СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА КОРПУСА ТУРБИНЫ С КОРПУСОМ ПОДШИПНИКА И РАБОТАЮЩИЙ НА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ТУРБОКОМПРЕССОР
CONNECTION STRUCTURE OF TURBINE HOUSING TO BEARING HOUSING, AND TURBO-COMPRESSOR OPERATING ON WASTE GAS

Изобретение относится к соединительной структуре корпуса турбины с корпусом подшипника работающего на отработавших газах турбокомпрессора согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения и работающему на отработавших газах турбокомпрессору согласно ограничительной части п.11 формулы изобретения.
Такая соединительная структура уже известна и представлена на фиг.1.
На фиг.1 показана соединительная структура 10 корпуса турбины 14 с корпусом подшипника 12 работающего на отработавших газах турбокомпрессора. При этом корпус 14 турбины отцентрирован на корпусе подшипника 12 посредством центрирующего пояска 21.
При соединении обоих корпусов посредством V-образного ленточного хомута 16 естественно возникает шов 19, который требует уплотнения.
Уплотнение шва 19 выполнено таким образом, что корпус 14 турбины и корпус 12 подшипника с тепловым экраном 18 создают уплотняющую структуру 20, благодаря чему предотвращается выход движущего не изображенную турбину в корпусе 14 турбины отработанного газа из работающего на отработавших газах турбокомпрессора в окружающую среду.
На фиг.1 такая уплотняющая структура между корпусом 14 турбины, корпусом 12 подшипника и тепловым экраном 18 обозначена ссылочным обозначением 20. Благодаря представленной уплотняющей структуре 20 также реализуется позиционирование теплового экрана 18 за счет осевого и радиального прилегания к корпусу 14 турбины.
Помимо этого, тепловой экран 18 выполняет задачу предотвращения или по меньшей мере сокращения повышенного теплового воздействия проходящего от корпуса 14 турбины в корпус 12 подшипника горячего отработанного газа.
На основании того факта, что корпус 12 подшипника изготовлен из серого чугуна, а корпус 14 турбины - из стального литья, корпус турбины имеет более высокий коэффициент теплового расширения. Из этого следует недостаток изображенного на фиг.1 уровня техники, что на основе различных коэффициентов теплового расширения происходит различное тепловое расширение обоих корпусов.
В силу позиционирования теплового экрана 18 более в аксиальном направлении к корпусу 14 турбины, за счет чего уплотняющая структура 20 лежит не по центру к V-образному ленточному хомуту 16, при максимальных температурных различиях вследствие различных тепловых расширений может образоваться зазор, который V-образный ленточный хомут не может в достаточной мере или вообще не может компенсировать. Следствием этого может быть утечка газа, и отработавшие газы могут выйти из работающего на отработавших газах турбокомпрессора в окружающую среду.
Кроме того, различное тепловое расширение корпусов увеличивается из-за того, что в силу невыгодного позиционирования теплового экрана 18 корпус 14 турбины нагревается сильнее, чем корпус 12 подшипника.
Далее, из-за такого повышенного теплового воздействия это может привести к выгибанию контактирующих с уплотняющей структурой 20 плоскостей теплового экрана 18, что влечет за собой утечку газа.
Поэтому задачей настоящего изобретения является такое усовершенствование обозначенного в начале вида соединительной структуры для того, чтобы не допустить утечки газа и одновременно иметь возможность центрирования обоих корпусов друг с другом.
Эта задача решена посредством соединительной структуры с признаками п.1 формулы изобретения, а также работающего на отработавших газах турбокомпрессора с признаками п.11 формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления с целесообразными и нетривиальными усовершенствованиями изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Такая заявленная в изобретении соединительная структура корпуса турбины с корпусом подшипника работающего на отработавших газах турбокомпрессора, в которой корпус турбины и корпус подшипника отцентрированы относительно друг друга и в области шва соединены друг с другом через уплотняющую структуру и в которой между корпусом турбины и корпусом подшипника предусмотрен тепловой экран, предусматривает то, что в тепловом экране предусмотрена по меньшей мере одна выемка для центрирующего средства, посредством которого корпус турбины и корпус подшипника непосредственно отцентрированы относительно друг друга.
Структура такого рода дает возможность выгодно позиционировать тепловой экран и уплотняющую структуру, что препятствует утечке газа. При этом отработанный газ, проходящий в корпусе турбины и движущий турбину работающего на отработавших газах турбокомпрессора, не может выйти из работающего на отработавших газах турбокомпрессора в окружающую среду неочищенным, минуя установку нейтрализации отработанного газа. Отработанный газ остается в работающем на отработавших газах турбокомпрессоре и направляется по соответствующей системе трубопроводов в установку нейтрализации отработанного газа, где он очищается, и только затем происходит выпуск в окружающую среду.
