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, выполненные в корпусе подшипников маслоподводящие каналы и канал для отвода масла, при этом корпус компрессора и корпус турбины прикреплены к корпусу подшипников с помощью болтов и планок (см. патент RU №32534, МПК F02B 37/00, F02B 39/00, опубл. 20.09.2003).
Недостатком данной конструкции является недостаточная эффективность и надежность работы турбокомпрессора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является 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 (см. патент RU №134595, F02B 37/00, F16C 33/10, опубл. 20.11.2013).
Недостатком этого технического решения является сравнительно низкая надежность турбокомпрессора.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности турбокомпрессора для наддува двигателя внутреннего сгорания.
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, установленный в корпусе компрессора диффузор, выполненные в корпусе подшипников маслоподводящие каналы и канал для отвода масла, маслораздаточные элементы, корпус подшипников со стороны турбины имеет форму усеченного конуса с углом наклона образующих 22°, а его стенка, образующая канал для стока масла, выполнена под углом 22°<α<90°, при этом межопорное расстояние между радиальными подшипниками составляет 56,5 мм.
Признак, заключающийся в том, что корпус подшипников со стороны турбины имеет форму усеченного конуса с углом наклона образующей 22°, позволил уменьшить объем внутренней охлаждающей полости корпуса подшипников, вследствие чего уменьшилась теплопередача моторному маслу. К тому же увеличился объем между корпусом подшипника и корпусом турбины, образуя воздушную подушку большего объема, обеспечивающую более эффективное снижение теплопередачи на корпус подшипников от корпуса турбины.
Выполнение стенки, образующей канал для стока масла, под углом 22°<α<90° позволило уменьшить задержку масла во внутренней полости корпуса подшипников, и тем самым, снизить вероятность утечки масла из корпуса подшипников в компрессорную или турбинную ступени. Данный интервал подобран опытным путем с учетом поставленной цели улучшить сток масла из корпуса подшипников, не изменяя конструкцию турбинной ступени.
Выполнение межопорного расстояния между радиальными подшипниками равным 56,5 мм позволило уменьшить вибрацию ротора турбокомпрессора и, тем самым, увеличить срок службы турбокомпрессора. Указанный размер является возможно максимальным с точки зрения сохранения габаритных размеров турбокомпрессора. Выполнение данного расстояния меньше 56,5 мм приведет к увеличению вибрации турбокомпрессора.
Такая совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемый турбокомпрессор, позволила повысить надежность турбокомпрессора для наддува двигателя внутреннего сгорания.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид в разрезе турбокомпрессора для наддува двигателя внутреннего сгорания.
Турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания 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 2 турбины выполнен двухзаходным. А в корпус 1 компрессора запрессован диффузор 4. Корпус 3 подшипников со стороны турбины имеет форму усеченного конуса с углом наклона образующих 22°, что позволило получить оптимальный объем V1 внутренней полости корпуса 3 подшипников, вследствие чего уменьшилась теплопередача моторному маслу, и оптимальный объем V2 между корпусом 3 подшипника и корпусом 2 турбины, образующий воздушную подушку, обеспечивающую более эффективное снижение теплопередачи на корпус 3 подшипников от корпуса 2 турбины. На корпусе подшипников 3 с помощью болтов закреплена крышка 5, 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 6 из жаростойкой стали. В корпусе 3 подшипников установлен маслосбрасывающий экран 7, который вместе с уплотнительными 8 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 турбины и колесо 11 компрессора, размещенное в корпусе 1. Вал 9 ротора установлен в комбинированный подшипниковый узел, который состоит из упорного подшипника 12 и двух радиальных подшипников 13, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки. Межопорное расстояние L между радиальными подшипниками 13 выполнено равным 56,5 мм с целью уменьшения вибрации ротора турбокомпрессора. В корпусе 3 подшипников выполнены маслоподводящие каналы 14 и канал 15 для отвода масла. В зоне пересечения каналов 14 и опорных рабочих поверхностей корпуса 3 подшипников выполнены углубления в форме параболоида вращения. Стенка корпуса 3 подшипников, образующая канал 15 для стока масла, выполнена под углом 22°<α<90° от оси ротора для уменьшения задержки масла во внутренней полости корпуса подшипников.
Турбокомпрессор 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 преобразовывает энергию отработавших газов в кинетическую энергию вращения ротора, которая в компрессоре превращается в работу сжатия воздуха. Вал 9 вращается на двух плавающих радиальных подшипниках 13 и имеет ограничение перемещения в осевом направлении упорным подшипником 12, на которые под давлением подается масло из системы смазки двигателя. Масло, отработавшее в подшипниковом узле, сливается обратно в систему смазки двигателя по каналу 15.
Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение надежности 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.