PL222604B1 - Budowa tulei zasilającej w pierścieniowym układzie, zasilającym turbinę gazową i sposób wytwarzania dysz w tulei zasilającej - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222604 (13) B1 (51) Int.Cl.

(21) Num^{er z}gł^os^zenia: ⁴⁰⁰³⁶⁰ F01D 9/02 (2006.01)

F01D 9/04 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 13.08.2012

Budowa tulei zasilającej w pierścieniowym układzie, zasilającym turbinę gazową i sposób wytwarzania dysz w tulei zasilającej

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	HYDRAPRESS SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Białe Błota, PL
17.02.2014 BUP 04/14	(72) Twórca(y) wynalazku:
	JANUSZ WEŁNOWSKI, Bydgoszcz, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.08.2016 WUP 08/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Grzegorz Ćwikliński

PL 222 604 B1

Opis wynalazku

Wstęp

Przedmiotem wynalazku jest budowa tulei zasilającej w pierścieniowym układzie zasilającym turbinę gazową i sposób wytwarzania dysz w tulei zasilającej, zwłaszcza w zastosowaniu do turbo -sprężarek do pojazdów samochodowych z zapłonem samoczynnym i do urządzeń wyważających wszelkiego rodzaju elementy obrotowe maszyn, urządzeń i pojazdów, a także dla narzędzi o napędzie pneumatycznym.

Stan techniki

Znane urządzenia napędowe, w których czynnikiem napędowym są gazy, posiadają komorę o ślimakowym kształcie z wirnikiem zaopatrzonym w łopatki. Doprowadzenie gazów realizowane jest przewodem umieszczonym stycznie a ich odprowadzenie przewodem centralnie usytuowanym w stosunku do osi wirnika. Poprzez zmniejszającą się, w miarę oddalania się od przewodu wlotowego, średnicę komory zasilającej uzyskuję się w miarę równomierne parcie cząstek gazów na łopatki wirnika na całym jego obwodzie. Zasadniczą trudnością jest odpowiednie zaprojektowanie krzywizny ślimakowej, tak by dla występującego zakresu ciśnień gazów napędowych uzyskać optymalnie równomierne parcie na wszystkie łopatki wirnika.

W celu zwiększenia siły parcia na łopatki oraz jego jak najbardziej równomiernego rozkładu na wszystkie łopatki wirnika we wnętrzu komory zasilającej umieszcza się szereg kierownic lub łopatek kierujących. Rozwiązanie tego typu znane jest z wynalazku o patencie nr PL 173382. Opis ujawnia turbinę z turbosprężarką doładowującą napędzaną gazami spalinowymi i z przepływem promieniowym, mającą rząd pojedynczych przestawnych łopatek kierujących, z których każda jest obracana za pomocą umieszczonego w obudowie wałka przestawiającego, przy czym każdy wałek przestawiający jest uruchamiany za pomocą wychylnej dźwigni. Każde dwie sąsiednie dźwignie wychylne sprzężone są za pomocą elementu łączącego, przy czym elementy łączące mają w swoich punktach zam ocowania z dźwignią wychylną oś obrotu, odstęp zaś między osiami obrotu elementu łączącego odpowiada odstępowi między dwoma sąsiednimi wałkami przestawiającymi. Rozwiązanie według tego wynalazku zapewnia, że wszystkie dźwignie wychylne wykonują takie samo przesunięcie kątowe, jednak musi być zachowana bardzo duża dokładność wykonania elementów ruchomych, aby w czasie eksploatacji nie następowało zakleszczanie mechanizmu na skutek rozszerzalności cieplnej wywołanej gorącymi gazami spalinowymi.

Znane ze zgłoszenia P.391921 rozwiązanie eliminuje te niedogodności a jego istotą jest to, że komora zasilająca ma w przekroju poprzecznym zasadniczo kształt kołowy a w komorze wylotowej umieszczona jest tuleja zaopatrzona na końcu od strony wirnika w co najmniej dwa otwory przelotowe skierowane ku środkowi komory i usytuowane naprzeciw siebie, o przekroju poprzecznym kołowym lub eliptycznym, przy czym średnica komory zasilającej stanowi od 1,01 do 5,00 średnicy wirnika.

