МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ТУРБОКОМПРЕССОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к автотракторному двигателестроению и может быть использована при создании новых и форсировании существующих двигателей внутреннего сгорания.
Известен турбокомпрессор по патенту RU2202052C2. Этот турбокомпрессор одновальный с колесом турбины, использующей для своего вращения энергию выхлопных газов ДВС и через вал колесо турбины приводит во вращение колесо компрессора. Воздействие лопаток колеса компрессора увеличивает давление надуваемого воздуха.
Недостатком этого турбокомпрессора является ограниченность давления надуваемого воздуха.
Известны турбокомпрессоры по патентам D2 US 2007130944 А1, имеющие соосную конструкцию роторов.
Известна также соосная конструкция винтов самолетов ТУ-95, АН-22, винты вращаются навстречу друг другу, это позволяет более полно использовать мощность двигателей и увеличить характеристики самолетов.
С целью улучшения характеристик турбокомпрессора и более полного использования энергии выхлопных газов для повышения давления наддуваемого воздуха предлагается соосная конструкция турбокомпрессора с вращением роторов в противоположенных направлениях, выхлопные газы ДВС поступают под минимальным углом и плоскости вращения первого турбинного колеса, в серповидном профиле ее лопаток выхлопные газы изменяют направление своего движения почти на 180°, затем воздействует на лопатки с серповидным профилем следующего турбинного колеса, в профиле лопаток вновь изменяют направление своего движения почти на 180°, для использования воздействия центробежных сил на выхлопные газы лопатки турбинных колес имеют криволинейный изгиб против направления вращения турбинных колес, для повышения давления наддуваемого воздуха лопатки компрессорных колес имеют криволинейный изгиб по направлению вращения компрессорных колес.
На фиг.1 изображен общий вид ТКР ДВС, на фиг.2 - наклон лопаток компрессорного колеса трубчатого вала, на фиг.3 - наклон лопаток турбинного колеса трубчатого вала, на фиг.4 - наклон лопаток компрессорного колеса внутреннего вала, на фиг.5 - наклон лопаток турбинного колеса внутреннего вала.
Для улучшения характеристик турбокомпрессора предлагается соосная конструкция турбокомпрессора с вращением роторов навстречу друг другу аналогично винтам самолетов ТУ-95, АН-22.
Многоступенчатый турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания состоит из корпуса 1, корпуса турбинных колес 2, корпуса компрессорных колес 3. Корпуса 1, 2, 3 и их составные части соединены между собой стяжными хомутами 4 с внутренним треугольным профилем, центрация корпусов 1, 2, 3 и их составных частей производится кольцевыми выступами 5, которые входят в соответствующие им выточки. В корпусах 1, 2, 3, установлены соосно валы роторов ТКР, вал 6 выполнен полым, внутри него расположен вал 7. Вал 6, 7 вращаются на подшипниках 8, имеющих на торцах канавки 9, подшипники 8 расположены в соответствующих выточках корпусов 1, 2, 3, смазка (масло из системы смазки ДВС) подается по каналам 10 и сливается по каналам 11. Вал 6 выполнен, как единое целое с колесом турбины 12 и втулок лабиринтного уплотнения 13 с канавками, в которых установлены по 2 и более пружинные кольца 14. Вал 7 выполнен как единое целое с колесом турбины 15 и втулками 16, 17 лабиринтных уплотнений с канавками, в которых установлены по 2 и более пружинные кольца 18. На противоположенном конце вала 6 на шлицах установлены: компрессорное колесо 19 и втулка лабиринтного уплотнения 20, в ее канавках установлены по 2 и более пружинные кольца 14. Компрессорное колесо 18 и втулки 19 на валу 6 закреплены гайкой 21. На шлицевом конце вала 7 установлено компрессорное колесо 22, оно закреплено резьбовой втулкой 23 с направлением резьбы противоположном направлению вращения вала 7. В канавках втулки 23 установлены по 2 и более пружинные кольца 24. Подшипника 8 вала 7 с торцов закрыты фланцами 25, 26. Между корпусом 2 и фланцем 26 установлены регулировочные прокладки 27 для регулировки осевого перемещения вала 7.
Корпус 2 турбинных колес имеет патрубок 28 поступления выхлопных газов из цилиндров ДВС и патрубок 29 для выхода выхлопных газов из корпуса 2.
Корпус 3 компрессорных колес имеет патрубок 30 для поступления воздуха в корпус 3 и патрубок 31 для выхода сжатого воздуха из корпуса 3, подачи воздуха в цилиндры ДВС.
При работе ДВС выхлопные газы поступают в патрубок 28 корпуса 2 турбинных колес, по касательной под небольшим углом к плоскости входа в колесо турбины 12 воздействуют на ее серповидные лопатки, придают вращение колесу турбины 12, в серповидном профиле ее лопаток выхлопные газы изменяют направление своего движения почти на 180°, под небольшим углом к плоскости входа в колесо турбины 15 воздействуют на серповидные лопатки колеса турбины 15, придают колесу турбины 15 вращение в противоположном направлении вращения колеса турбины 12.
Согласно расчетам ГТД изменение направления газов на 180° повышает эффективность использования энергии газов в 2 раза. В серповидном профиле лопаток колеса турбины 15 выхлопные газы вновь изменяют направление своего движения почти на 180° и по патрубку 29 удаляются из корпуса 2 турбинных колес.
Получившее вращение колесо турбины 15 через вал 7 проводит во вращение колесо компрессора 22, лопатки которого при большой окружной скорости засасывают воздух из впускного патрубка 30, затем поток сжатого воздуха приобретает поступательно-вращательное движение, вращающееся в противоположном направлении колесо турбины 12 через вал 6 приводит во вращение компрессорное колесо 18, лопатки которого встречаются с потоком сжатого воздуха, при большой окружной скорости лопаток происходит дополнительное сжатие потока воздуха, возрастает суммарное избыточное давление наддува воздуха в цилиндры ДВС.
2
2
Одноступенчатые турбокомпрессоры обеспечивают избыточное давление наддува 0,4÷0,6 кг/см, многоступенчатый турбокомпрессор с противоположным относительно друг друга направлением вращения соосных роторов может обеспечить давление наддува, равное произведению избыточных давлений каждой ступени, что может достигнуть 1,96÷2,54 кг/см, это позволит значительно увеличить литровую мощность двигателей внутреннего сгорания, криволинейный изгиб лопаток турбинных и компрессорных колес позволяет более равномерно распределить потоки газов и воздуха по проходным сечениям соответствующих корпусов.