Турбокомпрессор

/04 ГОСУДАРСТВЕ.НЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИ Е ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМУ ЕТ ТВ бокомпрессорам турбонаддува двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения; турбокомпрессор снабжен двумя кольцевыми вставками 21, 25, расположенными концентрично оси между торцами колес 10, 22, а тепловой экран выполнен в виде набора шайб 11, установленных между вставками 21, 25, и кольцевых прокладок 24, размещенных между шайбами 11, 5 3. и. ф-лы, 1 ил. кл. Р 040 Р бластимущест рбокомпно к тур(21) 4907282/06Изобретение относится к энергетике, преимущественно к агрегатам турбонаддува двигателей внутреннего сгорания, кроме того, оно может быть эффективно использовано в автономных турбокомпрессорах, предназначенных для сжатия газа.Известны турбокомпрессоры для над- дува ДВС, выполненные по двухконсольной схеме с внутренним расположением подшипников Я 2). Агрегаты этой схемы получили широкое распространение, однако они имеют существенные недостатки: большие габариты и масса, значительные потери на дисковое трение вследствие больших градиентов скорости на тыльных торцах дисков, потери на трение в кольцевых уплотнениях вала и др., приводящие к снижению КПД.Известны конструктивные схемы турбокомпрессоров с моноротором 3), в которых диски компрессора и турбины непосредственно соприкасаются тыльными торцами или выполнены за одно целое. Указанная схема положительно отличается наибольшей компактностью, но ей тоже присущи серьезные недостатки;- контакт между дисками компрессора и турбины предопределяет большой тепловой поток от турбины и нагрев диска компрессора, что приводит к избыточному нагреву сжимаемого воздуха и снижению КПД,- вал с подшипниками расположен в корпусе, что приводит к увеличению осевых габаритов и массы агрегата,- втулки подшипников неподвижно установлены в корпусе, вследствие чего в зазорах подшипников реализуются большие градиенты скорости в смазочной жидкости и значительные потери на трение.Известна конструкция турбокомпрессора 4, содержащая моноротор из двух плотно соединенных между собой рабочих колес компрессора и турбины, на периферии моноротора имеется кольцевая полость, в которой размещен диск, сопряженный с корпусом и выполняющий функции теплового экрана. Внутри ротора выполнена осевая расточка с подшипниками, сопряженными с осью, консольно закрепленной в корпусе внутри выпускного патрубка турбины,Существенными недостатками указанного устройства являются:- крепление оси внутри выпускного патрубка снижает надежность агрегата вследствие высокой теплонапряженности подшипникового узла, требует для охлаждения большого расхода масла, снижает КПД,- плотное соединение рабочих колес компрессора и турбины по коническим поверхностям большой площади обуславлива 5 10 15 20 25 30 35 40 50 ет значительный тепловой поток от турбины к компрессору, снижение КПД.- размещение диска в кольцевой полости моноротора с воэможностью касания его опорных поверхностей на торцах колес характеризуется низкой работоспособностью и надежностью, большими потерями на трение.Цель изобретения - устранение указанных недостатком, т.е. повышение КПД и массогабаритных характеристик турбокомпрессора, Цель достигается установкой в зазоре между рабочими колесами тепловых экранов в виде набора шайб, разделенных кольцевыми прокладками, кольцевых вставок между корпусами, исполнением вала в виде цапфы, неподвижно закрепленной в корпусе компрессора и посредством плавающих подшипниковых втулок сопряженной с отверстием в рабочем колесе компрессора.На чертеже изображен турбокомпрес-. сор в осевом разрезе.Корпус компрессора выполнен сварнолитым иэ алюминиевого сплава, его литая часть содержит воэдухозаборник 1 с четырьмя крестообразно расположенными ребрами 2, ступицей 3, диффузором с направляющими лопатками 4. К литой части приварена улитка 5, отформованная(например, штамповкой, ротационным выдавливанием) из листового материала, с толщиной порядка 1,5 мм. В ступице 3 запрессована ось 6, на которой посредством подшипниковых втулок 7, 8 и винта 9 установлено рабочее колесо 10, причем подшипниковые втулки подвижно по ходовой посадке сопряжены и с осью, и с колесом, т,е, выполнены плавающими. По торцам втулки 8 целесообразна установка шайб 11 из антифрикционного материала, В рабочем колесе запрессован вкладыш 12, выступающая часть которого имеет на внешней поверхности винтовую резьбу, сопряженную с минимальным зазором с расточкой в ступице. Направление резьбы выбирается из условия перемещения гребней витков при работе компрессора внутрь расточки. Для подачи смазки в корпусе установлен штуцер 13, выполнены каналы 14, 15, осевое отверстие в винте 9; для отвода смазочной жидкости имеется канал 16 и штуцер 17. На рабочем колесе винтами 18 закреплена стяжка 19 с гайкой 20, посредством которой и распорного кольца 21установлено рабочее колесо 22 центростремительной турбины. Распорное кольцо выполнено иэ материала с низкойтеплопроводностью. например, из керамики или пористого металла, спеченного из порошка, на наружной поверхности кольцаустановлен набор шайб 23, разделенных кольцевыми прокладками 24, выполненными также из нетеплопроводного материала. Шайбы 23 изготовлены иэ листового материала с толщиной примерно 0,2 мм, например, иэ титанового сплава, они могут иметь покрытие с высоким коэффициентом отражения в инфракрасной и красной области спектра, По наружному диаметру шайбы с минимальным зазором сопряжены с кольцом 25, неподвижно установленным в корпусе. Очевидно, возможен вариант исполнения с шайбами и кольцевыми прокладками, неподвижно связанными с кольцом 25 и расположенными с зазором по внутреннему диаметру относительно кольца 21. Корпус турбины 26 с сопловыми лопатками 27 и улиткой 28 тоже имеет сварнолитую конструкцию. Корпуса турбины и компрессора стянуты между собой хомутом в виде полуколец 29, 30 с трапецеидальной канавкой на внутренней поверхности, сопряженной с соответствующими кольцевыми выступами на корпусах, Концы полуколец стянуты между собой винтами, Турбокомпрессор и воздуховод к нему крепятся на двигателе посредством резьбовых отверстий на торце воздухозаборника 1.