Метод_практ_СДВЗ

Корпус 3 клапана крепится в торце пусковой магистрали. Клапан 4 имеет две посадочные фаски а и б. Из безопасной точки пусковой системы через отверстие 2 в крышке корпуса 1 подводится воздух, который, проходя через дросселирующие отверстия 5, заполняет полость А и прижимает клапан к седлам. При этом проекция поверхности клапана Б, на которую действует воздух с внутренней стороны, составляет 50% проекции внешней поверхности; при установившемся пусковом процессе клапан остается закрытым.

При резком повышении давления клапан 4 мгновенно переместится в левое крайнее положение, перекроет отверстия 5 и в таком положении останется до тех пор, пока газы не будут выброшены через окна 6 большого сечения.

Вкачестве агрегатов для продувки - наддува в судовых дизелях применяют компрессоры объемного и центробежного типов.

Газотурбокомпрессоры (ГТК) является основным видом специального агрегата, предназначенного для повышения мощности дизелей посредством наддува. Он состоит из газовыпускной турбины (ГТ) и центробежного компрессора (ТК), установленных на общем валу агрегата.

Газовыпускные турбины применяют двух типов — осевые и радиальные (центростремительные); первые — для дизелей средней и большой мощности; вторые в основном для дизелей небольшой мощности.

Взависимости от характера изменения давления газов перед турбиной последние разделяются на ГТ постоянного давления (р = const) и ГТ переменного давления (р == var — «импульсные»).

Турбокомпресори можуть бути виконані по різних конструктивних схемах, найпоширеніші з яких вказані на рис. 2.

Схема І з опорами, розташованими по кінцях ротора, широко застосовується в турбокомпресорах. Основна перевага цієї схеми - раціональне розташування підшипників і вузлів ущільнень по кінцях ротора, цапфи якого мають малий діаметр; тому окружні швидкості в підшипниках відносно невисокі, що, у свою чергу, зменшує тепловиділення й можливість перегріву підшипників. Гарні умови роботи підшипників у схемі І обумовлені розташуванням коліс компресора й турбіни між підшипниками (при консольному розташуванні коліс зростають навантаження на підшипник). До недоліків схеми І ставляться: збільшена довжина турбокомпресора, складність вхідного пристрою компресора, у тому числі наявність ребер, що утрудняють одержання високих ККД.

Двухконсольная схема ІІ з опорами, розташованими між дисками компресора й турбіни, забезпечує мінімальні габаритні розміри й масу турбокомпресора. За цією схемою створюють переважно турбокомпресори із відцентровою турбіною. Основний недолік схеми - неможливість огляду підшипників без розбирання ротора, якщо корпус не має рознімання в площині осі ротора. Крім того, через інтенсивне нагрівання підшипників необхідно їхнє ефективне охолодження, особливо з боку турбіни.

Схема ІІІ також досить поширена; у ній колесо компресора розташоване консольно, а опори ротора перебувають по обидва боки диска

211

турбіни. Така схема обумовлює мінімальні втрати на вході в компресор і загальну компактність турбокомпресора. До недоліків схеми ставляться утруднений доступ до підшипника компресора й необхідність розбирання ротора при монтажі.

У схемі V забезпечується мінімальна температура підшипників при найбільшій компактності.

Рис. 2. Конструктивні схеми турбокомпресорівкомбінованих двигунів

Цю схему часто називають схемою з моноротором, тому що колеса компресора й радіальної турбіни безпосередньо стикаються або являють собою диск із двостороннім розташуванням лопаток. Висока температура диска викликає підігрів повітря в колесі компресора в процесі стиску, у результаті чого збільшується робота,

затрачувана на стиск повітря, і зменшується ККД. При такій схемі вал ротора має звичайно щодо невеликий діаметр і характеризується меншою твердістю. Це утрудняє доводочні роботи.

Найбільше поширення на заводах мають ГТК із розташуванням опор по кінцях ротора. На рис. 3 показаний типовий турбокомпресор ТК-30 (з ряду ЦНИДИ), що складає з одноступінчастого ТК и одноступінчастої осьовий ГТ і призначений для великого терміну служби на підшипниках ковзання. Компресорне колесо 5 відлите з алюмінієвого сплаву АЛ-4; дифузор 7 — безлопатковий. На виході у ТК установлений глушник. Корпус ТК відлитий із чавуну й має повітрозбірну завитку 4. Литі турбінні лопатки 3 з жароміцної сталі приварені до диска; до останнього, у свою чергу, приварені два полували. Сопловий вінець 2 набраний з литих сегментів.

