книги из ГПНТБ / Взоров, Б. А. Форсирование тракторных двигателей

Если колесо проектируется заново, целесообразно рассмот­ реть и сопоставить несколько вариантов колес, исходя из соот­

ношения (21)- Угол выхода струи газа на среднем диаметре определяется

вариантов рабочих колес, отличающихся углами (З2. Как видно.

долю энергии, преобразуемой из потенциальной в кинетическою в направляющем аппарате, где потери меньше, чем в колесе. Исходя из этого желательно иметь большее значение

( I —Гр'2) "|" ф2 COS2 CCj

На рис. 34 показано влияние р и (З2 па степень реакции р. Увеличение этих конструктивных параметров снижает р. Выбор

40

окружности колеса за цикл определяют интегральным урав­

нением

Т,

Сопоставляя полученные значения ц,, для разных вариантов рабочих колес, можно выбрать напвыгодпейшпс конструктивные параметры по уточненным данным, не прибегая к поправочным коэффициентам.

6.ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ

Сначала применения турбопаддува па автотракторных дизе­ лях конструкция турбокомпрессоров претерпела существенные изменения. На первых этапах производства малоразмерных тур­ бокомпрессоров использовались идеи, перенесенные с больших турбомашнн, в которых имелось большое количество деталей. Типичными для этого периода являются ранние модели турбо­

компрессоров фирм MAN, CAV, Эбершпехер, ККК (Кгонле, Копи и Кауш).

В процессе конструирования, производства и эксплуатации малоразмерных турбокомпрессоров совершенствовалось их кон­ структивное исполнение. В основу конструирования было поло­ жено обеспечение высокой надежности в сочетании с низкой стоимостью изготовления и эксплуатации. Упрощение конструк­ ции турбокомпрессоров привело к снижению числа наименова­ ний деталей до 12—15, включая нормализованные. При этом срок службы турбокомпрессоров значительно превысил срок службы дизелей до первого капитального ремонта и составил не менее 5000 ч. Незначительная стоимость турбокомпрессоров по­ зволяет при необходимости производить их полную замену.

При сохранении общей компоновки турбокомпрессоров — консольном расположении колеса турбины и компрессора суще­ ственно изменилась конструкция среднего корпуса, в котором размещаются подшипники вала.

Широко применяется клеммовое соединение среднего кор­ пуса с корпусом турбины пли компрессора. Внутренние полости среднего корпуса, по которым масло поступает к подшипникам, выполняют полностью механически обработанными, что облег­ чает очистку их после литья.

Водяное охлаждение среднего корпуса в современных моде­ лях, как правило, не применяется.

Упрощена и защита корпуса подшипников от теплового по­ тока, идущего от турбины. Как правило, она ограничена приме-

62

пением одного внутреннего теплового экрана. Находят приме­ нение также наружные тепловые экраны, защищающие корпус компрессора от нагрева лучеиспусканием, исходящим от корпу­ са турбины. Разработаны новые более эффективные уплотнения как гидродинамического, так и контактного типа. Последние выполняются в виде разрезных колец по типу поршневых и обеспечивают надежную работу узла подшипников при окруж­ ных скоростях рабочих поверхностей до 100 м/с.

В конструкции роторов турбокомпрессоров также произошли изменения. Вместо шпоночных соединений колес компрессора с валом введены самокоптрящнеся ганки с фиксатором. Наиболь­ шее распространение получили узлы подшипников с вращающи­ мися втулками, что снижает относительные скорости вращения в подшипнике и позволяет обеспечить самоустаиаиливаемость ротора.

Анализ узлов подшипников показал, что, несмотря па боль­ шое разнообразие конструктивных форм, их размеры изменя­ ются в узких пределах. Так, например, диаметр вала подшип­ ника находится в пределах 0,14—0,19 от диаметра рабочих колес, длина втулок подшипников равна 0,62—0,8 от диаметра вала в подшипнике.

Всеобщее распространение получила смазка подшипников турбокомпрессора от системы смазки дизеля с принятой на ди­ зеле системой фильтрации.

