ТУРБОКОМПРЕССОР ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции турбокомпрессоров, применяемых для наддува двигателей внутреннего сгорания.
Известен турбокомпрессор, содержащий корпус подшипников, в котором на радиальных 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, при этом корпус подшипников дополнительно снабжен алюминиевой крышкой, которая фиксирует упорный подшипник, а корпус компрессора и корпус турбины прикреплены к корпусу подшипников с помощью болтов и планок (патент RU №32534, МПК F02B 37/00, F02B 39/00, опубл. 20.09.2003).
Известен также турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус подшипников цилиндрической формы, в котором на плавающих радиальных 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, при этом в зоне пересечения с маслоподводящими каналами на опорных рабочих поверхностях корпуса подшипников выполнены маслораздаточные элементы в виде углубления в форме параболоида вращения (патент RU №134595, F02B 37/00 (2006.01), F16C 33/10 (2006.01), опубл. 20.11.2013).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус подшипников, в котором на радиальных и упорном подшипниках скольжения установлен вал ротора, на консолях которого закреплены колесо турбины и колесо компрессора, размещенные каждый в своем корпусе, установленный в корпусе компрессора диффузор, выполненные в корпусе подшипников маслоподводящие каналы и канал для отвода масла, маслоотражатель, установленный на роторе турбокомпрессора, и маслосбрасывающий экран, установленный в корпусе подшипников, уплотнительные кольца, установленные со стороны компрессора и со стороны турбины, крышку, закрепленную на корпусе подшипников, при этом корпус подшипников со стороны турбины имеет форму усеченного конуса с углом наклона образующих 22°, его стенка, образующая канал для стока масла, выполнена под углом 22°<α<90°, а межопорное расстояние L между радиальными подшипниками выполнено равным 56,5 мм (патент RU №150623, F02B 37/00 (2006.01), F16C 29/05 (2006.01), опубл. 20.02.2015).
В связи с ужесточением требований норм выбросов вредных, загрязняющих атмосферу веществ с отработавшими газами (снижение по некоторым показателям в 3…5 раз), а также увеличением ресурса до первого капитального ремонта двигателя в два раза, увеличением мощностного диапазона двигателей, задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является увеличение ресурса работы за счет конструктивного изменения, позволяющего минимизировать попадание масла в узел уплотнения и исключить утечку масла и попадание твердых выбросов в систему отвода отработавших газов.
Для решения поставленной задачи в турбокомпрессоре для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус подшипников, в котором на радиальных и упорном подшипниках скольжения установлен вал ротора, на консолях которого закреплены колесо турбины и колесо компрессора, размещенные каждый в своем корпусе, крышку, закрепленную на корпусе подшипников, в котором выполнены маслоподводящие каналы и канал для отвода масла, маслоотражатель, установленный на роторе турбокомпрессора, уплотнительные кольца, установленные со стороны компрессора и со стороны турбины, а также в соединении «крышка - корпус подшипников», маслоотражатель выполнен таким образом, что охватывает наружным диаметром крышку, установленную на корпусе подшипников, и имеющую диаметральную проточку для стока масла, при этом диаметр отверстия подвода масла в упорном подшипнике равен 1,5-3,0 мм, внутренняя поверхность упорного подшипника выполнена ступенчатой, на роторе турбокомпрессора как со стороны компрессора, так и со стороны турбины установлены по два уплотнительных кольца, а уплотнительное кольцо соединения «крышка - корпус подшипников» установлено на угловой части соединения.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что маслоотражатель, установленный на роторе турбокомпрессора, охватывает наружным диаметром крышку, установленную на корпусе подшипников, обеспечивает минимальное попадание масла на уплотнительные кольца со стороны компрессора и плавный направленный сток масла по диаметральной проточке, выполненной в крышке, во внутреннюю полость корпуса подшипников. Это решение также позволило исключить маслосбрасывающий экран в подшипниковом узле.
Выполнение отверстия в упорном подшипнике под втулку маслоотражателя ступенчатым позволит перераспределить расход масла и направить его в большей степени на наиболее изнашиваемую поверхность упорного подшипника со стороны турбины.
Отличительные признаки, заключающиеся в том, что со стороны компрессора и турбины установлено по два уплотнительных кольца позволит исключить утечки масла из турбокомпрессора, а установка уплотнительного кольца на угловой части соединения «крышка - корпус подшипников» позволит исключить потерю масла, обеспечить герметичность соединения.
Выполнение отверстия подвода масла в упорном подшипнике диаметром 1,5 мм - 3 мм позволит увеличить подачу масла через упорный подшипник. Пограничные размеры отверстия подвода масла были определены опытным путем и обоснованы показателями результативности и компоновочным решением.
