Агрегаты газотурбинного наддува дизелей 10Д100 и 9Д100 состоят, как уже указывалось, из двух параллельно работающих «свободных» (не имеющих механической связи с коленчатым валом дизеля) турбонагнетателей и нагнетателя второй ступени сжатия с приводом через ускоряющий редуктор от верхнего коленчатого вала.
Турбонагнетатели.
Компоновка турбонагнетателей на дизеле рассмотрена выше. Турбонагнетатели изготовлены из одинаковых деталей. Отличие «левого» турбонагнетателя от «правого» заключается в различном повороте улиток нагнетателя (смотря со стороны электрогенератора) относительно корпуса турбины.
Турбонагнетатель объединяет в единый агрегат осевую одноступенчатую реактивную газовую турбину и одноступенчатый центробежный нагнетатель. Вал турбонагнетателя расположен горизонтально. На одном хвостовике его находится рабочее колесо нагнетателя, на другом — рабочее колесо турбины. Подшипники расположены по концам вала ротора, что упрощает доступ к ним и позволяет производить демонтаж и монтаж ротора в корпусе турбонагнетателя без его (ротора) разборки, т. е. без нарушения балансировки.
Основными узлами турбонагнетателя (рис. 15) являются корпус (статор) и ротор. Статор состоит из корпуса 1 (улитки) нагнетателя и корпуса 10 турбины, отлитых из алюминиевого сплава и скрепленных болтами 23. В корпусе 10 турбины выполнены специальные полости для охлаждающей воды. Корпус 1 нагнетателя не имеет водяного охлаждения. К корпусу 10 крепится болтами лопаточный диффузор 9, уплотненный кольцом 26. Воздушные полости отделены от газовых экраном 11, который болтами соединен с радиальным лабиринтом 25. Экран 11, наполненный «мамбой», предназначен для уменьшения нагрева нагнетателя. Между экраном и корпусом турбины проложен уплотнительный асбестовый шнур 24. Радиальный лабиринт 25 уменьшает осевое усилие, воспринимаемое упорно-опорным подшипником 15.
К корпусу 1 нагнетателя шпильками крепится корпус 3, в который запрессован опорный подшипник 5 (бронзовая втулка). Масло для его смазки поступает через штуцер 28 и далее — по сверлениям
в корпусе 3 и подшипнике 5. К корпусу 3 винтами привернут бронзовый лабиринт 6 нагнетателя, предотвращающий попадание масла из подшипника на рабочее колесо нагнетателя.
Рис. 15. Турбонагнетатель:
1 — корпус нагнетателя; 2 — рабочее колесо нагнетателя; 3 — корпус опорного подшипника; 4 — кожух; 5 — опорный подшипник; 6 — лабиринт нагнетателя; 7 — гайка; 3 — вал турбонагнетателя; 9 — лопаточный диффузор; 10 — корпус турбины; 11 — экран; 12 — газоприемная полость турбины; 13 — сопловой аппарат; 14 — рабочее колесо турбины; 15 — упорно-опорный подшипник; 16 — гайка; 17 — стакан упорно-опорного подшипника; 18 — лабиринт турбины; 19 и 28 — штуцера для подвода смазки; 20 — приспособление для подъема турбонагнетателя; 21 — газоотводящая полость корпуса турбины; 22 — кольцо; 23 — болт; 24 — асбестовый шнур; 25 — радиальный лабиринт; 26 — уплотнительное кольцо; 27 — сверление для подвода воздуха к лабиринту нагнетателя; 29 — сверление для подвода смазки
Для повышения эффективности этого уплотнения к нему подводится воздух повышенного давления из воздушного ресивера дизеля. В передней части опорный подшипник закрыт кожухом 4, улиточная часть корпуса нагнетателя оребрена.
Выпускные газы из дизеля поступают в газоприемную полость 12 корпуса турбины. Далее через сопловой аппарат 13 они попадают на рабочие лопатки колеса 14 и выходят через газоотводящую полость 21 в выпускные патрубки. Сопловой аппарат 13 представляет собой набор стальных лопаток, залитых в чугунные ободы. Он прикреплен к корпусу турбины болтами и по наружному диаметру зафиксирован кольцом 22.
Между рабочими лопатками и покрывающим кольцом устанавливается радиальный зазор 0,5—0,8 мм. Бронзовый лабиринт 18, соединенный с корпусом турбины болтами, предотвращает попадание масла из упорно-опорного подшипника 15 в газовые полости. Для повышения эффективности работы лабиринта 18 к нему, так же как к лабиринту 6, подводится воздух повышенного давления из воздушного ресивера дизеля.