Наиболее действенным способом улучшения приемистости дизелей с наддувом является снижение момента инерции ро­ тора. Облегчение ротора достигается выполнением глубоких выемок между лопатками на наружной части диска и уменьше­ нием толщины лопаток.

Большое значение имеет правильная установка турбокомп­ рессоров на дизель. Одним из наиболее распространенных спо­ собов размещения турбокомпрессора является его крепление не­ посредственно к выпускному коллектору. Для компенсации теп­ ловых расширений входные и выходные патрубки турбокомпрес­ сора соединяют шлангами или сильфонами.

За период освоения и широкого развития наддува в зару­ бежном тракторном двигателестроешш разработано большое число унифицированных семейств турбокомпрессоров, выпуск которых освоен рядом специализированных фирм. Такими круп­ ными фирмами являются: а) объединение фирм Швитцер (США), Хольсет (Англия), ККК (ФРГ); б) фирмы Эйризерч (США) и Ротол (Англия) — по лицензии; в) фирма Эбершпехер (ФРГ); г) объединение Томсон, Рамол Вулдридж (США) и ряд других фирм и объединении.

Несмотря на многообразие конструктивного исполнения от­ дельных моделей турбокомпрессоров, выпускаемых разными фирмами, всем нм в той или иной степени свойственны общие принципиальные конструктивные решения.

СЗ

7. ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИЙ ЗАРУБЕЖНЫХ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ

Турбокомпрессоры объединения Швитцер — Хольсет— ККК. 'Объединение фирм Швитцер (США), Хольсет (Англия) и ККК

(ФРГ) выпускает несколько серий турбокомпрессоров для над­ дува дизеля мощностью 60—750 л. с. Длительное время на про­ изводстве находятся турбокомпрессоры трех серии, различаю­ щиеся диаметрами колес ротора и имеющие разные области

принципы сохраняются без изменений.

В качестве примера на рис. 36 показана конструкция дли­ тельное время сохраняющегося па производстве турбокомпрес­ сора «Хольсет» серии 4.

Подшипник турбокомпрессора состоит из двух бронзовых втулок, размещенных в чугунном корпусе с зазором, позволяю­ щим втулкам вращаться при работе турбокомпрессора. Осевое смещение втулок ограничено стопорными кольцами, помещен­ ными в проточках корпуса. Осевой подшипник, ограничивающий продольное перемещение ротора, расположен со стороны ком­ прессора. Неподвижная опорная пластина поджимается к втул­ ке подшипника кольцевой пружинной шайбой. Для смазки опорного подшипника к нему подведен специальный масляный капал. Для эффективного отвода масла от уплотнений приме­ нены широкие маслоотводящие полости в корпусе, а для более надежной работы уплотнений со стороны компрессора введен масляный экран, направляющий потоки масла к сливному от-

-64

верстию. Уплотнение вала со стороны турбины осуществлено двумя разрезными кольцами.

Для улучшения характеристик компрессора в широком диа­ пазоне расходов воздуха применен безлопаточный диффузор с развитыми входными сечениями. Последнее обусловлено тем, что выходной аппарат компрессора выполнен в виде воздухосборни­

ка постоянного сечения, имеющего благоприятную форму для компоновки турбокомпрессора с различными дизелями. Безлопа­ точный диффузор имеет входной участок, сужающийся в пери­ ферийном направлении примерно на расстоянии, равном 1,25 наружного диаметра колеса; далее диффузор имеет постоянную ширину. Прецизионная обработка диффузора в сочетании с пре­ цизионным литьем колес обеспечила высокую стабильность показателей компрессора. Отношение наружного диаметра ко­ леса турбины к наружному диаметру колеса компрессора со­ ставляет 0,91.

Колесо турбины турбокомпрессора серии 4 может продолжи­ тельно работать при 68000 об/мин и температуре выпускных

дизелей.

