Инструкция по эксплуатации и обслуживанию турбокомпрессоров, применяемых на автомобилях Камаз
Модели турбокомпрессоров, применяемые на двигателях КАМАЗ.
В системах наддува дизельных двигателей КАМАЗ применяют одноступенчатые турбокомпрессоры, состоящие из центробежного компрессора и радиальной центробежной турбины. Так как работа двигателя и турбокомпрессора согласована, то можно устанавливать определенный тип турбокомпрессора только на тот двигатель, для которого он предназначен.
На сегодняшний день на двигателях КАМАЗ применяются следующие модели турбокомпрессоров: ТКР 7Н-1, ТКР 7С-6, ТКР 7С-9 производства ОАО “КАМАЗ-Дизель”; S2B/7624TAE/0,76D9 фирмы «BorgWarner Turbo Systems», Англия; К27-115 фирмы «CZ», Чехия.
На двигатель КАМАЗ 7403.10 устанавливаются два турбокомпрессора ТКР 7Н-1. В качестве запасных частей этот двигатель разрешено комплектовать турбокомпрессорами: ТКР-7Н1-СТ производства ООО “Сервис-Турбо”, ТКР 7Н-1К производства НПО “Турботехника”, ТКР-7ТВ-03 производства ООО “Турбо-Веста”.
На двигатели КАМАЗ 740.31-240, 740.30-260, 740.35-400, 740.37-400, 740.38-360, 740.51-320, 740.50-360, 740.60-360, 740.61-320, 740.62-280, 740.63-400, 740.65-240 устанавливаются два турбокомпрессора: ТКР 7С-6 или S2B/7624TAE/0,76D9.
На двигатели КАМАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300 устанавливаются два турбокомпрессора: ТКР 7С-9 или К27-115.
Описание системы газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха.
На всех автомобилях КАМАЗ, кроме комплектаций с двигателями моделей 7403.10, 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300, применяется система охлаждения надувочного воздуха (ОНВ).
Система газотурбинного наддува и ОНВ обеспечивает за счет использования части энергии отработавших газов подачу предварительно сжатого и охлажденного воздуха в цилиндры двигателя. Это позволяет увеличить плотность заряда воздуха, поступающего в цилиндры, и в том же рабочем объеме сжечь большее количество топлива, т.е. повысить литровую мощность двигателя.
Рисунок 1 — Схема системы газотурбинного наддува и ОНВ.
1 — теплообменник ОНВ: 2 — радиатор системы охлаждения; 3 — вентилятор; 4 — двигатель; 5,6- турбокомпрессоры
Система газотурбинного наддува и ОНВ (рисунок 1) двигателя состоит из двух взаимозаменяемых турбокомпрессоров (ТКР) 5 и 6, выпускных и впускных коллекторов и патрубков, теплообменника ОНВ 1 типа «воздух-воздух», подводящих и отводящих трубопроводов.
Воздух в центробежный компрессор турбокомпрессора поступает из воздухоочистителя, сжимается и подается под давлением в теплообменник ОНВ, и затем охлажденный воздух поступает в двигатель.
Турбокомпрессоры устанавливаются на выпускных патрубках по одному на каждый ряд цилиндров. Выпускные коллекторы и патрубки изготовлены из высокопрочного чугуна. Уплотнение газовых стыков между установочными фланцами турбины турбокомпрессоров, выпускных патрубков и коллекторов осуществляется прокладками из жаростойкой стали. Газовый стык между выпускным коллектором и головкой цилиндра уплотняется прокладкой из асбостального листа, окантованного лентой из жаростойкой стали. Прокладки являются деталями одноразового использования и при переборках системы подлежат замене.
Выпускные коллекторы крепятся к головкам цилиндров болтами. Для компенсации угловых перемещений, возникающих при нагреве, под головки болтов крепления выпускного коллектора устанавливаются специальные сферические шайбы.
