Особенности конструкции роторов

Итак, ротор турбокомпрессора содержит колеса компрессора и турбины, размещённые на одном валу. В турбонаддувочных агрегатах как правило применяются радиальные компрессоры, в связи с их компактностью и сравнительно низкой стоимостью. Наиболее часто применяется полуоткрытая конструкция с радиально направленными лопатками, благодаря чему достигаются более высокие окружные скорости и коэффициенты напора (как отношение действительного напора к половине квадрата окружной скорости колеса). У турбинных колёс применяются как осевые, так и радиальные конструкции. При этом, для диаметров колёс менее 160 мм применяют только радиальные конструкции турбин, а для диаметров более 300 мм – только осевые. В области значений диаметров между указанными двумя применяются оба типа.

Элементы роторов несут высокие механические (большие окружные скорости) и термические (высокие температуры и перепады температур) нагрузки. На рис. 4.5. показаны уровни температур на элементах турбокомпрессора. Видны высокие температуры лопаток турбинного колеса, а также перепад температур по высоте лопаток и по отношению к ступице колеса. Высоки температуры вала ротора вблизи турбины и на опорном подшипнике. Высоких температур достигает и улитка турбины. Улитка корпуса компрессора нагревается существенно меньше. В соответствии с условиями работы, разные элементы турбокомпрессора требуют применения разных материалов и разных технологий изготовления.

Рис. 4.5. Уровни температур элементов турбокомпрессора стационарного дизеля с наддувом. 1 – подвод воздуха в компрессор, 2 – вал ротора турбокомпрессора, 3 – компрессор, 4 – улитка компрессора, 5 – подвод смазочного масла, 6 – улитка подвода ОГ к радиальной турбине, 7 – лопатка радиальной турбины, 8 – турбина, 9 – выпуск ОГ из турбины.

Например, колесо компрессора (1 на рис. 4.6.) изготавливается из алюминиевого сплава, улитка 2 – из другого алюминиевого сплава, вал 11 ротора, колесо турбины 9 – из легированных сталей, перегородка 7 – из нержавеющей стали, корпус 8 турбины – чугунное литьё, опорные и упорные подшипники скольжения – из бронзы. Кроме того, части корпуса турбокомпрессора содержат уплотнительные, термостойкие и термоизолирующие прокладки.

Рис.4.6. Соотношение материалов, применяемых для изготовления различных элементов турбокомпрессора. 1 – колесо компрессора, 2 – корпус компрессора, 3 – прокладка, 4 – уплотнение, 5 – кольцо упорного подшипника, 6 – опорный подшипник, 7 – разделительная перегородка, 8 – корпус турбины, 9 – турбина, 10 – корпус ротора, 11 – вал ротора, 12 – маслоотбойник.

Для окружных скоростей, достигаемых в компрессорах, определяющей характеристикой применяемого материала является длина текучести – частное от деления предела текучести на удельную массу. Для колёс компрессоров применяют литейные или кованые силумины с показателями длины текучести от 220 до 280 Н/мм², литейные и кованые стали (400 – 800 Н/мм²), титаны кованые и литейные (800 – 1000 Н/мм²). Предпочтение по возможности отдаётся алюминиевым сплавам, из – за их пониженной стоимости, более лёгкой обрабатываемости, а также меньших моментов инерции, что влияет на показатели приёмистости.

Наиболее лёгкий технологический процесс их изготовления – литьё. Такие колёса имеют предельные (критические) окружные скорости разрыва порядка 700 м/с и более. Из кованого материала колёса фрезеруются цельными или из двух частей. Диск колеса (радиальная часть) штампуется, а вращающийся направляющий аппарат с изогнутыми лопатками изготовляется либо фрезерованием, либо методом точного литья. Для обеспечения высоких степеней повышения давления в одной ступени (свыше 4), когда возникают повышенные температуры (свыше 150 – 200 ^оС) выбирают сталь (реже титан, из – за его плохой обрабатываемости).

Для изготовления колёс радиальных турбин применяют преимущественно точное литьё, т. к. изготовление фрезерованием трудно обрабатываемых высокожаропрочных материалов слишком дорого. Применяемые для изготовления турбинных колёс материалы имеют пределы прочности (при 20 ⁰С) порядка 600 – 800 Н/мм², а показатели текучести (длина текучести) при температурах 500 – 900 ⁰С – 300 – 700 Н/мм². Колёса осевых турбин очень редко изготовляют литьём. Обычно изготовленные отдельно лопатки крепятся к кованому диску турбины. Выбираемые материалы ориентируются на температуру отработавших газов двигателя, а последняя у крупных двухтактных дизелей редко превышает 500 ⁰С, в то время, как у автомобильных четырёхтактных с принудительным зажиганием – 1000 ⁰С и выше. Вследствие расширения в направляющем колесе температура ОГ на входе в рабочее колесо значительно ниже.

Дата добавления: 2014-12-26