CS209850B2 - Double stage turboblower for the exhaust gases - Google Patents

Description

Vynález se týká dvoustupňového turbodmychadla na výfukové plyny pro spalovací motory, které je tvořeno alespoň dvěma, vždy jedním kompresorem a jednou turbinou na výfukové plyny opatřenými turbodmychadly, přičemž jedno turbodmychadlo je vytvořeno jako; vysokotlaké a druhé jako nízkotlaké a kompresor nízkotlakého turbodmychadla je předřazen kompreisoru vysokotlakého turbodmychadla, zatímco nízkotlaká turbina na výfukové plyny je zařazena za vysokotlakou turbinu na výfukové plyny.

Jako prostředek pro zvýšení výkonu u dieselových a plynových motorů se již dlouho obecně prosazuje a dobře osvědčuje přeplňování turbodmychadlem na výfukové plyny. Je snaha na základě přeplňování dále zvýšit střední pracovní tlak a pokud je to možné, snížit specifickou spotřebu pohonných hmot.

Turbodmychadla na výfukové plyny s vícestupňovými kompresory a turbinami jisou známá již delší dobu. První turbodmychadla na výfukové plyny byla například opatřena dvoustupňovým odstředivým regulátorem a nazpět zakřivenými lopatkami. Požadovaného poměru tlaku může být tímto způsobem dosaženo, s dobrým stupněm účinnosti.

Dále jsou známa dvoustupňová turbočer2 padla na výfukové plyny, u kterých, aby se snížila délka proudění plynu mezi vysokotlakou a nízkotlakou turbinou, jsou obě turbočerpadla uspořádána koaxiálně. Použití axiálních turbin umožňuje jednoduchou variaci rozdělení spádu. U tohoto známého uspořádání je nízkotlaký kompresor, nasávající plnicí vzduch, poháněn vysokotlakou turbinou se vtokem od motoru a vysokotlaký kompresor, ovlivňující vtok do motoru, nízkotlakou turbinou, protékající ve spojení na vysokotlakou turbinu. U tohoto známého uspořádání jsou v oblasti mezi vysokotlakou a nízkotlakou turbinou vytvořena vodicí zařízení pro odklonění proudu výfukových plynů, takže se obě turbiny pohybují stejným směrem, viz patentový spis Velké Británie č. 1 092 113.

Podle dalšího, známého vytvoření dvoustupňového turbodmychadla na výfukové plyny jisou turbina a kompresor vysokotlakého stupně a turbina a kompresor nízkotlakého stupně uspořádány vždy na jednom hřídeli a výstup výfukových plynů turbiny vysokotlakého turbočerpadla ústí bez vřazení odkloňovacího zařízení bezprostředně do vstupu výfukových plynů protisměrně otočné turbiny nízkotlakého turbodmychadla na výfukové plyny, viz vyložená vyhláška vynálezu NSR č. 2 223 970.

Tato známá vytvoření dvoustupňových turbodmychadel na výfukové plyny přinášejí,^ sebou oproti jednostupňovému plnění problémy, týkající se zejména prostorových poměrů, váhy a polohy kombinovaného systému v těžišti dieselová motoru.

Vynález si klade za úkol vytvořit dvoustupňové turbodmychadlo na výfukové plyny u kterého je vytvořena krátká dráha proudění mezi výstupem plynu vysokotlakého stupně a vstupem plynu nízkotlakého stupně a u kterého se dosáhne úspory prostoru a zamezí se nákladům na spojovací prvky, kompenzátory tepelné roztažnosti atd.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje dvoustupňové turbodmychadlo na výfukové plyny podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ve společné skříni, vytvořené z jednotlivých částí skříně, ve které jsou jednotlivé části skříně navzájem spojeny o sobě známými uvolňovatelnými spojovacími přírubami, jsou hřídel turbiny vysokotlakého stupně a hřídel turbiny nízkotlakého stupně uspořádány navzájem osově rovnoběžně.

Výhoda uspořádání výstupu výfukových plynů vysokotlakého stupně a vstupu výfukových plynů nízkotlakého stupně ve společné skříni spočívá zejména v malém konstrukčním prostoru, podstatném snížení váhy a zejména v příznivé poloze těžiště v motoru. Dále může být sníženo množství přídavných vedení výfukových plynů, čímž se dosáhne vedle snížení konstrukčních nákladů také lepších tlakových poměrů pro turbinu vysokotlakého stupně.

