ТУРБОКОМПРЕССОР (ВАРИАНТЫ)

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.