Впускные коллекторы и патрубки выполняются литыми из алюминиевого сплава и соединяются между собой при помощи болтов. Стыки между коллекторами и патрубками уплотняются паронитовыми прокладками.
Система газотурбинного наддува и ОНВ двигателя должна быть герметична. Из-за негерметичности системы происходит утечка отработавших газов или воздуха, в результате чего снижается производительность турбокомпрессора, что приводит к снижению мощности двигателя. Кроме этого, при негерметичности впускного тракта, между воздушным фильтром и турбокомпрессором происходит попадание абразивного материала (песок, грязь) в корпус компрессора и двигатель, что приводит к «пылевому» износу лопаток колеса компрессора и деталей цилиндропоршневой группы и, в итоге, к преждевременному выходу двигателя из строя.
Рисунок 2 — Схема системы газотурбинного наддува (без ОНВ)
1 — турбокомпрессоры; 2 — патрубок выпускной левый; 3 — патрубок впускной левый; 4 — коллектор выпускной левый; 5 — коллектор впускной левый; 6 — патрубок объединительный; 7 — коллектор впускной правый; 8 — коллектор выпускной правый; 9 — патрубок выпускной правый; 10 — патрубок впускной правый.
Смазка подшипников турбокомпрессоров осуществляется из системы смазки двигателя через фторопластовые трубки с металлической оплеткой. Слив масла из турбокомпрессоров осуществляется по стальным трубкам сильфонной конструкции в картер двигателя.
На рисунке 2 представлена система газотурбинного наддува без ОНВ. Принцип работы такой системы тот же, что и у представленной выше, за исключением того, что сжатый воздух, подаваемый в цилиндры двигателя, не охлаждается.
Конструкция турбокомпрессоров, применяемых на двигателях КАМАЗ.
Рисунок 3 — Турбокомпрессор ТКР 7Н-1
1 — подшипник; 2 — экран; 3 — корпус компрессора; 4 — диффузор; 5 — уплотни тельное кольцо; 6 — гайка; 7 — маслоотражатель; 8 — колесо компрессора; 9 — маслосбрасывающий экран; 10 — крышка; 11 — корпус подшипников; 12 — фиксатор; 13 — переходник; 14 — прокладка; 15 — экран турбины; 16 — колесо турбины с валом; 17 — корпус турбины; 18 — уплотнительное кольцо.
В конструкции турбокомпрессора ТКР 7Н-1 (рисунок 3) применяется изобарный однозаходный корпус турбины из высокопрочного чугуна и в качестве подшипника — бронзовая моновтулка качающегося типа.
Ротор турбокомпрессора состоит из колеса турбины с валом 16, колеса компрессора 8 и маслоотражателя 7, закрепленных на валу гайкой 6. Ротор вращается в подшипнике 1, удерживающемся от осевого и радиального перемещений фиксатором 12, который с переходником 13 является одновременно и маслоподводящим каналом.
Ротор и колесо компрессора динамически балансируются с высокой точностью на специальных балансировочных станках.
В корпусе подшипника 11 устанавливаются стальные крышки 10 и маслосбрасывающий экран 9, который вместе с упругими разрезными кольцами 5 предотвращает течь масла из полости корпуса подшипника.
Для уменьшения теплопередачи от корпуса турбины к корпусу подшипника между ними установлен чугунный экран 15 и окантованная асбостальная прокладка 14.
Корпус компрессора и корпус турбины крепятся к корпусу подшипников при помощи болтов и планок. Болты крепления корпусов компрессоров М6 необходимо затягивать крутящим моментом 4,9. 7,8 Н-м (0,5. 0,8 кгс-м), а болты крепления корпусов турбин М8 — 23,5. 29,4 Н-м (2,4. 3,0 кгс-м).
В конструкции турбокомпрессора ТКР 7С-6 (ТКР7С-9) (рисунок 4) применяется двухзаходный корпус турбины 7 из высокопрочного чугуна.
