Турбокомпрессоры, выпускаемые в СНГ

Турбокомпрессоры для наддува серийных автомобильных и тракторных двигателей на территории СНГ впервые стал выпускать ЯМЗ (Ярославский моторный завод, Россия) в 60-х годах прошлого столетия. Далее на базе выпускавшихся образцов были проведены специальные исследования, завершившиеся улучшением параметров турбокомпрессоров, связанным, в основном, с переходом на уменьшенные диаметры колёс турбин и компрессоров. Впоследствии на этой основе в 70- годы был создан типоразмерный ряд турбокомпрессоров с диаметром колес 45...110 мм, покрывавший потребности выпускавшегося в СНГ мощностного ряда автомобильных и тракторных двигателей.

Соответственно для наддува автомобильных бензиновых двигателей и дизелей рекомендовалось использовать турбокомпрессоры следующих типо­размеров:

ТКР 4,5 - для бензиновых двигателей легковых автомобилей мощностью 30...60 кВт (МеМЗ, ВАЗ);

ТКР 5.5 - для двигателей мощностью 45... 100 кВт (ВАЗ. АЗЛК, УМЗ, ЗМЗ);

ТКР 6,5 и ТКР 7,5 - для дизелей грузовых автомобилей мощностью 100...300 кВт (КамАЗ, КАЗ, ЗИЛ, ГАЗ и др.);

ТКР 9 - для дизелей ЯМЗ мощностью 160...550 кВт, устанавливаемых на грузовые автомобили МАЗ, БелАЗ, КрАЗ, тракторы "Кировец".

Диапазон мощностей приведен при установке одного или двух турбо­компрессоров на двигатель. ТКР каждого типоразмера должен иметь нес­колько модификаций проточных частей турбины и компрессора для оптимизации взаимного согласования характеристик ТКР с характеристикой дви­гателя.

Конструкция выпускаемых турбокомпрессоров способна удовлетворить большую часть предъявляемых к ней противоречивых требований. В их число входят: высокая надежность при резких изменениях температуры га­за перед турбиной и частых пусках и остановах двигателя, аэродинамическое совершенство и удовлетворительный механический КПД подшипни­ков, хорошие массогабаритные показатели, сравнительно малая инерцион­ность ротора, технологичность, низкая себестоимость и малые затраты при эксплуатации. Для двигателей мощностью до 660 кВт этим требовани­ям наиболее хорошо удовлетворяет схема турбокомпрессора с центробежным компрессором и радиально-осевой турбиной, колёса которых консольно расположены по обе стороны от узла подшипников.

На автомобильных двигателях мощностью свыше 660 кВт, как правило, применяют турбокомпрессоры типа ТК с осевой турбиной.

Конструкция турбокомпрессора типоразмера ТКР 9 показана на рис.19. Она имеет мно­го общих черт с конструкцией турбокомпрессоров меньших типоразмеров. Проточная часть турбины 3 образована одноканальным безлопаточным вхо­дным аппаратом, изготовленным из специального чугуна, и радиально-осевым колесом с укороченным диском. Колеса отливаются в вакууме по выплавляемым моделям из жаропрочного сплава на никелевой основе типа АНВ-300. Соединение колеса турбины с валом осуществляется путем свар­ки трением. Между колесом турбины и корпусом подшипников расположен тонкостенный теплоизолирующий экран из чугуна.

Проточная часть компрессора 2 образована колесом с радиальными или загнутыми назад лопатками, изготовленным из сплава АЛ-4, безлопаточным диффузором достаточной протяженности (D₃= 1,7 D₂), с уменьшенным поперечным сечением непосредственно за колесом и улиткой и с боковым расположением спиральной улитки. Колесо компрессора имеет лопатки, вырезанные через одну на длине вращающегося направляющего аппарата. Оно устанавливается на валу по посадке скольжения и фиксируется прецизионной гайкой с ле­вой резьбой. Крепление корпусов компрессора и турбины к корпусу под­шипника выполнено с помощью болтов и пластинчатых шайб. Корпус под­шипников изготовлен из серого чугуна. Узел подшипников содержит не­подвижную плавающую втулку, изготовленную из сплава В-195. закреплен­ную в корпусе с помощью полого фиксатора, через который подводится смазочный материал в зазоры между шейками ротора и втулкой.

