Турбокомпрессор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) ( ) 1 А 1 04 О 17/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬС К АВТО МУ СВ 3 апор, Харько(54) ТУРБОКОМПРЕС57) Использование:оение, агрегаты надденнего сгорания. Су ОРтурбокомпрессоростува двигателей внутность изобретения; в(46) 23.11.92, Бюл. М (75) А, Н. Чекунков (56) "Трактор Т1979, с. 42,корпусе 1 турбокомпрессора на одном валу 4 размещены выполненные в виде полых тел вращения с ободом на периферии рабочие колеса компрессора и турбины 3,2, В ободе выполнены отверстия 5, 6, имеющие расширяющую периферийную часть и расположенные по касательной к внутренней поверхности обода. Угол раскрытия расширяющейся части отверстий в рабочем колесе турбины равен 16 - 22, а в колесе компрессора 6". 2 з,.п. ф-лы 1 ил.45 50 55 Изобретение относится к двигателестроению для автомобильной и тракторной промышленности и может быть использовано, в частности, при выпуске турбокомпрессоров, как составной части двигателей,Известны турбокомпрессоры, рабочим органом которых являются лопастные колеса, турбокомпрессоры семейства двигателей,Каждый из этих турбокомпрессоров состоит из центробежного одноступенчатого компрессора и радиальной центростремительной турбины, Горячие отработавшие газы из цилиндров дизеля поступают под давлением через выпускные патрубки в камеру газовой турбины. Из камеры, расширяясь, газы устремляются через сопловой аппарат на лопатки рабочего колеса турбины, приводя ее во вращение, а затем выходят в атмосферу. Вращение турбины через вал передается колесу центробежного компрессора, осуществляющего наддув воздуха в цилиндры двигателя, Недостатками перечисленных конструкций является значительная металлоемкость при низких давлениях наддува воздуха, низкий КПД лопастных колес турбины и компрессора.Известная конструкция турбокомпрессора ТКРН, устанавливаемого на двигателях СУД, Данный турбокомпрессор также имеет газовую центростремительную турбину и одноступенчатый лопастной компрессор. КПД газовой турбины весьма низок, поэтому частота вращения ее ограничена 40000 - 50000 об/мин и, следовательно, давление наддува, развиваемое компрессорным колесом(на номинальном режиме), колеблется в пределах 0,1-0,6 кгс/см, что не позволяет увеличивать энергонасыщенность двигателя более чем на 10 - 15,ь от его номинальной мощности беэ турбокомпрессора. Выполнение компрессора в виде лопастного колеса увеличивает лобовое сопротивление и энергетические затраты при его вращении. Увеличение частоты вращения газовой турбины и компрессора (а следовательно, и давление наддува воздуха в цилиндры двигателя), таким образом, ограничено конструктивным исполнением турбокомпрессора К другим недостаткам турбокомп рессора относятся: низкая надежность подшипника скольжения турбокомпрессора; ограниченная моторесурсом 2000 - 3000 моточасов; конструкция не допускает проведение профилактических работ по его ремонту эксплуатирующей организацией, ремонт осуществляет завод-изготовитель; при разборке и сборке турбокомпрессора нарушается балансировка вала на котором посажены колеса турбины и компрессора из-за разборки конструкции вала,5 10 15 20 25 30 35 40 Цель изобретения - создание такой конструкции турбокомпрессора, которая обеспечит увеличение давления наддува воздуха в цилиндры двигателя при неизменных размерах колес газовой турбины и компрессора и превращения части кислорода воздуха на выходе из компрессора в озон при неизменном весе турбокомпрессора, обеспечить высокую надежность и воэможность проведения профилактических работ в эксплуатирующих организациях.Для достижения этой цели в известном турбокомпрессоре, имеющим лопастную радиальную центростремительную турбину и центробежный лопастный компрессор, эти турбина и компрессор выполнены в виде полых тел вращения с ободом по периферии, в котором выполнены цилиндрические или прямоугольные отверстия, имеющие расширяющуюся периферийную часть и расположенные по касательной к внутренней поверхности обода, а направляющий аппарат выполнен безлопаточным, При этом в рабочем колесе турбины угол раскрытия расширяющейся части отверстий равен 16-22 О, а у компрессорного колеса угол раскрытия расширяющейся части отверстий равен б. Ориентировочный положительный годовой эффект от применения устройства составит около 40 млн. руб.На чертеже 1 изобракен общий вид безлопаточного турбокомпрессора.