Ротор турбокомпрессора состоит из колеса турбины 9 с валом 10, колеса компрессора 1, маслоотражателя 16 и втулки 15, закрепленных на валу гайкой 19.
Ротор вращается в подшипниках 5, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки. Осевые перемещения ограничиваются упорным подшипником 4, установленным между корпусом подшипников 3 и крышкой 2. Подшипники выполняются из бронзы.
Рисунок 4 — Турбокомпрессор ТКР 7С-6:
1 — корпус компрессора; 2 — крышка; 3 — корпус подшипников; 4 — подшипник упорный; 5 — подшипник; 6 — кольцо стопорное; 7 — корпус турбины; 8 — кольцо уплотнительное; 9 — колесо турбины; 10 — вал ротора; 11 — экран турбины; 12, 17 — планки; 13, 18 — болты; 14 — маслосбрасывающий экран; 15 — втулка; 16 — маслоотража тель; 19 — гайка; 20 — колесо компрессора; 22 — диффузор; 24 — переходник; 25 — прокладка, 21, 23 — кольцо уплотнительное (резиновое).
Корпус подшипников турбокомпрессора, с целью уменьшения теплопередачи от турбины к компрессору, выполнен составным из чугунного корпуса и крышки из алюминиевого сплава. Для уменьшения теплопередачи между корпусом турбины и корпусом подшипников устанавливается экран турбины 11 из жаростойкой стали. В корпусе подшипников устанавливается маслосбрасывающий экран 14, который вместе с упругими уплотнительными кольцами 8 предотвращает утечку масла из полости корпуса.
Для устранения утечек воздуха в соединении «корпус компрессора — корпус подшипников» устанавливается резиновое уплотнительное кольцо 21.
Корпусы турбины и компрессора крепятся к корпусу подшипников с помощью болтов 13, 18 и планок 12, 17. Моменты затяжки болтов такие же, как у ТКР 7Н-1. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь облегчает установку ТКР на двигателе.
Турбокомпрессоры ТКР 7С-6 и ТКР 7С-9 отличаются между собой только корпусами турбин — они имеют различную пропускную способность.
Турбокомпрессоры S2B/7624TAE/0,76D9 правый и левый (обозначение левого турбокомпрессора 1274 970 0003, правого — 1274 970 0004) не имеют конструктивных отличий, отличаются только разворотом корпусов турбины и компрессора.
Турбокомпрессор S2B/7624TAE/0,76D9 фирмы «BorgWarner Turbo Systems» имеет конструкцию, аналогичную ТКР 7С-6, и по установочным и присоединительным размерам он унифицирован с ТКР 7С-6.
Корпус турбины крепится к корпусу подшипников при помощи болтов и планок, а корпус компрессора — при помощи стопорного кольца. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь обеспечивает взаимозаменяемость левого и правого турбокомпрессоров. При необходимости производить разворот корпуса компрессора только при ослаблении натяга стопорного кольца.
Турбокомпрессоры К27-115 правый и левый (обозначение правого турбокомпрессора 399 0023 115-01, левого — 399 0023 115-02) не имеют конструктивных отличий, отличаются только разворотом корпусов турбины и компрессора.
К27-115 имеет конструкцию, аналогичную ТКР 7С-9, и по установочным и присоединительным размерам он унифицирован с ТКР 7С-9.
Корпус турбины и корпус компрессора крепятся к корпусу подшипников при помощи болтов и планок. Такая конструкция позволяет устанавливать корпусы под любым углом друг к другу, что в свою очередь обеспечивает взаимозаменяемость левого и правого турбокомпрессоров.
Допустимые параметры турбокомпрессоров при эксплуатации приведены в таблице 1.
ТКР 7С S2B К27-115
Температура газов на входе в турбину, К (°С):
— допускаемая в течение одного часа;
— допускаемая без ограничения во времени
Давление масла на входе в турбокомпрессор, при температуре масла 80. 95 °С, кПа (кгс/см 2 ):
-при номинальной частоте вращения коленчатого вала
-при минимальной частоте вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, не менее
Возможные неисправности и обслуживание системы газотурбинного наддува и охлаждения наддувочного воздуха.
На двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, согласно “руководству по эксплуатации”, турбокомпрессор может безотказно работать в течение всего периода эксплуатации двигателя.
Часто турбокомпрессоры снимают с двигателей без предварительной проверки необходимости этого. Поэтому, прежде чем снять турбокомпрессор с двигателя, необходимо убедиться в отсутствии неисправностей самого двигателя. В большинстве случаев это позволяет избежать бесполезной замены турбокомпрессора.
Чаще всего встречаются следующие проявления неисправностей, связанные с турбокомпрессорами:
• двигатель не развивает полную мощность;
• черный дым из выхлопной трубы;
• синий дым из выхлопной трубы;
• повышенный расход масла;
• шумная работа турбокомпрессора.
Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы.
Эти признаки являются следствием недостаточного поступления воздуха в двигатель, причиной чего может быть засорение канала подвода воздуха, либо утечки воздуха из впускных трубопроводов, соединений турбокомпрессора и теплообменника ОНВ или отработавших газов из выпускного коллектора.
Имея некоторый опыт, можно довольно быстро определить утечку воздуха между выходом ТКР и двигателем по свисту, который возникает при этом. После этого проверьте, не засорен ли воздушный фильтр и канал подвода воздуха к ТКР.
Если неисправность осталась, то необходимо проверить уплотнения ТКР, выпускной коллектор и выпускные трубопроводы, чтобы убедиться, что там нет засорения и посторонних предметов. Проверить отсутствие трещин, затяжку болтов выпускного коллектора, отсутствие повреждений соединений и прокладок системы выпуска.
Проверьте легкость вращения ротора ТКР. Обычно ротор имеет небольшой осевой и радиальный люфты, но если при вращении рукой ротор задевает колесом турбины или компрессора о корпус, то налицо явный износ подшипников ТКР.
Если после проверки всех элементов, неисправности не обнаружены, значит, падение мощности возникло не из-за турбокомпрессора. Тогда необходимо искать неисправность в самом двигателе.
Синий дым из выхлопной трубы, повышенный расход масла.
Появление синего дыма является следствием сгорания масла, причиной которого может быть либо его утечка из ТКР, либо неисправности в двигателе.
Прежде всего, в этом случае необходимо проверить воздушный фильтр, так как любое препятствие на пути воздуха к турбокомпрессору может стать причиной утечки масла со стороны компрессора. В этом случае за колесом компрессора образуется разрежение, что вызывает засасывание масла из корпуса подшипников в компрессор.
Следующим этапом проверки является проверка свободного вращения ротора и отсутствие задевания колесами турбины и компрессора о корпусы — в случае задевания снимите и замените ТКР.
Иногда утечка масла происходит через турбину турбокомпрессора, притом, что она находится в исправном состоянии. Практика показывает, что это может происходить при засорении сливного маслопровода или повышенном давлении в масляном картере двигателя.
Шумная работа турбокомпрессора.
При постороннем шуме в ТКР необходимо проверить все трубопроводы, находящиеся под давлением: вход и выход турбокомпрессора, соединения с теплообменником ОНВ, системы газопровода и выпуска. При необходимости произвести подтяжку болтов, гаек крепления и хомутов, замену уплотнительных прокладок.
Также необходимо проверить легкость вращения ротора и отсутствие задевания колесами турбины и компрессора о корпусы и повреждения их посторонними предметами.
Если обнаружено задевание или повреждение колес, необходимо снять и заменить турбокомпрессор.
Всех вышеперечисленных неисправностей можно избежать при правильном и регулярном обслуживании двигателя.
Одной из основных причин неисправностей является утечки воздуха и отработавших газов. Поэтому во время эксплуатации необходимо постоянно проверять герметичность системы: рукава, фланцевые соединения, прокладки. Периодически проверять надежность крепления деталей и узлов системы, а при необходимости, проводить подтяжку болтов, гаек крепления и хомутов.
