ТУРБОКОМПРЕССОР Российский патент 2006 года по МПК F04D17/00 

Предлагаемое изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к производству турбокомпрессоров.

Известно устройство, содержащее корпус и последовательно расположенные в нем рабочее колесо и лопаточный диффузор со щитком, размещенным в зоне покрывного диска и снабженным радиальными ребрами, контактирующими с торцовой стенкой корпуса (см. а.с. СССР №1342126). Указанное устройство повышает КПД компрессора.

Известно также устройство для совмещения радиальной турбины турбонагнетателя с двигателем внутреннего сгорания, причем радиальная турбина на входе газа имеет впускную газовую камеру, замыкающуюся в пространственном отношении при помощи соплового кольца, а на выходе газа имеет рабочее колесо с лопатками, а также выпускной фланец, соединенный с впускной газовой камерой, укрепленный на ней с возможностью разъема с помощью затяжки и по меньшей мере одного болта, расположенного в направлении периметра. Это устройство помогает уменьшить затраты и время на изготовление.

Из всех устройств аналогичного назначения наиболее близким по технической сущности является устройство, реализованное в турбокомпрессоре 6ТК производства ОАО "Холдинговая компания Коломенский завод имени Куйбышева", г.Коломна. Ввиду того, что это устройство обладает совокупностью существенных признаков, наиболее близких к предлагаемому изобретению, оно принято в качестве прототипа. Оно представляет собой турбокомпрессор, содержащий рабочее колесо с лопатками, лопаточный сопловой аппарат с кожухом, газоприемный корпус, выхлопной корпус, компрессор с воздухоприемным патрубком, причем рабочие колеса турбины и компрессора насажены на один вал и установлены с возможностью вращения на подшипниковых опорах.

Данное устройство позволяет обеспечить нормальную работу турбокомпрессора, автоматически выходящего на режим, соответствующий заданному режиму дизеля. Однако отличительной особенностью прототипа является сложность его сборки и разборки, что особенно сказывается в процессе выполнения ремонтных работ и работ по техническому обслуживанию. Это определяется конструктивными особенностями прототипа, приводящими к тому, что при упомянутых операциях приходится выполнять снятие турбокомпрессора с дизеля и полную разборку. Кроме того, имеет место сильный нагрев подшипников и большая нагрузка на них, что неблагоприятно сказывается на условиях эксплуатации.

Таким образом, в прототипе не достигается технический результат, выраженный в повышении удобства обслуживания и улучшении условий эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном турбокомпрессоре, содержащем рабочее колесо с лопатками, лопаточный сопловой аппарат с кожухом, газоприемный корпус, выхлопной корпус, компрессор с воздухоприемным патрубком, причем рабочие колеса турбины и компрессора насажены на один вал и установлены с возможностью вращения на подшипниковых опорах, корпус компрессора выполнен в виде одной детали с закрепленными на нем фасонной вставкой и диффузором, выхлопной корпус выполнен в виде отдельной детали, причем узел опорно-упорного подшипника расположен в корпусе компрессора, а узел опорного подшипника расположен в выхлопном корпусе. Лопаточный сопловой аппарат выполнен в виде одной детали. Газоприемный корпус выполнен в виде отдельной детали.

В результате проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не было выявлено устройства с такой совокупностью существенных признаков и обеспечивающего заявленный технический результат. Таким образом, можно предположить, что предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, обладающее новизной и промышленной применимостью и имеющее изобретательский уровень.

На чертеже представлен продольный разрез турбокомпрессора.

