первоначальная конструкция турбокомпрессоров (рис. 6.18) [1] имела разъем среднего корпуса в плоскости оси ротора. Такая конст­

235

рукция позволяет устанавливать в рабочее положение отбалансирован­ный ротор совместно с подшипниками, не снимая с вала рабочие колеса компрессора. При ремонте ротор заменяется комплектно с подшипни­ками Корпусные детали литые, неохлаждаемые, а рабочее колесо ком­прессора для получения высоких КПД выполнено закрытым с загнутыми назад лопатками.

Рис. 6.18. Детали первоначальной конструкции турбокомпрессора Garret

Стремясь к упрощению конструкции и уменьшению числа деталей турбокомпрессора в конце 60-х гг. фирма перешла на выпуск новых моде­лей Т и TV [42]. Рабочая решетка колеса компрессора двухъярусная, т.е. вращающийся направляющий аппарат выполнен с лопаткам, подрезанны­ми через одну. Лопатки имеют высокую чистоту поверхности. Колесо компрессора фиксируется гайкой, стопорение которой обеспечивается пла­стмассовым кольцом, завальцованным в конце резьбы.

Корпуса компрессора и турбины крепятся к среднему корпусу «кон­сольными» шайбами, опирающимися одной частью на корпус турбины или компрессора, а другой на фланец среднего корпуса. Это упрощает конст­рукцию турбокомпрессора и облегчает установку на двигателе. В более

236

ранней конструкции корпус компрессора крепился к среднему корпусу клеммовым соединением (рис. 6.19, 6.20).

Турбины турбокомпрессоров Garret импульсные с безлопаточным направляющим аппаратом, но с подводом газа из каждого канала по всей окружности рабочего колеса. При таком подводе КПД понижается вслед- ствие внезапного расширения газа при выходе из направляющего аппара- та, но уменьшаются вибрационные нагрузки на лопатки рабочего колеса.

Вал ротора вращается в двух плавающих вращающихся бронзовых втулках, которые фиксируются в осевом направлении пружинными коль- цами. Бронзовый упорный подшипник установлен со стороны компрессо- ра.

Уплотнение масляной полости состоит из двух стальных пружинных колец, по одному со стороны компрессора и турбины.

Рис. 6.19. Продольный разрез турбокомпрессора Т18А:

1 - корпус компрессора; 2 - клеммоное соединение; 3 - опорный диск; 4 - штуцер под­вода масла; 5 - корпус подшипников; 6 - колпак; 7 - корпус турбины; 8 - колесо тур­бины; 9 - втулка подшипника; 10 - стопорное кольцо; 11 - отверстие слива масла; 12 - упорный подшипник; 13 - упорное кольцо; 14 - масляное уплотнение; 15 - колесо компрессора

237

Рис. 6.20. Детали турбокомпрессора Т18А:

1 - кольцо; 2 - подшипник; 3 - болт кожуха турбины; 4 - шайба; 5 - упорное кольцо; 6 - стопорная пластинка; 7 - зажим кожуха турбины; 8 - корпус подшипников; 9 - упорное кольцо; 10 - шайба; 11 - втулка подшипника; 12 - колпак; 13 - упорное кольцо; 14 - ротор; 15,19 - уплотнительное кольцо; 16 - корпус турбины; 17 - упорный подшипник; 18 - упорное кольцо: 20 - прокладка; 21 - клеммовое соединение; 22 - контргайка; 23 - опорный диск; 24 - стопорная шайба; 25 - болт; 26 - колесо ком­прессора; 27 - гайка колеса компрессора; 28 - корпус компрессора; 29 - фирменная табличка; 30 - винт

6.6.2. Турбокомпрессоры GT

В последнее время явно наметилась тенденция уменьшения массы: и габаритов двигателей. В святи с этим Garrett выпустила турбокомпрессо­ры, подходящие под новые характеристики двигателей. В современном мире автовладельцы предъявляют все большие требования к стоимости, к расходу топлива, к шумности. к экологической чистоте автомобилей.

Турбокомпрессоры являются одним из самых лучших средств пре­одоления этих недостатков, за счет уменьшения количества отдельных уз­лов, уменьшения размеров и массы, а также инерционных характеристик автомобиля.

238

В семейство GT входят большой набор стандартных изделий. Турбо­компрессоры высоких и сверхвысоких давлений способны значительно увеличить нагнетаемое давление без ущерба для срока службы.

Серия GT 12-17 - турбокомпрессоры, сконструированные специально для легковых автомобилей.

Серия GТ 15-25 турбокомпрессоры, предназначенные для дизель­ных двигателей объемом от l,3 до 1,6 л, мощностью 60 - 80 л.с. (45 - 60 кВт) и бензиновых двигателей объемом от 1,0 до 1,4 л, мощностью 85 120 л.с. (60 - 90 кВт). Компактное исполнение делает серию GT идеальной для установки двух турбокомпрессоров на V-образных двигателях. GT 15, находящийся на вершине модельной серии, может быть адаптирован к бензиновым двигателям мощностью до 210 л.с. (155 кВт).

Серия GT30-45 предназначена для дизельных двигателей коммерче­ского применения мощностью от 200 до 600 л.с. (150 - 450 кВт)

Серия GTA47-55 рассчитана на двигатели мощностью до 700 л.с. (515 кВт).

Серия GT57-70 устанавливается на двигатели большой мощности.

На рис. 6.21* представлены внешние виды некоторых модификаций серии GT.

в г

Рис. 6.21. Турбокомпрессоры Garrett:

а - GT1241; б - GТ3544; в - GT3267; г - GT6041

239