Таблица 12.1

Поиск неисправностей топливной аппаратуры по анализу давления в трубопроводе высокого давления

12.2. Диагностирование турбокомпрессора

На рис. 12.3 показана схема системы наддува двигателя с перепуском газа мимо турбины и рециркуляцией отработавших газов. На схеме указано расположение вакуумметра 3 в линии всасывания 2, манометра 5 на выходе из компрессора 4, манометра 8 на входе системы впуска в двигатель, манометра 13 на входе отработавших газов в турбину. При помощи вакуумметра 3 определяют разрежение в линии

187

всасывания. По разности показаний манометра 5 и 8 определяют герметичность нагнетательного канала 6 и заслонки 12. Рециркуляция (возврат) отработавших газов во впускную систему 2 производится с целью уменьшения токсичности газов в выпускной системе.

внимание тепловой напряженности подшипников ротора и деталям уплотнения. Нельзя проводить резкую остановку двигателя после длительной работы на полной нагрузке, так как температура корпуса турбокомпрессора может увеличиться со 100 до 200 0С и привести к поломкам. Повышение температуры происходит в результате прекращения подачи масла в подшипниковый узел и интенсивному подводу теплоты от колеса турбины.

188

Для снижения тепловой напряженности турбокомпрессора рекомендуется работа двигателя на режиме холостого хода в течение 5–10 мин до полной его остановки.

На рис. 12.4 приведен общий вид турбокомпрессора с поворотом лопаток соплового аппарата турбины. Поворот лопаток диффузора позволяет изменять величину работы газа на колесе турбины и соответственно частоту вращения колеса турбины и колеса компрессора. Схема регулирования очень эффективна, но утечки масла через уплотнения в зоне подшипника приводят к образованию коксовых отложений в соединениях и потери подвижности рычагов управления.

Рис. 12.4. Общий вид турбокомпрессора с поворотом лопаток соплового аппарата турбины

На рис. 12.5 приведена схема регулирования турбины с поворотом лопаток соплового аппарата. Рычаг управления 3 входит в паз диска поворотного 4, образуя жесткую связь. С обратной стороны поворотного диска 4 имеются пазы, в которые установлены рычаги 5, жестко связанные с лопатками 6 соплового аппарата. Например, длина плеч рычагов поворотного устройства L1 = L2 = L3 = 14 мм. При повороте рычага 3 на 100, диск 4 также повернется на 100. Лопатки 6

189

тоже повернутся на 100, увеличивая начальный угол установки лопаток, например, с 20 до 300. При этом изменя тся направление потока газа на лопатки, мощность турбины и частота вращения колеса. Следует отметить, что при различной длине рычагов управления необходимо учитывать передаточные отношения.

Камера управления (регулятор давления), соединенная со штоком 1, имеет подобную конструкцию и принцип действия как изображенные на рис. 12.3.

ибАДИ Рис. 12.5. Схема регул рования турбины с поворотом лопаток

соплового аппарата:

1 – штокСкамеры управлен я; 2 – регулируемый ограничитель (винт); 3 – рычаг управлен я; 4 – диск поворотный; 5 – рычаг поворота лопаток 6 соплового аппарата; 7 – корпус неподвижный;

8 – лопатки колеса турбины

В табл. 12.2 приведены основные неисправности турбокомпрессоров с перепуском газа мимо турбины и поворотом лопаток соплового аппарата турбины, указаны причины неисправностей и способы их устранения.

Цифрами обозначено:

1 – двигатель глохнет при разгоне; 2 – недостаток мощности двигателя; 3 – черный выхлоп из системы выпуска; 4 – чрезмерный расход масла; 5 – выхлоп синего цвета из системы выпуска; 6 – шум в турбокомпрессоре; 7 – повторяющийся звук в турбокомпрессоре; 8 – утечка масла через уплотнение компрессора; 9 – потеря подвижности штока камеры управления.

190

Таблица 12.2

Причины и способы устранения неисправностей турбокомпрессора

191

средственно на автомобиле или на другой технике. Но при ремонте двигателя турбокомпрессор иногда демонтируют. Его техническое

Рис. 12.6. Стенд для внешнего осмотра и анализа технического состояния внутренних частей турбокомпрессора

Для внешнего осмотра колеса компрессора и турбины выполняют частичную разборку турбокомпрессора. Снимают улитку компрес-

192

сора и турбины. Затем при помощи специального зажимного устройства устанавливают корпус компрессора с колесом турбины и компрессора на стенд.