Рис. 3. Турбокомпресор

ТК-30

Корпус 1, що відводить газ, має два вхідних патрубки для приєднання двох секцій вихлопного колектора й разом з корпусом, що відводить газ, охолоджується водою; підшипники ковзання 6 розташовані по кінцях ротора. Змащення подається від

212

головної масляної магістралі дизеля через додатковий фільтр.

На рис. 4 показаний поздовжній розріз газотурбокомпрессора Бурмейстер і Вайн типу ТL 680, що використовується на великих суднових дизелях. ГТК має наступні конструктивні особливості.

Диск робочого колеса ГТ 9 закріплюється болтами між фланцями вала ГТ 11 і вала ТК 7. Робочі лопатки ГТ кріпляться до диска ялинковим замком. Колесо ТК 5 з лопатками й напрямним апаратом 4 закріплено на валу за допомогою шпонки й гайки. Опорні підшипники ротора 3 й 10 — можуть зніматися й мають бронзові втулки. Упорний підшипник 1 — одногребенчатого типу. Олія до підшипників підводить від автономної системи.Для запобігання проникнення олії у ТК у корпусі запресована втулка 13 із сальником. На внутрішній поверхні втулки з лівого боку є прямокутне різьблення, що зганяє олію, а на втулці із правого боку є гребені лабіринтового ущільнення; у порожнині Н и М підводиться стиснене повітря (з повітрозбірної завитки).

Рис. 4. ГТК Бурмейстер і Вайн типу ТL 680

Ротор захищений від впливу високих температур чавунним кожухом 8; для запобігання нагрівання повітря наддуву від газів передбачена охолоджувана діафрагма 6. Повітрозбірна завитка має дифузор 12. Корпус і діафрагма ГТ прохолоджуються пріс-ною водою. Фільтр для повітря 2 має вісім знімних рамок з фільтруючим елементом, що перебуває між двома металевими сітками. Глушитель шуму усмоктування складається з ряду металевих дисків 14, обклеєних тонкою вовняною повстю.

На рис. 5 показаний типовий ГТК Броун-Бовери типу VTR 650. ГТ одноступінчаста осьового типу. Ротор 4 і диск ГТ 6 виконані за одне ціле. Лопатки приварені до диска ГТ напівзакритого типу; ТК однобічний з обертовим зкеровуючим апаратом 2.

Корпуса ГТ і ТК з'єднані болтами. Для захисту робочого колеса ТК 3 установлена захисна перегородка 9 з теплоізолюющим покриттям. Витік газів убік підшипника запобігає сальниками лабіринтового типу 5 й 7, куди подається стиснене повітря з завитки ТК.

213

Рис. 5. ГТК Броун-Бовери типу VTR 650.

Осьове зусилля ротора сприймається 2-рядним шарикопідшипником 1. Підшипник 8 допускає осьовий зсув вала при тепловому розширенні. Обидва підшипники мають пружні опори із пружинами, що запобігають ушкодження підшипників від вібрацій.

Змащення підшипників здійснюється розбризкуванням мастильними дисками. З'єднання випускних колекторів із ГТ - рухливе з урахуванням розширення при нагріванні.

Вказаний на рис. 6 ГТК фірми Зульцер типу ТС 75 призначений для дизелів великої циліндрової потужності (ВD 90); конструктивні особливості ГТК відзначені нижче.

Вал ротора 8 кований заодно з диском 7 ГТ і циліндричною шийкою, призначеної для лабіринтового ущільнення. Виконане окремо колесо 10 ТК і напрямний апарат 11 кріпляться на валу шпонками й гайкою.

Рис. 6. ГТК фірми

Зульцер типу ТС 75.

Опорні й опорно-упорний 12 підшипники ковзання залиті свинцюватою бронзою. Диски 4, що затримують олію, і зварені кільця 5 охороняють від проникнення олії в газову й повітряну порожнини. Захист вала від газів подвійна за допомогою звареного кільцевого кожуха 3 і проставка 2, заповненого азбестом.

Газові й повітряні порожнини ущільнюються втулками з лабіринтовими

214

виточеннями. ТК постачений дифузором 9 і равликом, що не охолоджується. Газовпускний корпус 6 виконаний з одним впускним патрубком, ГТК постачений повітряним фільтром 1 і глушителем шуму 13; наявність вигнутих дисків 14 знижує втрати на усмоктуванні; глушіння шуму досягається обклеюванням тонкою повстю внутрішніх поверхонь кожуха, патрубка й

дисків.

