Диплом_Марков (1231052), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В начальный период применения газотурбинного наддува конструкции турбокомпрессора отличались разнообразием профилирования проточных частей турбины и компрессора и конструктивного выполнения узла подшипников. Непрерывное совершенствование элементов турбин и компрессоров, достижения в области конструирования подшипников и уплотнительных узлов, накопление опыта производства и эксплуатации двигателей с турбонаддувом позволили в значительной мере оптимизировать конструкцию малоразмерных турбокомпрессоров. Следствием этого явилась определенная унификация компоновочной схемы и некоторых технических решений, реализуемых в конструкции.

В нашей стране серийное производство турбокомпрессоров для наддува автомобильных дизелей впервые было освоено на Ярославском моторном заводе (ЯМЗ). Для наддува тракторного дизеля мощностью 158 кВт был применен турбокомпрессор типоразмера ТКР 13, имеющий одинаковый наружный диаметр колеса компрессора и турбины, равный 130 мм. Для успешного производства турбокомпрессоров были освоены новые технологические процессы: литье колес турбины по выплавляемым моделям, сварка трением колеса турбины и вала ротора, «алмазное выглаживание» опорных поверхностей вала, раздельная балансировка колес компрессора и турбины и др.

В 1970 г. на ЯМЗ началось серийное производство нового турбокомпрессора типоразмера ТКР 11 с диаметром колес 110 мм для наддува автотракторных дизелей, на которые ранее устанавливался турбокомпрессор ТКР 13. Эффективные показатели компрессоров и турбины типоразмера ТКР 11 были сохранены на уровне эффективных показателей турбокомпрессора ТКР 13.

Последующие расчеты и экспериментальные исследования позволили сделать вывод о возможности применения для наддува дизелей ЯМЗ турбокомпрессоров с диаметром колес 90...95 мм. Таким образом, улучшение показателей турбокомпрессоров, достигнутое за последние годы, позволяет обеспечить наддув двигателей агрегатами со значительно меньшими диаметрами колес турбины и компрессора. В настоящее время один турбокомпрессор типоразмера ТКР 11 способен обеспечить наддув автомобильного дизеля мощностью до 550 кВт, ТКР 9 – до 350 кВт, ТКР 7,5 – до 220 кВт, ТКР 6,5 – до 150 кВт, ТКР 5,5 – до 100 кВт, ТКР 4,5 – до 60 кВт. Тем самым существенно уменьшен момент инерции ротора и масса турбокомпрессоров, используемых в качестве агрегата турбонаддува.

Для наддува отечественных автомобильных бензиновых двигателей и дизелей целесообразно 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».

Конструкция современных турбокомпрессоров способна удовлетворить большую часть предъявляемых к ней противоречивых требований. В их число входят высокая надежность при резких изменениях температуры газа перед турбиной, 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, колеса 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. 1.1. 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 1 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, с уменьшенным поперечным сечением непосредственно за колесом и улиткой с боковым расположением спиральной камеры. Колесо компрессора устанавливается на валу по посадке с зазором и фиксируется прецизионной гайкой с левой резьбой. Крепление корпусов компрессора и турбины к корпусу подшипника выполнено с помощью болтов и пластинчатых шайб. Корпус подшипников 1 изготовлен из серого чугуна. Узел подшипников содержит неподвижную плавающую втулку, изготовленную из сплава В-195, закрепленную в корпусе с помощью полого фиксатора, через который п
одводится смазочный материал в зазоры между шейками ротора и втулкой.

У

1 – корпус подшипников; 2 – корпус компрессора; 3 – корпус турбины

Рисунок 1.1 – Турбокомпрессор типоразмера ТКР 9

плотнение 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 изготавливают из чугуна или стали с хромированными торцами по специальной технологии.

Необходимо отметить, что для обеспечения высоких показателей 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.

Основные параметры турбокомпрессоров для наддува автомобильных двигателей и их тракторных модификаций приведены в таблице 1.1.

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

Таблица 1.1 – Параметры турбокомпрессоров

Параметр	Типоразмер турбокомпрессора
	ТКР 4,5	ТКР 5,5	ТКР 6,5	ТКР 7,5	ТКР 9	ТКР 11
Диаметр колес компрессора и турбины, мм	45...50	55...60	65	70...80	90...95	110
Диапазон мощностей двигателей с наддувом при одном ТКР на двигателе, кВт:
дизели	30...70	45...100	65...150	90...220	200...350	320...550
бензиновые	45...90	60...135	–	–	–	–
Степень повышения давления	2,2	2,2	2,5	3,0	3,0	3,0
Подача компрессора при , кг/с	0,12	0,18	0,25	0,35	0,51	0,75
Максимальная температура газа перед турбиной, К:
дизели	975	975	975	975	975	975
бензиновые	1225	1225	–	–	–	–
Масса турбокомпрессора, кг	4,5	5,5	6,5	8,5	16	22
Основные размеры, мм:
длина	180	200	210	220	270	310
ширина	130	140	155	170	210	260
высота	130	150	165	180	230	290

На рисунке 1.2 показана конструкция турбокомпрессора типоразмера ТКР 5,5. Узел подшипников 1 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. Отличительными особенностями его конструкции являются отсутствие отдельного упорного подпятника и наличие встроенного регулирующего клапана 3 для перепуска части газа мимо турбины. Осевые усилия воспринимаются торцами плавающей втулки подшипника 2.

Регулирующий клапан пневматического типа (рис. 1.3) сравнительно простой конструкции, имеет чугунный корпус 1, закрепленный на корпусе турбины, в котором перемещается стальной плунжер 2 с антикоррозионным покрытием.

П
олость под плунжером соединена с выходным патрубком компрессора. Плунжер соединен с клапаном 5 тарельчатого типа, изготовленным из жаропрочной стали. Под действием пружины 3 клапан перемещается в крайнее положение и прижимается к седлу в корпусе турбины. Для обеспечения надлежащей теплоизоляции пружины 3 от потока теплоты со стороны турбины имеется экран 4 с асбестовой набивкой между корпусом клапана и полостью, в которую перепускается газ из турбины.

1 – узел подшипников; 2 – втулка подшипников; 3 – регулирующий клапан

Рисунок 1.2 – Турбокомпрессор типоразмера ТКР 5,5

1 – корпус; 2 – плунжер; 3 – пружина; 4 – экран; 5 – тарелка клапана

Рисунок 1.3 – Регулирующий перепускной клапан

Установлена также асбестовая прокладка между плунжером и пружиной, а крышка корпуса клапана выполнена полуоткрытой для лучшего отвода тепла в окружающее пространство

Дальнейшие работы по совершенствованию конструкции отечественных турбокомпрессоров должны быть направлены на повышение эффективности уплотнений, отработку узла подшипников при высоких окружных скоростях (u=450...500 м/с), повышение КПД турбокомпрессора, применение современных керамических материалов для изготовления колес турбины, деталей подшипника, уплотнений и полимерных материалов для изготовления деталей компрессора, а также на разработку турбин с эффективным регулированием их пропускной способности.

1.2 Развитие зарубежных турбокомпрессоров

Ведущее положение в области производства турбокомпрессоров за рубежом продолжает занимать фирма Гарет (США), выпускающая свыше половины всех турбокомпрессоров, производимых за рубежом. Однако значительный прогресс в развитии автомобильных турбокомпрессоров, в особенности микроТКР, достигнут в последние годы в Японии (фирмы Ишикава, Мицубиси, Нисан, Тойота).

К другим наиболее крупным зарубежным фирмам относятся фирмы Холсет (Великобритания), ККК (Германия), Швитцер (США).

Характеристики

Список файлов ВКР