ES2937055T3 - Turbocompresor de gas de escape con junta de árbol mejorada - Google Patents

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Christian Kreienkamp
Florian Maurer
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Abstract

La invención se refiere a un turbocompresor que contiene un dispositivo de cojinete que está dispuesto entre un compresor y una turbina y que está diseñado para soportar un eje. Este dispositivo de cojinete tiene una carcasa de cojinete, en la que está dispuesto un cojinete lubricado con aceite para soportar el eje. El eje tiene un elemento deflector que se extiende en dirección circunferencial para dispersar centrífugamente el aceite lubricante. El alojamiento del cojinete tiene un canal de drenaje de aceite para descargar el aceite lubricante del alojamiento del cojinete. La zona interior de la carcasa del cojinete forma una cámara de separación de aceite, que está obturada mediante juntas dispuestas entre el eje y la carcasa del cojinete. La cámara de separación de aceite tiene un medio de desviación que está formado de tal manera que, durante el funcionamiento del turbocompresor, el aceite lubricante que es dispersado centrífugamente por el elemento deflector es desviado por los medios de desviación y es conducido en la dirección opuesta a los sellos. La cámara de delimitación de aceite está formada en la proximidad del elemento deflector de tal manera que el aceite lubricante dispersado centrífugamente por el elemento deflector durante el funcionamiento del turbocargador puede transferirse directamente desde dicho elemento deflector al medio de desviación. Un canal de recolección evita que el aceite lubricante dispersado centrífugamente desde el elemento deflector fluya de regreso a la región del sello. El elemento deflector está formado de tal manera que el aceite lubricante rociado desde el elemento deflector tiene una componente direccional radial y otra axial, y la componente direccional axial corre en la dirección opuesta a los sellos. La cámara de delimitación de aceite está formada en la proximidad del elemento deflector de tal manera que el aceite lubricante dispersado centrífugamente por el elemento deflector durante el funcionamiento del turbocargador puede transferirse directamente desde dicho elemento deflector al medio de desviación. Un canal de recolección evita que el aceite lubricante dispersado centrífugamente desde el elemento deflector fluya de regreso a la región del sello. El elemento deflector está formado de tal manera que el aceite lubricante rociado desde el elemento deflector tiene una componente direccional radial y otra axial, y la componente direccional axial corre en la dirección opuesta a los sellos. La cámara de delimitación de aceite está formada en la proximidad del elemento deflector de tal manera que el aceite lubricante dispersado centrífugamente por el elemento deflector durante el funcionamiento del turbocargador puede transferirse directamente desde dicho elemento deflector al medio de desviación. Un canal de recolección evita que el aceite lubricante dispersado centrífugamente desde el elemento deflector fluya de regreso a la región del sello. El elemento deflector está formado de tal manera que el aceite lubricante rociado desde el elemento deflector tiene una componente direccional radial y otra axial, y la componente direccional axial corre en la dirección opuesta a los sellos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Turbocompresor de gas de escape con junta de árbol mejorada
Campo técnico de la invención
La invención se refiere a un turbocompresor de gas de escape con junta de árbol mejorada.
Estado actual de la técnica
Los turbocompresores de gas de escape se equipan con juntas de árbol, que en la mayoría de los casos constan de dos elementos. Uno de estos elementos consiste en una junta de aceite, que está prevista para sellar el interior de la carcasa de cojinete del turbocompresor de gas de escape respectivo contra fugas de aceite hacia el exterior. Una junta de aceite de este tipo puede tener la forma de una junta laberíntica. El otro elemento consiste en una junta de gas, que está prevista para sellar el interior de la carcasa de cojinete contra la entrada de gas desde el exterior. Una junta de gas de este tipo puede estar configurada, por ejemplo, como junta de segmento de pistón.
Para los turbocompresores de gas de escape con turbinas axiales, como juntas de gas a menudo también se utilizan juntas de inducción laberínticas en combinación con aire de sellado para evitar que entre gas caliente en la carcasa de cojinete desde el lado de la turbina. La junta de aceite requerida se realiza a menudo como un laberinto de cámara trampa.
Para los turbocompresores de gas de escape con turbinas radiales, por razones de espacio, complejidad/costo y rendimiento, a menudo se utilizan juntas de segmento de pistón sin aire de sellado.
Por el documento DE 102015 014 613 A1 se conoce una disposición de obturación de un árbol en un elemento de carcasa de un turbocompresor de gas de escape, en la que están previstos al menos dos anillos de estanqueidad uno tras otro en la dirección axial del árbol, por medio de los cuales el árbol, que es giratorio alrededor de un eje de rotación con respecto al elemento de carcasa, está sellado contra el elemento de carcasa, estando dispuesto al menos un anillo distanciador en la dirección axial.
