PL149193B1 - Combustion gas powered supercharging turbocompressor - Google Patents

Description

POLSKA RZECZPOSPOLITA LUDOWA	OPIS PATENTOWY	149 193
Patent dodatkowy do patentu nr---
igf	Zgłoszono: 86 02 19 /P. 258019/	\ «-Sj
	Pierwszeństwo : 85 02 20 Szwilcal·ia
		Int. Cl.4 FQ2C 6/12
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 86 10 21	F02B 37/12 F01D 17/14
PRL	Opis patentowy opublikowano: 90 04 30

Twrca wynalazku -Uprawniony z patentu: BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri 8c Ce, Baden /Szwajcaria/

TURBOSPRęŻARKA DOŁADOWUJĄCA NAPĘDZANA GAZAMI SPALINOWYMI

Przedłożony wynalazek dotyczy turbosprężarki doładowującej napędzanej gazami spalnoowymi do silntkow spalnnowych. W silnikach spalnnowych turbosprężarki doładowujące napędzane gazami spalńnowymi, służą do zwiększenia mocy. W wielu zastosowań ch o zmiennej ilości obrotów silnika, np. napędy stakkow i pojazdów, jest pożądane wysokie ciśnienie ładowania przy małych ilościach obrotów. Do względnego podniesienia ciśnienia ładowania przy obciążeniu częścicwym, w porównaniu do obciążenia całkowitego, są znane różnorodne rozwiązania, przykładowo zastosowanie turbiny o specjalnie wąskim przekroju prze^^wym, który umoóliwia, że ciśnienie ładowania jest podniesione w całym zakresie pracy. Dzięki temu ciśnienie ładowania przy obciążeniu całkowitym nie przekracza dopuszczalnej wartości, przy wysokich mocach jest uwalniana na zew^^trz albo część powietrza ładowania po sprężeniu lub część gazów spalinowych przed turbiną. Niedogodność tego rozwiązania polega na tym, że uwoonienie powietrza lub gazu o wysokim ciśnieniu jednocześnie oddziaływuje na pogroszenie sprawności turbosprężarki, co podwyższa zużycie paliwa.

Dalszą możliwość względnego podniesienia ciśnienia ładowania przy obciążeniu częścowwym stwarza zastosowanie przestawianych łopatek kierujących turbiny. Dzięki temu przekrój poprzeczny turbiny może być nastawiany na większy przy obciążeniu całkowitym i na mniejszy przy obciążeniu częścow^m. Niedogoność tego rozwiązania polega na tym, że przestawianie większej ilości łopatek kierujących, np. 18 do 36 łopatek jest me149 193

149 193 chanicznie bardzo skomplikowane i nie zapewnia pewnej pracy, zwłaszcza gdy turbosprężarka jeet zasilana gazami spaliowwymi silnika wysokoprężnego, napędzanego olejem ciężkim. Przy tym istnieje niebezpieczeństwo erozji ruchomych łopatek kierujących przez twarde cząsteczki sadzy lub przeszkodzenia ruchliwości łopatek kierujących przez osad nie całkowicie spalonych cząsteczek paliwa.

Z opisu patentowego RFN nr 29 34 041 i 33 46 472 są znane turbiny na gazy spalinowe, w których różnorodne kanały przejmują zależne od obciążenia dopływy do łopatek kierujących. Te turbiny mają jednak bezłopatkowe przejściowe urządzenia kierujące.

Z europejskiego opisu patenoowego nr 0 093 462 jest znana turbina, która jest zaopatrzona w suwak piiΓŚcinnitoy, przestawiałny w kierunku osóowym do zmiany przekroju poprzecznego turbiny, przy czym suwak pierścinioowy jest umieszczony pomiędzy przyrządem kierującym a łopatkami kierującymi turbiny. To powoduje, że przy obciążeniu częścowwym strumień gazów spalioooych jest doprowadzany na wierzchołek łopatek wirujących a więc tam, gdzie oddziaływujący odśrodkowo strmień gazu spainoowego jest największy i dlatego istnieje zawsze niebezpieczeństwo, że mały przekrój poprzeczny przepływu może byó zaczopowany przez cząsteczki sadzy. Ponieważ powierzchnie czo^^we suwaka pierścienoowego są ukształiowaie jako nie odrywające opływu, to biorąc pod uwagę zmienny strumień gazu spaM^^go może to prowadzić do konstrukcyjnie nie optymalnych kompromisów.