Диагностика турбокомпрессора на стенде позволяет выявить допустимые осевые и радиальные зазоры (люфты) вала, наличие механических повреждений колеса компрессора и турбины, повреждение уплотнений на валу у компрессора и турбины. Колесо турбины приводится во вращательное движение при помощи струи воздуха, поступающей под определенным давлением из ресивера компрессора.

Во внутреннюю полость турбокомпрессора подается под давлением моторное масло кинематической вязкостью, соответствующей значению при работающем двигателе (например, моторное масло

Тихоокеанского государственного университета города Хабаровска

[44].

Стенд включает в себя две воздуходувки ТВ-42, соединенных последовательно для получения необходимого давления перед турбиной. Имеет систему смазки подшипников, трубопроводы с регулировочными задвижками, позволяющими установить необходимый режим работы турбокомпрессора, приборы для измерения давления, температуры и частоты вращения ротора. Полное давление фиксируется манометрами, перепады между полным и статическим давлением

– жидкостными пьезометрами. В качестве тормоза для турбины используется центробежный компрессор. Нагрузка регулируется изменением расхода воздуха через компрессор при помощи заслонки, установленной на его выходе.

193

На рис. 12.7 приведена схема рекомендуемого стенда, позволяющая проводить диагностирование и испытание турбокомпрессоров с радиально-осевой турбиной бензиновых и дизельных быстроходных двигателей мощностью до 400 кВт.

бАДИ Рис. 12.7. Стенд для диагностирования и испытания турбокомпрессоров:

1− воздуходувка;и2 − предохранительный клапан (Blow - off); 3 − заслонки (клапаны) поворотные с электромеханическим приводом; 4 − баллон с газом (пропан - бутан);С5 − редуктор газовый; 6 − камера сгорания с искровым розжигом; 7 − камера управлен я перепускного устройства; 8 − клапан (заслонка) перепускного устройства; 9 − турбокомпрессор; 10 − терморегулятор (охладитель

масла); 11− фильтрующий элемент; 12 − насос; 13 − перепускной клапан; 14 − емкость для масла; 15 − охладитель; 16 − насос центробежный; 17 − емкость для охлаждающей жидкости

Данный стенд позволяет проводить следующие работы:

–диагностику и настройку турбокомпрессоров бензиновых и дизельных быстроходных двигателей;

–холодную и горячую обкатку турбокомпрессоров после ре-

монта;

–моделирование режимов работы турбокомпрессора для условий эксплуатации;

–снятие характеристик компрессора и турбины.

194

Установка имеет систему смазки подшипников турбокомпрессора, включающую емкость для масла 14, насос 12 с перепускным клапаном 13, фильтрующий элемент 11 терморегулятор и холодильник 10. Марка масла должна соответствовать моторному маслу, применяемому на двигателе, на котором установлен испытуемый турбокомпрессор. Температура масла должна быть не менее 100 0С и соответствовать условиям эксплуатации. При использовании моторного масла SAE 5W-30, API-CD (М3З-10Д2) для высокофорсированных двигателей с наддувом его кинематическая вязкость при 100 0С лежит в пределах 9,5 – 11,5 сСт.

При износе подшипников скольжения увеличивается зазор между валом и подшипником, при этом расход масла также возрастает. По изменению расхода масла рекомендуется оценка величины зазора в подшипниковом узле и определение его предельногоИ значения.

также является дефектом в работе турбокомпрессора.

При нарушении уплотнения между подшипниковым узлом и колесом компрессора или турбины возможноДпросачивание масла, что

Для охлаждения турбокомпрессора, когда рабочим телом является газ с температурой до 900 К, используется система охлаждения, состоящая из ёмкости для охлаждающей жидкости 17, насоса центробежного типа 16 и охладителя 15. Установка может работать в одном

ходувки 1 и открытом клапане 3 перед ней (верхний клапан закрыт) воздух поступает на вход в турбину турбокомпрессора 9. Расход воздуха через турбину регулируется дросселем.

Перед тем как запустить воздуходувку 1, нужно включить систему смазки и убедиться, что давление на входе в узел смазки подшипников составляет не менее 0,2 МПа. Так как турбина приводится в движение от воздуха, который имеет температуру не более 30 0С, то систему охлаждения можно не включать.

Частоту вращения вала ротора турбокомпрессора определяют в процессе исследования при помощи тахометра АТТ6002. Для измерения температуры воздуха на входе и выходе из компрессора используют термометры, давления – манометры, расхода − расходомеры. В качестве тормоза для турбины используется компрессор (К) турбокомпрессора 9. Изменяя положение заслонки 3 на выходе из

195

компрессора (заслонка 3,В закрыта), устанавливают необходимое давление перед турбиной, расход воздуха и проводят испытания.