Por el documento DE 102013005 167 B3 se conoce un turbocompresor de gas de escape. Este turbocompresor de gas de escape tiene dos segmentos de pistón, que están dispuestos entre un casquillo de estanqueidad y una pared de cierre en el lado del compresor, en donde la disposición formada por el casquillo de estanqueidad, la pared de cierre y una placa de desviación de aceite, así como los segmentos de pistón, se puede montar previamente en una unidad que, en este estado de montaje previo, se puede introducir en la carcasa de cojinete del turbocompresor de gas de escape.
Por el documento US 9,988,976 B2 se conoce un turbocompresor que presenta un elemento de rociamiento que está dispuesto axialmente entre un anillo interior y la parte de cubo de la turbina del turbocompresor de gas de escape y que presenta una superficie inclinada.
Compendio de la invención
El objeto de la invención consiste en especificar un turbocompresor de gas de escape que presente una junta de árbol mejorada.
Este objeto se logra mediante un turbocompresor de gas de escape que tiene las características especificadas en la reivindicación 1. Este turbocompresor de gas de escape contiene un dispositivo de cojinete dispuesto entre un compresor y una turbina y configurado para soportar un árbol, y que tiene una carcasa de cojinete en la que está dispuesto un cojinete lubricado con aceite para soportar el árbol, en donde el árbol presenta un elemento de rociamiento que se extiende en el dirección circunferencial para expulsar aceite lubricante, en donde la carcasa de cojinete presenta un canal de descarga de aceite para evacuar el aceite lubricante de la carcasa de cojinete, en donde el interior de la carcasa de cojinete forma un espacio de delimitación de aceite que está sellado con juntas dispuestas entre el árbol y la carcasa de cojinete, en donde el espacio de delimitación de aceite presenta un medio de desviación que está conformado de tal modo que, durante el funcionamiento del turbocompresor de gas de escape, el aceite lubricante expulsado por el elemento de rociamiento es desviado por el medio de desviación y dirigido en la dirección opuesta a las juntas, y en donde el espacio de delimitación de aceite en el entorno del elemento de rociamiento está configurado de tal modo que el aceite lubricante expulsado por el elemento de rociamiento durante el funcionamiento del turbocompresor de gas de escape pueda ser transferido directamente desde el elemento de rociamiento al medio de desviación, en donde el elemento de rociamiento está conformado de tal modo que el aceite lubricante rociado por el elemento de rociamiento tiene una componente direccional radial y una axial, en donde la componente direccional axial está orientada en dirección opuesta a las juntas.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el espacio de delimitación de aceite está delimitado hacia el árbol, en una sección del árbol dispuesta axialmente junto al elemento de rociamiento, por una brida de cojinete unida a la carcasa de cojinete. De acuerdo con una forma de realización, el espacio de delimitación de aceite puede presentar un canal de recogida para recoger el aceite lubricante que llega desde el medio de desviación. El canal de recogida puede estar configurado, por ejemplo, como parte de la brida de cojinete. El canal de recogida puede presentar al menos un elemento de pared para evitar que el aceite lubricante desviado por el medio de desviación retroceda en dirección a las juntas. El elemento de pared puede estar dispuesto en particular en un extremo de la brida de cojinete orientado hacia la turbina o hacia las juntas. El canal de recogida puede estar conformado de tal modo que, durante el funcionamiento del turbocompresor de gas de escape, dirija aceite lubricante desde el canal de recogida al canal de descarga de aceite.
De acuerdo con una forma de realización, la brida de cojinete está configurada como una parte de un módulo de cojinete introducido de forma desmontable en la carcasa de cojinete, teniendo el módulo de cojinete un cojinete para el árbol. De acuerdo con una forma de realización, la brida de cojinete está dispuesta circunferencialmente alrededor del árbol a lo largo de una sección axial.