Zadaniem wynalazku jest obniżenie, przy turbosprężarkach doładowujących napędzanych gazami spaMioowymi, na wstępie podanego rodzaju, ciśnienia ładowania przy obciążeniu całkowitym, bez pogorszenia sprawności turbiny, co zostało rozwiązane przez cechy zastrzeżeń patentowych. Zasadnicza zaleta wynalazku jest widoczna w tym, że przy obciążeniu częśc^w^^ silnika spalinowego, turbina jest zasilana tylko przez główny wieniec kierujący. Najpierw przy obciążeniu całkowitym jest otwarta klapa, zabudowana na stronie dopływowa;), przez co tam rozgałęzia jący się strimień gazu spadowego jest również, przez boczny wieniec kierujący, który jest włączony równcoegle do głównego wieńca kieiuijącego, doprowadzany do turbiny. Ponieważ główny . wieniec kierujący o przekroju poprzecznym przepływu, większym od przekroju bocznego wieńca kierującego, znajduje się na zewnątrz kanału dopływowego, nie istnieje żadne niebezpieczeństwo zaczopowania przez cząsteczki sadzy przekroju poprzecznego przepływu. Dalej w bezpośrednim sąsiedztwie łopatek kierujących nie ma żadnych ruchomych części, przez co również nie ma niebezpieczeństwa zanieczyszczenia osadem urządzenia przestaoczigo. Także sprawdzanie 1 czyszczenie klapy, umiejscowionej pod prąd, jest dokonywane łatwiej od czyszczenia urządzenia przeslewazego w obszarze łopatek kierujących i wirujących.

W uprzywilejowanej postaci wykonania wynalazku boczny wieniec kierujący jest tak ukształoowany, że przy obciążeniu częścitwym przepływ w turbinie nie jest istotnie zaburzony przez zamknnęty kanał dopływowy bocznego wieńca kierującego. Osiągnięto to dzięki temu, że ^^e^wn^jrzny zarys południka głównego wieńca zębatego leży zasadniczo na przedłużeniu oewwntΓZiego zarysu południka łopatek wirujących turbiny, przy czym zależnie od przeznaczenia turbosprężarki doładowuuącej napędzanej gazami spalinooymi, mogą być przewidziane niewielkie oddalenia.

Przykłady wykonania wynalazku są przedstawione schematycznie na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia osiową turbosprężarkę doładow^ącą, napędzaną gazami spalinowymi z głównym 1 bocznym wieńcem kierującym 1 klapą zabudowaną na stronie dopływowej a fig. 2 również turbosprężarkę doładowującą napędzaną gazami spaMRow^! z różnymi wewnętrznymi zarysami południka łopatek kierujących i wirujących. Wsyysi^rLe niepotrzebne

149 193 elementy do bezpośredniego zrozumienia wynalazku są pominięte. Kierunek przepływu gazu spalinowego Jest zaznaczony strzałkami. Na obydwu figurach Jednakowe elementy są oznaczone Jednakowymi oznacznikami·

Jak Jest widoczne z fig. 1 strumień gazu spainnowego w obudowie 1 Jest rozdzielony przez ściankę działową 1a. Klapa 4, umiejscowiona na stronie dopływowej w obudowie, doprowadzającej gaz jest ułożyskowana w zgrubieniu ścianki działowej 1a. Klapa 4 jest pokazana w położeniu zamkniętym, to znaczy cały stnmień gazu spalńnowego przepływa tylko przez kanał główny 2. Zakończenie kanału głównego 2 jest utworzone, od strony wylotowej, przez główny wieniec kierujący 7, który składa się z licznych, stałych łopatek kierujących. Główny wieniec kierujący 7 jest, od strony zewnnęrznej kanału głównego 2, usytuowany pomiędzy obudową 1 a pierścienemm 9 zakrywającym turbinę, przy czym on ma w pi^c^miejnów^y^m kierunku wybranie 9a, ukształoowane odpowiednio do zarysu zewnętrznego głównego wieńca kierującego 7, przez co ścianka przepływu zewnętrznego kanału głównego 2, główny wieniec kierujący 7 i pierścień 9 zamakający turbinę nigdzie nie wystają tak, że przepływ w tym obszarze nie ma żadnych zaburzeń. Natomiast osiowe wybranie 9a jest tak umieszczone, że główny wieniec kierujący 7 jest uchwycony pomiędzy obudową 1 i pierścieneem 9 zamykającym turbinę i ustalony za pomocą śrub 10.

