CC BY
117
УДК 534.647:621.432(001.8) Д.Н. Алгазин, Е.А. Забудская
БЕЗРАЗБОРНАЯ ДИАГНОСТИКА ТУРБОКОМПРЕССОРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ КАМАЗ
Представлены перспективы развития технического сервиса в направлении безразборной диагностики агрегатов, узлов и таких сложных систем, как двигатель. Рассмотрены виды турбокомпрессоров, устанавливаемых на двигатели автомобилей КамАЗ, представлены их устройство и особенности. Проведен анализ основных неисправностей турбокомпрессоров автомобилей КамАЗ, приведены классификация данных неисправностей и вызываемые ими шумы и вибрации. Представлен расчет частоты сигнала от количества лопаток, распложенных на колесах турбины и компрессора, и частоты вращения колеса. Дана схема сил, действующих на ротор турбокомпрессора, и сделан их анализ. Теоретически выявлено, что при изменении зазора в подшипниковом узле и действия силы давления отработавших газов на колесо турбины возникнет колебательная система маятникового типа, что, в свою очередь, вызовет акустический эффект в виде шума с определенной частотой. Предлагается с помощью компьютеризированных систем, при условии необходимых теоретических и экспериментальных исследований, направленных на поиск акустических характеристик турбокомпрессоров, проводить безразборную диагностику турбокомпрессоров с выдачей диагноза.
Ключевые слова: турбокомпрессор, дефект, виброакустическая диагностика.
Введение
На современном этапе развития технического сервиса предусмотрен ряд мероприятий, направленных на поддержание работоспособности агрегатов и автомобиля в целом, но нарушение сроков проведения работ и правил эксплуатации приводит к преждевременному выходу из строя агрегатов, что, в свою очередь, ведет к увеличению затрат на эксплуатацию. Безразборная диагностика агрегатов является перспективным направлением диагностики, особенно это относится к диагностике таких сложных систем, как двигатель. Данный метод диагностики позволяет установить фактическое техническое состояние узлов и агрегатов за счет проведения непрерывного или периодического контроля параметров, определяющих техническое состояние узла или агрегата, с целью поддержания заданного уровня его надежности в эксплуатации на период до следующей проверки или ремонта [1]. На основе данных диагностики - производить замену узлов и агрегатов при достижении ими предотказного состояния. Внедрение методов безразборной диагностики позволит более полно использовать ресурс машин благодаря переходу от технического обслуживания по регламенту к обслуживанию по состоянию. Прогнозирование изменения технического состояния машин, на основании которого оценивается остаточный ресурс, позволит избежать экономических издержек от аварийных остановок.
Объекты и методы
В системах наддува дизельных двигателей КамАЗ-740 в зависимости от марки двигателя применяют одноступенчатые турбокомпрессоры марок ТКР 7С-6, ТКР 7С-9 (рис. 1) или К27-115, а также турбокомпрессоры S2B/7624TAE/0,76 D9 фирмы Schwitzer, работающие парно. Конструктивно турбокомпрессор включает в себя три основных элемента: компрессор, турбину и корпус подшипников, оснащенный ротором.
Основными неисправностями турбокомпрессоров являются: течь масла в корпус компрессора или турбины, износ упорного и опорных подшипников, посадочных мест корпуса подшипников, уплотнительных колец, абразивный износ и механические повреждения лопаток на колесе компрессора и турбины, растрескивание корпуса турбины, самопроизвольное откручивание гайки ротора, коксование деталей продуктами деструкции масла. Преждевременный износ деталей турбокомпрессора может быть вызван различными факторами, такими, как применение некачественного или неподходящего моторного масла, нарушение срока
© Алгазин Д.Н., Забудская Е.А., 2015
замены масла и фильтров, «масляное голодание» турбины, некачественная очистка поступающего воздуха. Статистические данные говорят о том, что: 40% повреждений турбокомпрессора вызвано попаданием посторонних предметов в области лопаток и турбинного колеса; 40% повреждений турбокомпрессора автомобильного приходятся на неисправности и неполадки в системе смазки; 20% - другие причины. При этом 25% всех отказов двигателя приходится на турбокомпрессоры. Более 80% отказов турбокомпрессоров приходится на подшипниковый узел [2].
