Принцип работы турбокомпрессора для дизельного двигателя

Устройство и принцип действия дизельного агрегата

Конструкция этого оборудования может быть представлена двумя вариантами компрессорных блоков:

1. Поршневым;
2. Винтовым.

Устройства последнего типа получили наибольшее распространение. Они относятся к передвижным объемным дизельным компрессорам и работают следующим образом. Воздух всасывается агрегатом через специальный фильтр, который оснащается сменными элементами. В этом блоке происходит очистка воздуха и направление его в многофункциональный регулятор. И только после этого воздушные массы попадают в винтовой блок, где они перемешиваются с маслом и сжимаются.

Образовавшаяся в результате этих действий смесь, пройдя через радиатор, поступает на выход дизельного компрессора. При этом в сепараторе происходит отделение масла с подачей его в винтовой блок. Управляет его перемещением клапан термостата, отправляя по малому или большому кругу, в зависимости от температуры. Однако, прежде чем масло попадает в винтовой блок оно очищается от твердых вкраплений, проходя через фильтры.

Конструкция дизель-компрессора также включает в себя:

• Двигатель (электрический или внутреннего сгорания);
• Вентилятор;
• Клапан минимального давления

Винтовой блок устройства состоит из червячных роторов:

• Ведущего;
• Ведомого.

Они находятся в зацеплении и отвечают за процесс сжатия воздуха, который осуществляется следующим образом. Несмотря на то, что зубья блоков находятся в зацеплении, между их открытыми полостями и корпусом винтового блока образуется своего рода емкость, в которую при вращении роторов нагнетается воздух. В процессе работы устройства происходит закрытие полостей и уменьшение объема между ними, что приводит к росту давления. При достижении им необходимой величины сжатый воздух начинает поступать в нагнетательный патрубок.

Для прохождения полного цикла сжатия необходим один оборот ведущего ротора. Если сравнивать работу винтового прибора с поршневым, то четко видна разница в процессе сжатия. В поршневом дизельном компрессоре оно происходит за счет возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре.

Сопутствующие системы

В процессе своей работы турбина непременно подвергнется термодинамическим нагрузкам. Т.н. горячая часть турбины, в которой энергия отработавших газов преобразуется в энергию вращательного движения, может нагреваться до температур в 800°С и выше. Важно учесть, что вал турбины может вращаться с частотой 200 тыс. об/мин. Если с обеспечением турбины маслом все более-менее понятно, то как быть с охлаждением? Здесь есть несколько вариантов:

• Охлаждение маслом;
• Охлаждение и маслом, и антифризом.

Запчасти на rover 200

Прокладка поддона картера двигателя
211 11 K2D

Запчасти на hafei princip

Полуось (привод) передняя правая 1.6 DA476Q
Разберемся с охлаждением маслом. Речь идет о том же масле, что используется в подшипниках. Это довольно простая система охлаждения турбины, которая, впрочем, крайне требовательно как к качеству масла, так и к соблюдению температурного режима эксплуатации самой турбины. Кроме того, масло охлаждает агрегат хуже, чем комплексная система масло + антифриз. Если не соблюдать температурный режим, масло начнет кипеть и коксоваться, тем самым забивая каналы для подвода смазочного материала.

Если турбокомпрессор охлаждается и маслом, и антифризом, он наверняка имеет более сложную конструкцию. При этом в нем практически не наблюдается коксование и закипание масла. Т.к. охлаждающих контуров в турбине два (контур охлаждающей жидкости и масляный контур), она стоит дороже той, в которой охлаждение исключительно масляное. Еще одной системой, работающей в тандеме с турбиной, является система охлаждения воздуха. Она представлена т.н. интеркулером, о котором мы писали в отдельном материале. Интеркулер является промежуточным охладителем воздуха. В нем воздух, нагретый внутри «улитки» турбины, охлаждается до поступления к двигателю. Более холодный воздух имеет большую плотность, а значит, в условной объеме такого воздуха больше кислорода, чем в том же объеме горячего воздуха.

Принцип работы турбонаддува в автомобиле

Любого автовладельца хотя бы раз в жизни посещала мечта о повышении мощности и рабочих характеристик своего железного коня, причем рождаются такие мысли не только у владельцев бюджетных автомобилей, она посещает головы и владельцев мощных спортивных суперкаров. И эту мечту можно осуществить. Технические прогресс принес в нашу жизнь возможность выполнить тюнинг и модернизацию любой техники. Увеличение мощности двигателя возможно за счет установки дополнительного оборудования в виде турбины, или как её еще называют – система турбонаддува. Она может быть установлена на любой двигатель, независимо от типа и марки. Если турбонаддув уже установлен, то тюнинг основывается на улучшении его рабочих характеристик.

Турбина в разрезе

Турбонаддув – что он дает

Выполнить тюнинг двигателя с получением увеличения мощности можно выполнить различными способами. В случае с турбиной, происходит интенсивное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью. Всасывание воздуха выполняется в автоматическом режиме. Если не устанавливать турбонаддув, то повысить мощность можно только за счет увеличения объемов цилиндров. При этом будет наблюдаться повышенный расход топлива, а сам двигатель на автомобиле должен быть массивнее.

Чтобы избежать увеличения массы двигателя и расхода топлива, надо увеличить интенсивность подачи топливно-воздушной смеси. Для этих целей и устанавливается турбина, которая выполняет роль нагнетателя.

В зависимости от того, какого типа установлен турбонаддув и какой двигатель, этот тюнинг позволяет достичь увеличения мощности 1,5-2 раза. При этом, не смотря на расхожее мнение, вреда для мотора не будет никакого, особенно если правильно настроить работу систем охлаждения и подачи масла. Чтобы это понять, стоит рассмотреть как работает турбонаддув.

Виды систем турбонаддува

Турбонаддув, устанавливающийся на современные двигателя, можно разделить на 3 вида:

• Резонансный. Особое распространение получил на двигателях с распределенным впрыском. Работа основана на кинетической энергии объема воздуха, при этом происходит повышение давления воздушно-топливной смеси в момент открытия впускного клапана;
• Газотурбинный. Является более популярным и приводится в действие выхлопными газами;
• Объемный нагнетатель. Привод таких турбин выполняется в основном ременной передачей, а работает она по принципу обычного механического компрессора.

Так как наиболее распространенным видом является все-таки газотурбинные системы, то и рассмотрим конструкцию принцип работы турбонаддува именно этого типа. Итак, турбина – это механизм, состоящий из корпуса, в котором вращаются вал с крыльчаткой. На конструкции навешен пневмопривод, роль которого состоит в активации перепускного клапана, который необходим для регулировки вращения турбины. То есть это выглядит следующим образом: в процессе нагнетания воздуха компрессором происходит повышение давления, пневмопривод в этот момент открывает клапан и выбрасывает часть газов в выхлопную систему, тем самым уменьшая скорость вращения турбины.

Недостатки турбин и методы их решения

Как несложно догадаться, турбины должны иметь недостатки. Самым явным является усложненная, относительно большинства старых турбонагнетателей, конструкция. Последние имели не самый впечатляющий КПД, но зато отличались высокой надежностью. Большинство нагнетателей и вовсе не нуждались в обслуживании! Почитать о них вы можете в нашем материале, посвященном реализации наддува двигателя. Что до турбин, то они имеют и другие недостатки:

• Турбояма;
• Несоответствие расхода воздуха текущей нагрузке;
• Габариты (в случае специальных моделей и систем);
• Высокий расход масла;
• Требования к качеству топлива.

Можно видеть, что недостатков у турбин довольно много. Так почему же их устанавливают? Причин несколько, и вот лишь некоторые из них: улучшение динамики автомобиля, экологичности, мощности. На классических «автомобилях выходного дня» с атмосферным двигателем в турбине нет особо смысла. А вот регулярно эксплуатируемый автомобиль становится еще более привлекательным для водителя, если его двигатель малого объема имеет впечатляющую мощность и экологичность. Однако и проблему недостатка турбин хорошо было бы решить… И несколько решений действительно есть.