De acuerdo con una forma de realización, la brida de cojinete delimita al menos una parte del espacio de delimitación de aceite. En particular, una delimitación radial interior del espacio de delimitación de aceite puede estar formada al menos parcialmente por la brida de cojinete. Preferiblemente, más del 50 % o incluso más del 75 % de la extensión axial de la delimitación radial interior del espacio de delimitación de aceite está formada por la brida de cojinete (en caso dado incluyendo el canal de recogida). La delimitación radial exterior del espacio de delimitación de aceite puede estar formada por la carcasa de cojinete y en particular puede comprender el medio de desviación, por ejemplo como una sección de pared inclinada de la carcasa de cojinete.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el medio de desviación es un componente integrante de la pared de la carcasa de cojinete.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el medio de desviación es un anillo colocado en el espacio de delimitación de aceite.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el medio de desviación está configurado en forma de cono. De acuerdo con una forma de realización de la invención, el medio de desviación está configurado en forma de arco. De acuerdo con una forma de realización de la invención, el medio de desviación está dispuesto al menos parcialmente por encima del árbol (es decir, superpuesto con la mitad de espacio situada por encima del plano horizontal que contiene el eje del turbocompresor) y puede estar dispuesto por encima del árbol en particular en el plano de sección vertical que contiene el eje del turbocompresor.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el elemento de rociamiento consiste en un resalte de árbol. De acuerdo con una forma de realización de la invención, el elemento de rociamiento consiste en un disco centrífugo independiente.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, la sección transversal del espacio de delimitación de aceite aumenta en el área entre el elemento de rociamiento y el medio de desviación a medida que aumenta la distancia al árbol.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, la sección transversal del espacio de delimitación de aceite en el área entre el elemento de rociamiento y el medio de desviación aumenta de forma escalonada a medida que aumenta la distancia al árbol.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el aumento de la sección transversal del espacio de delimitación de aceite en el área entre el elemento de rociamiento y el medio de desviación está formada al menos parcialmente por un rebaje en la brida de cojinete.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el canal de descarga de aceite está configurado de forma cilíndrica en el área de una abertura de descarga de aceite de la carcasa de cojinete y presenta, entre esta área configurada de forma cilíndrica y el árbol, una rampa de descarga de aceite que se extiende oblicuamente en la dirección del árbol y a través de la cual el canal de descarga de aceite se ensancha en dirección al árbol.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, en una primera área de rampa contigua al área configurada de forma cilíndrica, la rampa de descarga de aceite forma un primer ángulo con respecto al árbol, que está comprendido entre 45° y 80°.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, en una segunda área de rampa contigua a la primera área de rampa, la rampa de descarga de aceite forma un segundo ángulo con respecto al árbol, que está comprendido entre 30° y 45°.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el turbocompresor de gas de escape tiene un escudo que está dispuesto en un área por debajo del árbol para proteger las juntas contra el aceite lubricante rociado.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, la siguiente relación se aplica al diámetro del área configurada de forma cilíndrica del canal de descarga de aceite con respecto al diámetro del árbol del turbocompresor de gas de escape:
F/D > 0,7,
donde F es el diámetro del área configurada de forma cilíndrica del canal de descarga de aceite y D es el diámetro del árbol del turbocompresor de gas de escape.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, se aplica la siguiente relación:
(A C)/D > 2,7,
donde A es la distancia entre el extremo de la rampa de descarga de aceite alejado de la abertura de descarga de aceite y el árbol, C es la distancia entre el extremo de la rampa de descarga de aceite más cercano a la abertura de descarga de aceite y el árbol, y D es el diámetro del árbol.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, se aplica la siguiente relación:
G/H < 1,
donde G es un escudo de un espacio amortiguador de aceite de compresión y H es el diámetro exterior de un cojinete radial del turbocompresor de gas de escape,
De acuerdo con una forma de realización de la invención, se aplica la siguiente relación:
H/D< 1,
donde H es el diámetro exterior de un cojinete radial del turbocompresor de gas de escape y D es el diámetro del árbol.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, se aplica la siguiente relación:
B/D > 0,2,
donde B es la altura de una cámara trampa y D es el diámetro del árbol.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, se aplica la siguiente relación:
X/Z< 1,
donde X es el ángulo entre el árbol y el cono de desviación y Z es el ángulo de rociamiento del aceite lubricante desde el árbol hasta el cono de desviación.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, se aplica la siguiente relación:
(J sin(X) • E)/D > 0,5,
donde J es la distancia al extremo del cono de desviación más cercano al árbol, X es el ángulo entre el árbol y el cono de desviación, E es la longitud axial del cono de desviación y D es el diámetro del árbol.
Las características anteriormente descritas sirven para aliviar las juntas de la carcasa de cojinete, ya que aumentan el volumen de la carcasa disponible para la descarga de aceite desde la carcasa de cojinete por debajo del árbol y permiten un transporte definido o una desviación dirigida del aceite lubricante rociado desde el árbol durante el funcionamiento del turbocompresor de gas de escape para alejarlo de las juntas de la carcasa de cojinete. Además se evita que el aceite lubricante que ya ha sido expulsado regrese al área de obturación.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describe a continuación por medio de ejemplos de realización, que se explican con más detalle mediante los dibujos. En este contexto se muestran:
Figura 1 una vista en sección transversal de un área parcial de un turbocompresor de gas de escape, en la que están dispuestos los componentes según la invención del turbocompresor de gas de escape;
Figura 2 una vista ampliada de un área parcial de la Figura 1;
Figura 3 un boceto que ilustra un disco centrífugo independiente previsto en un árbol; y
Figura 4 otra vista en sección transversal de un área parcial de un turbocompresor de gas de escape, en la que están dispuestos los componentes según la invención del turbocompresor de gas de escape.
Descripción detallada de los dibujos.