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
20 19 18 17 16 15 14 13
Рис. 1. Турбокомпрессор ТКР 7С: 1 - колесо компрессора; 2 - диффузор;
3 - корпус компрессора; 4, 10 - уплотнительные кольца; 5 - крышка; 6 - упорный подшипник;
7 - корпус подшипников; 8 - подшипник; 9 - стопорное кольцо; 11 - корпус турбины;
12 - колесо турбины; 13 - экран турбины; 14, 17 - болты с планками; 15 - вал ротора;
16 - маслосбрасывающий экран; 18 - втулка; 19 - маслоотражатель; 20 - гайка
Дефекты, связанные с износом и механическим повреждением деталей турбокомпрессора, приводят к нарушению динамического баланса ротора компрессора, а то, что частота вращения ротора данных моделей при номинальной мощности двигателя достигает 9000095000 мин-1, в определенных ситуациях может привести к полному разрушению ротора.
Практика эксплуатации турбокомпрессоров ТКР 7С в составе автомобильных дизелей КамАЗ-740 показала, что надежность подшипниковых узлов недостаточна. При эксплуатации двигателей наблюдается преждевременный выход турбокомпрессоров из строя. При диагностике подшипниковых узлов турбокомпрессора контролируемым параметром является радиальный и осевой зазор между валом и подшипниками, который выражается в осевом
и радиальном перемещении ротора, но при этом необходимо снятие турбокомпрессора с двигателя и его разборка, что увеличивает время простоя и стоимость ремонта.
При безразборной виброакустической диагностике проверяемым параметром являются колебания ротора, что выражается в соударениях между деталями турбокомпрессора и может быть выявлено диагностическими приборами. В виброакустической диагностике используют приборы, улавливающие акустические сигналы, такие как удары и трение деталей друг о друга, газодинамические процессы, неуравновешенность движущихся и вращающихся масс. Все они проявляются при различных режимах работы турбокомпрессора. Алексеев О.А. в своей работе [3] предлагает следующую классификацию источников шума и вибраций в турбокомпрессорах (рис. 2):
Рис. 2. Классификация источников шума и вибраций в турбокомпрессорах
Самый простой сигнал, встречающийся на всех турбокомпрессорах, - это шум работы турбины и компрессора, вызванный тем, что на колесах турбины и компрессора расположены лопатки. Вращаясь, турбина и колесо периодически захватывают порцию отработавших газов или воздуха с частотой, равной:
п ■ ш
I =-, Гц,
60
где п - количество лопаток турбины или компрессора, шт.; ш - частота вращения турбины, мин-1.
Результаты исследований
Далее проведем силовой анализ турбокомпрессора, представленный на рис. 3, сделаем допущение, что ротор турбокомпрессора, состоящий из колеса турбины 4, колеса компрессора 5, оси ротора 1, подшипников 2 и 3 вращается равномерно, при этом на ротор действуют следующие силы: mg - вес ротора, приходящийся на подшипники в равномерной мере и проявляющийся в силах р/ и РП. На турбину 4 действуют сила давления отработавших газов Рг. На колесо компрессора 5 действуют сила разряжения воздуха во впускном коллекторе Рраз и сила сопротивления воздуха Рв. Силы Рг. и Рв действуют с некоторым смещением от центра вращения ротора и создают крутящий момент, который передается через ось ротора от колеса турбины к колесу компрессора.
5 - колесо компрессора; 6 - слой масла в подшипнике
Если провести анализ действия сил, то при нарушении зазора в подшипнике в точке В (рис. 2) и действия силы давления отработавших газов Fa на колесо турбины возникнет колебательная система маятникового типа с точкой крепления маятника в точке С. В свою очередь, данные колебания вызовут акустический эффект в виде шума с определенной частотой. И наоборот, при нарушении зазора в подшипнике в точке С возникнет колебательная система, которая также вызовет акустический эффект.
Заключение
При наличии дисбаланса ротора или колес возникнет акустический эффект, который будет выделяться на фоне других шумов и вибраций. После проведения необходимых теоретических и экспериментальных исследований, направленных на поиск акустических характеристик турбокомпрессоров, появится возможность безразборной диагностики турбокомпрессоров с помощью компьютеризированных систем с выдачей диагноза.
Список литературы
1. Волков, А.В. Виброакустическая диагностика турбокомпрессоров тепловозных дизелей : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 / Волков Алексей Васильевич. - Ростов н/Д, 2005. - 215 с.