Отверстие в упорном подшипнике для вала ротора турбокомпрессора выполнено таким образом, чтобы направить основной расход масла, проходящий через упорный подшипник, в сторону турбинной ступени. Указанные изменения связаны с тем, что по результатам анализа турбокомпрессоров после эксплуатации на двигателях высокой мощности износ упорного подшипника наблюдается со стороны турбины.
Установка дополнительных колец и измененная схема сброса масла минимизирует унос масла во впускную и выпускную систему двигателя, что положительно влияет на ресурс работы турбокомпрессора, позволяет добиться улучшения норм токсичности двигателя, снижения расхода масла.
Заявляемая совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемый турбокомпрессор, позволит увеличить срок службы турбокомпрессора для наддува двигателя внутреннего сгорания за счет улучшения работы системы смазки подшипникового узла турбокомпрессора.
Кроме того, данное решение позволит уменьшить угар масла и сократить эксплуатационные затраты.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг. 1 - турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания, общий вид в разрезе;
фиг. 2 - то же, вид А на фиг. 1;
фиг. 3 - то же, вид Б на фиг. 1;
фиг. 4 - то же, вид В на фиг. 1;
фиг. 5 - то же, вид Г на фиг. 1.
Турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус 1 подшипников, в котором установлен вал 2 ротора, на консолях которого закреплены колесо 3 турбины и колесо 4 компрессора, размещенные каждый в своем корпусе 5 и 6, соответственно.
Корпус 5 турбины и корпус 6 компрессора закреплены на корпусе 1 подшипников с помощью болтов и планок, что позволяет устанавливать корпуса в широком диапазоне углов друг к другу. Корпус 5 турбины выполнен двухзаходным, а в корпус 6 компрессора запрессован диффузор 7. На корпусе 1 подшипников с помощью болтов закреплена крышка 8, выполненная из алюминиевого сплава и являющаяся как крышкой корпуса 1 подшипников, так и крышкой корпуса 6 компрессора. На крышке 8 выполнена диаметральная проточка 9 для стока масла (вид «В», фиг. 4).
Для уменьшения теплопередачи между корпусом 5 турбины и корпусом 1 подшипников установлен экран 10 из жаростойкой стали. В корпусе 1 подшипников установлены уплотнительные кольца 11, которые служат для предотвращения утечки масла из полости корпуса 1 подшипников в проточные части компрессора и турбины.
Для ограничения осевого перемещения, установки уплотнительных колец, отсечки масла от попадания в компрессорную ступень на валу 2 ротора установлены маслоотражатель 12 и втулка 13. Маслоотражатель 12 выполнен таким образом, что охватывает наружным диаметром крышку 8, установленную на корпусе 1 подшипников.
Вал 2 ротора турбокомпрессора установлен в комбинированный подшипниковый узел, который состоит из упорного подшипника 14 и двух радиальных подшипников 15, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки. В упорном подшипнике 14 выполнен канал 16 подвода масла, диаметр которого равен 1,5-3,0 мм, что позволит увеличить расход масла через упорный подшипник (вид «А», фиг. 2). Внутренняя поверхность отверстия под вал ротора упорного подшипника 14 выполнена ступенчатой, что позволит перераспределить расход масла и направить его в большей степени на наиболее изнашиваемую поверхность упорного подшипника со стороны турбины (вид «В», фиг. 4).
В корпусе 1 подшипников выполнены маслоподводящие каналы 17 и канал 18 для отвода масла.
Для предотвращения утечки масла, со стороны компрессора и со стороны турбины установлено по два уплотнительных кольца 11 (вид «А», фиг. 2 и вид «Б», фиг. 3). В соединении «крышка - корпус подшипников» на угловой части соединения установлено уплотнительное кольцо 20 (вид «Г», фиг. 5).
Турбокомпрессор работает следующим образом.
Отработавшие газы из двигателя поступают в корпус 5 турбины и приводят во вращение колесо 3 турбины и далее через вал 2 - колесо 4 компрессора, при этом турбина преобразовывает энергию отработавших газов в кинетическую энергию вращения ротора, которая в компрессоре превращается в работу сжатия воздуха. Вал 2 вращается на двух плавающих радиальных подшипниках 15 и имеет ограничение перемещения в осевом направлении упорным подшипником 14, на которые под давлением подается масло из системы смазки двигателя. Масло, отработавшее в подшипниковом узле, сливается обратно в систему смазки двигателя по каналу 18.
Заявляемое техническое решение минимизирует попадание моторного масла в компрессорную и турбинную ступень, за счет чего уменьшаются выбросы вредных веществ в окружающую среду, обеспечивает герметичность соединений и обеспечивает увеличение ресурса работы турбокомпрессора.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.
Турбокомпрессоры с модернизированным корпусом подшипников разработаны для дизельных двигателей КАМАЗ экологических уровней ЕВРО-2, 3, 4.