ТУРБОКОМПРЕССОР С ОСЕВОЙ ТУРБИНОЙ ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предполагаемая полезная модель относится к области машиностроения и в частности, к конструкции турбокомпрессоров с осевой турбиной для наддува двигателей внутреннего сгорания.
Известен японский патент (PATENT ABSTRACTS OF JAPAN F02B 39/00, F01D 3/00, №60-147538), в котором для снижения осевой нагрузки на упорный подшипник турбонагнетателя, предлагается применить устройство, в котором с помощью системы клапанов, воздух с заданным давлением подается в соответствующие полости и этим меняется осевая нагрузка на заднюю поверхность диска крыльчатки компрессора и на поверхность диска турбины со стороны выхода газа, что обеспечивает заданную нагрузку на упорный подшипник. Наличие клапанов усложняет конструкцию турбокомпрессора, увеличивает его габариты, массу и цену.
В основу полезной модели положена задача создание малогабаритных двигателей внутреннего сгорания с турбокомпрессорами с осевой турбиной, имеющей выход газа в зону среднего корпуса. В этом случае осевые силы от центробежного компрессора и от осевой турбины действуют в одном направлении и перегружают упорный подшипник турбокомпрессора.
При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих предлагаемую совокупность существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».
Изобретение на полезную модель поясняется чертежом фиг.1, на котором представлен общий вид турбокомпрессора с осевой турбиной для наддува двигателей внутреннего сгорания, имеющий выход газа в зону среднего корпуса.
На фиг.1 позициями 9, 10, 11 показаны направления осевых сил, действующих на упорный подшипник.
Позиция 9 - направление осевой силы, действующей на упорный подшипник поз.3, из-за высокого давления воздуха в полости А за крыльчаткой компрессора поз.1.
Позиция 10 - направление осевой силы, действующей на упорный подшипник из-за высокого давления газа на входе в турбину, полость В. Позиция 11 - направление осевой силы, снижающей нагрузку на упорный подшипник 3, из-за повышения давления воздуха в полости Б, на выходе из турбины.
В своей конструкции турбокомпрессор содержит: крыльчатку компрессора 1, турбину с валом 2, упорный подшипник 3, средний корпус 4, выходной патрубок турбины 5, каналы 6 соединяющие полости за диском компрессора и за диском турбины, щель 7 между периферийным торцем турбины и корпусом выходного патрубка, окно 8 между валом ротора турбины и стенкой выходного патрубка.
«Промышленная применимость» заявленного технического решения видна из описания устройства турбокомпрессора с осевой турбиной для наддува двигателей внутреннего сгорания.
Работа турбокомпрессора с осевой турбиной для наддува двигателей внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.
В турбокомпрессоре с осевой турбиной, имеющей выход газа в зону среднего корпуса, для наддува двигателей внутреннего сгорания для снижения нагрузки на упорный подшипник 3, рассматриваемого турбокомпрессора, предлагается полость А с обратной стороны диска крыльчатки центробежного компрессора 1 (полость с высоким давлением воздуха) с помощью каналов 6 в среднем корпусе 4, соединить с полостью Б за диском ротора турбины 2 со стороны выхода газа (полость низкого давления). Суммарная площадь каналов 6 должна быть больше не менее чем в два раза площади щели 7 между периферийным торцем диска турбины и корпусом выходного патрубка турбины 5. Площадь окна 8 между валом ротора и стенкой выходного патрубка 5, должна быть не менее чем в два раза больше суммарной площади каналов 6. Наличие этих каналов 6 обеспечивает снижение давления воздуха на диск крыльчатки компрессора 1, что уменьшает осевую силу от компрессора, и приводит к повышению давления воздуха на диск турбины со стороны выхода газа и, следовательно, снижает осевую силу на упорный подшипник от турбины, что и позволяет иметь допустимую силу на упорный подшипник турбокомпрессора.
Сила действующая на упорный подшипник зависит от величины давления воздуха на выходе из компрессора, т.е. от параметров наддува двигателя внутреннего сгорания. Поэтому площади проходных каналов 6, 7 и 8 рекомендуется уточнить по результату испытания турбокомпрессора в системе двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат от внедрения предполагаемой полезной модели турбокомпрессора с осевой турбиной, имеющей выход газа в зону среднего корпуса, заключается в том, что повышается ресурс работы турбокомпрессора из-за снижения нагрузки на упорный подшипник.