La Figura 1 muestra una representación en sección transversal de un área parcial de un turbocompresor de gas de escape, en la que están dispuestos los componentes según la invención del turbocompresor de gas de escape. Este turbocompresor 1 de gas de escape contiene un dispositivo 7 de cojinete dispuesto entre un compresor 2 y una turbina 4 y configurado para soportar un árbol 6. Este dispositivo 7 de cojinete presenta una carcasa 8 de cojinete en la que está dispuesto un cojinete 9 lubricado con aceite para soportar el árbol. En el ejemplo de realización mostrado, este cojinete 9 consiste en un cojinete radial. El compresor 2 presenta una rueda 3 de compresor que está unida de forma fija al árbol 6. La turbina 4 incluye una rueda 5 de turbina que está unida de forma fija al árbol 6.
El árbol 6 presenta un elemento 10 de rociamiento que, en el ejemplo de realización mostrado, consiste en un resalte 19 de árbol. Este resalte 19 de árbol consiste en un escalón del árbol 6, lo que aumenta el diámetro del árbol en este punto.
Durante el funcionamiento del turbocompresor 1 de gas de escape, a través de un espacio entre el cojinete radial 9 y el árbol 6 se transporta aceite lubricante, que es expulsado en dirección radial hacia afuera en el elemento 10 de rociamiento y también ligeramente en dirección axial hacia el centro de la carcasa de cojinete debido a la forma del resalte de árbol. Este aceite lubricante expulsado se conduce a un espacio 12 de delimitación de aceite formado en el interior de la carcasa 8 de cojinete. El espacio 12 de delimitación de aceite está formado en la proximidad del elemento 10 de rociamiento, en donde el espacio 12 de delimitación de aceite forma un canal 26 de rociamiento, de tal modo que el aceite lubricante expulsado por el elemento 10 de rociamiento durante el funcionamiento del turbocompresor 1 de gas de escape se transfiere directamente desde el elemento 10 de rociamiento a un medio 14 de desviación. La sección transversal del espacio 12 de delimitación de aceite aumenta en el área entre el elemento 10 de rociamiento y el medio 14 de desviación, es decir, en el canal 26 de rociamiento, a medida que aumenta la distancia al árbol 6.
En el ejemplo de realización mostrado en la Figura 1, en este canal 26 de rociamiento está previsto un escalón 25, de modo que la sección transversal del canal de rociamiento en el área entre el elemento 10 de rociamiento y el medio 14 de desviación aumenta gradualmente a medida que se incrementa la distancia al árbol 6. Como alternativa al ejemplo de realización mostrado en la Figura 1, la sección transversal del canal 26 de rociamiento en el área entre el elemento 10 de rociamiento y el medio 14 de desviación puede aumentar de forma escalonada utilizando varios escalones o también de forma continua al aumentar la distancia al árbol 6.
El escalón 25 mostrado en la Figura 1 está situado en una brida 15 de cojinete, que está unida de forma fija a la carcasa 8 de cojinete del turbocompresor 1 de gas de escape o que forma parte de la carcasa 8 de cojinete, de modo que el aumento de la sección transversal del espacio 12 de delimitación de aceite en el área entre el elemento 10 de rociamiento y el medio 14 de desviación está formado en parte por un rebaje 21 en la brida 15 de cojinete. Dado que, como puede verse en la Figura 1, la pared opuesta a la brida 15 de cojinete en el canal 26 de rociamiento, que también forma parte de la carcasa 8 de cojinete, se extiende en gran medida en línea recta en dirección radial, dicho ensanchamiento del canal 26 de rociamiento tiene lugar de forma asimétrica. Una ventaja de un ensanchamiento asimétrico de este tipo del canal 26 de rociamiento consiste en que el turbocompresor 1 de gas de escape se puede configurar de forma estructuralmente compacta. En consecuencia, el aceite lubricante expulsado no sólo tiene una componente direccional radial sino también una axial, que está definida por la conformación del elemento de rociamiento.
El aceite lubricante expulsado por el elemento 10 de rociamiento es desviado por el medio 14 de desviación y dirigido en una dirección opuesta a las juntas 13 y 24, consistiendo la junta 13 en un segmento de pistón previsto para el sellado de gas y consistiendo la junta 24 en una pared que sirve como junta de aceite. Para lograr esto, el medio 14 de desviación está configurado en forma de cono en la Figura 1. Una alternativa consiste en que el medio 14 de desviación esté configurado en forma de arco. Otra alternativa consiste en que el medio 14 de desviación no sea un componente integrante de la pared 18 de carcasa de cojinete, como se muestra en la Figura 1, y que, por lo tanto, esté realizado mediante la conformación de la pared de carcasa de cojinete, sino en forma de un anillo insertado en el espacio 12 de delimitación de aceite. La superficie interior de este anillo orientada hacia el elemento 10 de rociamiento puede a su vez estar conformada en forma de arco o de cono, de modo que el aceite lubricante expulsado por el elemento 10 de rociamiento durante el funcionamiento del turbocompresor 1 de gas de escape sea desviado por el anillo y, según se desee, dirigido en dirección opuesta a las juntas.
