CZ299243B6

CZ299243B6 - Turbodmychadlo s variabilní geometrií rozvádecíchlopatek

Info

Publication number: CZ299243B6
Application number: CZ20040881A
Authority: CZ
Inventors: Pinkas@Jirí; Rejšek@František; Mach@Libor; Havelka@Oldrich; Poisl@Jaroslav
Original assignee: Cz A.S.
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2008-05-28
Also published as: AT501528B1; CZ2004881A3; AT501528A5; AT501528A2; WO2006015559A1; DE112005000065T5

Abstract

Rešení se týká turbodmychadla s variabilní geometrií rozvádecích lopatek, s nosicem rozvádecích lopatek, uloženým mezi ložiskovou skríní a skríní turbíny. Podstata spocívá v tom, že nosic (1) rozvádecích lopatek (2) je vytvoren jako miskovité teleso, které ve stredové oblasti má ztencené ploché dno(11), se stredovým otvorem (111), odpovídajícím pruchodu hrídele rotoru (20). V oblasti se vzdáleností od stredu mezi 30 % a 70 % vnejšího prumeru tohoto nosice (1) rozvádecích lopatek (2) má nosic (1) vytvorenu axiální válcovou výztuhu (12), dosahující ve smontovaném stavu až k celu ložiskové skríne (5) turbodmychadla, a to se zarucenou vulí o velikosti od 0,1 do 0,7 mm od tohoto cela. U obvodu nosice (1) rozvádecích lopatek (2) je soucasne vytvoren miskovitý okraj (13), dosedající ve smontovaném stavu na okraj cela ložiskové skríne (5), pricemž v radiálním smeru mezi axiální válcovou výztuhou (12) a miskovitým okrajem (13) nosice (1) rozvádecích lopatek (2) je vytvoreno zesílení (14) dna (11), ve kterém jsou provedeny lopatkové axiální otvory (112), ve kterých jsou uloženy svými cepy (21) rozvádecí lopatky (2). Na vnitrní strane jsou na cepech (21) rozvádecích lopatek (2) upevnena stavecí ramena (4).

Description

rozváděčích lopatek, s nosičem rozváděčích lopatek, uloženým mezi ložiskovou skříní a skříní turbíny. Podstata spočívá v tom, že nosič (1) rozváděčích lopatek (2) je vytvořen jako miskovité těleso, které ve středové oblasti má ztenčené ploché dno (11), se středovým otvorem (111), odpovídajícím průchodu hřídele rotoru (20). V oblasti se vzdáleností od středu mezi 30 % a 70 % vnějšího průměru tohoto nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) má nosič (1) vytvořenu axiální válcovou výztuhu (12), dosahující ve smontovaném stavu až k čelu ložiskové skříně (5) turbodmychadla, a to se zaručenou vůlí o velikosti od 0,1 do 0,7 mm od tohoto čela. U obvodu nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) je současně vytvořen miskovitý okraj (13), dosedající ve smontovaném stavu na okraj čela ložiskové skříně (5), přičemž v radiálním směru mezi axiální válcovou výztuhou (12) a miskovitým okrajem (13) nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) je vytvořeno zesílení (14) dna(l 1), ve kterém jsou provedeny lopatkové axiální otvory (112), ve kterých jsou uloženy svými čepy (21) rozváděči lopatky (2). Na vnitřní straně jsou na čepech (21) rozváděčích lopatek (2) upevněna stavěči ramena (4).