Podle dalšího výhodného vytvoření dvoustupňového turbodmychadla na výfukové plyny podle vynálezu je společná první část skříně upravena pro vysokotlaký vstup výfukových plynů a nízkotlaký výstup výfukových plynů, a druhá část skříně je upravena pro výstup výfukových plynů vysokotlakého stupně a pro vstup výfukových plynů nízkotlakého stupně.

Dále mohou být pro vysokotlaký vstup výfukových plynů a nízkotlaký výstup výfukových plynů upraveny samostatné části skříně.

Toto vytvoření umožňuje volnost při konstrukci přítokových a odtokových vedení pro vysokotlaký vstup a nízkotlaký výstup výfukových plynů, přičemž tak mohou být lépe využity již kritické konstrukční možnosti v motoru.

Na základě těchto konstrukčních opatření je možné ušetřit přídavnou spojovací přírubu mezi oběma částmi skříně, to jest mezi skříní pro výstup výfukových plynů vysokotlakého stupně a vstup výfukových plynů nízkotlakého stupně, jakož i pro skříň pro vstup výfukových plynů vysokotlakého stupně a výstup výfukových plynů nízkotlakého stupně.

Zvláště výhodné je uspořádání ložisek pro oba osově rovnoběžné hřídele turbin na vnějších stranách skříně turbiny.

Předností tohoto uspořádání ložisek je, že žádné z ložisek není vystaveno působení horkých výfukových plynů a dále je jednoduchá možnost kontroly a výměny.

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na několika příkladech provedení ve spojení s přiloženými výkresy.

Obr. 1 znázorňuje příčný řez dvoustupňovým turbodmychadlem na výfukové plyny se společnou skříní pro výstup výfukových plynů nízkotlakého stupně.

Obr. 2 znázorňuje příčný řez dvoustupňovým turbodmychadlem na výfukové plyny a oddělenou skříní pro vysokotlaký vstup výfukových plynů a nízkotlaký výstup výfukových plynů.

Na obrázcích 1 a 2 jsou stejné předměty vyznačeny stejnými vztahovými znaky.

Na obr. 1 je znázorněn hřídel 1 turbiny vysokotlakého· stupně turbodmychadla na výfukové plyny, na jehož jednom konci je uspořádáno turbinové kolo 2 vysokotlakého stupně a na protilehlém konci kompresor 3. Osově rovnoběžně к hřídeli 1 turbiny vysokotlakého stupně je vytvořen hřídel 4 turbiny nízkotlakého stupně turbodmychadla na výfukové plyny tak, že obdobně jakoi turbinové kolo 2 vysokotlakého stupně je uspořádáno turbinové kolo S nízkotlakého stupně a na protilehlém konci hřídele 4 turbiny nízkotlakého stupně je uspořádán nízkotlaký kompresor 6. Hřídel 1 turbiny vysokotlakého stupně s turbinovým kolem 2 vysokotlakého stupně, jakož 1 hřídel 4 turbiny nízkotlakého stupně s turbinovým kolem 5 nízkotlakého stupně jsou uloženy ve dvojité skříni, sestávající z první části skříně 7 a druhé částí skříně 7‘, přičemž první část 7 skříně obsahuje vysokotlaký vstup 8 výfukových plynů a nízkotlaký výstup 9 výfukových plynů, zatímco druhá část 7* skříně, spojená pevně s první částí 7 skříně prostřednictvím spojovací příruby, má výstup 10 výfukových plynů vysokotlakého stupně a vstup 11 výfukových plynů nízkotlakého stupně. Nízkotlaký kompresor 6 má vstup 12 nasávaného vzduchu, kterým je nasáván a v nízkotlakém kompresoru 6 předběžně stlačován čerstvý vzduch přiváděný prostřednictvím potrubí 13 přes chladič 14 plnicího vzduchu vysokotlakému kompresoru 3. Odtud proudí více stlačený vzduch výstupem 15 plnicího vzduchu к neznázorněnému motoru.

Jak je na obr. 2 znázorněno, je levá společná první část dvojité skříně ještě jednou rozdělena, a to tak, že vysokotlaký vstup 8 výfukových plynů a nízkotlaký výstup 9 výfukových plynů mají první samostatnou část 17· skříně pro vysokotlakou část a druhou samostatnou část 18 skříně pro nízkotlakou část turbodmychadla, přičemž obě skříně jsou spojeny jak navzájem spojovací uvolnitelnou přírubou 19, tak i druhou částí skříně 7‘, tvořící společnou část skříně pro výstup 10 výfukových plynů vysokotlakého stupně a vstup 11 výfukových plynů nízko209850 tlakého stupně. Samozřejmě může být použit jakýkoli druh spojovacích prvků. Také u tohoto příkladu provedení je uložení a vytvoření hřídele 1 turbiny vysokotlakého stupně s turbinovým kolem 2 vysokotlakého stupně a kompresorem 3 vysokotlakého stupně, hřídele 4 turbiny nízkotlakého stupně s turbinovým kolem 5 nízkotlakého stupně a nízkotlakým kompresorem 6, vstupu 12 nasávaného vzduchu, jakož i vedení plnicího vzduchu potrubím 13, chladičem 14 plnicího vzduchu a výstupem 15 plnicího vzduchu řešené stejným způsobem jako u obr. 1 a 2.