En la Figura 1, el elemento 10 de rociamiento consiste en un resalte 19 de árbol. Una forma de realización alternativa consiste en realizar el elemento rociamiento como un disco centrífugo 20 independiente, como se ilustra en la Figura 3. Este disco centrífugo independiente también está previsto en el árbol 6. En la dirección axial por delante y por detrás del disco centrífugo 20, el árbol 6 tiene preferiblemente el mismo diámetro.
Después de ser desviado por el medio 14 de desviación, el aceite lubricante desviado por el medio 14 de desviación y conducido en una dirección opuesta a las juntas se extiende a lo largo de la pared 18 de carcasa del cojinete superior, principalmente sobre el perímetro del espacio de delimitación de aceite hacia la descarga de aceite, en parte sobre el perímetro de la brida del cojinete hacia la descarga de aceite, y en una pequeña proporción hacia el extremo de la brida del cojinete, en un canal 16 de recogida formado en la brida 15 de cojinete, cuya área final en el lado de la junta está formada por un elemento 17 de pared que evita que el aceite lubricante recogido en el canal 16 de recogida fluya de vuelta al canal 26 de rociamiento.
Al desviar el aceite lubricante rociado por el elemento 10 de rociamiento directamente en el medio 14 de desviación en una dirección opuesta a las juntas y al evitar que el aceite lubricante desviado fluya de vuelta al canal 26 de rociamiento, se logra ventajosamente que no se acumule aceite lubricante en el canal 26 de rociamiento, es decir, que el aceite lubricante expulsado por el elemento 10 de rociamiento no resulte obstaculizado por el aceite lubricante que fluye de vuelta al canal 26 de rociamiento.
La descarga del aceite lubricante recogido en el canal 16 de recogida tiene lugar a través de un canal 11 de descarga de aceite dispuesto debajo del árbol 6. El mismo se extiende hasta una abertura 22 de descarga de aceite de la carcasa 8 de cojinete, a través de la cual el aceite lubricante que fluye a través del canal 11 de descarga de aceite se evacúa de la carcasa 8 de cojinete. El canal 11 de descarga de aceite está configurado de forma cilíndrica en el área de la abertura 22 de descarga de aceite de la carcasa 8 de cojinete y presenta entre esta área configurada de forma cilíndrica y el árbol 6 una rampa 23 de descarga de aceite que se extiende oblicuamente en la dirección del árbol 6, a través de la cual el canal 11 de descarga de aceite se ensancha en la dirección del árbol 6. Esto tiene la ventaja de que facilita la salida del flujo de aceite lubricante que fluye en la dirección de la abertura 22 de descarga de aceite y que la capacidad de retención de aceite lubricante del canal 11 de descarga de aceite es grande, con lo que se reduce la probabilidad de que se produzca un atasco de aceite lubricante en el área de la junta 13.
La Figura 2 muestra una representación ampliada de un área parcial de la Figura 1. En esta representación, el recorrido de transporte del aceite lubricante que sale del espacio entre el cojinete radial 9 y el árbol 6 está ilustrado mediante flechas P1 - P5. El aceite lubricante que sale del espacio entre el cojinete radial 9 y el árbol 6 es expulsado hacia afuera en dirección radial en el elemento 10 de rociamiento, como se muestra con la flecha P1, e incide directamente en el medio 14 de desviación, que en el ejemplo de realización representado consiste en un componente en forma de cono de la carcasa 8 de cojinete. El aceite lubricante se desvía en este medio 14 de desviación y se conduce en el espacio 12 de delimitación de aceite en dirección opuesta a las juntas 13, 24, como se ilustra por medio de la flecha P2. El aceite lubricante desviado de esta manera fluye principalmente sobre el perímetro del espacio interior de la carcasa de cojinete y la brida de cojinete hacia la descarga de aceite. La parte restante se recoge en el canal 16 de recogida, como se ilustra por medio de la flecha P3. En su lado orientado hacia las juntas, este canal 16 de recogida presenta un elemento 17 de pared que impide que el aceite lubricante recogido en el canal 16 de recogida pueda fluir de vuelta al canal 26 de rociamiento. Esto asegura que el aceite lubricante expulsado desde el elemento 10 de rociamiento a través del canal 26 de rociamiento en la dirección de la flecha P1 directamente hacia el medio 14 de desviación no resulte obstaculizado por el aceite lubricante que fluye de vuelta al canal 26 de rociamiento y se produzca un atasco de aceite lubricante en el canal 26 de rociamiento. El aceite lubricante expulsado hacia abajo por el árbol se dirige directamente a la rampa 23 de descarga, como se ilustra por medio de la flecha P4, se desplaza hacia abajo por ésta, como se ilustra por medio de la flecha P5, en la dirección de la abertura 22 de descarga de aceite de la carcasa 8 de cojinete y es descargado desde la carcasa 8 de cojinete a través de esta abertura 22 de descarga de aceite. Mediante la junta 24 de aceite, la probabilidad de que el aceite lubricante conducido al canal 11 de descarga de aceite alcance el área de la junta 13 de gas se mantiene en un nivel bajo.
