Турбокомпрессор

 

Использование: турбокомпрессоростроение, агрегаты наддува двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в 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 6и. 2 з,.п, ф-лы 1 ил.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (s>)z Р 04 0 17/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

/;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4788238/06 (22) 29.12.89 (46) 23.11.92, Бюл. М 43 (75) А. Н. Чекунков (56) "Трактор Т-150," изд. Прапор, Харьков, 1979, с. 42, (54) ТУРБОКОМПРЕССОР (57) Использование: турбокомпрессоростроение, агрегаты наддува двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения; в

БЫ 1776881 А1 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. 4 4

1776881

Изобретение относится к двигателестроению для автомобильной и тракторной промышленности и может быть испол ьзовано, 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 гаэы 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 ТКР-11Н-1, устанавливаемого на двигателях СУД-62. 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/см2, 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

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

16-22О, а у компрессорного колеса угол раскрытия расширяющейся части отверстий равен 6 . Ориентировочный положительный годовой эффект от применения устройства составит около 40 млн. руб.

На чертеже 1 изобра>кен 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 6 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 )2 и корпус компрессорного 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 врэщения ротора (окру>кная) будет пр:1мерно

1776881 личивая 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 напра вля ющих аппа ратов 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, 8 результате этого на воздух, находящийся внутри полости компрессорного полого ротора 3, воз- 10 действует центробежная сила, что приводит к сжатию воздуха и отбрасыванию его в. отверстия 6 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 компрессорного 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, следова2 тельно, при вращении ротора 3 на входе постоянно поступает свежий возуух из ат- 25 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- 35 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 юшийся 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 à юшийся тем, что в рабочем колесе турбины угол раскрытия расширяющейся части 03верстий равен 16 — 22 .

3. Турбокомпрессор по и. 1, о тл и ч а юшийся тем, что в рабочем колесе компрессора угол раскрытия расширяющейся части отверстий равен 6, Составитель Я.Чекунков

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор H.Áó÷oê

Редактор Т.Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4110 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5