Рис. 9. Турбокомпресор з моноротором

(типа Лаваль)

меншої продуктивності, що відрізняється від ТКР-14 наявністю опорних шарикопідшиників.

215

На рис. 9 показаний турбокомпресор, у якого об'єднані ротори ТК і ГТ у загальний «моноротор». Цей тип ТКР має менші втрати на тертя газу, не має потреби в повітряних і газових ущільненнях, має малий момент інерції ротора, прохолоджує газове колесо шляхом перепуску частини повітря (близько50%) з компресора й ін. ТКР типу Лаваль із «монороторами» випускаються в чотирьох модифікаціях продуктивністю від 1,0 до 6,5 м3/сек .

На рис.10 показаний турбокомпресор фірми МАН серії NR/R, який є турбокомпресором із відцентровою турбіною, двухконсольним кріпленням з опорами, розташованими між дисками компресора й турбіни.

Макс. температура газів 650 °C, ступінь стиску 4.0.

Рис.10. Турбокомпресор фірми МАН серії NR/R.

В качестве агрегатов для продувки и наддува в судовых дизелях, помимо центробежных, применяют компрессоры объемного типа. К ним относятся компрессоры: роторно-зубчатые (РЗК); винтовые (ВК); поршневые (ПК); пластинчатые (Пл. К) и др.

Роторно-зубчатые компрессоры применяются в качестве продувочных или наддувочных агрегатов (I или II ступени). Винтовые компрессоры — в качестве наддувочных агрегатов при повышенных давлениях наддува (рк~ 1,5-г-1,7 кГ/см2). Поршневые компрессоры (насосы) — в качестве продувочных или наддувочных насосов в мало-и среднеоборотных дизелях. Пластинчатые (лопастные) компрессоры — в качестве продувочных насосов низкого давления в маломощных дизелях.

216

Рис. 31. Схемы роторнозубчатых компрессоров:

а — с двумя лопастями; б — с тремя лопастями.

Принцип действия РЗК (рис. 31) заключается в том, что воздух, поступивший в полость между роторами и корпусом компрессора, не

сжимаясь, переносится и выталкивается в нагнетательную полость D.

В момент соединения полостей F и D происходит сжатие воздуха за счет уравнения давлений между продувочным или наддувочным ресиверами и полостью F («внешнее» сжатие). Подвод и отвод воздуха осуществляется в направлении, перпендикулярном к оси вращения РЗК-

Роторы связаны между собой шестернями и вращаются в противоположные стороны с одинаковыми угловыми скоростями. Синхронность вращения роторов достигается зубчатыми колесами, насаженными на оси роторов вне рабочего пространства компрессора. Роторы должны вращаться без смазки. не касаясь друг друга, для чего между ними должен быть обеспечен постоянный зазор. Роторы представляют собой зубчатые колеса специального профиля; количество зубьев составляет — 2, 3, 4; зубья выполняют прямыми или винтовыми (рис. 32).

Рис. 32. Трехлопастные роторы:

а — прямой; е — винтовой.

По длине роторы могут быть разбиты на две-три секции, смещенные по углу заклинки для

повышения равномерности вращения роторов и уменьшения пульсаций давления воздуха.

РЗК при вращении в одном направлении не требуют каких-либо распределительных органов; у реверсивных дизелей необходима установка золотников, автоматических клапанов или специальной реверсивной муфты. РЗК может быть установлен к линию с рабочими цилиндрами (или сбоку на картере). Привод РЗК осуществляется от коленчатого вала зубчатыми колесами или цепью через упругую муфту. Валы роторов устанавливают на шариковых или роликовых подшипниках. Во избежание вибраций роторы должны быть сбалансированы как статически, так и динамически.

В качестве материалов для роторов применяют чугун, сталь (литье и сварные конструкции) и алюминиевые сплавы. Корпус компрессора часто выполняют из того же материала, что и ротор, чтобы обеспечить примерно одинаковые расширения при нагреве и получить во время работы заданные минимальные зазоры между роторами и корпусом.

К достоинствам РЗК относятся отсутствие соприкосновения между

217

роторами, а следовательно, и отсутствие необходимости в их смазке; приспособляемость к любому режиму работы дизеля; простая и компактная конструкция. Основными недостатками РЗК являются: значительный шум при работе, возникающий вследствие работы с «внешним» сжатием; заметная пульсация давления воздуха (особенно при роторах с прямыми зубьями); относительно невысокие к. п. д.