La Figura 3 muestra un boceto para ilustrar un disco independiente 20 centrífugo previsto en un árbol 6, que se puede utilizar como elemento 10 de rociamiento como alternativa al resalte 19 de árbol. El árbol 6 tiene el mismo diámetro delante y detrás de este pico de rociamiento en dirección axial.
La Figura 4 muestra otra representación en sección transversal de un área parcial de un turbocompresor de gas de escape, en la que están dispuestos los componentes según la invención del turbocompresor de gas de escape.
La invención descrita más arriba proporciona una junta de árbol que, utilizando grados de libertad de diseño dados, presenta una robustez significativamente mejorada frente a fugas de aceite en comparación con juntas de árbol conocidas con las mismas condiciones geométricas límite. Una ventaja particular de una junta de árbol según la invención consiste en una evacuación de aceite del turbocompresor de gas de escape significativamente mejorada, un volumen de la carcasa muy ampliado por debajo de la junta de árbol y un transporte definido o una desviación dirigida del aceite lubricante rociado desde el árbol lejos del área en la que están dispuestas la juntas.
En la representación en sección transversal adicional mostrada en la Figura 4 se ilustran parámetros por medio de los cuales se pueden lograr las ventajas mencionadas de la invención.
En la Figura 4, el parámetro F designa la superficie de la sección transversal del canal de descarga de aceite en el área de la abertura de descarga de aceite, presentado el canal de descarga de aceite una forma cilíndrica en esta área. Una primera área de rampa, que forma un primer ángulo con respecto al árbol que está en el intervalo entre 45° y 80°, se une a esta área con configuración cilíndrica del canal de descarga de aceite en dirección al árbol 6. En consecuencia, esta área está empinada en el área de la rampa 23 de descarga de aceite. La pendiente de la rampa 23 de descarga de aceite en esta área se debe, entre otras cosas, a la ubicación de un canal 27 de agua previsto para fines de refrigeración en la carcasa del cojinete.
A esta área empinada de la rampa 23 de descarga de aceite se une un área algo más plana de la rampa 23 de descarga de aceite en dirección al árbol 6. Esta área algo más plana forma un ángulo con respecto al árbol 6 que está en el intervalo entre 30° y 45°. El parámetro Y mostrado en la Figura 4 simboliza la pendiente de la rampa 23 de descarga de aceite en el área respectiva.
El parámetro A mostrado en la Figura 4 es la distancia entre el árbol 6 y el punto de la rampa 23 de descarga más próximo al árbol.
El parámetro C que mostrado en la Figura 4 es la distancia entre el árbol 6 y el punto de la rampa 23 de descarga más alejado del árbol 6. Este punto constituye el punto de transición de la rampa 23 de descarga al área de configuración cilíndrica del canal 11 de descarga de aceite.
Los parámetros F, Y, A y C anteriormente mencionados indican un flujo mejorado, en particular acelerado, del aceite lubricante y un mayor volumen de carcasa por debajo del árbol para poder recoger la mayor cantidad posible de aceite lubricante durante el funcionamiento sin que su nivel suba hasta el árbol 6.
El parámetro Z designa el ángulo de rociamiento del aceite lubricante con el que se rocía libremente el aceite lubricante desde el elemento 10 de rociamiento fuera del área del árbol 6 en dirección al medio 14 de desviación. En la Figura 4 también se puede ver que tanto el elemento 10 de rociamiento como el medio 14 de desviación están conformados de tal modo que el aceite lubricante rociado no se rocía o dirige axialmente en dirección a las juntas, sino axialmente en dirección opuesta a las juntas. El ángulo de rociamiento debe ser lo más pequeño posible para transportar el aceite lubricante rociado lo más lejos posible de las juntas.
Los parámetros X y E definen un cono de rociamiento en la carcasa de cojinete para desviar el aceite lubricante rociado desde el área del árbol 6 en el ángulo Z de rociamiento y transportarlo hacia atrás a la carcasa de cojinete en dirección opuesta a las juntas. Para ello, el ángulo Z de rociamiento, el ángulo X del cono y la longitud E del cono de desviación, así como la geometría circundante, han de estar realizados de tal modo que el aceite lubricante pueda ser rociado libremente desde el área del árbol 6 sobre el cono de desviación.
El parámetro J designa la distancia del árbol 6 al punto del cono de desviación más próximo al árbol. Esta distancia debe ser lo más grande posible para que el aceite lubricante que se pulveriza después de incidir sobre el cono de desviación esté lo más lejos posible de las juntas.
Además, en la Figura 4 se ilustra el canal 16 de recogida, que impide que el aceite lubricante expulsado del cono 14 de desviación vuelva al área de obturación.
En la Figura 4 se muestra además una junta 24 que sirve como escudo, que protege el área de la junta 13 de gas en un área situada por debajo del árbol 6 contra salpicaduras de aceite.