2. Гаффаров, А.Г. Восстановление турбокомпрессоров автомобильных дизелей применением усовершенствованного ремонтного комплекса подшипникового узла : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.10 / Гаффаров Айрат Гаптельхакович. - Оренбург, 2012. - 16 с.
3. Алексеев, О.А. Обоснование средств диагностирования турбокомпрессоров мобильных энергетических средств : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.03 / Алексеев Олег Алексеевич. - Оренбург, 2007. - 175 с.
Алгазин Дмитрий Николаевич, кандидат техн. наук, доцент, ОмГАУ им. П.А. Столыпина; e-mail: [email protected]; Забудская Елена Андреевна, магистрант, ОмГАУ им. П.А. Столыпина.
SUMMARY
D.N. Algazin, E.A. Zabudskaya
CIP diagnosis turbo engines of KamAZ
Prospects of development of technical service in the direction of CIP diagnostic units, assemblies and complex systems such as the engine. The types of turbochargers mounted on the engine KamAZ, presented their design and features. The analysis of the main faults of turbochargers KamAZ, shows the classification of failures and they cause noise and vibration. The calculations of the frequency of the signal on the number of blades, bred on the turbine and compressor wheels and wheel speed. Shows a diagram of the forces acting on the rotor of the turbocharger and their analysis. Theoretically revealed that when the clearance in the bearing assembly and the force of pressure of the exhaust gas turbine wheel oscillating arise pendulum system, which in turn will cause the acoustic effect as noise with a certain frequency. Is offered with the help of computerized systems, provided the necessary theoretical and experimental studies aimed at finding the acoustic characteristics of turbochargers, turbochargers conduct CIP diagnosis with the issuance of the diagnosis.
Keywords: turbocharger, defect, vibroacoustic diagnostics.
Algazin Dmitriy Nikolaevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof, OSAU named after P.A. Stolypin, e-mail: [email protected]; Zabudskaya Elena Andreevna, Undergraduate, OSAU named after P.A. Stolypin.
УДК 631.36(043.3)
А.Ю. Головин, С.П. Прокопов
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ ЗЕРНА
Рассмотрены проблемы послеуборочной обработки зернового материала. Представлены перспективные направления поточной послеуборочной обработки зерна. Перспективными направлениями, согласующими и балансирующими основные составляющие процессов поточной послеуборочной обработки зерна, являются использование воздушного потока и подогрева воздуха на этапе приема и временного размещения зерна, совмещение нескольких технологических операций в модулях приемного, сушильного и очистительного отделений. Необходимо предусмотреть автоматизированное управление и специализированные режимы подработки за счет блочно-модульной конструкции зерновых машин с усовершенствованной системой распределения агентов сушки, нагрева и вентилирования, что даст возможность значительного повышения эффективности последующих технологических процессов послеуборочной обработки и переработки зерна. Предложен один из путей интенсификации процесса сепарации зерна на плоских решетах. Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам, производящим первичную очистку зернового вороха, и может быть использована на зерновых токах и предприятиях, занимающихся очисткой и переработкой зерновых, масленичных, бобовых и других видов культур, нуждающихся в предварительной и первичной очистке материала. Решетный стан включает плоское сортировальное решето с продолговатыми отверстиями, расположенными под углом к продольной оси сортировального решета, корпус решета, щеточный очиститель, закрепленный на сдвоенной бесконечной цепи, звездочки цепи, жестко закрепленные на ведущем валу шарнирные тяги, один конец которых на корпусе решета.
Ключевые слова: решето, зерно, послеуборочная обработка, влажность, засоренность, сушка, переработка, усовершенствование.
Введение
Зерновое производство является основой устойчивого функционирования агропродо-вольственного сектора, носит системообразующий характер для других отраслей экономики страны, определяет уровень продовольственной безопасности населения и служит своеобразным индикатором экономического благополучия государства.
Послеуборочная обработка - одна из важнейших проблем в производстве зерна. От обеспечения хозяйств современным оборудованием для послеуборочной обработки, его технического уровня и эффективности использования на местах зависит количественная и качественная сохранность собранного урожая. Задача послеуборочной обработки - получе-
© Головин А.Ю., Прокопов С.П., 2015
