Турбокомпрессор

Турбокомпрессор

Реферат

 

Изобретение относится к компрессоростроению, а именно к конструкции турбокомпрессора для наддува автотракторных дизельных двигателей. Турбокомрессор содержит ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в статоре, зафиксированную от проворота подшипниковую втулку, снабженную опорными поясками для ротора. На наружном диаметре подшипниковой втулки выполнены кольцевые канавки, соединенные маслоканалом. В кольцевых канавках выполнены отверстия для подачи смазки на опорные пояски, при этом между опорными поясками, со стороны турбины, выполнено радиальное отверстие, сообщенное с маслоканалом и смещенное от оси в сторону вращения ротора, и отверстие для стекания масла. Между корпусом турбины и статором установлены кондуктивное термосопротивление и теплоотражающий экран. Изобретение направлено на повышение надежности, срока службы и технических характеристик турбопроцессора и снижение отрицательного температурного влияния на систему смазки двигателя. 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции турбокомпрессоров, применяемых для наддува автотракторных дизельных двигателей.

Известен турбокомпрессор (ТКР) для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащий: ротор, с установленными на консолях колесами компрессора и турбины, и подшипниковую втулку, размещенную в статоре с зазором и зафиксированную от проворота, выполненную составной, в виде стакана, с размещенными в нем, по торцам, плавающими вставками, которые образуют опорные пояски для ротора и сообщаются с магистралью подачи смазки (см. авт. св. СССР 1040200, кл. МПК F 02 B 37/00; 39/00).

Наиболее близким к заявляемой конструкции является ТКР для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий: ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в статоре с зазором, зафиксированную от проворота подшипниковую втулку, снабженную примыкающими к ее торцам опорными поясками для ротора и заключенной между ними полостью, сообщенной с магистралью подачи смазки (см. авт. св. СССР 552410, кл. МПК F 02 B 37/00).

Недостатком этой конструкции является то, что подача масла для смазки и охлаждения ТКР осуществляется через полость, образованную между опорными поясками, где ротор вращается с угловой скоростью до 60 м/с. При этом значительная часть энергии вращения ротора затрачивается на преодоление сил внутреннего трения масла, которая превращается в тепло и в результате снижается КПД турбокомпрессора ("Работа трения пропорциональна квадрату окружной скорости. .." В.А.Воскресенский. "Расчет и проектирование опор скольжения", стр. 117). При первой же аварийной остановке двигателя, в результате прекращения подачи масла, температура в статоре ТКР достигает значения выше расчетного, и находящееся в карманах и каналах масло коксуется - происходит коагуляция с выделением твердых частиц, которые, в дальнейшем, находясь длительное время в маслоканалах во взвешенном состоянии, вызывают износ статора и наружных поверхностей плавающих вращающихся подшипников, аналогично пескоструйной обработке.

В холодное время масло, застывшее в полости между опорными поясками, оказывает сопротивление вращению ротора, в результате чего затрудняется воздухообмен в камерах сгорания и ухудшаются пусковые характеристики двигателя.

Была поставлена задача: повышение надежности и срока службы ТКР, повышение технических характеристик и снижение отрицательного температурного влияния на систему смазки двигателя.

Поставленная задача решается за счет того, что ТКР содержит: ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в статоре и зафиксированную от проворота подшипниковую втулку, выполненную в виде стакана с опорными поясками. При этом на наружном диаметре подшипниковой втулки выполнены кольцевые канавки, соединенные маслоканалом, в канавках выполнены отверстия для подачи масла на опорные пояски. Кроме этого, между опорными поясками, со стороны турбины выполнено радиальное отверстие, сообщенное с маслоканалом и смещенное от оси в сторону вращения ротора, и отверстие для отекания масла.

На фланце посадочных поверхностей, между корпусом турбины и статором установлено в канавку соответствующего размера кондуктивное термосопротивление (кольцо с меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность материала статора). В зазор между торцевой поверхностью статора и элементами корпуса турбины установлен теплоотражающий экран.

В известных конструкциях повышение надежности ТКР достигается воздушным или жидкостным охлаждением статора или повышением температуростойкости масла. Для заявляемой конструкции наиболее эффективным техническим решением является теплоизоляция статора от корпуса и охлаждение струей масла теплонапряженного участка ротора.