Для снижения шумового уровня РЗК ограничивают окружные скорости роторов (менее 50 м/сек); устанавливают глушители всасывания; переходят на винтовые роторы и др.

Наибольшее распространение в судовых дизелях средне- и многооборотных нашли 3-лопастные РЗК с винтовыми роторами, обеспечивающими снижение амплитуды пульсации воздуха и равномерность его подачи за цикл.

В качестве примера на рис. 33, а показан РЗК 2-тактного многооборотного дизеля с двумя трехлопастными винтовыми роторами.

Рис. 33. Трехлопастный РЗК 2-тактного дизеля типа ЯМЗ-204

Поршневые компрессоры (ПК). Поршневые продувочные насосы до сих пор еще применяются в мало- и среднеоборотных судовых дизелях благодаря простоте их устройства и надежности действия. ПК выполняют простого и двойного действия, одинарные и тандем. В качестве распределительных органов чаще всего применяют автоматические клапаны.

Привод насосов осуществляется: а) непосредственно 1 от особого кривошипа коленчатого вала; б) от кронштейна, вынесенного за пределы картера (например, у Гетаверкен или Фиат); I в) от балансиров, приводимых в действие с помощью шатунов. 3

В связи с переходом на наддув ПК стали использовать в качестве второй ступени наддува, в которую воздух поступает из газотурбокомпрессора (служащего первой ступенью).

Положительными свойствами ПК являются высокие общий к. п. д. и коэффициент подачи, а также возможность изменения в широких пределах

218

степени сжатия.

К недостаткам ПК следует отнести — нарушение уравновешенности дизеля, загрязнения продувочного воздуха маслом, большие габариты и вес, сложность и относительно высокую стоимость агрегата.

Автоматические клапаны, применяемые в продувочных или наддувочных насосах (рис. 46), состоят из корпуса с большим количеством прямоугольных прорезей, на которых лежат тонкие (0,2—0,3 мм) прямоугольные пластинки из пружинной стали; последние прижимаются к корпусу выгнутыми плоскими пружинами 2 из той же стали. Пружины рассчитаны так, чтош клапаны открываются при незначительном перепаде давлений.

Основное преимущество клапанов - возможность осуществлять минимальный объем вредного пространства (3—6%) и отсутствие привода.

На продувочном ресивере ставят предохранительные клапаны большого сечения, открывающиеся при р = 1,5-^2 ата.

Рис. 46. Впускные автоматические клапаны поршневого

продувочного насоса Фиат.

В конструкции насосов должно быть обращено внимание на предотвращение засасывания масла из картера полостью насоса; при крейцкопфном приводе для штока должен быть предусмотрен надежный сальник.

На современных 2-тактных мощных крейцкопфных судовых дизелях простого действия с наддувом в качестве дополнительных продувочных насосов или нагнетателей второй ступени наддува часто используют подпоршневые полости цилиндров.

Из устройства подпоршневой полости дизеля KZ 70/120A-MAH (рис. 47) видно, что оно включает всасывающие 5 и нагнетательные 2 клапаны, перегородку (диафрагму) 1 между картером и цилиндром, разъемные сальники 3 и 4 и сливной канал для масла 6.

В качестве примеров конструкции поршневых компрессоров для судовых дизелей приводятся:

1) на рис. 48 — общий вид продувочного насоса тандем двойного действия 2-тактного малооборотного судового дизеля ДК 68/120 мощностью 4000 э. л. с. при 125 об/мин типа Фиат. Диаметр поршня (диска) насоса

219

DK = 1200 мм; ход поршня S == 850 мм;

2)на рис. 49 — компактная конструкция судового дизеля Зульцер типа TS 29/50, у которого насосы расположены сбоку рабочих цилиндров и приводятся в действие через балансирные передачи;

3)на рис. 50 — один из индивидуальных поршневых насосов двойного действия дизеля Фиат, служащих в качестве II ступени системы продувки — наддува; насос вынесен за пределы картера и приводится посредством кронштейна, прикрепленного к поперечине крейцкопфа.

Рис. 47. Подпоршневой насос судового дизеля МАН типа KZ 70/120A:

а — общий вид; б - автоматические клапаны.

Рис. 48. ПК тандем двойного действия 2-тактного дизеля мощностью 4000 э. л. с. при

125 об/мин.

1 — нагнетательный ресивер;

2 — глушитель всасывания;

3 — всасывающий ресивер.

220