Turbodmychadlo s variabilní geometrií rozváděčích lopatek

Oblast techniky

Vynález se týká turbodmychadel s variabilní geometrií rozváděčích lopatek turbíny, určených především pro přeplňování spalovacích motorů. Zejména se jedná o řešení skříně turbíny a uložení soustavy rozváděčích lopatek.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známa různá řešení skříní turbodmychadel, zejména pak ve spojitosti s různým uspořádáním natáčivých rozváděčích lopatek v této skříni. Co se týče uspořádání lopatek, ústrojí jejich pohonu a synchronizace jejich natáčení, jsou známy v principu dva hlavní typy konstrukce. V jednom případě se jedná o natáčení lopatek pomocí hřídele, který je i osou uložení a osou otáčení těchto lopatek. Pohyb všech lopatek je pak synchronizován prstencem, uloženým v základním tělese turbodmychadla, přičemž tento prstenec je natáčen páčkou nebo táhlem s napojením na pohonné ústrojí vně skříně. V jiném případě se natáčení lopatek provádí přímo prstencem, uloženým po straně lopatek, přičemž propojení prstence s lopatkami je vytvořeno prostřednictvím výstupků na lopatkách, zapadajících do prohlubní či drážek v prstenci, případně i obráceně. Oba tyto principy mají určité výhody i nevýhody. Synchronizační prstenec umístěný v prostoru mimo lopatky je sám o sobě chráněn proti vysoké teplotě, ale může mít zase větší předpoklad pro zanášení karbonem. U prstence, umístěného u lopatek je pak situace právě opačná. Co se týče skříně turbodmychadla, pak jedním z důležitých momentů je dosažení dobré tepelné izolace mezi prostorem lopatek a turbíny a prostorem ložisek, ve kterých je uložen společný hřídel turbíny a dmychadla, a kde je třeba omezit přívod tepla tak, aby nedošlo k přehřívání jak ložiska, tak současně i procházejícího oleje. Na podporu této izolace je příkladně známo řešení podle spisů US 4643640, US 4654941 US 4659295, a US 4804316, kde ve skříni turbodmychadla je v rovině za vstupem hřídele do ložiskového prostoru uspořádán stínící plech. Toto tepelné odstínění může ale při extrémní zátěži být nedostatečné, přičemž jako další úprava pro snížení nebezpečí vzájemných deformaci a případného zadírání se uvádí vzájemné spojení lopatkového prstence a ústrojí pro dosažení rotace, resp. natáčení lopatek. Co se týče ještě jiných podobných konstrukcí ložiskové skříně a její stěny, resp. doplňkových dílů s úpravou pro uložení rozváděčích lopatek, jsou ještě známa příkladně provedení dle spisů US 4679984 a US 4770603.

