Турбокомпрессор (варианты)

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкциям турбокомпрессоров, применяемых для наддува автотракторных двигателей внутреннего сгорания. Задача предлагаемого технического решения состоит в снижении уровня шума турбокомпрессора при его эксплуатации путем оптимизации поверхности, прилегающей к лопаткам рабочего колеса компрессора.. Для решения поставленной задачи торцевая часть корпуса компрессора со стороны, противоположной крышке, фиксирующей упорный подшипник, выполнена с открытой кольцевой полостью, коаксиально расположенной относительно вала ротора, а стенка, отделяющая открытую кольцевую полость от полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора снабжена сквозным кольцевым каналом, выполненным с возможностью сообщения этих двух полостей в зоне диффузорнорасширенного участка полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора и проходящей через торцы лопаток рабочего колеса компрессора со стороны входа на них потока воздуха. Согласно второму варианту выполнения турбокомпрессора диффузорнорасширенный участок полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора снабжен кольцевой канавкой, расположенной коаксиально валу ротора в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора и проходящей через зону торцев лопаток рабочего колеса компрессора со стороны входа на них потока воздуха. Сквозной кольцевой канал и кольцевая канавка выполнены с боковыми стенками, перпендикулярными оси вала ротора или наклоненными под острым углом к оси вала ротора, причем вершина угла наклона этих стенок к оси вала ротора ориентирована по направлению потока воздуха на входе в рабочее колесо компрессора. Глубина кольцевой канавки выполнена по меньшей мере равной величине ее осевой ширины. Предлагаемая полезная модель содержит: 12 з.п. ф-лы и 6 илл. Референт: Берновская Т.С.

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкциям турбокомпрессоров, применяемых для наддува автотракторных двигателей внутреннего сгорания.

Уже известен турбокомпрессор, содержащий вал ротора, установленный на двух радиальных и упорном подшипниках скольжения в корпусе подшипников, снабженном алюминиевой крышкой, фиксирующей упорный подшипник, рабочее колесо турбины и рабочее колесо компрессора, жестко закрепленные на консолях вала ротора, и отдельные корпуса турбины и компрессора, причем все корпусные детали жестко связаны между собой посредством резьбовых крепежных элементов, а полость размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора ограничена диффузорнорасширенным участком в зоне расположения лопаток его рабочего колеса. Алюминиевая крышка, фиксирующая упорный подшипник, также выполняет функцию теплоизоляции между корпусами компрессора и подшипников. /Патент РФ №32534, F02B 37/00, 2003 г./

Работа известного турбокомпрессора достаточно эффективна, однако уровень шума при его работе очень высок и превышает допустимые нормы.

Задача предлагаемого технического решения состоит в снижении уровня шума турбокомпрессора при его эксплуатации путем оптимизации поверхности корпуса компрессора, прилегающей к лопаткам его рабочего колеса.

Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата в известном турбокомпрессоре, содержащем последовательно соединенные корпуса турбины, подшипников и компрессора, вал ротора с жестко закрепленными на его консолях рабочими колесами турбины и компрессора, установленный на радиальных и упорном подшипниках в корпусе подшипников, снабженном крышкой, фиксирующей упорный подшипник, а поверхность полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора в зоне лопаток рабочего колеса компрессора ограничена диффузорнорасширенным участком, отличающийся тем, что торцевая часть корпуса компрессора со стороны, противоположной крышке, фиксирующей упорный подшипник, выполнена с открытой кольцевой полостью, коаксиально расположенной относительно вала ротора, а стенка, отделяющая открытую кольцевую полость от полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора снабжена сквозным кольцевым каналом, выполненным с возможностью сообщения этих двух полостей в зоне диффузорнорасширенного участка корпуса компрессора в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора и проходящей через зону торцев лопаток рабочего колеса компрессора со стороны входа на них потока воздуха.

