Конструции центробежных турбокомпрессоров фирмы Brown Boveri ( ABB ).

 

Центробежные нагнетатели типа VTR получили широкое распространение для наддува судовых дизелей. Конструктивно они близки, поэтому рассмотрим конструкцию газотурбонагнетателя типа VTR-630

The disk of gas turbine with fixes blades and the impeller of charger locate on same shaft.	Диск газовой турбины с закреплёнными на нём лопатками и рабочее колесо одном валу.
The exhaust gas from cylinders pass trough nozzle and blade apparatus turbine and exit in gasrace.	Выпускные газы из цилиндров двигателя проходят сквозь сопловой и рабочий аппарат турбины и выходят в газоотвод.
The air from engine room is directed trough rotary guide apparatus impeller, vane diffuser volute into scavenging air receive.	Воздух из машинного отделения направляется через вращающийся направляющий аппарат, рабочее колесо, лопаточный диффузор, улитку в наддувочный ресивер.
The feltis glued on inside part of case and on ring with purpose to decrease of noise at suction.	Войлок наклеен на внутреннюю поверхность корпуса и на кольцо с целью уменьшить шум от всасывания.
The protection partition is insuled between middle case and charger casing with purpose prevention of overheat impeller and casing of charger. It’s necessary to ensure constant supply of water.	Теплозащитная перегородка уста-новлена между корпусом нагнетате- ля и промежуточным корпусом с целью предотвращения перегрева рабочего колеса и корпуса нагнетателя. Необходимо обеспечить постоянную подачу воды.
The casing is fixed for prevention of shaft of heating by exhaust gas.	Для предотвращения нагрева вала выпускным газами установлен кожух.
The leakage of gases from turbine to oil crankcase is prevented with (by packinges 5 and 7 between which charge scavenging air special channel for cooling of packinges and decrease of leakage.	Протечки газа из турбины в масляный картер предотвращаются посредством лабиринтовых уплотне- ний 5 и 7 между которыми.        подаётся наддувочный воздух по специальному каналу для охлаждения уплотнения и уменьшения утечек.

 

 

It is necessary to check up and issure the clarity(purity) this channels.	Необходимо контролировать и обеспечивать чистоту этих каналов.
The rotor of turbocharger is based on two ball bearings one of which thrust bearing.	Ротор турбонагнетателя опирается на два шарикоподшипника один из которых упорный.
The casing of gasturbine and middle case are to be cooled by fresh water.	Корпус турбины и промежуточный корпус должны охлаждаться пресной водой.

                     

Рис. 3. Турбокомпрессор типа VTR фирмы Brown Boveri

1 - фильтр; 2 - улитка компрессора; 3 - диффузор; 4 - рабочее колесо компрессора;

 5 - вал ротора; 6 - лопаточный аппарат турбины; 7 - сопловой аппарат турбины

 

Как видно из рис. 3,  фирма использовала конструктивную схему с осевой турбиной, где подшипники расположены по концам ротора, позволяющую использовать подшипники качения с целью достижения высокого механического к.п.д. Однако при современной тенденции увеличения давлений наддува π_к преимущество подшипников качения, над подшипниками скольжения становится незначительными, а ресурс подшипников скольжения оказался в несколько раз выше чем подшипников качения.

Поэтому в 1999 году фирма освоила новый ряд ГТН TRL-B с консольным расположением турбинного диска, что позволяет уменьшить газодинамические потери, число деталей, массу и габариты.

В конструкцию турбокомпрессоров TRL положен модульный принцип обеспечивающий легкую и быструю разработку при обслуживании. Корпуса турбины и компрессора неохлаждаемые, возможна полная разборка и извлечение соплового аппарата с «холодной» стороны без демонтажа выпускных труб. Обратный монтаж из-за температурных деформаций не является простой операцией. Используются качающиеся опорные подшипники скольжения и самоустанавливающийся плавающий упорный подшипник.

Смазка осуществляется непосредственно от системы смазки дизеля.

Фирмой создан крупный турбокомпрессор (ТК) TPL 85-B11 с расходом 45м³/с при степени сжатия π_к=4.2. Наиболее крупным является ТК MET90SE фирмы Mitsubishi.

 

3. Конструкция турбокомпрессоров фирмы MAN B & W

 

Фирма выпускает турбокомпрессоры типов NR, NA/T и NA/S(с радиальной турбиной), ТСА (совместно с STX Enpaco). Например, турбокомпрессоры NR24/R и NR29/S устанавливаются на самых малых двухтактных дизелях фирмы S26MC. ТК типа NA/S созданы и для серии двигателей MC-C.

