Турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания
TURBOCHARGER FOR CHARGING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Настоящее изобретение относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам для наддува потребляемого воздуха или горючей смеси цилиндрами двигателей внутреннего сгорания.
Известен 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, 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 (RU 150623 U1, МПК F02B 37/00 (2006.01), F04D 29/05 (2006.01), опубл. 20.02.2015).
Также известен турбокомпрессор регулируемый 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, диффузор, механизм регулирования давления наддува, при этом корпус компрессора выполнен заодно с диффузором с образованием антипомпажной полости, а в корпусе турбины дополнительно выполнен байпасный канал, сообщающийся с выпускным каналом (RU 129996 U1, МПК F02B 37/12 (2006.01), F02B 37/16 (2006.01), F02B 37/18 (2006.01), F02D 23/00 (2006.01), F04D 25/04 (2006.01), опубл. 10.07.2013).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату 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, диффузор, выполненные в корпусе подшипников маслоподводящие каналы и канал для отвода масла, маслораздаточные элементы, при этом в зоне пересечения с маслоподводящими каналами на опорных рабочих поверхностях корпуса подшипников выполнены маслораздаточные элементы в виде углубления в форме параболоида вращения (RU 134595 U1, МПК F02B 37/00 (2006.01), F16C 33/10 (2006.01), опубл. 20.11.2013).
К существенным недостаткам приведенных аналогов относятся:
- отсутствие конструктивных мероприятий по исключению уноса масла через контактное уплотнение компрессорной ступени во впускной тракт двигателя по причине возникновения разрежения воздуха в полости между внешним ободом колеса компрессора, крышкой корпуса компрессора и уплотнительным кольцом при эксплуатации двигателя с турбокомпрессором при неустановившихся режимах, в том числе и на холостых режимах работы, когда поступления масла от двигателя нет, а недостаток масла чаще всего становится причиной поломок турбокомпрессоров, работающих на высоких скоростях;
- попадание посторонних механических примесей в подшипниковые узлы турбокомпрессоров, что из-за высоких скоростей вращения ротора вызывает выход из строя турбокомпрессора даже при незначительных размерах посторонних предметов.
Была поставлена задача повысить надежность работы турбокомпрессора.
Для решения поставленной задачи турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий средний корпус с соединенными с переходником маслораспределительными каналами, в котором на двух радиальных подшипниках, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки, и упорном подшипнике установлен вал ротора, на консолях которого закреплены колесо турбины и колесо компрессора, размещенные каждый в своем корпусе, крышку, являющуюся задней крышкой корпуса компрессора и передней крышкой среднего корпуса, дополнительно снабжен байпасным клапаном с адаптером, интегрированным в крышку, при этом в закрепленном в среднем корпусе на входе масла в подшипниковый узел переходнике установлен сетчатый фильтр.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что турбокомпрессор дополнительно снабжен байпасным клапаном с адаптером, интегрированным в крышку, а также установка в переходнике турбокомпрессора на входе масла в подшипниковый узел сетчатого фильтра, позволяет повысить надежность работы турбокомпрессора за счет того, что исключается унос масла через уплотнение компрессорной ступени, имеющий место по причине разрежения воздуха в полости между внешним ободом колеса компрессора, крышкой корпуса компрессора и уплотнительным узлом на холостом ходу, на переходных режимах и на малых оборотах коленчатого вала двигателя, а также исключается попадание посторонних механических примесей в подшипниковые узлы турбокомпрессора.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг. 1 - турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания;
фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - то же, вид Б на фиг. 1.
Турбокомпрессор для наддува двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 компрессора и корпус 2 турбины, закрепленные на среднем корпусе 3 с помощью болтов и планок. На среднем корпусе 3 с помощью болтов также закреплена крышка 4, выполненная из алюминиевого сплава и являющаяся как крышкой корпуса 3, так и крышкой корпуса 1 компрессора.