В качестве примера более новой модели из описываемого семейства турбокомпрессоров на рис. 37 приведен турбокомпрес-

сор серии 3 модели 3LD фирмы КККПри сохранении такой же конструктивной схемы, как и у описанного турбокомпрессо­ ра «Хольеет», конструкция отдельных деталей существенно из­ менена. Так, применен одни общий плавающий подшипник вала с осевой фиксацией между заплечиком вала со стороны турбп-

Рис. 37. Турбокомпрессор фирмы ККК мо­ дели 3LD

ны и упорной шаиоои со стороны компрессора, что значительно упростило конструкцию подшипникового узла. Ликвидирована подача масла к упорному подшипнику и несколько изменена форма маслоотражательного экрана. Упрощена конструкция узла уплотнения компрессора за счет переноса осевой фиксации только на гайку колеса компрессора. Упростился также корпус турбины при исключении съемного диска корпуса. Уплотнениесреднего корпуса со стороны турбины осуществлено одним коль­ цом вместо двух.

Диффузор имеет такую же конструкцию, но несколько мень­ шее отношение диаметров— 1,25. В качестве примера на рис. 38 показана характеристика компрессора турбокомпрессора фирмы

ККК серии 4 описанной конструкции, но большего размера. Характеристика показывает связь расхода воздуха G„, сте­

пени повышения давления лк с частотой вращения ротора и к. п. д. компрессора т),;. Как видно, значительная часть поля ха­ рактеристики охватывается значениями к. п.д. выше 0,7. Фак-

6G

тпческнп диапазон расхода воздуха при степени повышения дав­ ления 2,0 равен 0,32—0,45 кг/с.

Несмотря на применение безлопаточного диффузора, линия помпажа отсекает значительную часть характеристики, особенно

дение резьбы в наиболее на­ гретой части корпуса турбины, оавочпых термических напряжении.

Колесо турбины изготовляют точным литьем из легирован­ ной стали и соединяют с валом ротора сваркой в атмосфере инертных газов. Корпус подшипников изготовлен из алюминие­ вого сплава. В расточке корпуса установлена стальная втулка подшипника, залитая свинцовистой бронзой, с опорным фланцем для восприятия осевых сил. Корпус подшипника защищен от теплоотдачи турбины тепловым экраном из жаропрочной стали и воздушной камерой между корпусом и экраном. В турбине применен безлопаточиын направляющий аппарат, а вибропроч­ ность лопаток обеспечена приданием нм в сечении клиновид­ ной формы. Подбор турбокомпрессора к дизелю осуществляется заменой корпусов турбины. Для этого выпускают ряд корпусов, отличающихся сечениями проточных частей. В узле соединения корпуса турбины с корпусом подшипника установлен упругий элемент в виде фасонного кольца с упругими лапками, упираю­ щимися в тепловой экран, сопряженный с диском колеса тур­ бины. Наличие этого кольца способствует снижению термиче­ ских напряжений в корпусных деталях.

Маслоотводящее отверстие обеспечивает падежную работу уплотнений, выполненных в виде разрезных колец (типа порш­ невых). Повышение надежности уплотнения со стороны компрес­

3* 67

сора достигается применением композиции на основе угля в качестве материала уплотнении. Безлопаточный диффузор комп­ рессора обеспечивает работу дизеля в широком диапазоне не­ стационарных режимов. В более поздних моделях турбокомп­ рессоров TRW, предназначенных для более тяжелых условий

эксплуатации, применяют колесо турбины, изготовленное заод­ но с валом из сплава типа стеллита отливкой по выплавляемым моделям, и две подшипниковые плавающие втулки со слоем свинцовистой бронзы как на внутренней, так и на наружной по­ верхностях.

Турбокомпрессор выпускают с тремя модификациями комп­ рессоров В, А и Н, обеспечивающими характеристики пара­ метров наддува в широком диапазоне расхода воздуха (рис. 40).

Конструкция описанного турбокомпрессора хорошо отработа­ на, он состоит из деталей всего 12 наименований.

Турбокомпрессоры объединения Эйризерч Гаррет—Доути. Американская корпорация Гаррет Эйризерч и ее английский лицензиат фирма Доути выпускают широкий ассортимент тур­ бокомпрессоров моделей Т04, ТЕ06, Т12, Т18, ТН08А, Т18А для дизелей различного назначения мощностью до 1000 л. с. Для тракторных дизелей наиболее широко применяются первая и вторая модели. Компания заимствовала эффективную схему

68