El parámetro G ilustra el escudo del espacio amortiguador de aceite de compresión del cojinete radial, seleccionándose G de modo que sea más pequeño que el diámetro exterior H del cojinete radial. De este modo se evita un rociamiento directo de los espacios radiales de junta de árbol con aceite lubricante desde el espacio de lubricación exterior del cojinete radial.
El parámetro B designa una cámara trampa. Ésta debe tener las dimensiones más grandes posible, pero está limitada a un tamaño menor que D/2, donde D es el diámetro del árbol 6, por motivos de fabricación.
En la Figura 4 se ilustran además los saltos de diámetro. El parámetro G es claramente más pequeño que el parámetro H para reducir el rociamiento directo del espacio radial en H mediante el aceite lubricante procedente del espacio radial en G. D es a su vez mayor que H para oponer otro obstáculo al aceite lubricante mediante un aumento del diámetro y para que D pueda servir como borde de rociamiento del lado de salida en el árbol en la cámara trampa B aguas arriba.
Las siguientes relaciones se aplican de manera ventajosa:
- F/D > 0,7, donde F es el diámetro del área cilíndrica del canal 23 de descarga de aceite y D es el diámetro del árbol 6;
- (A+C)/D > 2,7, donde A es la distancia entre el extremo de la rampa de descarga de aceite alejado de la abertura de descarga de aceite y el árbol 6, C es la distancia entre el extremo de la rampa 23 de descarga de aceite más cercano a la abertura de descarga de aceite y el árbol 6, y D es el diámetro del árbol;
- G/H < 1, donde G es un escudo del espacio amortiguador de aceite de compresión y H es el diámetro exterior del cojinete radial;
- H/D < 1, donde H es el diámetro exterior del cojinete radial y D es el diámetro del árbol;
- B/D > 0,2, donde B es la altura de una cámara trampa y D es el diámetro del árbol 6;
- X/Z < 1, donde X es el ángulo entre el árbol 6 y el cono de desviación y Z es el ángulo de rociamiento del aceite lubricante desde el árbol hasta el cono de desviación; y
- (J+sin(X)^E)/D > 0,5, donde J es la distancia al extremo del cono de desviación más cercano al árbol, X es el ángulo entre el árbol y el cono de desviación, E es la longitud axial del cono de desviación, y D es el diámetro del árbol.
Lista de símbolos de referencia
1 Turbocompresor de gas de escape
2 Compresor
3 Rueda de compresor
4 Turbina
5 Rueda de turbina
6 Árbol
7 Dispositivo de cojinete
8 Carcasa de cojinete
9 Cojinete radial
10 Elemento de rociamiento
11 Canal de descarga de aceite
12 Espacio de delimitación de aceite
13 Junta de gas
14 Medio de desviación
15 Brida de cojinete
16 Canal de recogida
17 Elemento de pared
18 Pared de carcasa de cojinete
19 Resalte de árbol
20 Pico de rociamiento
21 Rebaje en la brida de cojinete
22 Abertura de descarga de aceite de la carcasa de cojinete
23 Rampa de descarga de aceite
24 Junta de aceite
25 Escalón
26 Canal de rociamiento
27 Canal de agua
P1 - P5 Flechas

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Turbocompresor (1) de gas de escape que comprende un dispositivo (7) de cojinete dispuesto entre un compresor (2) y una turbina (4) y configurado para soportar un árbol (6), que presenta una carcasa (8) de cojinete en la que está dispuesto un cojinete (9) lubricado con aceite para soportar el árbol,
- en donde el árbol presenta un elemento (10) de rociamiento que se extiende en la dirección circunferencial para expulsar aceite lubricante;
- en donde la carcasa de cojinete presenta un canal (11) de descarga de aceite para evacuar el aceite lubricante de la carcasa (8) de cojinete;
- en donde el área interior de la carcasa de cojinete forma un espacio (12) de delimitación de aceite que está sellado por medio de juntas (13, 24) dispuestas entre el árbol y la carcasa de cojinete;
- en donde el espacio de delimitación de aceite presenta un medio (14) de desviación que está configurado de tal modo que el aceite lubricante que es expulsado por el elemento de rociamiento durante el funcionamiento del turbocompresor de gas de escape es desviado por el medio de desviación y es guiado en la dirección opuesta a las juntas; y
- en donde el espacio de delimitación de aceite está configurado en el entorno del elemento de rociamiento de tal modo que el aceite lubricante que es expulsado por el elemento de rociamiento durante el funcionamiento del turbocompresor de gas de escape puede transferirse directamente desde el elemento de rociamiento al medio de desviación;
- caracterizado por que el elemento (10) de rociamiento está conformado de tal modo que el aceite lubricante rociado desde el elemento de rociamiento tiene una componente direccional radial y otra axial, estando dirigida la componente direccional axial en dirección opuesta a las juntas.