Турбокомпрессоры серии NA/T имеют следующие особенности:

- внутреннее размещение подшипников, внешнее (консольное) расположение турбинного диска и колеса компрессора;

- подшипники скольжения, обеспечивающие возможность работы турбокомпрессора на тех же маслах, что и двигатель, в рамках объединенной системы смазки;

- корпус подшипников, единственный охлаждаемый водой корпус;

- газовпускной и газовыпускной корпуса турбины, не охлаждаемые водой;

- двухсоставное колесо компрессора с загнутыми назад лопатками;

- легкий цельнокованый вал ротора из жаропрочной стали;

- турбинные лопатки из жаропрочного сплава на никелевой основе с елочным хвостовиком;

Схема турбокомпрессоров NA обладает следующими преимуществами:

- практически идеальным осевым подводом воздуха к колесу компрессора и выхлопных газов к сопловому аппарату турбины;

- организованным отводом газов за турбинными лопатками путем установки развитого диффузора;

- небольшим расстоянием между подшипниками, размещенными в одном корпусе, что обеспечивает высокую точность центровки ротора, превышающую скорости в рабочем диапазоне («жесткий» ротор);

- коротким легким ротором с низким моментом инерции(хорошая приемистость);

- легким доступом к облопаченным узлам для проверки и очистки.

Внешний вид компрессора ТСА 66 STX Enpaco-MAN приведен на рис.4. Он используется в двигателе 6S50MC-C мощностью 9480 кВт.

Рис.4. Турбокомпрессор ТСА 66

1 - глушитель; 2 - входное устройство; 3 - корпус компрессора; 4 - диффузор;

5 - корпус подшипника; 6 - подшипник; 7 - ротор турбины; 8 - подшипник;

9 - корпус газовыпуска; 10 - подшипник со стороны турбины; 11 - сопловой аппарат; 12 - корпус газовыпуска; 13 - лопатки турбины; 14 - корпус; 15 - диффузор на выходе газов;16 - слив промывочной воды; 17 - упорный подшипник; 18 - рабочее колесо компрессора; 19 - выход воздуха наддува

 

Технические данные ТСА 66:

- степень повышения давления - 3,75;

- производительность - 24,0 кг/с;

- частота вращения номинальная - 14250 об/мин;

- максимальная частота вращения -15150 об/мин.

Фирма MAN B&W в течении последних нескольких лет полностью обновила конструкцию своих турбокомпрессоров в связи с постоянно растущими требованиями по наддуву современных двухтактных двигателей (необходимость одновременно обеспечить высокое давление надувочного воздуха и высокий КПД турбокомпрессора). Для достижения этой цели был решен ряд сложнейших задач:

- Создан компрессор для π_k=4,5 и более;

- Разработано новое облопачивание турбинной ступени;

- Усовершенствованны подшипниковые узлы

В новых турбокомпрессорах типа NA/S, которыми комплектуются МОД по программе MC-C, фирма сохранила свою традиционную схему компоновки турбокомпрессоров с внутренним расположением подшипников скольжения. Это принципиальное решение основано на опыте эксплуатации МОД фирмы с таким турбокомпрессорами. К достоинствам такой схемы относятся:

- отличная восприимчивость высоких осевых и радиальных нагрузок;

- высокий демпфирующий эффект;

- нечувствительность к вибрации и небалансам, отсутствие необходимости в вибрационном контроле;

- длительный период эксплуатации подшипников скольжения (до 50000 ч.);

Введение в конструкцию турбинного подшипника плавающей втулки обеспечивает повышенную центровку ротора на самых высоких скоростях, усиливает демпфирующий эффект.

Основные отличия последней серии турбокомпрессоров NA/S (NA/T9) от серии NA/T:

- увеличенный диаметр компрессорного колеса;

- новая геометрия лопаток компрессорного колеса;

- отсутствие в турбокомпрессорах серии NA/S охлаждения корпусов подшипников водой (оно сохранилось только в моделях NA57/T9.

Фирма MAN B&W разработала ряд турбокомпрессор типа NA/S/T9. На отдельных моделях достигнут КПД турбокомпрессора порядка 72%.

 

 

4. Регуляторы разгона турбокомпрессоров на переходных режимах.

 

При резких набросах нагрузки турбокомпрессоры из-за своей инерционности не успевают увеличить подачу воздуха соответственно увеличенной подаче топлива. Для ускорения раскручивания ТК можно использовать дополнительные сопла через которые на лопатки компрессора подается сжатый воздух. Подачей сжатого воздуха и ограничением топливоподачи управляет регулятор разгона (лямбда-регулятор)

 

Рис.5. Регулятор разгона ТК на переходных режимах наброса нагрузки