Ve všech uvedených provedeních se jedná vždy o kompromis mezi shora zmíněnými požadavky a také požadavkem na pokud možno jednoduchou konstrukci se snadnou montáží. Jednou z nevýhod současných řešení se jeví zejména poměrně komplikovaný tvar čela ložiskové skříně, často nedostatečné tepelné odstínění ložiskového prostoru a mnohdy i poměrně velký celkový rozměr turbodmychadla, především s ohledem na rozměry prostoru pro uložení ovládací soustavy lopatek a synchronizačního prstence.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody se ve všech směrech redukují a vytvoření kompaktního celkového tvaru i dobré tepelné izolace ložiskového prostoru turbodmychadla, při současné poměrně jednoduché konstrukci a montáži skříně, se dosahuje u turbodmychadla s variabilní geometrií rozváděčích lopatek, s nosičem rozváděčích lopatek, uloženým mezi ložiskovou skříní a skříní turbíny, podle předkládaného vynálezu, kde podstata spočívá v tom, že nosič rozváděčích lopatek je vytvořen jako miskovité těleso, které ve středové oblasti má ztenčené ploché dno, se středovým otvorem, odpovídajícím průchodu hřídele rotoru, v oblasti se vzdáleností od středu mezi 30 % a 70 % vnějšího průměru tohoto nosiče rozváděčích lopatek má nosič vytvořenu axiální válcovou výztu-1 CZ 299243 B6 hu, dosahující ve smontovaném stavu až k čelu ložiskové skříně turbodmychadla, a to se zaručenou vůlí o velikosti od 0,1 do 0,7 mm od tohoto čela, a u obvodu nosiče rozváděčích lopatek je současně vytvořen miskovitý okraj, dosedající ve smontovaném stavu na okraj čela ložiskové skříně, přičemž v radiálním směru mezi axiální válcovou výztuhou a miskovitým okrajem nosiče rozváděčích lopatek je vytvořeno zesílení dna, ve kterém jsou provedeny lopatkové axiální otvory, ve kterých jsou uloženy svými čepy rozváděči lopatky, přičemž na vnitřní straně jsou na čepech rozváděčích lopatek upevněna stavěči ramena. S výhodou může nosič rozváděčích lopatek být centrován vůči ložiskové skříni vnitřním povrchem válcové opěiy dna. Výhodou také může být, jestliže stavěči ramena rozváděčích lopatek směřují ke středu nosiče rozváděčích lopatek, přičemž hlavy stavěčích ramen zapadají do vnějších stavěčích výřezů stavěcího kroužku, uloženého v radiálním směru na válcovém povrchu, vytvořeném na čele ložiskové skříně, a v axiálním směru vedeného mezi radiální čelní plochou ložiskové skříně a protilehlou radiální čelní plochou axiální válcové výztuhy nosiče rozváděčích lopatek. Z funkčního hlediska přinese výhodu, jestliže vnitřní povrch stavěcího kroužku dosedá na vnější válcový povrch, vytvořený na ložiskové skříni, přes odlehčovací zářezy. Dále může být ještě výhodné, je-li u okraje obvodového límce ložiskové skříně vytvořen axiální otvor, ve kterém je uložen čep ovládání stavěcího kroužku, kde na tomto čepu je na vnitřní straně upevněno ovládací rameno stavěcího kroužku, kde hlava tohoto ovládacího ramena zapadá do ovládacího výřezu na povrchu stavěcího kroužku, a na vnější straně čepuje upevněna páka táhla. Co se týče ovládání stavěcího kroužku, může být výhodou, jestliže ovládací rameno stavěcího kroužku směřuje k ose turbodmychadla, zatímco páka táhla směřuje od osy turbodmychadla. Pro spolehlivé opření páky táhla bude výhodou, jestliže u axiálního otvoru u okraje límce ložiskové skříně je připevněna dorazová vidlice, jejíž ramena vybíhají axiálně po obou stranách páky táhla. Pro staticky určité usazení nosiče na ložiskové skříni a pro zamezení nežádoucích pnutí bude výhodné, jestliže soustava ložiskové skříně, nosiče rozváděčích lopatek a skříně rotoru se provede tak, že límec ložiskové skříně a na něj dosedající miskovitý okraj nosiče rozváděčích lopatek mají své vnější průměry lícovány vůči vnitřnímu průměru přes tyto jejich vnější průměry nasunuté vnitřní válcové plochy skříně turbíny se zaručenou vůlí, přičemž z těchto dvou vůlí je větší vůle mezi vnějším průměrem miskovitého okraje nosiče rozváděčích lopatek a vnitřním průměrem protilehlé vnitřní válcové plochy skříně turbíny. Konečně může být také výhodou, jestliže v oblasti zesílení dna nosiče rozváděčích lopatek jsou vytvořeny axiální závitové otvory, do kterých jsou zakotveny šrouby, upevňující nosič rozváděčích lopatek k límci ložiskové skříně, zatímco skříň rotoru je upevněna k límci ložiskové skříně pomocí příruby, zasahující za límec ložiskové skříně.

Tím se dosáhne vytvoření turbodmychadla s variabilní geometrií rozváděčích lopatek, kde při kompaktních rozměrech se současně dosáhne jednoduché a pevné konstrukce a přitom ještě jednak rovnoměrného rozložení teplot a zejména přijatelných teplotních časových a místních rozdílů, jednak dobré tepelné ochrany jak ložiskové skříně, která je v tomto provedení prakticky celá na čelní ploše kryta nosičem rozváděčích lopatek, tak tepelné ochrany i celého mechanismu natáčení rozváděčích lopatek

Přehled obrázků na výkresech

Předkládaný vynález je dále podrobněji popsán a vysvětlen na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je podélný svislý řez turbínou a též částí ložiskové skříně, na obr. 2 je pak, opět v podélném svislém řezu, detail uložení čepu ovládání stavěcího kroužku s pákou táhla a s ovládacím ramenem stavěcího kroužku, na obr. 3 je dále čelní pohled na stavěči kroužek a na obr. 4 je ještě čelní pohled na nosič rozváděčích lopatek, a to z vnitřní strany, dále pak na obr. 5 je ložisková skříň v pohledu přes skříň na límec, na obr. 6 je ložisková skříň, v pohledu od rotoru, na obr. 7 a obr. 8 je ještě bokorys a půdorys dorazové vidlice.