Уплотнение масляной полости обеспечивается упругими разрезными кольцами, установленными в канавке по два со стороны компрессора и турбины. Кроме того, со стороны компрессора перед маслоотражателем дополнительно для повышения эффективности уплотнения установлен тонкостенный штампованный экран. Уплотнительные кольца изготовляют из чугуна или стали с xpoмированными торцами по специальной тех­нологии.

Необходимо отметить, что для обеспечения высоких надежности и ре­сурса, равного ресурсу двигателя, требуется большая точность изготовления таких деталей, как вал ротора, втулка подшипника, уплотнительные кольца, гайка крепления колеса. Так, допуски на нецилиндричность вала составляют 8 мкм, отклонение шеек вала от заданного размера не должно превышать ± (3...4) мкм.

Общее количество наименований основных деталей современного турбо­компрессора не превышает 15.

Основные параметры турбокомпрессоров приведены в табл. 1. Одним из направлений развития автомобильных турбокомпрессоров в последние годы является создание конструкций микротурбокомпрессоров с диаметром колес менее 60мм, предназначенных для наддува двигателей легковых автомобилей.

На рис.20 показана конструкция турбокомпрессора типоразмера ТКР 5.5. Узел подшипников и внутренние присоединительные размеры корпусов турбины и компрессора унифицированы с турбокомпрессором меньшего типоразмера ТКР 4,5.

Турбокомпрессор типоразмера ТКР 5.5 во многом конструктивно подобен турбокомпрессору типоразмера ТКР 9. Отличительной особенностью его конструкции является наличие встроенного регулирующего клапана 3 для перепуска части газа мимо турбины. Осевые усилия воспринимаются торцами плавающей втулки подшипника 2.

Рис. 19. Турбокомпрессор типоразмера ТКР 9:

1, 2, 3 — корпуса подшипников, компрессора, турбины

Таблица 1.Основные параметры турбокомпрессоров для наддува автомобильных

двигателей и их тракторных модификаций

Регулирующий клапан пневматического типа (на рис. 21 показан его усовершенствованный вариант), сравнительно простой конструкции, имеет чугунный корпус 1, закрепленный на корпусе турбины, в котором перемешается стальной плунжер 2 с антикоррозионным покрытием. Полость под плунжером соединена с выходным патрубком компрессора. Плунжер соединен с клапаном 5 тарельчатого типа, изготовленным из жа­ропрочной стали. Под действием пружины 3 клапан перемешается в край­нее положение и прижимается к седлу в корпусе турбины.

Для обеспече­ния надлежащей теплоизоляции пружины 3 от потока теплоты со стороны турбины имеется экран 6 с асбестовой набивкой между корпусом клапана и полостью, в которую, перепускается газ из турбины. Установлена также асбестовая прокладка 4 между плунжером и пружиной, а корпус клапана выполнен оребрённым для лучшего отвода тепла в окружающее пространство.

На рис. 22 приведена характеристика компрессора ТКР 5,5

Рис.20. Турбокомпрессор типоразмера ТКР 5,5: 1 – узел подшипников; 2 – втулка подшипников; 3 – регулирующий клапан

Рис.21. Регулирующий перепускной клапан:

1 – корпус; 2 – плунжер; 3 – пружина;

4 – экран; 5 – тарелка клапана

Дальнейшие работы по совершенст­вованию конструкции рассматриваемых тур­бокомпрессоров должны быть направлены:

– на повышение эффективности уплотнений,

– на отработку узла подшипников при высоких окружных скоростях (u₂ = 450...500 м/с),

– на повышение КПД турбокомпрессора,

– на применение современных ке­рамических материалов для изготовления колес турбины, деталей подшип­ника и уплотнений,

– на применение полимерных материалов для изготовления деталей компрессора,

– на разработку турбин с эффективным регулировани­ем их пропускной способности.

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 345
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• Далее ⇒