КОРПУС РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЙ ТУРБИНЫ ТУРБОКОМПРЕССОРА Российский патент 2005 года по МПК F01D25/24 

Изобретения относятся к турбокомпрессорным агрегатам системы наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания карбюраторных и дизельных.

Известен турбонагнетатель с регулируемой мощностью, содержащей корпус с фланцами, рабочую полость колеса турбины, разгонный участок, улитку со щелевым конфузором, клапан перепуска, диафрагменное устройство, изменяющее проходное сечение концевой части спирального канала корпуса (пат. Японии №4-44088, F 02 B 37/12). Недостатком данной разработки является недостаточная надежность конструкции устройства, осуществляющего регулирование мощности турбин.

Технической задачей данной разработки является создание корпуса радиально-осевой турбины турбокомпрессора, позволяющего увеличить мощность турбины, а следовательно, и мощность двигателя на режимах “малого газа” при числах оборотов коленчатого вала 1100... 1800 об/мин.

Данная цель достигается за счет корпуса радиально-осевой турбины турбокомпрессора, имеющего фланцы, рабочую полость колеса турбины, разгонный конический участок, оканчивающийся безлопаточным сопловым аппаратом в виде улитки со щелевым конфузором, при этом базовая стенка внутренней поверхности улитки перпендикулярна оси турбины, а задняя наклонена к оси турбины под углом определяемым из равенства

где β - угол наклона задней стенки улитки в заданном сечении;

D - внутренний диаметр улитки в заданном сечении;

b - ширина щелевого конфузора;

Δ =d₁-d₂ - перепад диаметров участка формирования газового потока на входе в щелевой конфузор.

Оптимальное соотношение диаметров щелевого конфузора составляет d₂/d₃=1,04.

Данная техническая разработка обеспечивает повышение эффективности турбонаддува на режимах “малого газа” двигателя (оборотах 1100... 1800 об/мин коленчатого вала), что позволяет увеличить давление наддува и, значит, мощность двигателя (приемистость).

На фиг.1 изображен корпус радиально-осевой турбины турбокомпрессора в разрезе, на фиг.2 разрез А-А, на фиг.3 - элемент Б - увеличенное сечение улитки.

Корпус радиально-осевой турбины (корпус) имеет фланец 1 входа рабочего тела, фланец 2 - выхода рабочего тела, рабочую полость 3 колеса турбины (не показано), клапан перепуска 4, разгонный конический участок 5, безлопаточный сопловой аппарат (улитку) 6 со щелевым конфузором 7, базовую стенку 8 улитки, перпендикулярную оси 9 турбины, заднюю стенку 10, наклоненную под углом β к оси 9 турбины. Для каждого конкретного корпуса турбины значения d₁, d₂, d₃, и b - постоянные величины; d₁ - внутренний диаметр улитки; d₂ - входной диаметр щелевого конфузора; d₃ - диаметр на выходе щелевого конфузора; D - внутренний диаметр улитки в заданном сечении; b - ширина щелевого конфузора; Δ = d₁ - d₂; d₂/d₃ ≈_{1,04; 1/2Δ - длина формирования газового потока на входе в щелевой конфузор.}

Корпус такой конструкции обеспечивает выход газового потока в безлопаточном направляющем аппарате корпуса турбины с большим углом выхода потока (30° -50° ), вместо углов 18° ... 20° для корпусов известных конструкций, что обуславливает малые углы атаки, а значит высокие скорости вращения ротора турбокомпрессора, при этом на выходе из компрессора обеспечивается наддув с высоким расходом и давлением воздуха. Двигатель существенно увеличивает мощность на малых оборотах коленчатого вала, сокращая тем самым время выхода на номинальный режим. Рабочее тело через фланец 1, разгонный конический участок 5, безлопаточный сопловой аппарат 6 со щелевым конфузором 7 поступает в рабочую полость колеса турбины, совершает работу и через фланец 2 выходит из корпуса. Оптимальное соотношение диаметров щелевого конфузора составляет d₂/d₃~1,04.

В области низких и средних скоростных режимах газ из выхлопного коллектора двигателя (не показан) поступает в рабочую полость 3 турбины, совершает полезную работу, которая затрачивается на привод компрессора, сидящего на одном валу с турбиной. Компрессор всасывает атмосферный воздух, сжимает его до определенного давления наддува и подает его в цилиндры двигателя. В области низких и средних скоростных режимов коленчатого вала n=1100... 1800 об/мин двигателя турбокомпрессор работает в нерегулируемом режиме, клапан перепуска 4 закрыт до определенного давления наддува (≈ 1,2 кгс/см²), после чего он приоткрывается и осуществляет перезапуск газа в корпусе турбины из подводящего патрубка непосредственно на выхлоп.

В области высоких скоростных режимов в турбокомпрессоре с корпусом турбины данной конструкции начало перепуска происходит гораздо раньше при меньшей скорости вращения коленчатого вала двигателя. Двигатель ощущает влияние турбонаддува уже при малых оборотах вала, что обусловлено повышением эффективности турбины за счет значительного уменьшения углов атаки при входе газового потока на лопатки рабочего колеса турбины.

Корпус радиально-осевой турбины турбокомпрессора систем наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания имеет фланцы, рабочую полость колеса турбины, клапан перепуска и разгонный конический участок. Разгонный конический участок оканчивается безлопаточным сопловым аппаратом в виде улитки с щелевым конфузором, имеющим базовую и заднюю стенки. Оптимальное соотношение диаметров щелевого конфузора составляет 1,04. При этом базовая стенка улитки перпендикулярна оси турбины, а задняя наклонена под углом β. Угол наклона β зависит от внутреннего диаметра улитки, ширины щелевого конфузора и перепада диаметров участка формирования газового потока на входе в щелевой конфузор. Данное техническое решение позволяет увеличить мощность турбины, мощность двигателя на режимах "малого газа" при числах оборотов коленчатого вала 1100...1800 об/мин. 3 ил.

Корпус радиально-осевой турбины турбокомпрессора, имеющий фланцы, рабочую полость колеса турбины, клапан перепуска, разгонный конический участок, оканчивающийся безлопаточным сопловым аппаратом в виде улитки с щелевым конфузором, имеющим базовую и заднюю стенки, отличающийся тем, что оптимальное соотношение диаметров щелевого конфузора составляет 1,04, базовая стенка внутренней поверхности улитки перпендикулярна оси турбины, а задняя наклонена к оси турбины под углом, определяемым из равенства

где Д - внутренний диаметр улитки в заданном сечении;

В - ширина щелевого конфузора;

Δ - перепад диаметров участка формирования газового потока на входе в щелевой конфузор;

β - угол наклона задней стенки улитки в заданном сечении.