Pierścień 13, przewidziany pomiędzy równooegle usytuowanymi głównym wieńcem kierującym 7 i bocznym wieńcem kierującym 8, tworzy swoją kroplową postacią idealne, pod względem przepływu, przejście obydwu kanałów dopływowych 2, 3 do łopatek wirujących 6 turbiny. Ten pierścień 13 jest w tym przykładzie częścią głównego wieńca zębatego 7. Boczny wieniec kierujący 8 leży na mnejszej średnicy niż główny wieniec kierujący 7, a więc wewnntrz niego· Główny wieniec kierujący 7 jest ustalony na zgrubieniu, od strony odpływowej, ścianki działowej 1a, za pomocą sw^o^r^^a osiującego 14, który wchodzi w pierścień 13· Łopatki bocznego wieńca kierującego 8 mogą byó zamocowane albo do pierścienia 13 lub do ścianki wθwnitΓZijj 11. Ścianka wewwitrzna 11 tworzy zamk^ęcie kanału bocznego 3, ona jest zamocowana do szeregu żeber 1b, które wyytają osiowo i poprzecznie do kierunku przepływu w kanale bocznym 3, ze ścianki działowej 1a, za pomocą śrub 12.

Koło wirnikowe 5 niesie na swoim obwodzie szereg łopatek wirujących 6. Boczny wieniec kierujący 8 jest tak umieszczony, że przez zamknięcie klapy 4 strumień gazu spalinowego nie jest istotnie zaburzony przez łopatki wirujące 6. To jest osiągnięte przez to, że wewwitrzny zarys południka C2 głównego wieńca kierującego 7 leży zasadniczo na przedłużeniu wewnitΓZijgn zarysu południka C1 łopatek wirujących 6 turbiny. Jeżeli przy obciążeniu całkowitym jest wymagany większy otwór przep^Nowy na bocznym wieńcu kierującym 8, to obydwa zarysy południków C1, C2 są umieszczone z niewielkim wzajemnym przesunięciem, jak to widać z fig.2. Aby dzięki temu przepływ przez łopatki wirujące 6 nie był znacznie zaburzony, przesunięcie obydwu zarysów południków C1 , C2 musi byó wzajemnie utrzymane w wąskich granicach. Miarę jego przedstawia stosunek promieniowych otworów A i B, w miejscu przekroju wewwitΓznyąh zarysów południków G1, G2 z krawędzią od strory odpływowej strumienia, głównego wieńca kierującego 7. Otwór A powinien byó przy tym równy lub większy od 70% otworu B, emksymejnij jednak 110%.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patenoowe

   1 . Turbosprężarka doładowująca napędzana gazami spalnnwwymi do siników spalinowych. w której łopakkom wirującym Jest przypnZΓządkowaij ułopatkowane urządzenie kieru149 193 jące, które składa się z głównego wieńca kierującego, 1 bocznego wieńca kierującego z wzajemnie oddziel onymi kanałami dopływowymi, przy czym dopływ gazu spainoowego do bocznego wieńca kierującego jest sterowany przez klapę, znamienna tym, że boczny wieniec kierujący /8/ leży na mniejszej średnicy od głównego wieńca kierującego /7/ i» że klapa /4/ jest umieszczona od strony dopływowej bocznego wieńca kierującego /8/.
2. 2. Turbosprężarka doładowująca napędzana gazami spalinowym'i, według zastrz· 1, zna mienna tym, że wewnntrzny zarys południka /02/ głównego wieńca kierującego /7/ leży zasadniczo na przedłużeniu wewnnęrznego zarysu południka /01/ łopatek wirujących /6/.
3. 3· Turbosprężarka doładowująca napędzana gazami s^l^owymi, według zastrz· 2, znamienna tym, że promieniowy otwór /A/, powstały w miejscu przecięcia pomiędzy wewnntrzfym zarysem południka /02/ a krawędzią, od strony odpływowej, głównego wieńca kierującego /7/ wynosi 85 - 110% promieniowego otworu /B/, pomiędzy wewnitΓznym zarysem południka /01/ a krawędzią, od strony odpływowej, głównego wieńca kierującego /7/.
4. 4· Tnuobosprężarka, doładowująca napędzana gazami spalinowyml według zastrz· 1, znamienna tym, że klapa /4/ jest umieszczona w obudowie doprowadzającej gaz.

   Pracownia Poligraficzna UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 1500 zł