Турбокомпрессор безлопаточный фиг, 1 содержит корпус 1, с безлопаточным направляющим аппаратом, турбинный полый ротор 2, внутрь которого поступают выходные газы двигателя; компрессорный полый ротор 3, сообщающийся с атмосферой, установленные на одном валу 4, газовые сопла 5 для выпуска выхлопных газов, отверстия б для выпуска сжатого воздуха для нагнетания в цилиндры двигателя; подшипник скольжения 7 для смазки вала ротора в средней части, уплотнений 8, 9; корпус турбинного ротора 10 с фланцем впуска 11 и выпуска выхлопных газов 12 и корпус комп- рессорного ротора 13 с фланцами впуска 14 и выпуска сжатого воздуха 15, крепящийся к основной части корпуса, маслопроводящий штуцер 16 для смазки среднего подшипникаа.Турбокомпрессор безлопаточный работает следующим образом,При запуске двигателя выхлопные газы под давлением " 5 кГс/см поступают во внутреннюю полость турбинного полого ротора 2, В результате истечения выхлопных газов через сопла 5 турбинный ротор 2 начинает вращаться, причем скорость врэще. ния ротора (окрукная) будет пр:1 мерно1776881 лицивая частоту вращения ротора турбокампрессора, Использование полого турбинного ротора 2, позволяют полностью использовать энергию выхлопных газов, в отличии от лопастного колеса, Вторым путем увеличения наддува воздуха может служить увеличение диаметра, а следовательно окружной скорости компрессорного колеса беэ изменения диаметра турбинного колеса.Для повышения КПД безлопаточного турбокомпрессора применен также безлопаточный направляющий аппарат подводки к активным рабочим органам выхлопных газов и воздуха. Необходимость в нем полностью отпадает, т,к, исключены лопаточные активные рабочие органы, а принцип работы предлагаемого турбокомпрессора исключает необходимость введения лопаточного направляющего аппарата, Одновременно с этим снижаются трудозатраты на механическую обработку турбинного и компрессорного направляющих аппаратов безлопаточного турбокомпрессора, которые выполнялись в корпусе 1,равна скорости истечения газов через сопла 5, Далее, выхлопные газы через патрубок 12 выходят в атмосферу. После запуска двигателя и раскрутки турбинного ротора 2, .жестко посаженного на вал 4, через этот же 5 вал одновременно раскручивается компрессорный ротор 3, внутренняя полость которого сообщается с атмосферой, В результате этого на воздух, находящийся внутри полости компрессорного полого ротора 3, воз действует центробежная сила, что приводит к сжатию воздуха и отбрасыванию его в отверстия б и, далее через патрубок 15 сжатый воздух и часть озона поступают в цилиндры двигателя. Причем объемы ротора 2 и 3 15 могут быть одинаковы (фиг. 2). В связи с тем, что первоначальный объем воздуха, находящийся во внутренней полости компрессор- ного полого ротора 3, истекает через отверстия 6, то в районе оси вращения во 20 внутренней полости этого ротора образуется вакуум, а атмосферное давление воздуха равняется примерно 1 кГс/см, следова 2тельно, при вращении ротора 3 на входе постоянно поступает свежий возуух из ат мосферы под давлением 1 кГс/см и в дальнейшем поступает в цилиндры двигателя. Второй причиной увеличения давления наддува является эффект эжекции наблюдаемый при истечении воздуха из сопел 30 компрессорного колеса 3. Фильтрующий элемент можно устанавливать в специальные сьемные кассеты по корпусу компрессорного ротора 13. Важным качеством устройства является то, что давление надду ва воздуха в цилиндры двигателя можно обеспечивать: первое - путем изменения частоты вращения ротора меняя критическое сечение расширяющихся сопел турбинного ротора 2, а следовательно, меняя 40 скорость истечения газов из сопел и частоту вращения компрессорного ротора 2 и, тем самым, изменяя давление наддува воздуха в цилиндры двигателя, В этом случае можно достигнуть увеличения давления наддува 45 воздуха в цилиндры двигателя без увеличения металла на изготовление турбокомпрессора и без увеличения его габаритов (см. пример расчета турбокомпрессора), а увеФормула изобретения 1, Турбокомпрессор, содержащий корпус с направляющим аппаратом и размещенные в корпусе на одном валу рабочие колеса компрессора и турбины, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения давления наддува и превращения части кислорода воздуха на выходе из компрессора в озон, рабочие колеса компрессора и турбины выполнены в виде полых тел вращения с ободом на периферии, в котором выполнены отверстия, имеющие расширяющуюся периферийную часть и расположенные по касательной к внутренней поверхности обода, а направляющий аппарат выполнен беэлопаточным.2, Турбокомпрессор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в рабочем колесе турбины угол раскрытия расширяющейся части отверстий равен 16-22.3. Турбокомпрессор по и. 1, о тл и ч а ющ и й с я тем, что в рабочем колесе компрессора угол раскрытия расширяющейся части отверстий равен б,Составитель Я.ЧекунковТехред М.МоргенталКорректор Н.Бучок Редактор Т.Шагова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 4110 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5