В погоне за разрешением проблемы возникновения турболага инженеры создали несколько интересных схем применения турбин. Именно турбин: их могло быть две. Например, системы твин-турбо и би-турбо. О таких решениях мы поговорим чуть позже, а пока давайте разберемся, что же такое турбояма и турболаг (не стоит путать эти два понятия).

Эффект турбоямы состоит в следующем: при движении авто на небольших оборотах и при резком нажатии на педаль газа турбина не сразу реагирует на манипуляции водителя. И действительно – топливо должно смешаться с воздухом, сгореть, а затем отработавшие газы должны поступить к турбине. Турболаг несколько отличается от турбоямы. Если первый эффект обусловлен работой мотора и объемом турбины, то второй эффект может быть обусловлен, например, размером и эффективностью интеркулера и диаметром пайпинга. И вот, когда мы разобрались с основными недостатками турбокомпрессоров, давайте посмотрим, какие же решения предлагают инженеры автоконцернов. И здесь есть на что посмотреть:

• Твин-турбо (twin-turbo);
• Би-Турбо (biturbo);
• Изменяемая геометрия сопла, а также угла наклона крыльчатки в системах VGT;
• Твин-скрол (twin-scroll).

Система твин-турбо изначально не была призвана решить проблему турбоямы, так как ее устанавливают на автомобили с особенно мощными двигателями. В твин-турбо используются сразу две одинаковые турбины, значительно повышающие объем или же давление воздуха, который будет поступать к двигателю. Это гарантирует, что мощность последнего будет близка к максимально возможной. Если же турбин две, но их объем мал, то система позволяет добиться прироста мощности на малых оборотах и частично или полностью решить проблему турбоямы.

В отличие от предыдущей системы, в би-турбо применяется пара разных турбин с последовательным соединением. Турбина малого объема работает на малых оборотах, а вот турбина большого объема включается в работу при высоких оборотах двигателя. Это также позволяет решить проблему возникновения турбоямы, а также уменьшить число лагов двигателя при изменении оборотов.

Турбины с изменяемой геометрией, которые просто называют VGT, полностью соответствуют своему названию. Угол наклона лопаток крыльчатки в таких турбинах может меняться в зависимости от того, какова нагрузка на турбокомпрессор. Также может меняться и сечение трубы, через которую проходят выхлопные газы. Это призвано «разогнать» отработавшие газы, а также более эффективно использовать их энергию. Как правило, системы VGT применяют на турбированных дизелях. Это обусловлено меньшими тепловыми нагрузками в турбинах, а также их способность уменьшать скорость вращения ротора.

Твин-скрол, или же двойная улитка – это еще одна система, которая соответствует своему названию. Суть в том, что контур движения газов в таких турбинах двойной. Они могут идти как сразу по обоим контурам (легко провести аналогию с твин-турбо), так и разделяться на два потока (напоминает би-турбо). Геометрия контуров, как вы уже догадались, различна. Регулируется системы посредством клапанов.

Турбонаддув

Турбонаддув – способ увеличения мощности двигателя автомобиля за счет увеличения подачи воздуха в цилиндры, не изменяя при этом его (двигателя) объема.

Основной элемент системы – турбокомпрессор, состоящий из турбины и компрессора (нагнетателя). Причем турбина начинает работать как только происходит запуск двигателя, а компрессор только с определенного числа оборотов. Роль обогащения топливо-воздушной смеси кислородом отведена компрессору (нагнетателю). Происходит этот процесс за счет использования энергии отработавших газов. Колеса («крыльчатки») турбины и компрессора закреплены на одном валу. Выхлопные газы через выпускной коллектор попадают в корпус турбины, раскручивая ее колесо, которое в свою очередь раскручивает колесо компрессора, вследствие чего осуществляется всасывание воздуха из атмосферы в компрессор, и уже в нем его сжатие и нагнетение во впускное отверстие.

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы приспособления выглядит следующим образом:

• отработавшие газы из выпускных клапанов по специальному патрубку направляют в часть корпуса устройства, в которой расположено колесо турбины;
• под воздействием газов колесо начинает вращаться и приводит в движение вал, который расположен в продольной оси корпуса;
• вал, в свою очередь, приводит в движение компрессионное колесо;
• компрессионное колесо непосредственно из атмосферы или через воздушный фильтр забирает воздух и нагнетает его во впускные клапаны;
• в результате в цилиндрах формируется более высокое давление и образуется более высокая концентрация кислорода.

При этом поступление отработавших газов на колесо регулируется впускным клапаном. Положение его заслонки определяет ЭБУ. Это делается на основе показаний различных датчиков. Чем большая мощность необходима в конкретных условиях передвижения транспортного средства, тем шире открывается заслонка. Действует и обратное правило – при избыточной мощность просвет клапана уменьшается, и работа турбокомпрессора делается менее интенсивной.

навигатор для автомобиля

Плюсы и минусы оборудования

Среди преимуществ стоит выделить:

• Низкий уровень вибрации;
• Высокая надежность и долговечность;
• Небольшие эксплуатационные затраты на обслуживание и эксплуатацию.

Кроме того, приборы имеют компактные габариты, достаточно легкие и способны проработать до 40 тысяч часов без ремонта при условии грамотного использования. Они оснащаются дизельным двигателями нового поколения, которые отличаются минимальным потреблением топлива, что делает затраты минимальными.

Смотрим видео, аспекты подбора оборудования:

Конструктивные особенности приборов обеспечивают их непрерывную работу в течение длительного периода времени. При этом не требуется постоянный контроль со стороны человека. Дизельные компрессоры этого класса производят воздух в конкретном диапазоне давления, что позволяет потребителю экономить на приобретении дополнительного оборудования.

Критерии выбора

Покупка передвижного дизельного компрессора должна осуществляться с учетом основных критериев его использования

В первую очередь обращают внимание на тип привода. Если предполагается использовать оборудование на отдаленной строительной площадке или при ремонте дорог, рядом с которыми нет электросети, то стоит купить дизельный агрегат

Они способны работать в автономном режиме и не зависят от наличия электричества.

Если предполагается работа сразу с несколькими устройствами, то необходимо выбирать модель соответствующей мощности.

Стоимость оборудования также является одним из главных аспектов выбора. Исходя из нее можно порекомендовать продукцию Компании Atmos. Ее продукция отличается высоким качеством при умеренных ценах.

Популярные модели компрессоров

Отечественный рынок предлагает покупателям различные типы таких агрегатов. Они отличаются по конструкции, марке производителя.

Продукция Atlas Copco

Среди наиболее популярных продуктов изделия компаний:

• Atlas Copco;
• Airman;
• Porta.

Дизельные агрегаты бельгийского производителя отличаются надежностью, невысоким расходом топлива, удобной эксплуатацией.

Они представлены широкой линейкой и классифицируются по:

• Конструкции;
• Давлению;
• Производительности.

Компания выпускает как передвижные, так и стационарные модели. Причем последние могут укомплектовываться опорами. Передвижные наоборот отличаются максимальной мобильностью и могут буксироваться со скоростью до 90 км/ч.

Передвижные дизельные модели марки Atlas Copco

Давление у различных моделей Атлас Копко находится в диапазоне от 7 до 35 бар, а производительность достигает 65 м³/мин. Комплектуются такие приборы двигателями марок Deutz или Caterpiller, которые отвечают самым строгим требованиям европейских стандартов по экологии.

Функция турбины в турбокомпрессоре

Турбина одна из составляющих компрессора, от ее работы зависит многое. Основные требования, применяемые при изготовлении турбин, это:

• удароустойчивость,
• стабильность работы при высоких температурах,
• большая прочность под воздействием этих самых температур,
• устойчивость к окислениям.

Каждая деталь турбины изготавливается из жаропрочного материала и проходит специальную обработку. Но даже все эти технологии не могут гарантировать бесперебойную работу устройства.

От постоянного движения детали изнашиваются, и их приходится заменять на новые. Комплектующие для турбин можно найти на сайте интернет-магазина «Мастер Сервис». Здесь представлен широкий выбор запчастей необходимых для ремонта.