При ТО-2 рекомендуется проводить контроль герметичности системы газотурбинного наддува и охлаждения надувочного воздуха двигателя с помощью приспособления И 801.49.000 дымом со сжатым воздухом. Во избежание срыва и раздутия шлангов, давление подаваемого во впускной тракт воздуха не должно превышать 20 кПа (0,2 кгс/см 2 ). Места неплотностей определять по выходящему дыму. Если дым не выходит в течение 3 минут, то воздушный тракт герметичен.
Повреждения непосредственно турбокомпрессоров происходят, в основном, по трем главным причинам:
— попадание посторонних предметов.
В первую очередь от недостатка и загрязнённости масла выходят из строя подшипники турбокомпрессора. После выхода из строя подшипников могут последовать и другие повреждения, такие как задевание колёсами турбины и компрессора о корпусы, износ уплотнительных колец. В худшем случае происходит разрушение вала ротора. Поэтому необходимыми условиями нормальной работы подшипникового узла являются своевременная замена масла и фильтрующих элементов масляного фильтра двигателя, а также применение рекомендованных заводом-изготовителем марок масел.
Также следует обратить внимание на правильность вождения, особенности работы двигателя с турбокомпрессором (запуск и останов двигателя). Если заглушить двигатель, работающий на высоких оборотах, ротор турбокомпрессора продолжает вращаться без смазки, потому что давление моторного масла почти равно нулю. При этом повреждаются подшипники и уплотнительные кольца турбокомпрессора. Поэтому перед остановкой двигателя после его работы под нагрузкой, необходимо установить режим холостого хода длительностью не менее 3 минут. Кроме того, очень важно дать двигателю поработать на холостых оборотах 2. 5 минут, прежде чем давать ему полную нагрузку (по тем же причинам, что и при остановке).
Попадающие из двигателя обломки деталей, например, части клапанов или поршневых колец, вызывают серьёзные повреждения ротора турбины.
Повреждения колеса компрессора могут быть вызваны множеством причин. Например, если во впускной канал компрессора попадает твёрдый предмет, края лопаток колеса компрессора сбиваются, а если мягкий (кусок ткани или резины) — гнутся.
При негерметичности трассы подвода воздуха между воздушным фильтром и турбокомпрессором абразивные материалы, такие как песок или грязь попадают на лопатки компрессора и быстро сошлифовывают их.
Следствием износа будет разбалансировка ротора и после этого дальнейшие повреждения неизбежны, так как даже лёгкий дисбаланс при высоких скоростях вращения приводит к очень сильным повреждениям подшипников и других деталей турбокомпрессора.
При ТО-2 необходимо проверить легкость вращения роторов турбокомпрессоров. Для этого надо снять приемную трубу системы выпуска отработавших газов. Затем проверить рукой, как вращается ротор в его крайних осевых и радиальных положениях. Ротор должен вращаться легко, без заеданий и касаний о неподвижные детали турбокомпрессора.
При техническом обслуживании турбокомпрессоры один раз в два года рекомендуется снять с двигателя для очистки центробежного компрессора, общей диагностики и технического обслуживания агрегата.
Турбокомпрессор рекомендуется снимать вместе с выпускным коллектором, предварительно отсоединив маслопровод с переходника ТКР (рис.4, поз.24), а затем отсоединить его от коллектора.