Во втором режиме используются продукты сгорания, поступающие из камеры сгорания 6 (горячий режим). С пульта управления приводятся в действие поворотные заслонки 3. При подаче газового топлива из баллона 4 (смесь пропана и бутана) и воздуха из воздуходувки 1 в камеру 6 поток продуктов сгорания поступает в турбину, вращая ее колесо. После воспламенения топлива в камере сгорания воздух поступает в неё из компрессора. При этом верхняя заслонка 3В открыта, а две нижние (3,А и 3,С) закрываются, а воздуходувка 1 выключается. Количество газа на входе в турбину регулируется изменением подачи топлива, поступающего в камеру сгорания. При исполь-

зовании камеры сгорания кроме системы смазки дополнительно включается система охлаждения. Кроме газаИ, для организации процесса горения в камере 6 возможно применение распыленного дизельного топлива.

Как для первого, так и для второго режимов работы стенда (см. рис. 12.7), используются тахометр S, расходомер F, манометры давления P и термометры T. Для определения скорости потока газов в раз-

каналах компрессора (при постоянной частоте вращения вала компрессора n) скорость воздуха и потери давления повышаются, что приводит к снижению Рк и πк. Зависимость πк от Мк снижается для различных n.

Значение адиабатного КПД компрессора ηад определяют как отношение адиабатной работы сжатия воздуха к действительной работе при n = const. Величина ηад достигает наибольших значений при определенном расходе воздуха. Всякое отклонение от этого оптимального режима сопровождается увеличением гидравлических потерь и снижением ηад. Нормальная характеристика компрессора выражает

196

(рис. 12.8) зависимость πк, ηад от массового секундного расхода Мк при различных частотах.

Рис. 12.8. Нормальная характеристика центробежного компрессора

Нормальную характеристику центробежного компрессора строят по результатам испытаний компрессора на специальной установке [37]. Обычно значения ηад, при помощи секущих плоскостей, переносят на характеристику πк от Мк (см. рис. 12.8 точки переноса 1/, 2/, 3/, 4/ при использовании пунктирных линий). Это позволяет определить область максимального КПД, что важно при выборе компрессора для двигателя. При выборе компрессора для двигателя конкретной мощ-

197

ности значения πк и Мк должны лежать в области максимального зна-

чения ηад.

Колеса компрессора и турбины жестко располагаются на одном валу. Вал вращается в подшипниках скольжения, которые закреплены в корпусе турбокомпрессора. Массовый расход воздуха через компрессор Мк примерно равен массовому расходу выпускных (отработавших) газов через турбину МТ. Частота вращения колеса компрессора nк равна частоте вращения колеса турбины nТ. Мощность ко м- прессора Nк одинакова с мощностью турбины NТ. Данная связь между компрессором и турбиной упрощает их расчет и представление совместных характеристик.

Анализ опытных данных показывает, что при изменении нагрузки противодавление за турбиной не изменяется. Тогда расходную характеристику турбины можно представитьИкак зависимость степени понижения (расширения) давления в турбине πТ, температуры газа

Т М

перед турбиной *Т от расхода газа ДТ. Для удобства последующего согласования характеристик турбины и компрессора на поле расходной характеристики турбины необходимо нанести линии постоянных частот вращения. В процессе испытанийАтемпературу перед турбиной Т*Т поддерживают постоянной (например, 600, 700, 800, 900 К).

Для согласования характеристикб двигателя и турбокомпрессора вначале совмещают характеристику турбины и компрессора (рис. 12.9). Для этогоина характеристику компрессора наносят линии постоянных температур ( зотерм Т*Т = const). Например, из точки пересечения линииСпостоянных частот вращения n1Т с линией постоянных температур газа Т*4Т ( зотермой) восстанавливают перпендикуляр до пересечения с линией постоянных частот на характеристике компрессора n1к. Аналогично поступают для других частот вращения турбины и компрессора. Соединив точки одинаковых величин температуры, получают поле изотерм на характеристике компрессора. Точки пересечения изотерм с линиями постоянных частот компрессора соответствуют таким режимам работы турбины и компрессора, когда их мощности равны. Соединяя полученные точки А, Б, В, Г, получим линию рабочих режимов турбокомпрессора, характеризующую изменение параметров наддува при любых значениях частот вращения и температур выпускных газов перед турбиной. Поле КПД компрессора специально не изображено для лучшего понимания построения линии рабочих режимов турбокомпрессора. Следует отметить, что работа компрессора должна проходить в зоне его максимального КПД и до-

198