Незаменимое оборудование в строительной сфере

Устройства этого класса применяются очень давно. Чаще всего их можно увидеть при проведении дорожных работ. Используемые при их проведении отбойные молотки нуждаются в постоянном обеспечение сжатым воздухом. С этой задачей отлично справляются передвижные дизельные компрессоры.

Незаменим этот вид оборудования и при бестраншейной прокладке труб, их продувке и опрессовке, обеспечивая работу пневмопробойников, пескоструйных и других аналогичных аппаратов.

Смотрим видео, сфера применения агрегата:

Возможно использование дизельных компрессоров как резервного источника обеспечения воздухом предприятий. А так как они являются автономными и не зависят от электричества, то могут быть доставлены на любой строительный объект и приведены в рабочее состояние в кратчайшие сроки.

Для чего турбина дизелю

Конечно, как и любой другой автомобильный мотор, двигатель с турбиной может тоже иногда ломаться. Но как показывает практика, делает он это не чаще, чем атмосферный мотор при условии правильной эксплуатации и своевременного обслуживания. Для того чтобы самостоятельно определить неисправность турбины, необходимо в общих чертах знать устройство турбины дизельного двигателя.

Принцип её работы, как и устройство, не слишком сложны. Наддув предназначен для того, чтобы искусственным путём повысить наполняемость камеры сгорания рабочей смесью солярки и воздуха. В результате, при том же объёме камеры сгорания и при том же расходе топлива, мощность двигателя на порядок возрастает. Конструктивно турбонагнетатель выглядит так.

Чем отличается турбонаддув от турбокомпрессора

В общем двигатели с установленными турбонаддувом или турбокомпрессором называют в просторечье “турбодвигателями”, “турбированными моторами” и подобными названиями, где, главным образом, фигурирует часть “турбо”. Турбрированный двигатель производит гораздо больше мощности в общем зачёте при том же режиме работы, чем аналогичный двигатель без турбонаддува или компрессора.

Типичный дополнительный (к стандартному атмосферному давлению) импульс давления, подаваемый турбокомпрессором или нагнетателем в цилиндры, составляет примерно от 0,4 до 0,55 бар (или почти столько же атмосфер). При нормальном атмосферном давлении в 1 атмосфер Вы можете видеть, что двигатель таким образом получает дополнительно приблизительно на 50 процентов больше воздуха. Таким образом, можно было бы ожидать получить 50-процентное увеличение мощности двигателя, не правда ли? Но подаваемый под давлением воздух, к сожалению, не настолько эффективен, хотя, впрочем, получить 30-процентный прирост мощности – это нормально для современных автомобилей. Давайте теперь перейдём к главному вопросу: чем отличается турбонаддув от турбокомпрессора?

Ключевое различие между турбокомпрессором и турбонагнетателем заключается в системе питания каждого из них. Согласитесь, ведь что-то должно сжимать и затем поставлять сжатый воздух в двигатель, для чего требуется дополнительная энергия! В обоих случаях питанием служит крутящееся движение с вентилятором, который и нагнетает воздух в двигатель. В случае с турбокомпрессором кручение передаётся через ременной привод, который подключается непосредственно к двигателю. Он получает вращение также как, к примеру, генератор. Турбонаддув, с другой стороны, получает питание от потока выхлопных газов: выхлопы проходят через турбину, вращая её, оказывая давление на лопасти, а турбина, в свою очередь, вращает компрессор. Вот чем отличается турбокомпрессор от турбонагнетателя!

Есть свои недостатки, преимущества и компромиссы в обеих системах. В теории турбонаддув является более эффективным, так как он приводится в движение с помощью “впустую” расходующейся энергии потока выхлопных газов в качестве своего источника питания. С другой стороны, турбонагнетатель вызывает некоторое количество обратного давления в выхлопной системе и стремится обеспечить гораздо меньший импульс, пока двигатель работает на низких оборотах. С третьей стороны, турбонагнетатели значительно проще в установке, но, как правило, автомобили с турбонагнетателями стоят дороже.

Особенности эксплуатации турбокомпрессора

Наиболее частой причиной выхода из строя современных турбокомпрессоров является то, что масло забивает центральный картридж турбины. Закоксовка маслом происходит после быстрой остановки турбомотора после серьезных и продолжительных нагрузок. Дело в том, что усиленный теплообмен между турбиной и разогретым выпускным коллектором сопровождается отсутствием потока свежего масла и поступлений охлажденного наружного воздуха в компрессор. Возникает общий перегрев картриджа и происходит закоксовка оставшегося в турбине масла.

Свести такой негативный эффект к минимуму позволяет решение водяного охлаждения турбины. Магистрали с охлаждающей жидкостью создают теплопоглощающий эффект и снижают уровень температуры в центральном картридже. Это происходит даже после полной остановки двигателя и при отсутствии принудительной циркуляции ОЖ. С учетом этого рекомендуется обеспечить минимум неравномерностей по вертикальной линии подачи ОЖ, а также осуществить разворот центрального картриджа вокруг оси турбины (это можно сделать под углом около 25 градусов).

Дополнительно в ряде случаев потребуется установка «турботаймера». Под этим решением понимается устройство, которое не позволяет двигателю сразу остановиться после того, когда водитель выключил зажигание. Устройство позволяет вынуть ключ, выйти из автомашины, поставить автомобиль под охрану сигнализации, а затем само заглушит мотор спустя заданное количество времени. Для повседневной эксплуатации турботаймер очень удобен, прост и практичен в использовании.

Назначение автомобильного турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора

Сейчас ответом данной неприятности есть применение турбокомпрессора, он же турбонаддув, турбонагнетатель. Сущность работы данного устройства – обеспечение повышенного давления воздуха, подаваемого в цилиндры силовой установки. Благодаря применению турбокомпрессора конструкторам удалось повысить выходную мощность без необходимости в конструктивном трансформации двигателя, повышении оборотов камер и объёма сгорания коленчатого вала.

Наряду с этим

потребление горючего у турбированного мотора будет ниже за счет более полного его сгорания в цилиндрах.

Турбокомпрессор сейчас устанавливается и на бензиновые, и на дизельные моторы. Но наряду с этим установка нагнетателя более действенна на дизельных установках. Связано это с изюминками работы для того чтобы мотора – у дизеля степень сжатия в цилиндрах практически в два раза больше, чем у бензиновых, а скорость вращения коленчатого вала – меньше.

Из чего состоит турбина

В состав турбины входит:

• Вестгейт, он выполняет защитную функцию, оберегая турбину от перегрузок;
• Картридж, который в принципе и является турбокомпрессором, за исключением трех деталей;
• Сопловой аппарат, называемый геометрией турбины и предназначенный для регулирования потока газовой смеси;
• Подшипники, служащие уплотнением и обеспечивающие герметичность.

Все эти составляющие играют важную роль в работе турбокомпрессора в целом. Своевременное выявление неполадок поможет значительно сэкономить средства, продлив при этом жизнь уже существующего турбокомпрессора.

Конструкция турбокомпрессора

Принцип работы совокупности турбонаддува

Турбонаддув включает в собственную конструкцию воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельную заслонку, турбокомпрессор, интеркулер (охладитель наддувочного воздуха), элементы управления и впускной коллектор. Все эти

элементы связаны между собой напорными шлангами и патрубками.

Главным элементом всей данной совокупности есть турбокомпрессор, потому, что он снабжает нагнетание воздуха под давлением в совокупность. Состоит он из двух колес, посаженных на один ротор. Корпус компрессора складывается из двух камер, в каждую из которых помещено собственный колесо.

Автомобильный турбокомпрессор в разрезе

Первое колесо компрессора – турбинное. Оно принимает на себя энергию отработавших газов и через ротор перелает его на второе колесо. Другими словами, турбинное колесо есть ведущим.

Потому, что оно трудится с разогретыми газами, то изготавливается это колесо, и кроме этого его камера из жаропрочных материалов.

