Профессиональная центровка турбин

Почти все современные двигатели оснащаются турбонагнетателями. Это устройство, введенное в массовое производство примерно в 70-х годах предыдущего столетия, выполняет ряд функций:

• нивелирует провал крутящего момента на высоких оборотах дизельных двигателей;
• позволяет получить дополнительную мощность без конструктивного изменения двигателя, равную примерно 10-20% от номинальной;
• немного повышает КПД двигателя за счет увеличения объема воздуха, подаваемого в цилиндры.

Сегодня наиболее распространена конструкция турбины, работающая на кинетической энергии выхлопных газов. Помимо этой конструкции, известны еще два варианта исполнения турбокомпрессоров:

• механическая турбина, приводимая в действие ременной или цепной передачей от коленчатого вала;
• электрическая турбина, которая работает от собственного высокооборотистого электродвигателя.

Первая разновидность турбокомпрессора устарела. Вторая только входит в массовое производство, так как еще не до конца решены некоторые технические вопросы.

Для чего нужна центровка турбины?

Рассмотрим принцип работы турбины, приводимой в действие потоком выхлопных газов.

В общем случае такая турбина состоит из двух корпусных деталей, которые называются горячей и холодной улитками. Крепятся они к центральной части турбины, которая называется картридж. Внутри каждой улитки находится крыльчатка. Крыльчатки соединены между собой при помощи вала ротора, который вращается в корпусе картриджа на подшипниках скольжения.

Входной канал горячей улитки подключается к выпускному коллектору. К выходному каналу присоединяется выпускная магистраль. Проходя через крыльчатку, выхлопные газы раскручивают ее. Она, в свою очередь, вращает крыльчатку холодной улитки. К входному каналу холодной улитки присоединен патрубок от воздушного фильтра. Выходной канал соединен со впускной магистралью. В него вращающаяся холодная крыльчатка нагнетает давление.

Крыльчатка при высоких нагрузках совершает в некоторых случаях более ста тысяч оборотов в минуту. Это очень большая частота вращения, которая в принципе встречает в механизмах довольно редко. Поэтому центровка крыльчаток должна быть идеальной. Заводы-изготовители балансируют свои турбины практически идеально. То есть смещение центра тяжести настолько минимально, что современные центровочные стенды не замечают этой погрешности. Однако со временем центровка нарушается. Этому способствует несколько факторов:

1. Эрозия поверхности лопастей под действием проходящих на высокой скорости потоков воздуха. Этот процесс протекает медленно. Серьезный дисбаланс под воздействием только этого фактора наступает уже ко времени общего износа турбонагнетателя. Иногда можно наблюдать сглаживание угловой части лопастей лопаток. Износ такого характера часто наблюдается из-за стороннего подсоса воздуха, когда нарушается герметичность в магистрали подвода.
2. Проникновение в рабочую камеру турбины твердых частиц, которые скалывают металл с поверхности крыльчатки. Для холодной улитки наиболее частой причиной проникновения абразивов в рабочую камеру является повреждение воздушного фильтра. Для горячей улитки источников появления посторонних элементов может быть несколько. Если поврежден воздушный фильтр, то пропущенные частицы, которые не сгорели в цилиндрах, попадают в выпускную систему и наносят ущерб крыльчатке. Второй источник, который более опасен из-за образования частиц высокой твердости – катализатор или сажевый фильтр. Керамика, из которой состоят эти элементы выпускной системы, очень тверда и может быть причиной серьезных повреждений.
3. Отложения на лопастях из сажи и масла. Могут сильно дестабилизировать работу турбонагнетателя. В основном эта проблема актуальна для горячей крыльчатки. В отличие от других факторов, при своевременном вмешательстве, безболезненно устраняются. Но и дисбаланс, который может создать появление нагара на крыльчатке, носит более тяжелый характер. Помимо смещения центра тяжести, появляются дополнительные сопротивления проходу отработавших газов, что может стать причиной дополнительных динамических нагрузок.

Если ось вращения не проходит через точку центра тяжести связки ротора с крыльчатками, это вызывает дисбаланс в работе турбины. Происходят следующие процессы:

1. Возникает вибрация, которая в целом негативно сказывается на турбонагнетателе.
2. Возрастает нагрузка на подшипники. Это ведет к их ускоренному износу.
3. Увеличенная амплитуда свободного хода ротора в подшипниках разбивает уплотнители, и масло из полости картриджа проникает в рабочие камеры улиток.
4. Подшипники изнашиваются до степени, когда крыльчатка из-за большого биения начинает задевать корпус.

Неправильная центровка или несвоевременное устранение биения вала ротора довольно быстро выведет турбину из строя.

Как проводится центровка турбин?

Различается заводская и послеремонтная центровка турбины. Рассмотрим детально, как осуществляется работа после производства ремонта.

Турбонагнетатель является агрегатом, который работает в условиях экстремальных нагрузок. Любое отклонение от рабочих параметров может довольно быстро привести к отказу. Поэтому такая операция, как центровка, выполняется на специально предназначенном для этого оборудовании высококлассными специалистами, прошедшими специальное обучение.

Балансировочный станок представляет собой станину с чувствительными датчиками, фиксирующими частоту вращения и радиальное биение вала. На этой станине закрепляется вал ротора с одной из крыльчаток. На лопасти через специальный штуцер подается воздух под давлением, который раскручивает крыльчатку. Частота вращения контролируется путем ограничения подачи воздуха.

Датчики фиксируют биение. Причем не только величину действующего вектора, но и его направление. Это позволяет определить, в каком из секторов крыльчатки имеется излишняя масса. Далее производится стачивание небольшой части крыльчатки в месте, где зафиксирован избыток массы. Выполняется еще один запуск процесса проверки биения и новая коррекция массы крыльчатки. Так делается до тех пор, пока биение вала не достигнет допустимых пределов.

Далее на роторе закрепляется вторая крыльчатка. Процедура выполняется уже для собранной конструкции. Алгоритм такой же, как и в предыдущем случае.

После этого собирается картридж. Некоторые центровочные стенды поддерживают возможность проверки центровки собранных картриджей.

Надежность работы отремонтированной турбины зависит не только от качественно выполненной центровки, но и от использованных ремонтных материалов. Наш автосервис работает только с проверенными поставщиками запасных частей для турбин. По окончании работы мы выдаем гарантию, в период действия которой не только вне очереди устраним любые неполадки, связанные с нашей работой, но и бесплатно проконсультируем по возникшим вопросам.