Technologia wytwarzania otworów przelotowych w powyższym wynalazku bazuje na metodach obróbki skrawaniem, które są czasochłonne i kosztowne.

Cel wynalazku

Celem wynalazku jest opracowanie nowej budowy tulei zasilającej w pierścieniowym układzie zasilającym turbinę gazową przez odmienne ukształtowanie tulei zasilającej umożliwiające zastosowanie technologii odkształcenia plastycznego przy wytwarzaniu dysz w tulei zasilającej zamiast obróbki skrawaniem.

Istota wynalazku

Postawione zadanie zostało zrealizowane w nowej budowie tulei zasilającej oraz w sposobie wytwarzania dysz w pierścieniowym układzie stanowiącym tuleję zasilającą turbinę gazową, który według istotnych cech wynalazku w zakresie budowy, charakteryzuje się tym, że tuleja zasilająca składa się z trzech części, cylindrycznego korpusu połączonego w części górnej z cylindrycznym pierścieniem głównym i osadzoną trwale na nim o tej samej średnicy cylindrycznej pokrywki, przy czym zarówno cylindryczny pierścień główny na swej powierzchni górnej, jak i cylindryczna pokrywka na swej powierzchni dolnej uformowane mają kształtowe rowki metodą zgniotu plastycznego, w kształcie dowolnego przekroju, biegnące współbieżnie do siebie w określonych odstępach na całym obwodzie wzdłuż osi łukowej, których otwory wylotowe są około dwukrotnie większe od otworów wlotowych i w połączeniu cylindrycznego pierścienia głównego i cylindrycznej pokrywki rowki te tworzą dysze przelotowe.

PL 222 604 B1

W korzystnym wykonaniu kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej ma postać kolistą.

W innym korzystnym wykonaniu kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej ma postać owalu.

W innym korzystnym wykonaniu kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej ma postać prostokąta.

W innym korzystnym wykonaniu kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej ma postać prostokąta z zaokrąglonymi narożami.

W korzystnym rozwiązaniu kształtowe rowki uformowane są na górnej powierzchni cylindrycznego pierścienia głównego wzdłuż osi łukowej, która tworzy w miejscu przecięcia się z krawędzią zewnętrzną cylindrycznego pierścienia głównego i osią jego promienia kąt alfa równy około 62°, a w miejscu przecięcia się z krawędzią wewnętrzną i osią jego promienia kąt beta równy około 72°, przy czym zewnętrzny wymiar kształtowego wylotu rowka w stosunku do wewnętrznego wymiaru kształtowego wlotu rowka wynosi około 2 do 1.

W zakresie sposobu wytwarzania dysze - otwory przelotowe w tulei zasilającej wykonuje się metodą zgniotu plastycznego przez umieszczenie w pierwszej operacji cylindrycznego korpusu z cylindrycznym pierścieniem głównym w matrycy i poddaniu jego powierzchni górnej naciskowi stemplem, zawierającym wypustki kształtujące podczas nacisku wymagane rowki na powierzchni cylindrycznego pierścienia głównego, przy czym podczas nacisku cylindryczny korpus łączy się też trwale w części górnej z cylindrycznym pierścieniem głównym, a w następnej operacji w podobny sposób umieszcza się w matrycy cylindryczną pokrywkę z odwróconą ku górze powierzchnią dolną i poddaje się ją naciskowi stemplem, zawierającym też wypustki kształtujące, które są tak ukształtowane, że podczas nacisku powstają na tej dolnej powierzchni wymagane rowki o konfiguracji zwierciadlanego odbicia jak na powierzchni cylindrycznego pierścienia głównego, następnie w końcowej operacji obie powierzc hnie cylindrycznego pierścienia głównego i cylindrycznej pokrywki z uformowanymi rowkami łączy się ze sobą korzystnie przez sklejenie, tak aby uformowane rowki w obu częściach przylegały do siebie tworząc przelotowe otwory stanowiące dysze w tulei zasilającej.