Второе колесо – компрессорное. Оно приобретает вращение от ведущего колеса и есть ведомым. Данное колесо засасывает через воздухозаборник воздушное пространство, сжимает его, повышая давление, и перепускает его дальше.

Свободное вращение ротора обеспечивается наличием подшипников скольжения. Эти подшипники – плавающие, другими словами между ними, корпусом и ротором обеспечивается зазор. Смазка этих подшипников производится от совокупности смазки мотора.

Дабы масло не вытекало наружу, и не попадало в атмосферу либо обработанные газы, в конструкции употребляются уплотнительные кольца.

1 – крыльчатка турбины; 2 – крыльчатка компрессора; 3 – вал; 4 – подшипниковый узел; 5 – штуцер подачи масла; 6 –регулятор. давления наддува.

В большинстве турбонаддувов употребляется воздушная совокупность охлаждения, но на некоторых бензиновых двигателях видится и жидкостная совокупность охлаждения компрессора, входящая с состав совокупности охлаждения двигателя.

Интеркулер включен в совокупность турбонаддува для обеспечения охлаждения сжатого воздуха. На протяжении работы турбокомпрессора воздушное пространство разогревается, что ведет к понижению его плотности. При охлаждении плотность опять возрастает и увеличивается давление. Интеркулер представляет собой

простой радиатор.

Он может охлаждать воздушное пространство как при помощи

воздушного, так и жидкостного охлаждения. По окончании интеркулера воздушное пространство подается во впускной коллектор, а после этого уже – в цилиндры.

В турбонаддув входят элементы управления, каковые снабжают верное функционирование. Главным элементом управления есть регулятор давления. Этот регулятор представляет собой перепускной клапан. Данный клапан регулирует количество подаваемых отработанных газов на турбинное колесо.

Этот клапан трудится на базе показаний датчика давления наддува, входящий в совокупность управления двигателем. Данный клапан снабжает подачу лишь нужного количества отработанных газов, остальные пуская в обход турбокомпрессора.

Кроме этого в совокупность управления турбонаддува смогут входить еще один клапан– предохранительный, что устанавливается за компрессором. Он снабжает защиту от вероятных скачков давления в совокупности при резком закрытии дросселя. Данный клапан может или стравливать избыток давления, или перегонять лишний воздушное пространство на вход в турбокомпрессор.

Дополнительные элементы системы турбонаддува

Если говорить о конкретных модификациях мотора, а также о компоновке различных элементов в подкапотном пространстве, турбокомпрессор может иметь ряд дополнительных элементов. Мы уже упоминали такие детали системы, как Wastegate и Blow-Off. Давайте рассмотрим их более подробно.

Клапан Blow-off

Блоу-офф представляет собой перепускной клапан. Данное устройство устанавливается в воздушной системе. Местом расположения становится участок между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой. Главной задачей блоу-офф клапана становится предотвращение выхода компрессора на характерный режим работы surge.

Под таким режимом стоит понимать момент резкого закрытия дросселя. Если описать происходящее простыми словами, то скорость воздушного потока и сам расход воздуха в системе резко понижаются, но турбина еще определенное время продолжает вращение по инерции. Инерционно турбина вращается с той скоростью, которая уже больше не соответствует новым потребностям мотора и упавшему таким образом расходу воздуха.

Последствия после циклических скачков давления воздуха за компрессором могут быть плачевны. Явным признаком скачков является характерный звук воздуха, который прорывается через компрессор. С течением времени из строя выходят опорные подшипники турбины, так как они испытывают сильные нагрузки в момент указанных скачков давления при сбросе газа и последующей работе турбины в этом переходном режиме.

Блоуофф реагирует на разницу давлений в коллекторе и срабатывает благодаря установленной внутри пружине. Это позволяет выявить момент резкого перекрытия дросселя. Если дроссель резко закрылся, тогда блоу-офф осуществляет стравливание в атмосферу внезапно появившегося в воздушном тракте избытка давления. Это позволяет существенно обезопасить турбокомпрессор и уберечь его от избытка нагрузок и последующего разрушения.

Клапан Wastegate

Данное решение представляет собой механический клапан. Вестгейт установливают на турбинной части или же на самом выпускном коллекторе. Задачей устройства является обеспечение контроля за тем давлением, которое создает турбокомпрессор.

Стоит отметить, что некоторые дизельные силовые агрегаты используют в своей конструкции турбины без вейстгейта. Для моторов, которые работают на бензине, в большинстве случаев наличие такого клапана является обязательным условием.

Главной задачей вейстгейта становится обеспечение возможности беспрепятственного выхода для выхлопных газов из системы в обход турбины. Запуск части отработавших газов в обход позволяет осуществлять контроль за необходимым количеством энергии этих газов. Взаимосвязь очевидна, ведь именно выхлоп вращает через вал колесо компрессора. Данный способ позволяет эффективно управлять давлением наддува, которое создается в компрессоре. Наиболее частым решением становится контроль вейстгейта за давлением наддува, который осуществляется при помощи противодавления встроенной пружины. Такая конструкция позволяет контролировать обходной поток выхлопных газов.

• Вейстгейт может быть как встроенным, так и внешним. Встроенный вейстгейт конструктивно имеет заслонку, которая встроена в турбинный хаузинг. Хаузинг в народе попросту называют «улитка» турбины. Дополнительно wastegate имеет пневматический актуатор и тяги от данного актуатора к дроссельной заслонке.
• Гейт внешнего типа представляет собой клапан, который установлен на выпускной коллектор перед турбиной. Необходимо заметить, что внешний гейт имеет одно неоспоримое преимущество сравнительно со встроенным. Дело в том, что сбрасываемый им обходной поток можно возвращать обратно в выхлопную систему достаточно далеко от выхода из турбины, а на спортивных авто и вовсе осуществить прямой сброс в атмосферу. Это позволяет заметно улучшить прохождение отработавших газов через турбину благодаря тому, что наблюдается отсутствие разнонаправленных потоков. Все это очень важно применительно к ограниченному компактному объему «улитки».

Неисправности и их диагностика

При собственной достаточно несложной конструкции, у турбонаддува может появиться много неисправностей. Главными из них являются:

• Утечка масла через попадание и уплотнительные кольца его в атмосферу, подаваемый в цилиндры;
• Утечка воздуха в местах соединения патрубков;
• Замусоривание канала отвода масла из компрессора;
• Замусоривание подающего масляного канала;
• Неисправности совокупности управления;
• Трещины и деформация корпуса компрессора;
• Замусоривание воздушного фильтра;

О многих появившихся проблемах с работой турбонаддува смогут просигнализировать выхлопные газы. светло синий дым из трубы будет говорить о попадании масла в атмосферу, тёмный – на утечку воздуха, а белый – на замусоривание отводного масляного канала.

Кроме этого о неисправностях с турбонаддувом может поведать турбонаддув и сам двигатель. Утрата динами разгона будет говорить о проблемах с управлением турбиной, свист при работе мотора будет сигнализировать об утечке воздуха между двигателем и компрессором, а деформация корпуса будет сопровождаться скрежетом.

Не обращая внимания на неисправности и свои недостатки все больше машин оснащаются турбокомпрессорами, потому, что данное устройство – вправду нужное.

Экскурс по производителям

Важным моментом в выборе турбины является также выбор производителя. Так, например, сегодня на рынке автомобильных агрегатов все чаще можно видеть турбины от китайских «нонейм» производителей. Особенно часто встречаются китайские электротурбины, которые заслуживают отдельного материала. Если автолюбитель хочет установить на свой автомобиль качественный агрегат, то ему стоит обращать внимание на продукцию шести известных производителей:

• IHI (Япония);
• Holset (США);
• BorgWarner (США);
• Schwitzer (Германия);
• Harima Heavy Industries (Япония);
• Garett (США).