Заявленное техническое решение не является очевидным для квалифицированного специалиста в данной области, так как в известном техническом решении масло, подаваемое под давлением для смазки опорных поясков в замкнутом пространстве, взаимодействует с вращающимся ротором. При этом энергия взаимодействия вращающегося ротора с маслом превращается в тепло, что приводит к снижению КПД турбокомпрессора. Кроме этого, масло, проходящее через опорные пояски, особенно, со стороны турбины, где температура колеса и выхлопных газов достигает 680^oС, подвергается термическому воздействию высоких температур, что вызывает ускоренное старение моторных масла.

В заявляемом техническом решении масло на опорные пояски поступает непосредственно по маслоканалам, через радиальные отверстия, то есть не подвергается предварительному возмущению. Для снижения отрицательного влияния высоких температур на физико-химические свойства масла использованы следующие технические решения: охлаждение ротора струей масла между опорными поясками; соединение корпуса турбины и статора через кондуктивное термосопротивление и установка в зазоре между статором и горячими элементами турбины теплоотражающего экрана.

В результате проведенного анализа уровня техники, включающего поиск по патентам и другим источникам научно-технической информации, аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, обнаружен не был. Следовательно, предложение соответствует условиям патентоспособности.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображен (схематично) турбокомпрессор в разрезе; на фиг.2 изображена схема сборки корпуса турбины и статора; на фиг.3, 4 - результаты сравнительных испытаний серийного (известного) и предлагаемого турбокомпрессоров.

Турбокомпрессор содержит: статор 1, в котором размещен ротор 2, на консолях которого установлены: колесо 3 турбины и колесо 4 компрессора. В статоре 1 размещена подшипниковая втулка 5 с опорными поясками и радиальным отверстием 6, в котором помещен фиксатор 7, сообщенный с общей магистралью смазки двигателя (система смазки двигателя не показана) и связанный через маслоканал 8 с кольцевыми канавками 9, выполненными на наружном диаметре подшипниковой втулки 5. Кольцевые канавки 9 снабжены отверстиями 10 для подачи масла на опорные пояски подшипниковой втулки 5, углубления 11 (кармашки - грязесборники) для сбора грязи. Между опорными поясками выполнено радиальное отверстие 12, сообщенное с маслоканалом 8 и смещенное от оси в сторону вращения ротора и отверстие 13 для стекания масла. На фланцах посадочных поверхностей, между корпусом турбины 14 и статором 1 установлено в канавку соответствующего размера кондуктивное термосопротивление (кольцо из материала с меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность материала статора 1). Между торцевой поверхностью статора 1 и элементами 16 корпуса турбины 14 установлен теплоотражающий экран 17.

Турбокомпрессор работает следующим образом: выхлопные газы из двигателя поступают в корпус турбины и приводят во вращение колесо 3 турбины и через ротор 2 - колесо 4 компрессора. Ротор вращается в опорных поясках. Масло из системы смазки двигателя через фиксатор 7 и маслоканал 8 подается в кольцевые канавки 9 и далее по отверстиям 10 на опорные пояски для охлаждения и смазки. Оказавшиеся в масле твердые частицы собираются в углублениях 11 кольцевых канавок 9. Через радиальное отверстие 12 масло подается со смещением от оси в сторону вращения ротора 2. При этом происходит компенсация скоростей струи масла и вращения ротора 2 и повышается теплоотдача. Принудительное охлаждение ротора позволяет снизить температуру на опорных поясках, в результате снижается отрицательное влияние высокой температуры на свойства моторного масла. При этом зафиксировано снижение температуры наддувочного воздуха.

Предлагаемая конструкция турбокомпрессора соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий.

Формула изобретения

Турбокомпрессор, например, для двигателя внутреннего сгорания, содержащий ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в статоре зафиксированную от проворота подшипниковую втулку, снабженную опорными поясками для ротора, отличающийся тем, что на наружном диаметре подшипниковой втулки выполнены кольцевые канавки, соединенные маслоканалом, а в кольцевых канавках выполнены отверстия для подачи смазки на опорные пояски, при этом между опорными поясками, со стороны турбины, выполнено радиальное отверстие, сообщенное с маслоканалом и смещенное от оси в сторону вращения ротора, и отверстие для стекания масла, а между корпусом турбины и статором установлены кондуктивное термосопротивление и теплоотражающий экран.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4