- 2 CZ 299243 B6

Příklad provedení vynálezu

Turbodmychadlo v příkladném provedení sestává z ložiskové skříně, ze zde neznázoměného dmychadla a ze zde zobrazené turbíny, která obsahuje nosič rozváděčích lopatek, uložený mezi ložiskovou skříní a skříní turbíny. Podstatné je, že nosič 1 rozváděčích lopatek 2 je vytvořen jako miskovité těleso, které ve středové oblasti má ztenčené ploché dno 11, se středovým otvorem 111, odpovídajícím průchodu hřídele rotoru 20. V místě se vzdáleností od středu rovnou 45 % vnějšího průměru tohoto nosiče i rozváděčích lopatek 2 má nosič 1 vytvořenu axiální válcovou výztuhu 12, dosahující ve smontovaném stavu až k čelu ložiskové skříně 5 turbodmychadla, a to se zaručenou vůlí o velikosti 0,3 mm od tohoto čela. U obvodu nosiče i rozváděčích lopatek 2 je současně na nosiči 1 vytvořen miskovitý okraj 13, dosedající ve smontovaném stavu na okraj čela ložiskové skříně 5, přičemž v radiálním směru mezi axiální válcovou výztuhou 12 a miskovitým okrajem 13 nosiče i rozváděčích lopatek 2 je vytvořeno zesílení 14 dna 11, ve kterém jsou provedeny lopatkové axiální otvory 112, ve kterých jsou uloženy svými čepy 21 rozváděči lopatky 2, přičemž na vnitřní straně jsou na čepech 21 rozváděčích lopatek 2 upevněna stavěči ramena