U všech znázorněných příkladů provedení jsou jak hřídel 1 turbiny vysokotlakého stupně, tak i hřídel 4 turbiny nízkotlakého stupně uloženy v ložiskách 20, která jsou vždy uspořádána na vnějších stranách skříně turbiny a tak nejsou pod přímým vli8 vem proudění horkých výfukových plynů a jsou snadno přístupná.

Uvedená použití se neomezují pouze na popsaná znázornění. Tak je možné například vedle první samostatné části 17 skříně a druhé samostatné části 18 skříně, jak je znázorněno na obr. 2, vytvořit také druhou část T skříně tak, že pro· výstup 10 výfukových plynů vysokotlakého' stupně bude vytvořena vždy zvláštní část skříně, přičemž obě části by mohly být spojeny prostřednictvím spojovací příruby.

Dvoustupňové turbodmychadlo na výfukové plyny podle vynálezu je vhodné pro dieselový a plynové motory, a to zejména pro motory tohoto typu s větším výkonem, jako jsou stacionární motory pro pohon strojů a soustrojí, lodní motory apod. Lze je však použít i pro motory mobilní.

Claims (5)

1. Dvoustupňové turbodmychadlo na výfukové plyny pro spalovací motory, které je tvořeno- alespoň dvěma, vždy jedním kompresorem a jednou turbinou na výfukové plyny opatřenými turbodmychadly, přičemž jedno turbodmychadlo je vytvořeno jako vysokotlaké a druhé jako nízkotlaké a kompresor nízkotlakého turbodmychadla je předřazen kompresoru vysokotlakého turbodmychadla, zatímco nízkotlaká turbina na výfukové plyny je zařazena za vysokotlakou turbinu na výfukové plyny, vyznačené tím, že ve společné skříni, vytvořené z první části (7) skříně a druhé části (7‘) skříně, případně z druhé části (7‘) skříně a první samostatné části skříně (17) a druhé samostatné části skříně (18), ve které jsou jednotlivé části skříně navzájem spojeny o sobě známými uvolňovatelnými spojovacími přírubami (19), jsou hřídel (1) turbiny vysokotlakého stupně a hřídel (4) turbiny nízkotlakého stupně uspořádány navzájem osově rovnoběžně.

2. Dvoustupňové turbodmychadlo podle bodu 1, vyznačené tím, že společná první část (7) skříně je upravena pro vysokotlaký vstup (8) výfukových plynů a nízkotlaký výstup (9) výfukových plynů, a že druhá část (7‘) skříně je upravena pro výstup

VYNALEZU (10) výfukových plynů vysokotlakého stupně a pro vstup (11) výfukových plynů nízkotlakého stupně.

3. Dvoustupňové turbodmychadlo! podle bodu 1 nebo 2, vyznačené tím, že pro vysokotlaký vstup (8) výfukových plynů je uspořádána první samostatná část skříně (17) a pro nízkotlaký výstup (9) výfukových plynů je upravena druhá samostatná část skříně (18).

4. Dvoustupňové turbodmychadlo: podle bodu 1, vyznačené tím, že první samostatná část skříně (17) pro vysokotlaký vstup (8) výfukových plynů a druhá samostatná část skříně (18) pro nízkotlaký výlstup (9) výfukových plynů a druhá část (7‘) skříně pro výstup (10) výfukových plynů vysokotlakého stupně a vstup (11) výfukových plynů nízkotlakého stupně jsou navzájem spojeny uvolnitelnými přírubami (19).

5. Dvoustupňové turbodmychadlo podle bodu 1, vyznačené tím, že jako v první části (7) skříně a druhé části (7‘) skříně, tak i v první samostatné části skříně (17) a druhé samostatné části skříně (18) jsou na vnějších stranách uspořádána ložiska (20) pro; navzájem osově rovnoběžně uspořádaný hřídel (1) turbiny vysokotlakého· stupně a hřídel (4) turbiny nízkotlakého stupně.