Пожалуй, наиболее качественными являются именно американские турбины. Вместе они и самые популярные. Турбированные двигатели большинства автомобилей европейских марок оснащены турбинами американских фирм. Впрочем, последние размещают производства и за пределами своей родной страны. Практика успела показать, что особой разницы между турбинами “Made in USA” и “Made in China” нет. Где действительно видна разница в качестве, так это в ремкомплектах. Интересный момент: далеко не все производители турбин выпускают ремонтные комплекты. В свою очередь, их выпускают все те же “нонейм” производители. При выборе ремкомплектов автолюбителям стоит быть особенно внимательными и изучать отзывы покупателей.

Турбокомпрессоры

1. Конструктивные особенности турбокомпрессоров
2. Турбокомпрессор (VTR)
3. Турбокомпрессор (типа TL).
4. Характеристики и техническое обслуживание турбокомпрессоров
5. Неисправности ГТН и их возможные причины
6. Опыт эксплуатации ГТН
7. Аварийные ситуации ГТН

Для повышения мощности судовых дизелей применяют турбокомпрессоры, которые обеспечивают наддув. Существуют турбокомпрессоры разных (тип VTR), «Бурмейстер и Вайн» (тип TL), «МА1Ч»-«Бурмейстер и Вайн» (тип NA), «Нэпир» и др.
На рис. 13.13 показана конструкция турбокомпрессора (тип VTR). Обозначения соответствуют следующим узлам: 1 — газовая турбина; 2 — вал ротора; 3 — центробежный компрессор; 4 — вращающийся направляющий аппарат (ВНА); 5 — масляные картеры; 6 — опорно-упорный двухрядный подшипник; 7 — масляные насосы; 8 — сопловой аппарат; 9 — средний корпус; 10 — охлаждаемые полости; 11 — корпус турбины; 12- опорный однорядный подшипник; 13 — лабиринтовые уплотнения; 14 — воздушная камера; 15 — воздушный канал.

Принцип действия турбокомпрессора понятен из рисунка, а его конструктивными особенностями является следующее. На валу 2 расположены на шпонках рабочее колесо компрессора 3 и вращающийся направляющий аппарат 4. Он обеспечивает подачу всасываемого воздуха на рабочее колесо. Лопатки ВНА закручены в сторону вращения ротора. Колесо компрессора выполнено из алюминиевого сплава. Воздух нагнетается рабочим колесом в диффузор, представляющий узкую кольцевую щель. При движении по диффузору скорость воздуха уменьшается ввиду увеличения кольцевого сечения диффузора по радиусу, а давление увеличивается. Дальнейшее повышение давления воздуха за счет уменьшения скорости происходит в выходном патрубке (улитке) благодаря увеличению его сечения.

Выхлопной газ от ГД поступает на рабочее колесо 1 турбины через сопловой аппарат 8. Рабочие лопатки закручены, имеют проволочный бандаж и елочное крепление в колесе.

Вал 2 защищается от горячих газов кожухом, а рабочее колесо компрессора — слоем изоляции и диафрагмой. Вал располагается в подшипниках: со стороны турбины — опорный роликовый однорядный, а со стороны компрессора — упорный шариковый двухрядный. Оба подшипника имеют упругие наружные обоймы (демпферы). Смазка при помощи шестеренных насосов или разбрызгивающих дисков. Емкость каждой масляной полости подшипников от 800 до 1500 см3 в зависимости от типа ГТН.

У турбокомпрессора VTR750 подшипники скольжения, смазка гравитационная.

Корпус охлаждается забортной или пресной водой (от системы охлаждения двигателя).

Лабиринтовые уплотнения 13 (на роторе со стороны турбины и диске колеса компрессора), выполнены из зачеканенной стальной полосы (0,3 мм). В уплотнительную камеру 14 концевых уплотнений по каналу 15 подводится воздух от компрессора для предотвращения пропуска газов.

Каждый тип ГТН имеет модификации исполнения (А, В, С, D). На фирменных табличках ГТН указан его тип (модификация) и шифром — варианты турбинных лопаток, ротора, соплового аппарата, колеса компрессора, ВНА, диффузора, корпуса, подшипников и устройства смазки.

Мощность газовой турбины VTR 400÷630 от 250 до 500 кВт; окружная скорость диска 240-280 м/сек. К.п.д. турбокомпрессора составляет 0,60÷0,64, турбины — 0,8, а компрессора — 0,84.

В таблице 13.11 приведены технические характеристики турбокомпрессоров.

Таблица 13.11

На рис. 13.14 показана конструкция турбокомпрессора (тип TL). Вал турбокомпрессора состоит из двух частей 8, между которыми располагается диск 7 рабочего колеса турбины. Он скрепляется с полувалами болтами. Рабочие лопатки переменного профиля крепятся с помощью елочного хвоста. Сопловые лопатки расположены свободно в расточке корпуса и закреплены кольцевой стопорной планкой.

Рабочее колесо 4 компрессора насажено на вал с помощью шпоночного соединения и закреплено гайкой. Перед рабочим колесом на валу расположены подшипники скольжения 3, они съемные. Имеется упорный одногребенчатый подшипник 1. он расположен со стороны компрессора.

Масло к подшипникам подводится от автономной гравитационной системы смазывания. В полости а, б лабиринтных уплотнений подводится сжатый воздух из улитки. Ротор защищен от нагрева чугунным кожухом 6. Для защиты от нагрева колеса 4 компрессора служит охлаждаемая диафрагма 5. Корпус турбины и диафрагма охлаждаются пресной водой.

Для фильтрации воздуха имеются восемь плоских рамок 2 с фильтрующими элементами, заключенными между металлическими сетками. В качестве глушителя шума служит ряд металлических дисков 9, оклеенных тонким шерстяным войлоком.

В таблице 13.12 приведены технические характеристики турбокомпрессоров типа TL.

Таблица 13.12

Турбокомпрессоры типа TL широко применяются на судах. Например, на главных двигателях БМЗ (7ДКРН74/160) установлены два ГТН типа TL680 на четыре и три цилиндра. Первый из них, повышенной производительности за счет увеличенных размеров ВНА.

Важными элементами ГТН являются рабочее колесо и вращающийся направляющий аппарат центробежного компрессора. Они насажены совместно на вал ротора. Колесо изготовлено из алюминиевого сплава.

Воздух к компрессору поступает по стрелкам «А» через воздушный фильтр-глушитель, который эффективно поглощает высокочастотные шумы и снижает их общий уровень. Используемый в компрессоре металл также поглощает шумы и никакой звукоизоляции не требуется. Сжатый воздух выходит из улитки компрессора по стрелке «В».

проводит постоянные исследования по совершенствованию аэродинамических характеристик компрессора. В данном случае особенностями компрессора являются:

• улучшенный подход воздуха;
• оптимальное распределение нагрузки в каналах рабочего колеса и уменьшение нагрузки на лопасти;
• постоянное давление на внешней окружности колеса.

В результате такого конструктивного усовершенствования существенно улучшены характеристики компрессора. Они рассматриваются ниже (рис. 13.21).

На конце вала компрессора имеется спидометр, указывающий частоту вращения ротора.

На рис. 13.16 показан ротор ГТН, состоящий из вращающегося направляющего аппарата 1, рабочего колеса компрессора 2, вала 3 и рабочего колеса турбины 4.

ГТН типа NA имеет подшипники скольжения, которые смазываются гравитационной масляной системой (рис. 13.17). Она включает напорную цистерну, которая автоматически пополняется двумя масляными насосами по стрелке «А» из сточной цистерны.

В случае уменьшения давления масла работающего насоса включается автоматически второй насос. Из напорной цистерны масло поступает по трубопроводам на подшипники и далее стекает в сточную цистерну по стрелке «В». Туда же поступает избыточное масло из напорной цистерны. Масло охлаждается в холодильнике, установленном после насосов. Количество масла в напорной цистерне достаточно для смазки подшипников до полной остановки ротора ГТН.

Для визуального контроля стока масла из подшипников имеются специальные стекла с подсветкой. Имеется также автоматическая система защиты ГТН, которая дает сигнал на остановку ГД в случае уменьшения подачи масла из напорной цистерны на подшипники ГТН. Для этого на трубопроводе установлен специальный оптический индикатор потока масла.

