ТУРБОКОМПРЕССОР РЕГУЛИРУЕМЫЙ ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции турбокомпрессоров, применяемых для наддува автотракторных двигателей внутреннего сгорания.
Известен турбокомпрессор, содержащий корпус подшипников, в котором на радиальном и упорном подшипниках скольжения установлен вал ротора, на консолях которого закреплены колесо турбины и колесо компрессора, размещенные каждый в своем корпусе, диффузор, установленный в корпусе компрессора, выполненные в корпусе подшипников маслоподводящие каналы и канал для отвода масла (см. патент РФ №32534, F02B 37/00, опубл. 20.09.2003).
Недостаток данного технического решения: низкая эффективность работы турбокомпрессора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является турбокомпрессор регулируемый, содержащий ротор с колесами компрессора и турбины, расположенными в корпусах, при этом на корпусе турбины установлен перепускной клапан. Перепускной канал образуется дополнительным корпусом, прикрепленным к плоскому торцу выпускного отверстия корпуса турбины при помощи резьбовых элементов и на нем смонтирован механизм привода перепускного клапана (см. патент US №4120156, F02D 23/00, опубл. 17.10.1978).
Недостатком данного технического решения является сравнительно низкая эффективность работы турбокомпрессора.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности работы турбокомпрессора.
Поставленная задача решается за счет того, что в турбокомпрессоре регулируемом, содержащем корпус подшипников, в котором на подшипниках скольжения установлен вал ротора, на консолях которого закреплены колесо турбины и колесо компрессора, размещенные каждый в своем корпусе, диффузор и механизм регулирования давления наддува, корпус компрессора выполнен заодно с диффузором с образованием антипомпажной полости, а в корпусе турбины дополнительно выполнен байпасный канал, сообщающийся с выпускным каналом.
Выполнение корпуса компрессора заодно с диффузором позволило образовать в корпусе компрессора антипомпажную полость, обеспечивающую оптимальное (стабильное) давление наддувочного воздуха и, таким образом, повысить эффективность работы турбокомпрессора в широком диапазоне работы двигателя.
Выполнение в корпусе турбины байпасного канала, сообщающегося с выпускным каналом, позволило обеспечить оптимальное давление наддува путем перепуска части отработавших газов через байпасный канал, минуя турбину и повысить эффективность работы турбокомпрессора в широком диапазоне работы двигателя.
В результате поиска проведенного по патентной и другой научно -технической литературе, аналога, совпадающего с заявляемым техническим решением по всей совокупности существенных признаков, обнаружено не было, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - турбокомпрессор регулируемый для наддува двигателей внутреннего сгорания, общий вид в разрезе;
фиг.2 - турбокомпрессор регулируемый для наддува двигателей внутреннего сгорания, вид со стороны турбины;
фиг.3 - разрез А-А на фиг.2;
Турбокомпрессор регулируемый состоит из корпуса 1 компрессора и корпуса 2 турбины, закрепленных на корпусе 3 подшипников с помощью болтов и планок, что позволяет устанавливать корпусы в широком диапазоне углов друг к другу. Корпус 1 компрессора отлит заодно с диффузором 4 и имеет антипомпажную полость 5. Антипомпажная полость турбокомпрессора служит для смещения границы помпажа, то есть для расширения многопараметровой расходной характеристики компрессорной ступени в зону меньших расходов воздуха, что обеспечивает оптимальную (стабильную) работу турбокомпрессора в составе двигателя. Корпус 2 турбины выполнен двухзаходным (импульсным) из высокопрочного чугуна. На корпусе 3 подшипников с помощью болтов закреплена крышка 6, выполненная из алюминиевого сплава и являющаяся как крышкой корпуса 3 подшипников, так и крышкой корпуса 1 компрессора. Для уменьшения теплопередачи между корпусом 2 турбины и корпусом 3 подшипников установлен экран 7 из жаростойкой стали. В корпусе 3 подшипников установлен маслосбрасывающий экран 8, который вместе с уплотнительными кольцами служит для предотвращения утечки масла из полости корпуса 3 подшипников в проточные части компрессора и турбины.
Ротор в сборе состоит из вала 9, на консолях которого закреплены колесо 10 турбины, размещенное в корпусе 2 и колесо 11 компрессора, размещенное в корпусе 1. Вал 9 ротора установлен в комбинированный подшипниковый узел.
В корпусе 2 турбины выполнен байпасный канал 12, который сообщается с выпускным каналом 13, минуя колесо 10 турбины, и установлен механизм регулирования давления наддува.
Механизм регулирования давления наддува состоит из перепускного клапана 14, установленного между каналами подвода отработавших газов в турбину 2 и байпасным каналом 12. Перепускной клапан 14 крепится на оси 15, которая через рычаг 16 и шток 17 связана с исполнительным механизмом 18 пружинно-диафрагменного типа. Управление перепускным клапаном 14 осуществляется путем подачи управляющего наддувочного воздуха в полость камеры исполнительного механизма 18 перед диафрагмой. Исполнительный механизм 18 защищен тепловым экраном 19 для снижения влияния тепла на ее характеристики.
Турбокомпрессор регулируемый работает следующим образом: отработавшие газы из двигателя поступают в корпус 2 турбины и приводят во вращение колесо 10 турбины и далее через вал 9 колесо 11 компрессора, при этом турбина с двухзаходным корпусом 2 преобразовывает энергию отработавших газов в кинетическую энергию вращения вала 9, которая в компрессоре превращается в работу сжатия газа. Вал 9 вращается на двух плавающих радиальных подшипниках и имеет ограничение перемещения в осевом направлении упорным подшипником, на которые под давлением подается масло из системы смазки двигателя. Масло, отработавшее в подшипниковом узле, сливается обратно в систему смазки двигателя по каналу. Антипомпажная полость 5 работает следующим образом: поступающий на вход турбокомпрессора в компрессорную ступень воздух подается на лопатки колеса компрессора и в случае запирания воздушного потока (по причине ограниченной пропускной способности корпуса компрессора), воздушный поток начинает перетекать с входных кромок колеса компрессора, через щелевую проточку, выполненную во входном патрубке в районе начала закрутки воздушного потока колесом турбокомпрессора, в антипомпажную полость и обратно на вход во входной патрубок и вновь подается на лопатки колеса компрессора, что препятствует возникновению вредного явления помпажа.
Регулирование давления наддува происходит с помощью перепускного клапана 14 путем перепуска части отработавших газов через байпасный канал 12, минуя колесо турбины. При достижении определенного (настраиваемого) значения давления наддува в корпусе 1 компрессора, диафрагма исполнительного механизма 18 отжимает настроенную пружину, шток 17 через рычаг 16 проворачивает ось клапана 15 и перепускной клапан 14 приоткрывается, пропуская часть отработавших газов по байпасному каналу 12.
Заявляемое техническое решение соответствует условию промышленной применимости и реализовано на опытной партии изготовленных в ОАО «КАМАЗ» турбокомпрессоров.