2. Turbocompresor de gas de escape según la reivindicación 1, en donde el espacio de delimitación de aceite está delimitado hacia el árbol en una sección del árbol (6) que está dispuesta axialmente junto al elemento (10) de rociamiento por medio de una brida (15) de cojinete unida a la carcasa (8) de cojinete, y presenta un canal (16) de recogida para recoger el aceite lubricante que llega desde el medio (14) de desviación, en donde el canal de recogida presenta al menos un elemento (17) de pared para evitar que el aceite lubricante desviado por el medio de desviación retroceda en dirección a las juntas y está conformado de tal modo que guía el aceite lubricante fuera del canal (16) de recogida hacia el canal (11) de salida de aceite durante el funcionamiento del turbocompresor de gas de escape.
3. Turbocompresor de gas de escape según la reivindicación 1 o 2, en donde el medio (14) de desviación es un componente de la pared (18) de carcasa de cojinete (18) o un anillo insertado en el espacio (12) de delimitación de aceite.
4. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el medio (14) de desviación está configurado de forma cónica o arqueada.
5. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el elemento (10) de rociamiento es un resalte (19) de árbol, o en donde el elemento (10) de rociamiento es un disco centrífugo (20) independiente.
6. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la sección transversal del espacio (12) de delimitación de aceite aumenta en el área entre el elemento (10) de rociamiento y el medio (14) de desviación a medida que aumenta la distancia al árbol (6).
7. Turbocompresor de gas de escape según la reivindicación 6, en donde la sección transversal del espacio (12) de delimitación de aceite aumenta de forma escalonada en el área entre el elemento (10) de rociamiento y el medio (14) de desviación a medida que aumenta la distancia al árbol (6).
8. Turbocompresor de gas de escape según la reivindicación 6 o 7, en donde el aumento de la sección transversal del espacio (12) de delimitación de aceite en el área entre el elemento (10) de rociamiento y el medio (14) de desviación está formado al menos parcialmente por un rebaje (21) en una brida (15) de cojinete.
9. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el canal (11) de descarga de aceite está configurado de forma cilíndrica en el área de una abertura (22) de descarga de aceite de la carcasa (8) de cojinete y presenta una rampa de descarga de aceite que se extiende oblicuamente en la dirección del árbol entre esta área de configuración cilíndrica y el árbol (6), y por medio de dicha rampa (23) de descarga de aceite se ensancha el canal (11) de descarga de aceite en la dirección del árbol (6).
10. Turbocompresor de gas de escape según la reivindicación 9, en donde, en una primera área de rampa contigua al área de configuración cilíndrica, la rampa de descarga de aceite forma un primer ángulo con respecto al árbol, que está comprendido entre 45° y 80°, preferiblemente en donde, en una segunda área de rampa contigua a la primera área de rampa, la rampa de descarga de aceite forma un segundo ángulo con respecto al árbol, que está comprendido entre 30° y 45°.
11. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones precedentes, que presenta una pantalla (24) que está dispuesta en un área por debajo del árbol (6) para proteger las juntas contra el aceite lubricante rociado.
12. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones 9 a 11, en donde la siguiente relación se aplica al diámetro del área configurada de forma cilíndrica del canal (11) de descarga de aceite con respecto al diámetro del árbol (6):
F/ D > 0.7
donde F es el diámetro del área configurada de forma cilíndrica del canal de descarga de aceite y D es el diámetro del árbol del turbocompresor de gas de escape.
13. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones 9 a 12, en donde se aplica la siguiente relación:
(A+C)/D > 2. 7
donde A es la distancia entre el extremo de la rampa de descarga de aceite alejado de la abertura de descarga de aceite y el árbol, C es la distancia entre el extremo de la rampa de descarga de aceite más cercano a la abertura de descarga de aceite y el árbol, y D es el diámetro del árbol.
14. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones 9 a 13, en donde se aplica al menos una de las siguientes relaciones:
G/H < 1,
donde G es un escudo de un espacio amortiguador de aceite de compresión y H es el diámetro exterior de un cojinete radial del turbocompresor de gas de escape,
y/o
H/D < 1,
donde H es el diámetro exterior de un cojinete radial del turbocompresor de gas de escape y D es el diámetro del árbol,
y/o
B/D > 0 .2 ,
donde B es la altura de una cámara trampa y D es el diámetro del árbol,
y/o
X/Z < 1,
donde X es el ángulo entre el árbol y el cono de desviación y Z es el ángulo de rociamiento del aceite lubricante desde el árbol hasta el cono de desviación.
15. Turbocompresor de gas de escape según una de las reivindicaciones 9 a 14, en donde se aplica la siguiente relación:
(J s i n ( X) • E) / D > 0.5 ,
donde J es la distancia al extremo del cono de desviación más cercano al árbol, X es el ángulo entre el árbol y el cono de desviación, E es la longitud axial del cono de desviación y D es el diámetro del árbol.
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