В современных ГД используется различное давление наддува. Оно зависит от конструктивных особенностей ГД, а также ГТН. Однако, можно показать примерную характеристику давления наддува Pк в зависимости от расхода топлива на дизель. Она приведена на рис. 13.18. Для разных типов ГТН она оказывается почти одинаковой.

На рис. 13.19 приведены примерные значения показателей ГТН в зависимости от индикаторного давления в ГД.

Рис. 13.19. Изменение показателей ГТН: tп.х, tз.х -температура соответственно перед и за воздухоохладителем, °С; t п.t, tз.т то же выпускных газов перед и за турбиной; nт, n- число оборотов ГТН и двигателя; Рi- индикаторное давление в ГД.

Наиболее полное представление о возможностях турбокомпрессора дает его универсальная характеристика (рис. 13.20). Ее получают экспериментальным путем на испытательном заводском стенде. Универсальная характеристика представляет собой зависимость степени повышения давления Pk / Poот расхода воздуха V (Gk)при различных частотах вращения nт колеса компрессора (турбины), т. е. это семейство основных характеристик. На рисунке показано это семейство кривых при частотах вращения nт = 3500, 5500 и 7500 (1/мин). По этим кривым значение Pk / Po уменьшается с увеличением расхода воздуха V (м3/с).

Точка «А» означает номинальный режим работы: эффективная мощность Ne = 100 % при номинальном расходе воздуха Gk = 100 %.

Кроме названного семейства кривых на универсальной характеристике нанесено другое важнейшее семейство кривых адиабатических к. п. д. компрессора ɳкал . Значения этих к. п. д. соответствуют 0,7; 0,75; 0,8; 0,81; 0,82 и наибольшее 0,83. Кривые этих к. п. д. слева ограничиваются пунктирной кривой, которая означает границу помпажа.

Помпаж- это неустойчивый режим работы компрессора, возникающий при уменьшении расхода воздуха и частоты вращения компрессора, но при относительно высоком давлении наддува. При этом наблюдаются срывы потока в отдель¬ных каналах колеса компрессора.

При помпаже компрессора появляется шум или воющий звук (иногда звенящий), отмечается выброс воздуха из приемного патрубка, снижение числа оборотов и давления продувочного воздуха, повышение температуры выхлопных газов. Появляется вибрация, что отрицательно сказывается, в первую очередь, на работе подшипников; могут возникать резонансные колебания рабочих лопаток турбины и лопаток компрессора, что приводит к их поломке.

При эксплуатации двигателя срыв потока в элементах проточной части компрессора ГТН (лопатки ВНА и рабочего колеса, диффузора) и неустойчивость его напорных характеристик могут быть вызваны различными факторами, главные из них следующие: загрязнение лопаточного диффузора и выходной улитки; закоксовывание продувочных и выхлопных окон; загрязнение или повреждения сопловых лопаток турбины; отключение отдельных цилиндров из действия; загрязнение воздушного фильтра; отдельные неблагоприятные режимы работы двигателя (малая частота вращения, быстрая остановка двигателя с полного или среднего хода, изменение атмосферного давления, волнение моря и оголение винта, плавание во льдах).

Для анализа и согласования режимов совместной работы турбокомпрессора и дизеля на универсальную характеристику турбокомпрессора накладывают его режимные характеристики. Это линии рабочих режимов компрессора при работе дизеля по внешней, нагрузочной и винтовой характеристикам.

Внешней характеристике дизеля (при неизменном положении топливной рукоятки) соответствует линия «В-В» (или 1). Она проходит через точку «А» номинального режима работы влево полого, т. е. возникает вероятность попадания на границу помпажа.

Под винтовой характеристикой имеется в виду зависимость мощности и других показателей ГД от частоты вращения при работе на винт фиксированного шага, а под нагрузочной характеристикой — зависимость показателей ГД от нагрузки при постоянной частоте вращения.

Винтовой характеристике ГД соответствует линия 2, а нагрузочной — линия 3 («С-С»). Эти линии близки друг к другу. Они также проходят через точку «А», но снижаются круче. При работе дизеля по этим характеристикам мало изменяется адиабатический к. п. д. и поэтому меньше вероятность попадания режима работы компрессора в зону помпажа.

Размеры турбокомпрессора и элементы его проточных частей подбирают так, чтобы на номинальном режиме работы дизеля турбокомпрессор развивал заданное давление наддува, обладал высоким к. п. д. и обеспечивал достаточный перепад давления для продувки. При согласовании характеристик дизеля и турбокомпрессора предусматривают запас по помпажу не менее 15 %.

На рис. 13.21 показана универсальная характеристика турбокомпрессора типа NA. Линии этой характеристики проходят аналогично рассмотренной выше универсальной характеристике (см. рис. 13.20). По ординате отложены давления наддува, а по абсциссе расход воздуха Vo на главный двигатель. Характеристики получены также экспериментальным путем на испытательном заводском стенде при различных частотах вращения п ротора от 50 до 106 % от номинального значения.

Имеются также характеристики адиабатического к. п. д. ɳsv: 0,77; 0,81; 0,82 и 0,84. Они ограничиваются слева линией помпажа, а немного правее проходит характеристика оптимального к. п. д. ɳsv opt. Она обеспечивает запас по помпажу. Пересекать ее влево не рекомендуется, потому что снижается этот запас.

Особенностью этой универсальной характеристики является высокий адиабатический к. п. д. (до 0,84). Это достигнуто благодаря конструктивному усовершенствованию турбокомпрессора типа NA.

В процессе эксплуатации происходят отложения продуктов сгорания на сопловых, рабочих лопатках и диске турбины, а также загрязнения маслянистыми продуктами проточной части компрессора (особенно значительно лопаточного диффузора). Отмечается эрозия лопаток, особенно ВНА.

Лабиринтовые уплотнения закоксовываются из-за протечек газа при загрязнении канала уплотняющего воздуха.

При загрязнении изменяются характеристики компрессора: смещаются вниз линии постоянных оборотов, влево — линии границы помпажа и адиабатического к. п. д. При этом снижаются к. п. д., степень повышения давления и расход воздуха. В результате линия рабочих режимов смещается в сторону границы помпажа, уменьшается запас и наступает помпаж. Это нередко происходит в процессе эксплуатации.

Для поддержания чистоты проточных частей турбокомпрессора между ревизиями фирмы рекомендуют производить промывку компрессора (и турбины) подачей на него пресной воды под давлением (5-7 атм) в разовом количестве 0,5-1 л и более (в зависимости от типоразмера ГТН). Промывку производят в ходовом режиме, эффективность очистки определяется по повышению рk и n. Необходимость вскрытий ГТН вызывается, главным образом, их загрязнением.

Периодичность ревизии ГТН в среднем через каждые 7500-8500 ч (VTR — каждые 12-16 тыс. ч; TL — каждые 6 тыс. ч). При этом проверяются: осевое положение и биение ротора, качка лопаток турбин, радиальные и осевые зазоры в уплотнениях, подшипниках, демпферные пружины и т. д. Данные ревизии заносятся в формуляр ГТН.

Происходит загрязнение воздушных фильтров. Предельно допустимая величина разрежения Δ р, указанная в инструкциях по эксплуатации двигателей, — 70-100 мм вод. ст. Для очистки медной вязки фильтров ГТН применяют: раствор каустической соды (1 %), керосин; раствор состава: 6,5 % трихлорэтилена, 9,5 %тееполя (), 4 % циклогексанона и 80 % воды (раствор ядовит и его применение требует специальных мер предосторожности).

Таблица 13. J3

На судах центробежные компрессоры используются для продувки и наддува ГД и ДГ. Производительность ГТН зависит от степени наддува ГД. Существуют 1-2-3-4 степени наддува в зависимости от давления воздуха.

Наиболее распространены: ГТН типа TL 540, TL 680 для ГД «Бурмейстер и Вайн», «Броун Бовери»; ГТН типа VTR 600, VTR 750 — для ГД «Sulzer», MAN. Для ДГ в большинстве случаев применяют VTR и «Нэпир».