Очистку центробежного компрессора необходимо выполнить в следующей последовательности:
— на торцовые поверхности корпуса компрессора и крышки нанести совмещенные риски. Отвернуть болты крепления корпуса компрессора. Легкими ударами молотка по бобышкам снять корпус компрессора. Осмотреть резиновое уплотнительное кольцо в пазе крышки. При обнаружении дефектов (надрезы, потеря упругости) уплотнительное кольцо заменить на новое;
— осмотреть лопатки колеса компрессора. При обнаружении следов контакта с корпусом компрессора, деформации лопаток или их разрушения турбокомпрессор подлежит ремонту на специализированном предприятии или замене;
— промыть внутреннюю полость корпуса компрессора, поверхность крышки ветошью смоченной в дизельном топливе. При чистке колеса компрессора межлопаточные поверхности рекомендуется прочистить волосяной щеткой с использованием дизельного топлива;
— проверить легкость вращения ротора, заедание ротора не допускается;
— перед сборкой необходимо смазать уплотнительное кольцо моторным маслом, совместить риски, установить корпус компрессора на диск крышки, затянуть болты динамометрическим ключом.
Еще раз проверить легкость вращения ротора. В крайних осевых и радиальных положениях колеса ротора не должны контактировать с корпусными деталями.
Ввиду того, что ротор турбокомпрессора балансируется с высокой точностью, полная разборка, ремонт и обслуживание агрегатов наддува должны осуществляться на специализированных предприятиях, имеющих необходимое оборудование, инструменты, приспособления, приборы и обученный персонал.
При сезонном техническом обслуживании необходимо слить накопившийся в теплообменнике ОНВ конденсат. Перевернуть теплообменник ОНВ в вертикальной плоскости патрубками вниз и дать стечь остаткам возможного конденсата и масла.
Продуть по фронту матрицы каждый ряд теплообменных пластин между трубками с каждой стороны струей сжатого воздуха, не допуская их деформации.
В случае сильного загрязнения теплообменных пластин матрицу теплообменника ОНВ промыть под струей горячей воды с использованием волосяной щетки или способом окунания в ванне с горячей водой.
После мойки матрицу по фронту продуть сжатым воздухом, не допуская деформации поверхностей теплообменных пластин. Сушка осуществляется струей горячего воздуха.
Основные виды дефектов, встречающиеся в рекламационных актах на турбокомпрессоры производства ОАО “КАМАЗ-Дизель”.
• Очень часто водители и специалисты автоцентров в рекламационных актах ссылаются на «посторонний шум, свист, вой» турбокомпрессоров. Посторонний шум в турбокомпрессоре может быть вызван попаданием на лопатки колес компрессора или турбины посторонних предметов, задеванием лопатками компрессора о корпус компрессора и лопатками турбины о корпус турбины, негерметичностью трасс подвода-отвода воздуха (газа) во фланцевых и гибких соединениях, сильным загрязнением воздушного фильтра, деформациями в трассах подвода-отвода воздуха (газа).
Если конструктивные размеры и контрольные параметры турбокомпрессора находятся в пределах требований конструкторской документации (КД), при отсутствии задевания лопатками компрессора о корпус компрессора и лопатками турбины о корпус турбины, то рекламации (с дефектами «посторонний шум, свист, вой») будут отклоняться.
• Часто в обращениях водителей и дилеров автоцентров встречаются жалобы на большой осевой и диаметральный (радиальный) люфты (перемещения) роторов турбокомпрессоров.
Они обусловлены конструктивным исполнением сопрягаемых деталей ротора и подшипникового узла, имеют гарантированные значения для обеспечения работоспособности и ресурса агрегата наддува в эксплуатации.
Их значения для применяемых на двигателях семейства «КАМАЗ» турбокомпрессоров в состоянии поставки (новый) и допустимые предельные значения в эксплуатации (при отсутствии задевания колеса компрессора о корпус компрессора и колеса турбины о корпус турбины) представлены в таблице 2.
Работоспособность и ресурс подшипникового узла турбокомпрессоров зависит от качества, чистоты, своевременной смены рекомендуемых марок масел, температуры и давления в системе смазки двигателя, герметичности трасс подвода и слива масла, от состояния фильтрующих элементов.
Ремонт и восстановление, вышедших из строя в гарантийный период турбокомпрессоров собственного производства, проводится на заводе-изготовителе ОАО «КамАЗ-Дизель», г. Набережные Челны.