Стакан 17 упорно-опорного подшипника крепится к корпусу турбины болтами. Упорно-опорный подшипник 15 состоит из бронзового корпуса, залитого по внутреннему диаметру и по торцу (со стороны упорной пяты) баббитом Б-2, и упорной пяты, которая сидит на хвостовике вала ротора турбонагнетателя и прижата к корпусу подшипника 15 гайкой 16 и болтом с левой резьбой, между последними установлена пластинчатая шайба. Масло для смазки подшипника 15 поступает через штуцер 19 и далее по сверлениям в корпусе 10 и стакане 17.
Вал турбонагнетателя 8 сварен из трех частей: диска турбины и двух пустотелых хвостовиков. Хвостовики изготовлены из стали 20Х, а диск турбины — из аустенитовой жаропрочной стали ЭЯ1Т. Перед сваркой хвостовики запрессовывают в диск турбины и фиксируют специальными замками.
Рабочее колесо 2 нагнетателя отлито из алюминиевого сплава; оно полуоткрытого типа, с радиальными лопатками, несколько загнутыми со стороны входа воздуха в нагнетатель. Такая конфигурация лопаток сделала ненужным выполнение отдельной детали — вращающегося направляющего аппарата. Колесо 2, насаженное на вал 8 на шлицах с натягом, со стороны входа воздуха затянуто гайкой 7, а с противоположной стороны упирается в бурт вала 8.
Рабочее колесо 14 турбины состоит из диска и рабочих лопаток, отлитых по выплавляемым моделям и прикрепленных к диску турбины при помощи елочных хвостовиков.
Опорные поверхности вала 8 цементированы и закалены до твердости не менее 56 НRС.
В собранном виде (с рабочим колесом нагнетателя) ротор турбонагнетателя подвергается динамической балансировке. При выемке ротора из корпуса турбонагнетателя рабочее колесо нагнетателя не снимается, вследствие чего и не нарушается балансировка ротора.
К торцу газоприемной полости 12 на шпильках прикреплен газоподводящий патрубок, а к торцу газоотводящей полости — выпускной патрубок. Эти шпильки используются также для крепления приспособления 20 для подъема и транспортировки турбонагнетателя.
Системы водяного охлаждения и смазки турбонагнетателя объединены с соответствующими системами дизеля. Вода для охлаждения корпуса турбины подводится в нижнюю часть корпуса от водяной системы охлаждения дизеля на небольшом расстоянии от водяного насоса. Кроме снижения температуры наружных стенок корпуса турбины, вода, проходя через полости во внутренней торцовой стенке корпуса, создает дополнительный теплоизолирующий «экран» между газовой и воздушной полостями турбонагнетателя. Из турбонагнетателя вода отводится через два отверстия, расположенных в верхней части корпуса турбины.
К опорному и к упорно-опорному подшипникам масло подводится раздельно непосредственно после масляного насоса под повышенным давлением через специальный проволочно-щелевой фильтр, а отводится от них через отверстия в корпусе и поступает далее в маслосборник, из которого воздух выходит в атмосферу через маслоотделитель, а масло стекает в картер дизеля.
В маслосборнике имеются смотровые лючки, позволяющие контролировать поступление масла на подшипник турбонагнетателя.
Нагнетатель второй ступени с редуктором. Нагнетатель второй ступени с редуктором (рис. 16) выполнен в виде одного агрегата, который крепится болтами консольно к торцу блока над главным генератором.
Редуктор (рис. 17) состоит из двух пар цилиндрических шестерен. Общее передаточное отношение равно 10, т. е. номинальное число оборотов рабочего колеса нагнетателя составляет 8 500 об/мин. Корпус 10 (см. рис. 16) редуктора отлит из алюминиевого сплава. Верхняя часть его закрыта крышкой 4, к которой шпильками прикреплен лючок для осмотра шестерен; два аналогичных лючка имеются в нижней части корпуса. К передней части корпуса 10 на шпильках 21 присоединен корпус 11 нагнетателя.
Стальной торсионный валик одним шлицевым хвостовиком соединен с носком верхнего коленчатого вала, а вторым со стальной полой втулкой 5, к фланцу которой болтами прикреплена шестерня 3. Торсионный валик компенсирует возможную несоосность в сочленении: передний носок верхнего коленчатого вала — втулка 5 с ведомой шестерней 3. Втулка 5 вращается в двух подшипниках: роликовом 2 и шариковом 6; последний воспринимает также осевое усилие, т. е. является упорным.