Основное отличие марки TL от VTR заключается в том, что на первых имеются подшипники скольжения с гравитационной напорной системой, а на вторых — подшипники качения, причем каждый из них имеет свою масляную ванну и шестеренный насос или специальные диски на валу для центробежной смазки.

Корпус ГТН типа TL состоит из входной и выходной частей, охлаждаемой вставки и улитки компрессора. Корпус ГТН типа VTR имеет вместо охлаждаемой вставки слой изоляции.

Техническое обслуживание ГТН включает следующие основные мероприятия.

1. Периодическая очистка от нагарообразования соплового аппарата, лопаток турбины, защитной решетки, установленной перед корпусом входа. Промывка проточной части и диффузора компрессора, а также фильтров, установленных на всасывании. Существуют разные способы промывки.

Первоначально всю газовую часть ГТН промывали на ходу при частоте вращения 2000-2500 мин-1 горячей водой. Затем многие механики стали мыть газовую часть ГТН на стоянке, вставляя промывочную форсунку (распыл воды воздухом) в лючок корпуса выхода и подавая струю горячей воды на лопатки. При этом ротор вращается, а вода выпускается через сливную пробку.

От способа промывки газовой части ГТН на ходу стали отказываться, т.к. при содержании в топливе серы в количестве 3,5 % и более образуется серная кислота и возникают отложения серы. Они забивают все компенсаторы между гофрами и экранами, что приводит к разъеданию гофр. Кроме того, сера забивает сетку искрогасителя выхлопной трубы.

2. Предотвращение помпажа. Он обычно сопровождается шумом при срыве потока и вибрацией при возросшем сопротивлении компрессора. Причинами могут быть: загрязнение лопаточного диффузора, вращающегося направляющего аппарата и проточной части улитки, а также загрязнение соплового аппарата турбины, ребер воздухоохладителей, занос продувочных и выхлопных окон (при поперечной и петлевой продувке ГД), неправильное распределение нагрузки по цилиндрам на ходу и при маневрах ГД, пожаре в подпоршневом пространстве. Устранить помпаж на ходу можно снижением оборотов ГД, промывкой ГТН на ходу водой, регулировкой нагрузки по отдельным цилиндрам или группам цилиндров (при 8-ми цилиндровом — 2 группы по 4 цилиндра). При этом вначале следует опробовать воздействие на рейки первых двух ТНВД, прослушивая изменение шума.

Наряду с названными причинами возникновения помпажа могут быть и необычные случаи. Приведем некоторые из них.

В ряде портов существует такая практика бункеровки. На судно подают топливо через береговой смеситель, в котором разбавляют тяжелое топливо большой вязкости легким газойлем, понижая таким образом вязкость смеси до необходимой величины. Однако, находясь в топливном танке на судне, смесь через некоторое время расслаивается. При подаче такой смеси обычным порядком на главный двигатель через расходную цистерну нарушается его нормальная работа. Топливная аппаратура работает неравномерно и могут выключаться то одна, то другая группы цилиндров. При этом возникает интенсивный помпаж ГТН.

Выходом из такого положения является переход на нормальное топливо из другой расходной цистерны с последующей периодической добавкой небольшими порциями расслоенной смеси. Такое топливо не следует длительно хранить в танках на судне, а расходовать его надо в первую очередь.

Другой пример. При выходе из порта после завершения маневров обычно переходят с легкого на подогретое тяжелое топливо. Для этого существует дистанционная система управления специальным клапаном из ЦПУ. При срабатывании клапана в ЦПУ загорается сигнальная лампочка. Если клапан неисправен, например, обрыв его тарелки на штоке, то возникает следующая ситуация. Клапан не переключается, т. е. остается открытым для легкого топлива, а шток клапана включает сигнальную лампочку, ложно сигнализируя о переключении клапана на тяжелое топливо.

При этом легкое (дизельное) топливо продолжает поступать на главный двигатель, но теперь через подогреватель топлива. Нормальная работа ГД нарушается. Возникают удары в цилиндрах из-за детонации перегретого легкого топлива и, как следствие, появляется интенсивный помпаж ГТН.

Следует немедленно уменьшит нагрузку ГД, переключить клапан вручную и временно закрыть паровой клапан на топливный подогреватель.

3. Устранение дисбаланса. После продолжительной стоянки, в особенности в тропиках с высокой влажностью воздуха, при ливневых дождях с несвоевременно закрытой трубой происходит неравномерное отслаивание нагара от лопаток турбины, что приводит к ее дисбалансу. При вводе ГД в режим полного хода и частоте вращения более 90 мин-1 проявляются следствия дисбаланса — вибрация и шум ГТН. Если не удается устранить дисбаланс промывкой ГТН водой на ходу, то необходимо идти до порта при пониженных оборотах ГД. Однако, даже при пониженных оборотах ГД в течение двух-трех суток нарушается нормальный режим работы подшипников скольжения ГТН типа TL. Появляется неравномерный износ подшипников, что приводит к просадке или перекосу вала от 0,12 мм до 0,24 мм, т. е. до предельного значения. В результате этого возникает необходимость замены втулок опорных подшипников.

4. Оперативное тушение пожара в подпорщневых полостях. Для этого необходимо уменьшить нагрузку ГД и определить по сигнализации или на ощупь в каком цилиндре пожар. Затем отключить ТНВД данного цилиндра и начать тушение подпоршневой полости паром или системой С02 до полной остановки ГД и достижения температуры ≈ 70÷80°С. После остановки ГД необходимо зачехлить всасывающий фильтр ГТН, открыть крышку подпоршневой полости и при необходимости продолжить тушение небольшим количеством распыленной воды.

Рассмотрим ряд аварийных ситуаций из опыта эксплуатации ГТН.

ГТН надежный механизм, однако не исключаются аварийные случаи, в основном не по вине экипажа.

1. Обычно при маневрах ГД происходит кратковременный помпаж ГТН, более заметный при трех цилиндрах на один ГТН, чем при четырех. Например, при проходе Сингапурского пролива на маневрах появился помпаж кормового ГТН типа TL680. Посчитали это обычным явлением, т. к. по тахометру оба ГТН показывали одинаковые обороты и давление воздуха. Однако моторист, стоявший в это время у ГТН, доложил, что звук был не совсем обычный. Продолжали рейс. После 8 суток хода (без замечаний) был произведен осмотр ГТН и защитной решетки, состоящей из 40 пластин (материал — нержавеющая сталь). При этом обнаружили, что 36 пластин отсутствовали, остались только 4 самые короткие пластины, по 2 шт. сверху и снизу. Пластины найти не удалось. Все лопатки газовой части ротора турбины были сторцованы до 1,5 мм и сдвинуты (в корнях) в сторону от соплового аппарата на 2-3 мм. Кроме того, были срезаны все концы стопоров корней лопаток со стороны соплового аппарата. Запасного ротора не было, поэтому приняли решение сдвинуть на место лопатки и продолжить рейс. В течение восьми ходовых суток при движении полным ходом дисбаланса не было. Шли от Японии до Новороссийска, затем от Новороссийска до Коломбо и обратно. Осмотр ГТН производили в каждом порту. Заменили ротор в базовом порту. Понятно, что эксплуатировать ГТН при ее аварийном техническом состоянии не следовало. Это могло привести к другим серьезным поломкам ГД. Но замена ротора в иностранном порту была дорогостоящей операцией.

2. Рассмотрим такой случай. ГД ПИЛСТИК-3, 14 цилиндров, V-образный, Ni= 10000 л.с. при n = 520 мин-1, ГТН типа VTR320 — 2 шт., по одному на 7 цилиндров. Согласно инструкции ревизия выхлопных клапанов должна производится через 3500 работы ГД. Однако после 2500 часов работы, во время постановки на бочку в Порт-Саиде, раздался необычный сильный стук, услышанный в изолированном ЦПУ. ГД был немедленно остановлен, открыты индикаторные клапаны, из цилиндров правого ряда пошла вода с маслом. После осмотра установили, что произошло разрушение тарелки выпускного клапана, и ее часть попала в камеру сжатия. В результате удара оказались пробитыми донышко поршня и крышка цилиндра, таким образом смешалась вода с маслом. Произошел также заброс металла через продувочный ресивер в соседний цилиндр и металл попал в один ГТН.