Основными частями его являются остов, ротор, подшипники, уплотнения, сопловой аппарат, диффузор. Турбокомпрессор выполняется по бесконсольной схеме. Воздухоприемный патрубок 1 закреплен на корпусе 2 компрессора. Остов турбокомпрессора состоит из трех изготовленных из чугуна корпусных деталей: корпуса 2 компрессора, выхлопного корпуса 8 и газоприемного корпуса 11. Корпус 2 компрессора может изготавливаться из алюминиевого сплава. Газоприемный 11 и выхлопной 8 корпусы изготавливаются сварно-литыми из стали или литыми из серого чугуна. Они центрируются между собой посадочными буртами и соединены фланцами. Корпус 2 компрессора имеет входное отверстие для воздуха и спиральный канал, по которому воздух, сжатый в колесе 3 компрессора и диффузоре 4, направляется в систему воздухоснабжения дизеля. В центральной части корпуса 2 компрессора имеется полость, в которой монтируется опорно-упорный подшипник и уплотнение компрессора. Корпус 2 компрессора имеет фланец для подсоединения трубопровода отсоса газов из картера двигателя. На корпусе 2 компрессора установлена аварийная захлопка для защиты дизеля от разноса. Газоприемный корпус 11 имеет два канала, по которым газы из выхлопного коллектора дизеля направляются в турбину. В центральной части газоприемного корпуса 11 расположены уплотнения компрессора, препятствующие утечкам сжатого воздуха из компрессора в газовую полость выхлопного корпуса 8. Отработавшие в турбине газы через выхлопной корпус 8 удаляются в атмосферу. В центральной части выхлопного корпуса 8 находится полость, в которой монтируется опорный подшипник 9 и уплотнение турбины. Газоприемный 11 и выхлопной 8 корпусы охлаждаются водой из системы охлаждения дизеля. Ротор состоит из рабочих колес турбины 7 и компрессора 3, имеющих общий вал 5. Лопатки колеса 7 турбины соединены с диском с помощью "елочных замков", что позволяет заменять отдельные лопатки в случае их повреждения. Диск и лопатки колеса 7 турбины изготовлены из специальных жаропрочных сталей. На валу ротора 5 установлены колесо 3 компрессора и спаренный с ним вращающийся направляющий аппарат (ВНА), изготовленные фрезерованием из деформируемого алюминиевого сплава. Колесо 3 компрессора установлено на валу 5 с зазором и вместе с ВНА фиксируются от проворачивания, колесо 3 - штифтами, а ВНА - шлицами, а от осевого смещения - гайкой. Вал 5 ротора по концам имеет закаленные цапфы, работающие в подшипниках 9 и 12 скольжения. На конце вала 5 со стороны компрессора установлена пята (не показана). Она имеет закаленную рабочую поверхность, через которую осевые усилия, действующие на ротор в направлении от турбины к компрессору, передаются на подпятник. На наружной цилиндрической поверхности пяты выполнена левая резьба, которая используется для навертывания съемника при снятии и установке пяты. Шайба, закрепленная гайкой, ограничивает осевое перемещение (люфт ротора) в подшипнике. Подшипники 9 и 12 служат опорами ротора. Подшипник 9, расположенный со стороны компрессора, является опорно-упорным, то есть он воспринимает как радиальные, так и осевые усилия. Он состоит из стального корпуса, втулки из высокооловянистой бронзы, упругой опоры и подпятника. Подшипник 9, расположенный со стороны турбины, является опорным и состоит из стального корпуса и втулки из высокооловянистой бронзы. Радиальный зазор между втулкой и корпусом в упомянутых подшипниках 9 и 12 при работе заполняется маслом и служит для демпфирования колебаний ротора. Масло к подшипникам подается из системы смазки двигателя. Снаружи полости подшипников 9 и 12 закрыты крышками. Уплотнения отделяют полости этих подшипников от внутренних полостей компрессора и турбины (не показано). Уплотнение компрессора препятствует уносу масла из полости опорно-упорного подшипника 9 в компрессор. Уплотнение турбины препятствует прорыву горячих газов из турбины в полость подшипника и предотвращает попадание масла из полости подшипника в турбину. Сопловой аппарат является элементом проточной части турбины. Горячие газы, проходя неподвижные направляющие лопатки соплового аппарата и приобретая высокую скорость и нужное направление, попадают на лопатки колеса 7 турбины. Сопловой аппарат состоит из соплового венца 10, несущего неподвижные лопатки, и охватывающего его кожуха 6. Диффузор 4 представляет собой диск с лопатками, образующими решетку. Уплотнительная набивка компенсирует зазоры между диффузором 4 и газоприемным корпусом 11, а также выполняет роль уплотнительной прокладки.