Шестерня 3 — составная. Главными элементами ее являются зубчатый венец и вмонтированная в нее эластичная пружинная муфта, которая смягчает ударные нагрузки. Промежуточный стальной валик 30 выполнен за одно целое с ведомой шестерней первой пары и вращается в подшипниках 31 и 23. Ведущая шестерня 29 второй пары составная, как и шестерня 3. Кроме зубчатого венца и ступицы, она имеет внутри одностороннюю центробежную фрикционную муфту, предназначенную для «срезания» пиковых нагрузок. Зубья шестерен и шейки валика 30 под подшипники — шлифованные, цементированные и закаленные.
Вал 24 рабочего колеса нагнетателя стальной, выполнен за одно Целое с ведомой шестерней второй пары и вращается в двух подшипниках 25 и 22. Упорно-опорный подшипник 25, фиксирующий положение вала 24, состоит из бронзовой втулки, внутренняя поверхность которой залита баббитом, и стальной закаленной упорной пяты 27, имеющей шлифованную поверхность и работающей по торцовой поверхности бронзовой втулки, также залитой баббитом.
Рис. 16. Нагнетатель второй ступени с редуктором: 1 — торсионный валик; 2 — роликовый подшипник; 3 — шестерня с пружинной муфтой; 4 — крышка; 5 — втулка полая; 6 — шарикоподшипник; 7 — крышка; 8 — втулка с маслосбрасывающей резьбой; 9 — гайка; 10 — корпус редуктора; 11 — корпус нагнетателя; 12 — патрубок подводящий; 13 — крышка; 14 — вращающийся направляющий аппарат; 15 — кольцо уплотнительное; 16 — шпилька; 17 — крышка корпуса нагнетателя; 18 — рабочее колесо нагнетателя; 19 — диффузор; 20 — лабиринт колеса; 21 — шпилька; 22 — опорный подшипник; 23 — роликовый подшипник; 24 — вал рабочего колеса нагнетателя; 25 — упорно-опорный подшипник; 26 — болт; 27 — пята; 28 — гайка с болтом; 29 — шестерня с центробежной муфтой; 30 — валик промежуточный; 31 — роликовый подшипник; 32 — масляный трубопровод
Бронзовая втулка крепится к внутренней стенке корпуса редуктора шпильками. Упорная пята 27 прижата к бурту вала 24 гайкой 28, сидящей на хвостовике вала. Гайка контрится болтом с левой резьбой, ввернутым в хвостовик вала. Опорный подшипник 22 представляет собой бронзовую втулку, залитую баббитом, с фланцем; последний шпильками прикреплен к передней стенке корпуса редуктора. Зубья шестерни и шейки вала под подшипники шлифованные, цементированные и закаленные.
Смазка подшипников и шестерен редуктора осуществляется маслом, поступающим из верхнего масляного коллектора дизеля по трубопроводу 32, из которого оно по трубкам попадает к подшипникам и шестерням верхнего и среднего валика и по сверлениям в корпусе редуктора — к подшипникам вала 24. Из корпуса редуктора отработавшее масло стекает в картер дизеля.
Рис, 17. Кинематическая схема редуктора нагнетателя второй ступени:
1 — пружинная муфта; 2 — торсионный валик со шлицами; 3 — центробежно-фрикционная муфта; 4 — рабочее колесо нагнетателя второй ступени
Корпус 11 нагнетателя, так же как и корпус редуктора, отлит из алюминиевого сплава и прикреплен к нему шпильками 21. В передней части он «закрывается» также отлитой из алюминиевого сплава крышкой 17. Периферийная часть корпуса 11 выполнена в виде двухспиральной улитки, из которой воздух подается к охладителям. На крышку 17 надет двухрожковый подводящий патрубок 12, через который поступает воздух из нагнетателя первой ступени (турбонагнетателя). Это сочленение уплотнено кольцом 15. В патрубке 12, в его центральной части, имеется цилиндрическое отверстие для болта крепления гайки, стопорящей вращающийся направляющий аппарат на валу. Отверстие закрыто крышкой 13. На задней стенке корпуса 11 установлены радиальный лабиринт 20, несколько уменьшающий осевое усилие, и лопаточный диффузор 19. В центральной части задней стенки на болтах укреплен покрывающий фланец, по которому работают три уплотнительных кольца из специального чугуна, расположенных в цилиндрической втулке, сидящей на валу 24 рабочего колеса нагнетателя. Этот узел и лабиринт 20 обеспечивают практически полное уплотнение полости редуктора от полости рабочего колеса нагнетателя (от попадания масла в нагнетатель и утечек воздуха в полость редуктора).