4. Nosič i rozváděčích lopatek 2 je zde výhodně centrován vůči ložiskové skříni 5 vnitřním povrchem válcové opěry 12 dna 11. V tomto příkladném provedení stavěči ramena 4 rozváděčích lopatek 2 směřují ke středu nosiče I rozváděčích lopatek 2, přičemž hlavy stavěčích ramen 4 zapadají do vnějších stavěčích výřezů 31 stavěcího kroužku 3, uloženého v radiálním směru na válcovém povrchu, vytvořeném na čele ložiskové skříně 5, a v axiálním směru vedeného mezi radiální čelní plochou ložiskové skříně 5 a protilehlou radiální čelní plochou axiální válcové výztuhy 12 nosiče 1 rozváděčích lopatek 2. Vnitřní povrch stavěcího kroužku 3 v tomto provedení dosedá na vnější válcový povrch, vytvořený na ložiskové skříni 5, přičemž dosedá přes odlehěovací zářezy 52. Co se týče ovládání stavěcího kroužku od externího ovladače, zde neznázoměného, pak v tomto příkladném provedení je u okraje obvodového límce 51 ložiskové skříně 5 vytvořen axiální otvor 511, ve kterém je uložen ěep 8 ovládání stavěcího kroužku 3, kde na tomto čepu 8 je na vnitřní straně upevněno ovládací rameno 7 stavěcího kroužku 3. Uložení čepu 8 u okraje límce 51 je provedeno zde konkrétně přes vložku 6 límce 51 ložiskové skříně 5, zalisovanou v tomto límci 51, kde potom v této vložce 6, která je v zalisovaném stavu vlastně součástí límce 51, je vytvořen axiální otvor 511. Přitom hlava ovládacího ramena 7 zapadá do ovládacího výřezu 32 na povrchu stavěcího kroužku 3 a současně na vnější straně Čepu 8 je upevněna páka 10 táhla 15, vedoucího právě ke zde neznázoměnému ovladači, konstruovanému příkladně jako pneumatický membránový pohon, nebo jako elektrický servopohon. Pokud jde o uspořádání ovládacích prvků stavěcího kroužku, pak zde ovládací rameno 7 stavěcího kroužku 3 směřuje k ose turbodmychadla 20, zatímco páka 10 táhla 15 směřuje od osy turbodmychadla 20. U axiálního otvoru 511 u okraje límce 51 ložiskové skříně 5 je pak ještě připevněna dorazová vidlice 9, jejíž ramena vybíhají axiálně po obou stranách páky K) táhla 1_5. V ramenech dorazové vidlice 9 může být uspořádán vždy seřizovači dorazový šroub. Co se týče sestavy celého turbodmychadla, pak zde soustava ložiskové skříně 5, nosiče 1 rozváděčích lopatek 2 a skříně 22 rotoru 20 je provedena tak, že límec 51 ložiskové skříně 5 a na něj dosedající miskovitý okraj J3 nosiče I rozváděčích lopatek 2 mají své vnější průměry lícovány vůči vnitřnímu průměru přes tyto jejich vnější průměry nasunuté vnitřní válcové plochy skříně 22 turbíny 20 se zaručenou vůlí, přičemž z těchto dvou vůlí je větší vůle mezi vnějším průměrem miskovitého okraje 13 nosiče 1 rozváděčích lopatek 2 a vnitřním průměrem protilehlé vnitřní válcové plochy skříně 22 turbíny 20. Zde příkladně je menší z vůlí rovna 0,1 mm a větší z vůlí je rovna 0,5 mm. Vzájemné spojení dílů turbíny je v tomto příkladném provedení vytvořeno tak, že v oblasti zesílení J_4 dna J_L nosiče 1 rozváděčích lopatek 2 jsou vytvořeny axiální závitové otvory 113, do kterých jsou zakotveny šrouby 101, upevňující nosič 1 rozváděčích lopatek 2 k límci 51 ložiskové skříně 5. Přitom skříň 22 rotoru 20 je upevněna k límci 51 ložiskové skříně 5 pomocí příruby, zde neznázoměné, zasahující za límec 51 ložiskové skříně 5 a upevněné šrouby, zde také neznázoměnými, kotvenými do skříňových závitových otvorů 221, vytvořených v axiálním směru u obvodu skříně 22 turbíny. Namísto jediné, celoobvodové příruby lze použít také více přírub v podobě příložek.

-3 CZ 299243 B6

Funkce zařízení odpovídá funkci běžného turbodmychadla, přičemž zde je podstatné dosažení kompaktnější a tužší konstrukce a současně zlepšené tepelné ochrany citlivých částí turbíny.