В среднем корпусе 3 в комбинированный подшипниковый узел, который состоит из упорного подшипника 5 и двух радиальных подшипников 6, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки, установлен вал 7 ротора. На консолях вала 7 закреплены колесо 8 турбины, размещенное в корпусе 2 турбины и колесо 9 компрессора, размещенное в корпусе 1 компрессора. На корпусе 3 установлен переходник 10, соединяющий систему смазки двигателя с маслораспределительными каналами 11 турбокомпрессора.
Для уменьшения теплопередачи между корпусом 2 турбины и средним корпусом 3 установлен экран 12 из жаростойкой стали. В корпусе 3 установлен маслосбрасывающий экран 13, который вместе с уплотнительными кольцами 14 и 15 служит для предотвращения утечки масла из полости корпуса 3 в проточные части компрессора и турбины.
С целью оптимизации уноса масла во впускной тракт двигателя через кольцо 14 уплотнительного узла компрессорной ступени, имеющего место по причине разрежения воздуха в полости (а) (фиг. 1), между внешним ободом колеса 9 компрессора, крышкой 4 корпуса компрессора и уплотнительным узлом компрессорной ступени на холостом ходу, на переходных режимах и на малых оборотах коленчатого вала двигателя, непосредственно на крышке 4 корпуса компрессора установлен байпасный клапан 16. Байпасный клапан установлен посредством адаптера 17, интегрированного в крышку 4 (фиг. 2). Забор воздуха в полость (а) на вышеперечисленных режимах осуществляется из воздухоочистителя двигателя через угольник 18 (фиг. 2).
С целью исключения попадания посторонних механических примесей в подшипниковые узлы турбокомпрессора, между переходником 10 и средним корпусом 3 турбокомпрессора дополнительно установлен сетчатый фильтр 19 масла (фиг. 3), что исключает дальнейшие повреждения и заклинивания плавающих втулок радиальных подшипников 6, вала 7 ротора и упорного подшипника 5 (фиг. 1).
В составе двигателя внутреннего сгорания заявляемый турбокомпрессор работает следующим образом.
Под действием отработавших газов двигателя колесо 8 турбины через вал 7 ротора вращает колесо 9 компрессора, при этом кинетическая энергия вращения колеса компрессора превращается в работу сжатия воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя.
Байпасный клапан 16, представляющий собой обратный автоматический клапан, при становлении давления в полости (а) менее 1 бара всегда начинает открываться и пропускать «холодный» воздух только в компрессорную ступень, активно охлаждать детали турбокомпрессора. При этом исключается унос масла из полости (а) во впускной тракт двигателя. При достижении давления воздуха колесом компрессора 1 бар и более, байпасный клапан 16 закрывается, при этом в поступлении воздуха через байпасный клапан нет необходимости, и турбокомпрессор продолжает работать в обычном режиме. Такое решение позволяет резко улучшить показатели надежности работы турбокомпрессора.
Масло на радиальные подшипники 6, упорный подшипник 5, а также в узлы уплотнения компрессорной ступени и турбинной ступени, из системы смазки поступает через дополнительный сетчатый фильтр 19 (фиг. 1, фиг. 3), далее - по отверстиям 11 среднего корпуса 3 турбокомпрессора и отверстиям плавающих втулок радиальных подшипников 6 (фиг. 1).
Моторное масло, отработав в подшипниковых узлах и в узлах уплотнения компрессорной и турбинной ступеней, далее выполняет функции охлаждения среднего корпуса и других деталей турбокомпрессора и сливается в картер двигателя внутреннего сгорания для дальнейшего охлаждения в теплообменнике и очищения в масляном фильтре двигателя внутреннего сгорания.
В определенных режимах работы турбокомпрессора, масло, просочившееся через уплотнение 14 компрессорной ступени, удерживается маслосбрасывающим экраном 15 и возвращается в масляный картер двигателя.
Заявляемые признаки технического решения позволяют резко улучшить надежность, технико-экономические показатели работы турбокомпрессора.
Устройство турбокомпрессора для наддува воздуха в двигатель внутреннего сгорания соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.