Рис. 18, Охладитель наддувочного воздуха:
1 — корпус; 2 — патрубок отвода охлаждающей воды; 3 — верхняя крышка; 4 — болт; 5 — рым; 6 — фланец со стороны подвода воздуха; 7 — болт; 8 — нижняя крышка; 9 — патрубок подвода охлаждающей воды; 10 — привалочным фланец со стороны выхода воздуха; 11 — охлаждающая секция
Рабочее колесо 18 нагнетателя полуоткрытого типа изготовлено из алюминиевого сплава. В него запрессована стальная втулка, которая на прямоугольных шлицах «сидит» на консольном хвостовике вала 24. На тех же шлицах «сидит» и стальной вращающийся направляющий аппарат 14. Колесо 18 и аппарат 14 стянуты гайкой, которая надета на хвостовик вала и стопорится болтом с левой резьбой, ввернутым в его торец. Вал рабочего колеса нагнетателя в сборе с рабочим колесом и вращающимся направляющим аппаратом подвергают динамической балансировке.
Основные характеристики и мощность агрегатов газотурбинного наддува приведены в табл. 2 и 3.
Охладитель наддувочного воздуха.
Водо-воздушный охладитель (рис. 18) наддувочного воздуха пластинчато-трубчатый, с шахматным расположением трубок, состоит из следующих основных деталей и узлов: корпуса, верхней и нижней крышек и охлаждающих секций.
Корпус 1 стальной, сварной. После сварки все внутренние поверхности его подвергнуты дробеструйной обработке. Снаружи на боковых стенках выполнены вертикальные ребра жесткости. В основании корпуса находится стальная плита с шестью отверстиями, в которые вставлены охлаждающие секции 11, приваренные к ней латунным припоем (аналогично охлаждающие секции соединены и с верхней плитой — см. ниже). К плите болтами 7 прикреплена нижняя крышка 8 сварной конструкции, состоящая из статорного фланца и штампованной из стального листа собственно крыши. К крышке 8 приварен патрубок 9, к верхней плите корпуса 1 болтами 4 привинчена верхняя крышка 3, аналогичная по конструкции крышке 8. К ней привар
патрубок 2 отвода охлаждающей воды. В верхнюю плиту корпуса ввернуты на резьбе хвостовики двух рымов 5 для подъема охладителя. Внутренние поверхности крышек 8 и 3 имеют ребра жесткости.
Рис. 19. Охлаждающая секция:
1 —охлаждающая трубка; 2 — трубная коробка; 3 — усилительная доска; 4 — охлаждающая пластина; 5 — боковой щиток, 6 — глухая трубка; 7 — концевая пластина; 8 — заклепка; 9 — стяжка
Воздух из двухспиральной улитки поступает в охладитель через фланец 6. Охладитель прикреплен болтами к торцовой поверхности блока дизеля привалочным фланцем 10, через этот фланец и отверстие в блоке воздух поступает в продувочный.
Охлаждающая секция (рис. 19) состоит из 76 латунных охлаждающих трубок, расположенных восемью рядами. Четыре ряда имеют по 9 трубок, а другие четыре по 10. По четыре трубки в крайних рядах (всего 8) — глухие; они перекрыты усилительными досками 3. Таким образом, вода проходит через 68 трубок. Охлаждающие трубки луженые (припоем). На охлаждающие трубки 1 надеты 362 медные охлаждающие пластины 4. После набора пластин и трубок в «колонку» она нагревается в печи; припой, нанесенный на трубки, обеспечивает спаивание трубок и пластин. До медных усилительных досок 3 на трубки надеты медные концевые пластины 7. Усилительная доска 3 медными заклепками 9 соединена с медной трубной коробкой 2. Охлаждающие трубки проходят через усилительную доску и припаиваются к основанию трубной коробки меднофосфористым припоем.
Для придания жесткости конструкции каждая охлаждающая секция имеет снаружи четыре стальных боковых щитка 5, а также восемь стальных стяжек 8 (в горизонтальных плоскостях).
Таблица 2
Основная характеристика агрегатов газотурбинного наддува дизелей 10Д100 и 9Д100
Таблица 3
Мощности агрегатов газотурбинного наддува дизелей 10Д100 и 9Д100