Hospodářská využitelnost

Zařízení podle vynálezu je využitelné pro přeplňování spalovacích motorů, především pro přeplňování automobilových motorů.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Turbodmychadlo s variabilní geometrií rozváděčích lopatek, s nosičem rozváděčích lopatek, uloženým mezi ložiskovou skříní a skříní turbíny, vyznačené tím, že nosič (1) rozváděčích lopatek (2) je vytvořen jako miskovité těleso, které ve středové oblasti má ztenčené ploché dno (11), se středovým otvorem (111), odpovídajícím průchodu hřídele rotoru (20), v oblasti se vzdáleností od středu mezi 30 % a 70 % vnějšího průměru tohoto nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) má nosič (1) vytvořenu axiální válcovou výztuhu (12), dosahující ve smontovaném stavu až k čelu ložiskové skříně (5) turbodmychadla, a to se zaručenou vůlí o velikosti od 0,1 do 0,7 mm od tohoto čela, a u obvodu nosiče (l) rozváděčích lopatek (2) je současně vytvořen miskovitý okraj (13), dosedající ve smontovaném stavu na okraj čela ložiskové skříně (5), přičemž v radiálním směru mezi axiální válcovou výztuhou (12) a miskovitým okrajem (13) nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) je vytvořeno zesílení (14) dna (11), ve kterém jsou provedeny lopatkové axiální otvory (112), ve kterých jsou uloženy svými čepy (21) rozváděči lopatky (2), přičemž na vnitřní straně jsou na čepech (21) rozváděčích lopatek (2) upevněna stavěči ramena (4).
2. Turbodmychadlo podle nároku 1, vyznačené tím, že nosič (1) rozváděčích lopatek (2) je centrován vůči ložiskové skříni (5) vnitřním povrchem válcové opěry (12) dna (11).
3. Turbodmychadlo podle nároků 1 a 2, vyznačené tím, že stavěči ramena (4) rozváděčích lopatek (2) směřují ke středu nosiče (1) rozváděčích lopatek (2), přičemž hlavy stavěčích ramen (4) zapadají do vnějších stavěčích výřezů (31) stavěcího kroužku (3), uloženého v radiálním směru na válcovém povrchu, vytvořeném na čele ložiskové skříně (5), a v axiálním směru vedeného mezi radiální čelní plochou ložiskové skříně (5) a protilehlou radiální čelní plochou axiální válcové výztuhy (12) nosiče (1) rozváděčích lopatek (2).
4. Turbodmychadlo podle nároků laž3, vyznačené tím, že vnitřní povrch stavěcího kroužku (3) dosedá na vnější válcový povrch, vytvořený na ložiskové skříni (5), přes odlehčovací zářezy (52).
5. Turbodmychadlo podle nároků laž4, vyznačené tím, že u okraje obvodového límce (51) ložiskové skříně (5) je vytvořen axiální otvor (511), ve kterém je uložen čep (8) ovládání stavěcího kroužku (3), kde na tomto čepu (8) je na vnitřní straně upevněno ovládací rameno (7) stavěcího kroužku (3), kde hlava tohoto ovládacího ramena (7) zapadá do ovládacího výřezu (32) na povrchu stavěcího kroužku (3), a na vnější straně čepu (8) je upevněna páka (10) táhla (15).
6. Turbodmychadlo podle nároků laž5, vyznačené tím, že ovládací rameno (7) stavěcího kroužku (3) směřuje k ose turbodmychadla (20), zatímco páka (10) táhla (15) směřuje od osy turbodmychadla (20).

-4CZ 299243 B6
7. Turbodmychadlo podle nároků laž6, vyznačené tím, žeu axiálního otvoru (511) u okraje límce (51) ložiskové skříně (5) je připevněna dorazová vidlice (9), jejíž ramena vybíhají axiálně po obou stranách páky (10) táhla (15).
8. Turbodmychadlo podle nároků 1 až 7, vyznačené tím, že soustava ložiskové skříně (5), nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) a skříně (22) rotoru (20) je provedena tak, že límec (51) ložiskové skříně (5) a na něj dosedající miskovitý okraj (13) nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) mají své vnější průměry lícovány vůči vnitřnímu průměru přes tyto jejich vnější průměry nasunuté vnitřní válcové plochy skříně (22) turbíny (20) se zaručenou vůlí, přičemž z těchto dvou vůlí je větší vůle mezi vnějším průměrem miskovitého okraje (13) nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) a vnitřním průměrem protilehlé vnitřní válcové plochy skříně (22) turbíny (20).
9. Turbodmychadlo podle nároků 1 až 8, vyznačené tím, že v oblasti zesílení (14) dna (11) nosiče (1) rozváděčích lopatek (2) jsou vytvořeny axiální závitové otvory (113), do kterých jsou zakotveny šrouby (101), upevňující nosič (1) rozváděčích lopatek (2) k límci (51) ložiskové skříně (5), zatímco skříň (22) rotoru (20) je upevněna k límci (51) ložiskové skříně (5) pomocí alespoň jedné příruby, zasahující za límec (51) ložiskové skříně (5).

3 výkresy

-5 CZ 299243 B6

2Z4