Сквозной кольцевой канал может быть выполнен с боковыми стенками, перпендикулярными оси вала ротора или наклоненным под острым углом к оси

вала ротора, причем вершина этого угла ориентирована по направлению потока воздуха на входе в рабочее колесо компрессора.. Осевая ширина сквозного кольцевого канала может быть выполнена, предпочтительно, равной 2,7-3,5 мм. при диаметре рабочего колеса компрессора, равном 80-90 мм.

Корпус турбины турбокомпрессора может быть выполнен как однозаходным, так и двухзаходным.

Кроме того в предлагаемом турбокомпрессоре, содержащим последовательно соединенные корпуса турбины, подшипников и компрессора и вал ротора с жестко закрепленными на его консолях рабочими колесами турбины и компрессора, установленный на радиальных и упорном подшипниках в корпусе подшипников, снабженном крышкой, фиксирующей упорный подшипник, а полость размещения рабочего колеса в корпусе компрессора в зоне лопаток его рабочего колеса ограничена диффузорнорасширенным участком, согласно второму варианту выполнения предлагаемой полезной модели, диффузорнорасширенный участок полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора снабжен кольцевой канавкой, расположенной коаксиально валу ротора в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора и проходящей через зону торцев лопаток рабочего колеса компрессора со стороны входа на них потока воздуха.

Сквозной кольцевой канал может быть выполнен с боковыми стенками, перпендикулярными оси вала ротора или наклоненными под острым углом к оси вала ротора, причем вершина угла наклона этих стенок к оси вала ротора ориентирована по направлению потока воздуха на входе в рабочее колесо компрессора.

Осевая ширина кольцевой канавки может быть выполнена, предпочтительно, равной 2,7-3,5 мм. при диаметре рабочего колеса компрессора равном 80-90 мм. Глубина кольцевой канавки может быть выполнена по меньшей мере равной величине осевой ширины канавки.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графически.

На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого турбокомпрессора. с однозаходным корпусом турбины.

На фиг.2 показан продольный разрез предлагаемого турбокомпрессора с двухзаходным корпусом турбины.

На фиг.3 показан продольный разрез компрессорной секции предлагаемого турбокомпрессора с сквозным кольцевым каналом, боковые стенки которого выполнены наклонными.

На фиг.4 показан продольный разрез компрессорной секции предлагаемого турбокомпрессора с сквозным кольцевым каналом, боковые стенки которого выполнены перпендикулярными оси вала ротора.

На фиг.5 показан продольный разрез компрессорной секции предлагаемого турбокомпрессора с кольцевой канавкой, выполненной с наклонными боковыми стенками.

На фиг.6 показан продольный разрез компрессорной секции предлагаемого турбокомпрессора с кольцевой канавкой, выполненной с боковыми стенками, перпендикулярными оси вала ротора.

Предлагаемый турбокомпрессор содержит корпус 1 подшипников, в котором на двух плавающих радиальных подшипниках 2 и 3 скольжения и упорном 4 подшипнике скольжения установлен вал 5 ротора, при этом подшипники выполнены в виде втулок, снабженных радиальнами каналами 6 для подачи смазочного масла. Упорный подшипник 4 предназначен для фиксации вала ротора от осевого перемещения. На консолях вала 5 ротора жестко закреплены рабочее колесо 7 компрессора и рабочее колесо 8 турбины, установленные в корпусе 9 компрессора и корпусе 10 турбины соответственно. Между корпусом 1 подшипников и корпусом 9 компрессора установлена крышка 11, закрывающая упорный подшипник 4. Корпус 10 турбины может быть выполнен как однозаходным, так и двухзаходным.

Корпус 10 турбины, корпус 1 подшипников и корпус 9 компрессора жестко соединены между собой посредством резьбовых крепежных элементов 12 и планок 13.

Внутренняя полость 14 корпуса 9 компрессора предназначена для установки вала 5 ротора с размещенным на нем рабочим колесом 7 компрессора и выполнена с диффузорнорасширенным участком 15 в зоне лопаток 16 рабочего колеса 7 компрессора.