Устройство по предлагаемому изобретению работает следующим образом. Турбокомпрессор устанавливают на двигателе. Выхлопные газы с выхлопного коллектора дизеля (не показано) попадают в газоприемный корпус 11 турбокомпрессора. Они проходят через лопаточный сопловый аппарат 10, где им неподвижными лопатками соплового аппарата задается угол, под которым они попадают на лопатки колеса 7 турбины, поворачивая колесо. Потенциальная энергия давления выхлопных газов в сопловом аппарате турбокомпрессора преобразуется в кинетическую энергию направленного потока газов, которая преобразуется в механическую энергию вращения колеса турбины. Крутящий момент от колеса 7 турбины через вал 5 ротора передается на колесо 3 компрессора, которое при вращении обеспечивает всасывание воздуха из окружающей среды через воздухоприемный патрубок 1 в корпус 2 компрессора (улитку). Затем воздух подается в холодильник дизеля (не показано). На корпусе 2 компрессора установлена воздушная захлопка, предназначенная для автоматического перекрывания воздуха в случае разноса дизеля (при повышении давления масла в масляной магистрали дизеля на это реагирует мембрана, связанная с воздушной захлопкой).

В результате конструктивного исполнения предлагаемого изобретения по бесконсольной схеме обеспечивается разборка и замена подшипников без снятия турбокомпрессора с дизеля и полной разборки (в отличие от прототипа). При ремонте и обслуживании турбокомпрессора не требуется дополнительных устройств и принадлежностей. Кроме того, это обеспечивает уменьшение потерь на трение в подшипниках за счет уменьшения диаметра шеек вала ротора и втулок подшипников. Осевое исполнение узлов турбокомпрессора обеспечивает меньшую трудоемкость при изготовлении, повышает удобство при ремонте турбокомпрессора за счет облегчения доступа к подшипниковым узлам. Вынесение подшипников из наиболее нагреваемой зоны турбокомпрессора (в прототипе они располагались в газоприемном корпусе) в выхлопной корпус и корпус компрессора улучшает условия работы подшипников и увеличивает срок их службы. Корпус компрессора выполняется в виде одной детали, что упрощает технологию и снижает трудоемкость при ремонте.

В качестве примеров конкретного исполнения можно указать следующее. Выполнение корпуса компрессора, газоприемного и выхлопного корпуса обеспечивают литьем из чугуна марки СЧ20. Воздухоприемный патрубок выполняют литьем из алюминиевого сплава АК9Ч. Лопатки турбины и сопловые лопатки изготовляют литьем из жаропрочной стали ЖС6К, колесо компрессора - из алюминиевого сплава АК6. Остальные детали получают путем механической обработки, поковки, термообработки и сварки в условиях обычного машиностроительного предприятия.

Таким образом, как видно из вышеописанного, именно совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет обеспечить технический результат, выраженный в повышении удобства обслуживания и улучшении условий эксплуатации.

Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к производству турбокомпрессоров. Новым является то, что корпус компрессора выполнен в виде одной детали с закругленными на нем фасонной вставкой и диффузором, выхлопной корпус выполнен в виде отдельной детали, причем узел опорно-упорного подшипника расположен в корпусе компрессора, а узел опорного подшипника расположен в выхлопном корпусе. Изобретение повышает удобство обслуживания, улучшает условия эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Турбокомпрессор, содержащий рабочее колесо с лопатками, лопаточный сопловой аппарат с кожухом, газоприемный корпус, выхлопной корпус, компрессор с воздухоприемным патрубком, причем рабочие колеса турбины и компрессора насажены на один вал и установлены с возможностью вращения на подшипниковых опорах, отличающийся тем, что корпус компрессора выполнен в виде одной детали с закрепленными на нем фасонной вставкой и диффузором, выхлопной корпус выполнен в виде отдельной детали, причем узел опорно-упорного подшипника расположен в корпусе компрессора, а узел опорного подшипника расположен в выхлопном корпусе.2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что лопаточный сопловой аппарат выполнен в виде одной детали.3. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что газоприемный корпус выполнен в виде отдельной детали.