В заявленной в изобретении соединительной структуре по-прежнему возможно отцентрировать относительно друг друга корпус турбины и корпус подшипника. Благодаря этому обеспечивается лучшее радиальное выравнивание корпусов друг к другу, из-за чего уменьшается опасность разгона турбинного колеса работающего на отработавших газах турбокомпрессора.
Предпочтительно, в тепловом экране предусмотрено несколько выемок для центрирующего средства. Но также вполне возможно, что предусмотрена только одна выемка, которая, однако, тогда должна простираться через сравнительно большой участок контура теплового экрана для обеспечения возможности достаточного центрирования при помощи центрирующего средства.
В случае центрирующего средства речь идет преимущественно о центрирующем пояске, при этом согласно изобретению корпус подшипника и корпус турбины отцентрированы относительно друг друга посредством наружной боковой поверхности корпуса подшипника и соответствующей внутренней боковой поверхности корпуса турбины. Тем не менее, является возможным альтернативное центрирующее средство и/или обратный порядок внутренней поверхности по отношению к внешней поверхности.
Для очень хорошего центрирования необходимо стремиться соответственно к тому, чтобы между собой контактировали как можно большие части наружной боковой поверхности и внутренней боковой поверхности.
Поэтому в предпочтительном варианте осуществления соединительной структуры по меньшей мере одна выемка выполнена в виде по меньшей мере частично обегающего зазора в радиальной боковой поверхности теплового экрана. Как уже упоминалось, этот зазор должен обегать как можно больший участок контура теплового экрана для того, чтобы можно было достичь очень хорошего центрирования.
В другом предпочтительном варианте осуществления тепловой экран имеет несколько выемок в виде по меньшей мере частично обегающего зазора в его радиальной боковой поверхности. Это является преимущественным, поскольку, с одной стороны, обеспечена возможность очень хорошего центрирования корпуса через эти выемки, с другой стороны, тепловой экран имеет по-прежнему хорошую стабильность.
Упомянутая стабильность теплового экрана при одновременном очень хорошем выполнении уплотняющей структуры с очень высокой степенью уплотнения для недопущения утечки газа реализована в заявленной в изобретении соединительной структуре таким образом, что тепловой экран имеет по меньшей мере один, а в предпочтительном варианте осуществления несколько соединительных мостиков, которые соединяют основную часть теплового экрана, представляющего собой цилиндрическую деталь теплового экрана, с фланцеобразной деталью теплового экрана, при этом фланцеобразная деталь образует с соответствующими плоскостями корпуса турбины или же корпуса подшипника уплотняющую структуру.
Благодаря такой форме, с одной стороны, достигается очень хорошая защита тепловым экраном корпуса подшипника от нагрева, с другой стороны, - очень высокая степень уплотнения.
Для того чтобы еще более оказывать позитивное воздействие на эти результаты уплотнения и экранирования, необходимо заданное позиционирование и/или центрирование теплового экрана в корпусе турбины или корпусе подшипника. Согласно изобретению это реализовано посредством уступа соответствующего корпуса, посредством которого тепловой экран является отцентрированным.
Посредством описанных возможностей позиционирования и центрирования отдельных узлов, наряду с упоминавшимся преимущественным радиальным, реализована также и чрезвычайно преимущественная аксиальная установка по одной оси узлов и, прежде всего, корпуса турбины и корпуса подшипника, благодаря чему еще более уменьшается опасность разгона турбинного колеса.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения уплотняющая структура из описанной фланцеобразной детали теплового экрана и соответствующих поверхностей корпуса турбины и корпуса подшипника расположена внутри, прежде всего по центру, области, которая задана осевой протяженностью соединительного приспособления между корпусом подшипника и корпусом турбины в направлении корпуса подшипника с одной стороны, и в направлении корпуса турбины с другой стороны.
Эта соединительная структура выполнена в виде хомута, прежде всего в виде V-образного ленточного хомута. Если теперь описанная уплотняющая структура позиционирована, как описано выше, из этого возникает преимущество, позволяющее предотвратить утечку газа и выход неочищенного отработанного газа в окружающую среду.
