Неисправности турбокомпрессоров. Причины возникновения помпажа и их устранение.

Если в цилиндры двигателя подать большее по массе количество воздуха, то, не увеличивая объема цилиндров, в них можно сжечь больше топлива и, следовательно, получить большую мощность. В этом и заключается сущность наддува.

В настоящее время наддув является основным средством увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания. Принудительная подача в цилиндры увеличенного заряда воздуха способствует улучшению процесса сгорания топлива, повышению p_mi,литровой мощности и уменьшению удельной массы дизеля без существенного изменения его габаритных размеров. Наддув является общепризнанным и наиболее рациональным направлением в развитии и создании новых дизелей с высокими технико-экономическими параметрами. Наддув может осуществляться механическим, газотурбинным и комбинированным способами.

Рост р_т1 при наддуве ограничен механической и тепловой напряженностью двигателя. Поддержание тепловой напряженности двигателя с наддувом на определенном уровне достигается главным образом за счет увеличения коэффициента избытка воздуха, т. е. за счет понижения средней температуры цикла. Этой цели служат также усиленная по сравнению с обычными двигателями продувка камеры сгорания и охлаждение воздуха, поступающего в цилиндры двигателя из воздушного нагнетателя (компрессора).

Повышение мощности при наддуве оценивается степенью наддува %_н,т. е. отношением среднего эффективного давления дизеля с наддувом к среднему эффективному давлению у такого же дизеля без наддува.

Наибольшие значения у четырехтактного дизеля не превышают 4, у двухтактного — 2,5.

Механический наддув осуществляется центробежным или роторным компрессором (нагнетателем), приводимым в движение от коленчатого вала дизеля посредством цепной или зубчатой передачи. На привод компрессора затрачивается часть мощности дизеля, что приводит при давлении воздуха свыше 0,16— 0,17 МПа к снижению механического КПД и увеличению эффективного расхода топлива, поэтому этот способ применяют при давлении наддува не более 0,15— 0,25 МПа. После сжатия воздух охлаждается в воздухоохладителе. При больших давлениях механический наддув применяют главным образом в качестве первой или второй ступени комбинированного наддува.

Газотурбинный наддув осуществляется нагнетателем (центробежным компрессором), приводимым в движение газовой турбиной, использующей энергию выпускных газов дизеля. Агрегат, состоящий из турбины и компрессора, закрепленных на одном валу, называется турбокомпрессором; он применяется в большинстве современных дизелей.

Воздух в компрессоре сжимается до заданного давления наддува и поступает в ресивер наддувочного воздуха или в воздухоохладитель, а затем в цилиндры дизеля. С повышением нагрузки дизеля возрастает количество выпускных газов, что ведет к увеличению скорости их истечения на лопатки турбины и частоты вращения компрессора. Частота вращения турбины составляет 6—30 тыс. мин^-1.

Охлаждение наддувочного воздуха производится с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации турбокомпрессора и увеличения массового заряда воздуха в цилиндрах. Воздух охлаждается в холодильниках различных конструкций: круглотруб-чатых, плоскотрубчатых с гофрированными общими пластинами, с поверхностью, выполненной из профильных листов, и др. Охлаждение наддувочного воздуха на каждые 10 К увеличивает массу поступающего в рабочий цилиндр воздуха на 2—2,5 % и приводит к снижению средней температуры рабочего цикла и теплонапряженности деталей дизеля при повышенном давлении наддува.

Основные технические параметры ТК. табл. 2.

Помпаж турбокомпрессора появляется в виде пульсаций воздушного потока в компрессоре, сопровождающихся периодическим выбросом воздуха обратно во всасывающие патрубки дизеля и всасывающего тракта. Иногда помпаж сопровождается характерными громкими хлопками воздуха. Помпаж является следствием уменьшения подачи центробежного компрессора ниже определенного для него критического значения. В результате происходит срыв потока воздуха с лопаток воздушного колеса или лопаточного диффузора компрессора, нарушается устойчивая работа последнего. Эксплуатировать дизель, у которого турбокомпрессор работает неустойчиво, нельзя, так как длительный помпаж может вызвать разрушение воздушного колеса компрессора и деталей всасывающего тракта. Любой центробежный компрессор обладает свойством резко снижать подачу с увеличением сопротивления газовоздушного тракта. Повышение сопротивления газовоздушного тракта может происходить из-за увеличения сопротивления воздухозаборного устройства; неполного открытия заслонок в трубопроводах между компрессорами первой и второй ступеней наддува; за-коксовывания кромок выпускных и продувочных окон в стенках цилиндров дизеля и лопаточного аппарата газовой турбины. Появление помпажа можно объяснить и повышением температуры наддувочного воздуха из-за ухудшения работы воздухоохладителей. Одной из причин, способствующих возникновению помпажа, является повреждение рабочих лопаток турбины и ее соплового аппарата обломками поршневых колец или другими посторонними предметами при отсутствии защитных решеток перед сопловым аппаратом. Возникновению помпажа способствует и повышение температуры выпускных газов перед турбиной из-за уменьшения расхода воздуха по причинам, уже перечисленным выше, а также в связи с тем, что топливная аппаратура дизеля неисправна. Кроме отмеченных причин возникновения помпажа, связанных с возрастанием сопротивления газовоздушного тракта дизеля, можно назвать несимметричную работу параллельно работающих турбокомпрессоров. В этом случае помпаж возникнет у одного из турбокомпрессоров вследствие того, что второй, получая больше энергии, развивает большую частоту вращения, дает больше воздуха и тем самым уменьшается подача первого компрессора, приближая его к границе помпажа. Основная причина несимметричной работы двух турбокомпрессоров — разница в размерах проточных частей турбин, главным образом разница сечения сопловых аппаратов, которая может иметь место вследствие повреждения направляющих лопаток.

Для предупреждения помпажа и устранения его в случае возникновения рекомендуется соблюдать следующие меры: систематически очищать от нагара выпускные и продувочные окна и защитные решетки на входе газов в турбокомпрессор; следить за исправностью воздухозаборного устройства дизеля, не допуская увеличения его сопротивления; следить, чтобы охладители наддувочного воздуха не были загрязнены и не создавали большого сопротивления проходу воздуха; проверять температуру выпускных газов по цилиндрам и температуру воздуха в воздушном ресивере.

Если при соблюдении перечисленных выше требований помпаж не прекращается, необходимо снять турбокомпрессор с дизеля и проверить состояние лопаток турбины и суммарное сечение соплового аппарата. Обнаруженные повреждения лопаток устраняют. Сечение сопел определяют с помощью шаблонов. При обнаружении отклонений от требуемого сечения подгибают кромки лопаток по шаблону.

28. Турбокомпрессоры.