Судно было новое, автоматизированное, экипажа оказалось недостаточно и отсутствовал опыт ремонта такого рода. На замену поршней, втулок цилиндров, крышек и сопутствующие работы было затрачено 2,5 суток. Разборку и ремонт ГТН решили пока не выполнять, к тому же запасного ротора не было. Начали испытание ГД при положении ВРШ-0°. При запуске был услышан резкий скрипящий звук в ГТН, но через несколько секунд звук прекратился. По приборам ЦПУ показания обоих ГТН не отличались. Продолжили рейс. ГД работал в нормальном режиме до Персидского залива и обратно до Ильичевска. По приходу была произведена замена ротора. При осмотре аварийного ротора обнаружили, что все его лопатки были деформированы более-менее равномерно, поэтому рейс был завершен благополучно.

3. На судне был установлен валогенератор, стоянки были короткие и ДГ фирмы B&W (ГТН VTR) работал мало. Вскоре после приемки судна начала периодически срабатывать АПС ДГ при высокой температуре выхлопных газов, из трубы шел черный дым. По температуре выхлопных газов определили аварийный цилиндр и произвели демонтаж форсунки. Обнаружили, что часть сопла (форсунки типа БОШ) размером 4 ÷3 мм выкрошилась и была видна игла. Форсунку заменили. Такие поломки происходили неоднократно на обеих ДГ вплоть до гарантийного ремонта. После этого фирма произвела замену сопел, которые отличались от предыдущих числом охлаждающих каналов, вместо двух сделали три канала. Выкрашивание сопел прекратилось. При наличии валогенератора наработка ча¬сов до ревизии ДГ продолжалась 5 лет. После этого был произведен демонтаж и ревизия роторов. Обнаружилось, что все лопатки газовой части роторов были прошиты насквозь очень мелкими осколками. Однако ГТН продолжали работать нормально.

При возрасте судна более 12 лет происходит образование свищей в полости охлаждения ГТН, вначале в корпусе входа (в месте поворота газов на угол 90° в сторону соплового аппарата), далее в корпусе выхода, а также в охлаждаемой вставке ГТН типа TL. Такая авария может быть определена по увеличенному расходу воды из расширительной цистерны системы охлаждения. После остановки ГД открывают спускные пробки и устанавливают место свища. Однако заварить свищ каким-либо типом сварки на месте невозможно, такой технологии нет ни в нашей стране, ни за рубежом, поэтому применяют следующие способы. Если свищ расположен вблизи одного из лючков для очистки зарубашечного пространства, то сверлят сквозные отверстия в газовую часть и устанавливают на Девконе «А» накладку из куска экрана дефектного компенсатора выхлопного трубопровода. С водяной стороны устанавливают медную пластину на Девконе BR и обжимают.

Для заделки свища в охлаждаемой вставке необходима полная разборка ГТН и замена вставки на новую (если есть).

В последние годы отечественные и иностранные фирмы практически перестали форсировать ГД ради экономии топлива. В случаях появления свищей переходят на так называемое воздушное охлаждение. Для этого открывают все крышки лючков, предназначенные для очистки зарубашечного пространства, и к нижнему лючку, где подводилась вода в корпус входа, подводят рукав от дымососа, а ко второму лючку — рукав от вентиляции МО в районе ГТН. Такое охлаждение обеспечивает работу ГД в режиме экономической мощности. Нагрузку лимитирует температура масла для смазки подшипников (кормового).

При наличии новых корпусов ГТН их заменяют в базовых портах. Например, бригада СРЗ порта Ильичевска заменила корпус входной части ГТН типа TL680. Этот корпус болтами M16 (при четырех призонных) закрепили к корпусу выходной части, где размещен кормовой опорный подшипник ротора. После выхода из порта при выводе ГД на режим в ГТН появились звуки, аналогичные дисбалансу. Был остановлен ГД, произведен осмотр опорных подшипников ГТН. Обнаружили, что над шейкой вала был зазор «О», а внизу под шейкой вала ротора и в сторону левого борта зазор был равен 0,16 мм. Очевидно, центровка корпуса входа была выполнена неверно. Ее надо было производить по замерам положения кормовой шейки ротора в подшипнике. Решили продолжить рейс. До порта Генуя шли при пониженных оборотах ГД (до 90 мин-1). В порту приотдали все болты крепления корпуса входа к корпусу выхода и выпрессовали призонные болты; домкратом и тельфером отцентровали корпус, как положено, райберовали новые отверстия под призонные болты и забили их. Обжали остальные болты. Зазор над шейкой вала составил 0,16 мм, под шейкой ноль мм (до установки призонных болтов). После такого ремонта ГТН работал нормально.

Известно, что при работе ГД продолжительное время на мощности значительно меньшей мощности экономического хода в ГТН и выхлопной тракт заносится несгоревшее цилиндровое масло и топливо (т. к. на малом ходу происходит плохой распыл топлива). В результате такого явления на одном балкере ЧМП после работы МОД малым ходом около двадцати часов произошла авария при выводе ГД на режим полного хода. При этом сгорели все лопатки ротора турбины типа VTR 630. Аналогичный случай произошел также на контейнеровозе компании V- SHIPS, где сгорел утилизационный котел. Для устранения аварии котел тушили пожарными рукавами через трубу, однако безрезультатно, котел пришлось демонтировать и заменить.

Похожие статьи

• Конструкции компрессоров типа WP-2355D
• Конструкция компрессоров
• Конструктивные особенности воздушных компрессоров
• Основные параметры компрессоров
• Конструктивная схема и принцип действия поршневого компрессора
• Компрессоры и «вильгельм поппе»
• Воздушные компрессоры
• Воздушные компрессоры
• Компрессоры — общие сведения, назначение, классификация
• Компрессоры: устройство, приводы, воздухохранители

2.25 Rating 2.25 (2 Votes)

В чём суть

История турбокомпрессора почти так же стара, как и история двигателя внутреннего сгорания. Ещё в конце XIX века Готтлиб Даймлер и Рудольф Дизель исследовали увеличение выходной мощности и снижение расхода топлива своих двигателей при предварительно сжатом воздухе для горения. Для стандартных автомобилей турбокомпрессоры были собраны только в 70-е годы.

Турбокомпрессор является составной частью двигателя, который стал результатом многих лет работы по поиску компромисса между увеличением мощности двигателя, уменьшением его веса и уменьшением расхода топлива. Его конструкция увеличивает давление поступающего воздуха к двигателю, используя энергию выхлопных газов, что позволяет расширить характеристики турбокомпрессоров.

Видео о работе турбокомпрессора:

При повышении сжатия воздуха, то есть при количестве газа, расположенного в том же качестве, его температура повышается. Чем выше температура, тем ниже плотность, что означает меньшее количество кислорода, который подаётся в цилиндр. Чтобы сделать процесс сгорания ещё более эффективным, используется интеркулер.

Как устроен турбонаддув

Турбокомпрессор представляет собой воздушный насос, который приводится в движение отработанными выхлопными газами. Он представляет собой две крыльчатки, которые расположены на одной оси и помещённые в корпус. Поток выхлопных газов на высокой скорости проходят через ведущую турбину и заставляют её вращаться, а она в свою очередь, вращает всасывающую турбину с такой же скоростью.

Ось турбокомпрессора может вращаться с частотой до 140 000 оборотов в минуту, а это значит, что лопасти крыльчатки могут развивать огромную скорость, сравнимую со скоростью звука. Компрессор всасывает отфильтрованный воздух, сжимает его и под давлением подаёт во впускной коллектор. Чем больше сжатого воздуха за единицу времени поступит в коллектор, тем больше будет прирост мощности.