Причиной такой утечки газа является то, что корпус подшипника изготовлен из другого материала, чем корпус турбины. Если корпус подшипника состоит, к примеру, из серого чугуна, а корпус турбины - из стального литья, то корпус турбины имеет более высокий коэффициент теплового расширения. Следствием этого является то, что оба корпуса расширяются очень по-разному, из-за чего шов между обоими соединенными корпусами, который должен удерживаться малым при помощи приспособления для соединения, то есть V-образного ленточного хомута, становится шире. Это усиливается различным нагревом корпусов.
На основе описанного выгодного центрального позиционирования уплотняющей структуры относительно соединительного приспособления можно предотвратить различные тепловые расширения корпусов, благодаря чему предотвращается утечка газа и нежелательное загрязнение окружающей среды. Однако одновременно возможно центрирование корпуса подшипника и корпуса турбины друг с другом посредством выемок в тепловом экране.
Помимо этого, благодаря предлагаемому позиционированию уплотняющей структуры согласно изобретению существенно улучшается защита теплового экрана со стороны корпуса подшипника от нагрева проходящим по корпусу турбины горячим отработанным газом, из-за чего не происходит слишком больших различий в тепловых расширениях корпусов, как в случае обычных соединительных структур.
Тем не менее, опасность изгиба соответствующих уплотняющих поверхностей в уплотняющей структуре, которая могла бы привести к утечке газа, существенно снижается.
Соединительная структура согласно изобретению не ограничивается при этом однопоточными корпусами турбины, но и может использоваться для многопоточных корпусов турбины. Также возможно применение и для деталей корпусов, изготовленных из других, чем названные, материалов.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус подшипника имеет проемы, которые предоставляют место по меньшей мере для одного соединительного мостика теплового экрана. Благодаря этому можно еще более положительно воздействовать на позиционирование теплового экрана.
Следующим преимущественным аспектом изобретения является то, что на стоимость по сравнению с обычной соединительной структурой не оказывается или оказывается обратное влияние, так как все предпочтительные варианты осуществления являются реализуемыми без особо затратных и/или дополнительных этапов изготовления. На этом месте необходимо отметить, что соединительная структура согласно изобретению может иметь применение также, например, в состоящих из многих деталей корпусах, прежде всего корпусах подшипника.
Использование соединительной структуры согласно изобретению в работающем на отработавших газах турбокомпрессоре двигателя внутреннего сгорания оказывается весьма выгодным, поскольку таким образом можно предотвратить нежелательные выбросы неочищенного отработанного газа и тем самым дополнительное загрязнение окружающей среды, например, за счет повышенного выброса NOx.
Другие преимущества, признаки и подробности изобретения становятся понятными из следующего описания предпочтительного примера осуществления, а также при помощи чертежей. Упомянутые выше в описании признаки и комбинации признаков, а также упомянутые далее в описаниях чертежей и/или отдельно показанные на чертежах признаки и комбинации признаков являются применяемыми не только в соответственно указанных комбинациях, но и также в других комбинациях или отдельно, не выходя за рамки изобретения.
Фиг.1 - перспективный вид, а также вид продольного сечения соединительной структуры согласно уровню техники,
фиг.2 - перспективный вид и вид продольного сечения соединительной структуры корпуса турбины с корпусом подшипника,
фиг.3 - перспективный вид и другой вид продольного сечения представленной на
фиг.2 соединительной структуры.
В то время как фиг.1 показывает соединительную структуру корпуса турбины с корпусом подшипника работающего на отработавших газах турбокомпрессора согласно уровню техники, в которой тепловой экран и уплотняющая структура из корпуса подшипника, которая позиционирована относительно корпуса турбины и теплового экрана в осевом направлении к корпусу турбины и тем самым вне соединительного приспособления, фиг.2 показывает соединительную структуру корпуса турбины с корпусом подшипника работающего на отработавших газах турбокомпрессора, в которой вышеуказанная уплотняющая структура позиционирована по центру к соединительному элементу и тем самым к корпусу. На фиг.3 показана представленная на фиг.2 соединительная структура, при этом продольное сечение лежит в другой плоскости соединительной структуры, благодаря чему представлены другие аспекты изображенной на фиг.2 соединительной структуры.
На фиг.2 показана соединительная структура 30, в которой корпус 12' подшипника соединен с корпусом 14' турбины посредством соединительного приспособления в виде V-образного ленточного хомута 16'.
Между корпусом 12' подшипника и корпусом 14' турбины размещен тепловой экран 18', который выполняет задачу защиты корпуса 12' подшипника от сильного нагрева горячим, проходящим через корпус 14' турбины и двигающим не отображенное на чертеже турбинное колесо отработанным газом.