Между корпусом 10 турбины и корпусом 1 подшипников установлен теплоизолирующий экран 17 из жаростойкой стали. Снизу корпуса 1 подшипников выполнено сливное отверстие 18, сообщенное с системой смазки двигателя внутреннего сгорания для обратного слива смазочного масла.. Уплотнение вала 5 ротора обеспечивается посредством уплотнительных колец 19. Смазка подшипников осуществляется посредством подачи смазочного масла под давлениям через сеть каналов 20 в корпусе 1 подшипников и сообщенных с ними каналов 6 во втулках подшипников.

Торцевая часть корпуса 9 компрессора со стороны, противоположной крышке 11, закрывающей упорный подщипник 4, снабжена открытой кольцевой полостью 21, коаксиально расположенной относительно вала 5 ротора. Стенка 22, отделяющая полость 21 от полости 14, в которой размещен вал ротора с рабочим колесом 7 компрессора, снабжена сквозным кольцевым каналом 23, выполненным с возможностью сообщения этих двух полостей между собой. Канал 23 выполнен в плоскости, перпендикулярной оси 24 вала 5 ротора, проходящего через зону торцев 25 лопаток 16 рабочего колеса 7 компрессора со стороны входа на них потока воздуха.

Сквозной кольцевой канал 23 может быть выполнен с боковыми стенками 26, выполненными перпендикулярно оси 24 вала 5 ротора или с боковыми стенками 26, наклоненными под острым углом к оси 24 вала 5 ротора, причем вершина угла наклона боковых стенок 26 сквозного кольцевого канала 23 ориентирована по направлению потока воздуха на входе в рабочее колесо 7 компрессора. Осевая ширина сквозного кольцевого канала 23 выполнена, преимущественно,

равной 2,7-3,5 мм. при величине диаметра рабочего колеса компрессора, равной 80 -90 мм.

Согласно второму варианту выполнения турбокомпрессора диффузорнорасширенный участок полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора снабжен кольцевой канавкой 27, расположенной коаксиально валу 5 ротора в плоскости, перпендикулярной оси 24 вала 5 ротора и проходящей через зону торцев 25 лопаток рабочего колеса компрессора со стороны входа на них потока воздуха. Боковые стенки 28 этой канавки 27 могут быть выполнены как перпендикулярными оси 24 вала 5 ротора, так и наклоненными под острым углом к оси 24 вала 5 ротора при ориентации вершины угла наклона по направлению входа потока воздуха на рабочее колесо 7 компрессора. Осевая ширина кольцевой канавки 27 выполнена равной, преимущественно, 2,7-3,5 мм. при величине диаметра рабочего колеса 7 компрессора, равной 80-90 мм. Глубина кольцевой канавки 27 выполнена по меньшей мере равной величине ее осевой ширины.

Турбокомпрессор работает следующим образом.

Выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания поступают в корпус 10 турбины и приводят во вращение ее рабочее колесо 8, а, следовательно, и через вал 5 ротора приводят во вращение рабочее колесо 7 компрессора.

Смазка подшипников осуществляется под давлением. Смазочное масло подается через масляные каналы 20 в корпусе подшипников и через каналы 6 на радиальные подшипники 2 и 3 и упорный подшипник 4. Масло, отработавшее в подшипниковых узлах, через сливное отверстие 18 в корпусе 1 подшипников сливается обратно в систему смазки двигателя.

Вращение вала 5 ротора осуществляется в высокоскоростном режиме, создавая при этом завихрения воздуха на лопатках 16 рабочего колеса 7 компрессора и шум, производимый этими завихрениями воздуха, взаимодействующими с поверхностью прилегающего диффузорнорасширенного участка 15 корпуса 9 компрессора. Предлагаемая оптимизация поверхности диффузорнорасширенного участка 15 полости размещения рабочего колеса 7 компрессора в корпусе 9 компрессора, выполненная в виде сквозного кольцевого канала 23 или кольцевой канавки 27 позволяет направить возникающие в зоне лопаток 16 рабочего колеса 7 компрессора завихрения воздуха внутрь этих углублений - кольцевого канала или кольцевой канавки, предотвратив усиление шума.