Действует турбокомпрессор подобно прототипу: при подаче выпускных газов из коллектора Д. В, С, в улитку 28 и через направляющий аппарат с сопловыми лопатками 27 на лопатки рабочего колеса 22 турбины моноротор, т.е. блок соединенных жестко между собой рабочих колес турбины и компрессора, проводится во вращение на "плавающих" подшипниковых втулках 7, 8, осевые усилия при этом воспринимаются упорными подшипниками с шайбами 11. Через штуцер 13, каналы 14, 15 и через осевое отверстие в винте 9 под некоторым минимальным давлением (возможно самотеком из расположенного выше бака) подается смазочная жидкость (масло), которая в полости стяжки 19 вовлекается во вращение с ротором, на периферии полости возникает центробежный напор, под которым масло нагнетается в зазоры между головкой винта 9 и отверстием в стяжке в зазоры подшипника 8, затем подшипника 7, после чего смазка сбрасывается в полость расточки в ступице 3 и через канал 16 отводится в сливной бак. Винтовая нарезка на внешнем конце вкладыша 12 обеспечивает винтовое лабиринтное уплотнение смазочного тракта, При вращении рабочего колеса 10 центробежного компрессора воздух через воздухозаборник 1 поступает на лопатки рабочего колеса, далее в диффузор 4 и в улитку 5, откуда под давлением наддува подается в цилиндры двигателя. Набор шайб 23 препятствует теплопередаче конвекцией и излучением от рабочего колеса 22 турбины кколесу 10 компрессора и выполняет функции лабиринтного уплотнения, блокирую 5 щего утечки воздуха от компрессора ктурбине,Технико-экономическая эффективностьпредложения обусловлена следующимифакторами.10 1. Кольцевые вставки из материала снизкой теплопроводностью многократноуменьшают тепловой поток от турбины ккомпрессору.2,Набор шайб, разделенных кольцевы 15 ми прокладками, образует систему тепловых экранов с воздушными промежутками,пресекающих конвективные потоки воздухав зазоре между колесами компрессора итурбины, лучистый теплообмен и нагрев20 вследствие теплопроводности. Кроме того,набор шайб образует лабиринтное уплотнение, препятствующее перетечкам газа и повышающее таким образом объемный КПДагрегата,25 Наибольший эфФект в повышении КПДобеспечивает исполнение с набором шайб,зафиксированных на вставке ротора: в этомварианте отсутствует градиент скорости ндисковое трение на тыльных поверхностях30 рабочих колес, причем возле торца колеса. компрессора вследствие низкой температуры и более высокой плотности воздуха создается повышенный (по сравнению своздухом у торца турбины) центробежный35 напор, который обеспечивает направлениеперетечек от компрессора к турбине, что вопределенной мере снижает ее теплонапряженность и блокирует перетечки выпускныхгазов от турбины к компрессору. Вариант с40 шайбами, закрепленными на вставкекорпусе,менее критичен в отношении прочностиматериала шайб, последние могут быть выполнены, например, в виде диска иэ пенокерамики.45 3. Установка моноротора на оси, закрепленной в корпусе компрессора, снижаеттеплонапряженность агрегата.4, Соединение корпусов компрессора итурбины посредством хомута из двух пол 50 уколец обеспечивает тонкостенное исполнение корпусных деталей и снижение массытурбокомпрессора.Формула изобретения1. Турбокомпрессор, содержащий корпус компрессора и турбины, ось, неподвижно закрепленную в корпусе, рабочие колеса центробежного компрессора и турбины, установленные на оси посредством подшип1776885 СоставительТехред М.Моргентал Редактор Т.Иванова Корректор А Долинич/ Заказ 4110 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ников и соединенные друг с другом в центральной части, тепловой экран, расположенный в пространстве между торцовыми поверхностями колес в периферийной их части, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения КПД, турбокомпрессор снабжен двумя кольцевыми вставками, расположенными концентрично оси в пространстве между торцами колес, внутренняя из которых установлена с упором в торцах колес, а тепловой экран выполнен в виде набора шайб, установленных между кольцами, и кольцевых прокладок, размещенных между шайбами, а колеса соединены стяжкой, пропущенной с радиальным зазором через центральное отверстие колеса турбины,2. Турбокомпрессор по и. 1, о т л и ч а ющ и Я с я тем, что шайбы с кольцевыми прокладками установлены на внутренней кольцевой вставке. 3. Турбокомпрессор по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что шайбы с кольцевыми прокладками установлены на наружном кольце.5 4. Турбокомпрессор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что втулки снабжены кольцевыми прокладками, установленными по их торцам.5. Турбокомпрессор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что корпуса турбины и компрессора снабжены скобой в аиде полуколец с трапецеидальной канавкой на внутренней поверхности, охватывающей ответные выступы корпусов, причем полукольца стянуты 15 между собой винтами,6. Турбокомпрессор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что ось закреплена в корпусе компрессора, а подшипники установлены в центральной расточке рабочего колеса ком прессора.