Эта задача выполняется преимущественно цилиндрической основной деталью 36 теплового экрана 18'.
На другой стороне тепловой экран 18' образует через фланцеобразную деталь 38 с корпусом 12' подшипника и корпусом 14' турбины уплотняющую структуру 20', которая уплотняет образованный в результате соединения корпуса 12' подшипника с корпусом 14' турбины шов 19', чтобы проходящий сквозь корпус 14' турбины неочищенный отработанный газ не выходил в окружающую среду, а направлялся по соответствующей системе трубопроводов в тракте к установке нейтрализации отработанного газа и там очищался.
На основе показанного на фиг.2 вида теплового экрана 18' возможно позиционирование уплотняющей структуры 20' таким образом, что уплотняющая структура 20' размещена посредине области, которая задана осевой протяженностью V-образного ленточного хомута 16' в направлении корпуса подшипника 14' с одной стороны, и в направлении корпуса турбины 12' с другой стороны. Эта описанная область выделена линиями 40 и 41.
Благодаря такому позиционированию уплотняющей структуры 20' уплотняющий эффект такой структуры 20' из соответствующих уплотняющих поверхностей теплового экрана 18', корпуса 12' подшипника и корпуса 14' турбины заметно возрастает, поскольку различные тепловые расширения корпуса 12' подшипника и корпуса 14' турбины вследствие их изготовления из разных материалов происходить не могут.
Помимо этого, также улучшается защита от нагрева теплового экрана 18 благодаря увеличению цилиндрической детали 36 теплового экрана 18'.
Ко всему прочему, благодаря показанной на фиг.2 соединительной структуре 30 радиальное выравнивание корпусов оптимизируется.
Центрирование корпуса 12' подшипника с корпусом 14' турбины при показанной на фиг.2 соединительной структуре 30 осуществляется через центрирующую поверхность 32 корпуса 12' подшипника с помощью не представленной на этом изображении соответствующей центрирующей поверхности корпуса турбины. Как можно видеть, тепловой экран 18' имеет прорывы 42 в виде соответственно частично обегающего зазора в его радиальной боковой поверхности, то есть цилиндрической детали 36.
Для соединения фланцеобразной детали 38 с цилиндрической деталью 36 теплового экрана 18' тепловой экран имеет соединительные мостики 34, которые соответственно проходят через соответствующие проемы корпуса подшипника.
Центрирование теплового экрана 18' реализовано посредством уступа 37 корпуса 14' турбины. Тем самым указанные узлы фиксируются оптимальным образом не только аксиально, но и радиально. Альтернативно, радиальное фиксирование теплового экрана 18' может также быть иным, например выполняться с помощью соответствующего уступа или же буртика не только в корпусе турбины 14', но и в корпусе 12' подшипника.
Центрирование корпусов на фиг.2 не изображено, поскольку представленное сечение проходит через соединительный мостик 34.
Центрирование корпуса 12' подшипника с корпусом 14' турбины изображено на фиг.3, на которой продольное сечение проходит по центрирующей поверхности 32.
На фиг.3 показана представленная на фиг.2 соединительная структура 30 как в перспективном виде, так и в виде продольного сечения, при этом на фиг.3 благодаря описанным для фиг.2 различным сечениям уточняются другие аспекты соединительной структуры 30.
В виде продольного сечения на фиг.3 теперь можно видеть центрирование корпуса 12' подшипника с корпусом 14' турбины через центрирующую поверхность 32 корпуса подшипника, которая образована наружной боковой поверхностью и контактирует с соответствующей внутренней поверхностью корпуса 14' турбины. Центрирование обоих корпусов осуществляется, таким образом, центрирующим пояском.
Прежде всего, на виде продольного сечения на фиг.3 заметно то, что тепловой экран 18' образован из двух частей, при этом одна часть представлена цилиндрической деталью 36 теплового экрана 18', а вторая часть - фланцеобразной деталью 38 теплового экрана 18'. Это деление на две части теплового экрана 18' является данью, которую надо заплатить за желаемое описанное центрирование корпусов при одновременном позиционировании уплотняющей структуры 20' по центру ограниченной линиями 40 и 41 области V-образного ленточного хомута 16'.
Только в комбинации с видом продольного сечения из фиг.2 становится ясным, что деление на две части теплового экрана 18' не является вынужденным, и несмотря на это описанное позиционирование совместно с описанным центрированием будет сохраняться.
Это становится возможным описанным образом благодаря прорывам 42 теплового экрана 18', соединительным мостикам 34 и соответствующим проемам на корпусе 12' подшипника.