Турбина турбокомпрессора преобразовывает энергию выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в кинетическую энергию вращения вала 5 ротора, которая в компрессорной ступени превращается в работу сжатия воздуха.

Предлагаемый турбокомпрессор успешно прошел испытания и подготовлен к внедрению.

Применение предлагаемой конструкции турбокомпрессора позволит существенно снизить уровень шума работающего турбокомпрессора.

1. Турбокомпрессор, содержащий последовательно соединенные корпуса турбины, подшипников и компрессора, вал ротора с жестко закрепленными на его консолях рабочими колесами турбины и компрессора, установленный на радиальных и упорном подшипниках в корпусе подшипников, снабженном крышкой, фиксирующей упорный подшипник, при этом полость размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора в зоне лопаток рабочего колеса компрессора ограничена диффузорно расширенным участком, отличающийся тем, что торцевая часть корпуса компрессора со стороны, противоположной крышке, фиксирующей упорный подшипник, выполнена с открытой кольцевой полостью, коаксиально расположенной относительно вала ротора, а стенка, отделяющая открытую кольцевую полость от полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора, снабжена сквозным кольцевым каналом, выполненным с возможностью сообщения этих двух полостей в зоне диффузорно расширенного участка корпуса компрессора в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора и проходящей через зону торцев лопаток рабочего колеса компрессора со стороны входа на них потока воздуха.

2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что сквозной кольцевой канал выполнен с боковыми стенками, перпендикулярными оси вала ротора.

3. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что сквозной кольцевой канал выполнен с боковыми стенками, наклоненными под острым углом к оси вала ротора, причем вершина угла наклона этих стенок ориентирована по направлению потока воздуха на входе в рабочее колесо компрессора.

4. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что осевая ширина сквозного кольцевого канала выполнена предпочтительно равной 2,7-3,5 мм при диаметре рабочего колеса компрессора, равном 80-90 мм.

5. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что корпус турбины выполнен однозаходным.

6. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что корпус турбины выполнен двухзаходным.

7. Турбокомпрессор, содержащий последовательно соединенные корпуса турбины, подшипников и компрессора, вал ротора с жестко закрепленными на его консолях рабочими колесами турбины и компрессора, установленный на радиальных и упорном подшипниках в корпусе подшипников, снабженном крышкой, фиксирующей упорный подшипник, при этом полость размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора в зоне лопаток его рабочего колеса ограничена диффузорно расширенным участком, отличающийся тем, что диффузорно расширенный участок полости размещения рабочего колеса компрессора в корпусе компрессора снабжен кольцевой канавкой, расположенной коаксиально валу ротора в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора и проходящей через зону торцев лопаток рабочего колеса компрессора со стороны входа на них потока воздуха.

8. Турбокомпрессор по п.7, отличающийся тем, что кольцевая канавка выполнена с боковыми стенками, перпендикулярными оси вала ротора.

9. Турбокомпрессор по п.7, отличающийся тем, что кольцевая канавка выполнена с боковыми стенками, наклоненными под острым углом к оси вала ротора, причем вершина угла наклона этих стенок к оси вала ротора ориентирована по направлению потока воздуха на входе в рабочее колесо компрессора.

10. Турбокомпрессор по п.7, отличающийся тем, что осевая ширина кольцевой канавки выполнена предпочтительно равной 2,7-3,5 мм при диаметре рабочего колеса компрессора, равном 80-90 мм.

11. Турбокомпрессор по п.7, отличающийся тем, что глубина кольцевой канавки выполнена по меньшей мере равной величине ее осевой ширины.

12. Турбокомпрессор по п.7, отличающийся тем, что корпус турбины выполнен однозаходным.

13. Турбокомпрессор по п.7, отличающийся тем, что корпус турбины выполнен двухзаходным.