На двигателе устанавливаются два турбокомпрессора ТКР7С или ТКР7Н технические характеристики, которых приведены в табл. 1.42 [293].
Наряду с преимуществом газотурбинного наддува наблюдаются и недостатки, связанные со снижением надежности двигателя из-за недостаточной надежности турбокомпрессора. Анализ отказов двигателей КамАЗ-740.11-240 ЕВРО-1 выпуска 2002 года (табл.1.43) показал, что по доле отказов и затратам на запасные части турбокомпрессор находится на втором месте. Следовательно, задача повышения надежности турбокомпрессора является актуальной.
Таблица 1.42
Технические характеристики турбокомпрессоров
| Наименование параметров | Параметры турбокомпрессоров | |
| ТКР7Н-1 | ТКР7С | |
| Диапазон подачи воздуха через компрессор, кг/с | 0,05...0,18 | 0,05...0,2 |
| Давление наддува (избыточное) при нормальной мощности двигателя, кПа (кгс/см2), не менее | 60(0,6) | 80(0,8) |
| Частота вращения ротора при номинальной мощности двигателя, мин -1 | 80000...90000 | 90000... 100000 |
| Температура газов на входе в турбину, К (0С) - допускаемая в течение 1 час - допускается без ограничения во времени | 973(700) 923(650) | 1023 (750) 973 (700) |
| Давление масла на входе в турбокомпрессор, при температуре масла 80-950С, кПа (кгс/см2) - при частоте вращения коленчатого вала 2200 мин -1 - при частоте вращения коленчатого вала 600 мин -1 не менее | 294-442 (3,0-4,5) 98(1,0) | 294-442 (3,0-4,5) 98(1,0) |
Таблица 1.43
Распределение отказов двигателей КамАЗ-740.11-240 ЕВРО-1
| Наименование элементов | Доля отказов, % | Затраты, % | |
| на запчасти | трудовые | ||
| 1.Цилиндропоршневая группа 2.Коленчатый вал и вкладыши 3.Турбокомпрессоры 4.Система охлаждения 5.Система питания 6.Система смазки | 7,6 8,1 25,9 7,4 36,2 14,8 | 14,7 59,7 17,1 5,3 2,1 1,1 | 14,2 54,7 2,4 9,3 11,5 7,9 |
Устанавливаемый на двигателях КамАЗ-740.11-240 турбокомпрессор ТКР-7Н (рис.1.10) имеет алюминиевый корпус подшипника с рядом недостатков, которые существенно снижают его эксплуатационную надежность. В данной конструкции подшипникового узла масло из системы смазки двигателя через переходник -13 и трубчатый фиксатор -12 попадает в полость втулки подшипника -1. По боковым отверстиям фиксатора масло подается в зазор между корпусом -11 и подшипником -1. В результате этого создается эффект плавающего подшипника, снижающего вибрации. Затем масло по продольным канавкам на подшипнике подается в зазор между валом ротора и подшипником. Затем через торцовый зазор между подшипником -1 и маслоотражателем -7 масло попадает в полость корпуса подшипника -11 и затем через сливной патрубок попадает в картер двигателя. В корпусе подшипника -11 установлены стальные крышки -10 и маслосбрасывающий экран-9, который вместе с упругими разрезными кольцами -5 предотвращает течь масла из полости корпуса подшипника.
Недостатком такой конструкции является то, что подача масла для смазывания и охлаждения ТКР осуществляется через полость, образованную между опорными поясками, где ротор вращается с частотой 100000-110000 мин 
. Окружная скорость при этом составляет:
, (1.1)
где 
-угловая скорость; 
-радиус; 
-частота вращения.
При этом значительная часть энергии вращения ротора затрачивается на преодоление сил внутреннего трения масла, которая превращается в тепло и в результате чего снижается КПД турбокомпрессора. Работа трения в этом случае пропорциональна квадрату окружной скорости V [261, 262, 265]
Атр= cV 2, (1.2)
где с - константа, определяемая конструктивно-технологическими параметрами узла трения и свойствами смазочного материала.
Рис. 1.10 Турбокомпрессор ТКР 7Н:
1 – подшипник; 2 – экран; 3 – корпус компрессора; 4 – диффузор; 5, 18 – уплотнительные кольца; 6 – гайка; 7 – маслоотражатель; 8 – колесо компрессора; 9 – маслосбрасывающий экран; 10 – крышка; 11 – корпус подшипника; 12 – фиксатор; 13 – переходник; 14 - прокладка; 15 – экран турбины; 16 – колесо турбины; 17 – корпус турбины.
Передаваемое на алюминиевый корпус подшипника тепло нагревало его поверхность до 3000С, что приводило к явлению ползучести и уходу координат внутреннего отверстия относительно наружного диаметра. Это приводило к подклиниванию ротора, износу уплотнительных колец и в целом к выходу ТКР из строя. По этой причине долгое время эксплуатационники отказывались от двигателей с турбонаддувом, а в некоторых массовых случаях с двигателя снимали ТКР.
Кроме того, при аварийной (нештатной) остановке двигателя в результате прекращения подачи масла температура в статоре ТКР достигает значения выше расчетного (критического). Находящееся в каналах и карманах масло коксуется – происходит коагуляция с выделением твердых частиц, которые в дальнейшем, находясь, длительное время в масляных каналах во взвешенном состоянии вызывают износ статора и наружных поверхностей плавающих вращающихся частей подшипников (гидроабразивное изнашивание). Поэтому вводилось жесткое ограничение по режимам пуска, остановке двигателя с турбонаддувом.
В зимнее время при пуске холодного двигателя густое масло в полости между опорными поясками, оказывает повышенное сопротивление вращению ротора, в результате чего затрудняется воздухообмен в камерах сгорания, что ухудшает пусковые характеристики двигателя. Сопротивление вращению ротора можно считать пропорциональным вязкости масла, которая на непрогретом двигателе в 20-30 раз выше, чем номинальном тепловом режиме (80-100оС) [289].
При непосредственной подаче масла по фиксатору в пустотелую полость подшипника происходит трение между валом и маслом с выделением большого количества тепла. При номинальном давлении масла 0,5 МПа в пустотелой полости подшипника на длине 22 мм на вал действует сжимающее усилие
, (1.3)
где P-давление масла; L- длина полости (22мм); d- диаметр ротора (11мм).
Это усилие достигает 380Н, что является гидравлическим тормозом для ротора. На преодолении этой «паразитной» нагрузки затрачивается значительная часть энергии отработавших газов двигателя, что особенно актуально на неустановившихся режимах работы. Освободив эту часть энергии отработавших газов можно значительно повысить КПД турбокомпрессора.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 462.