Korzystne skutki wynikające z istoty wynalazku

Znane technologie wytwarzania otworów przelotowych w tulei zasilającej w pierścieniowym układzie zasilającym turbinę gazową bazują na metodach obróbki skrawaniem, które są czasochłonne i kosztowne, co eliminuje budowa tulei zasilającej według istoty wynalazku umożliwiająca zastosowanie technologii wykonywania otworów przelotowych metodą odkształcenia plastycznego i ich dowolne kształtowanie w zakresie przekroju poprzecznego i podłużnego, którego oś może być linią prostą lub dowolną krzywą.

Do zalet tej technologii będącej przedmiotem wynalazku zalicza się również:

- możliwość nieograniczonego kreowania kształtu otworu przelotowego tulei zasilającej turbiny,

- obniżenie jednostkowego kosztu wykonania tulei zasilającej,

- uzyskanie umocnionej powierzchni otworu przelotowego w wyniku wystąpienia efektu zgniotu materiału, a tym samym zwiększenie jego odporności na ścieranie.

Przykład realizacji budowy tulei zasilającej i sposobu jej wytwarzania na tle istniejącego stanu techniki według istotnych cech wynalazku przedstawiony jest na rysunku, na którym:

Fig. 1 - pokazuje w ujęciu perspektywicznym znany schemat napędu turbiny gazowej,

Fig. 2 - dotychczas stosowana tuleja zasilająca w przekroju wzdłużnym zasilająca turbinę,

Fig. 3 - przekrój przez otwory przelotowe w znanej tulei zasilającej,

Fig. 4 - konstrukcja tulei zasilającej w przekroju wzdłużnym według istoty wynalazku z otworami wygniatanymi,

Fig. 5 - przykład ukształtowania wygniatanych rowków przelotowych,

Fig. 6 - przykładowe przedstawienie pojedynczego uformowanego rowka przelotowego,

Fig. 7 - przykładowe kształty otworów przelotowych po połączeniu cylindrycznego pierścienia głównego i cylindrycznej pokrywki i

Fig. 8 - przykład narzędzia do sposobu wytwarzania kształtowych rowków przelotowych.

Przykładowa aplikacja przedstawiona na fig. 1 obrazuje stanowisko do wyważania wirników turbin doładowujących silników spalinowych. Wałek turbiny 1 z osadzonymi na nim wirnikami 2 i 3 jest ułożyskowany w korpusie 4. Korpus 4 zamocowany jest na nie widocznym na rysunku uchwycie urządzenia wyważającego, mierzącego drgania układu i miejsce powstawania niewyważenia. W celu w ykonania pomiaru wirniki trzeba rozkręcić do obrotów uzyskiwanych przez turbinę w silniku spalinowym

PL 222 604 B1 mieszczących się w zakresie 100-200 tys. obr./min. Realizuje się to poprzez wtłaczanie powietrza pomiędzy łopatki wirnika 2 z zewnątrz w kierunku oznaczonym strzałkami z wykorzystaniem otworów przelotowych 5 rozmieszczonych na obwodzie tulei zasilającej 6.

W dotychczasowym wykonaniu przedstawionym na fig. 2 i fig. 3 otwory przelotowe są wiercone w kołnierzu tulei zasilającej 6 w kierunku stycznym do wewnętrznego obwodu 7. Otwory przelotowe 5 mają przekrój złożony z części stożkowej 8 i cylindrycznej 9 mający kierunkować i przyspieszać strumień powietrza zasilający wirnik turbiny 2. Na obwodzie tulei zasilającej 6 znajduje się wiele otworów widocznych na przekroju A-A na fig. 3.

Fig. 4 i 5 pokazuje przykład budowy tulei zasilającej 6 według istoty wynalazku, w której zastosowano sposób kształtowania otworów przelotowych 5 tulei zasilającej wykorzystujący metodę obróbki plastycznej. Tuleja zasilająca 6 składa się z trzech części, cylindrycznego korpusu 6 połączonego w części górnej z cylindrycznym pierścieniem głównym 10, który połączony jest z cylindryczną p okrywką 11. Taka budowa daje możliwość wykreowania dowolnego kształtu otworów przelotowych 5 w wyniku złożenia cylindrycznego pierścienia głównego 10 i cylindrycznej pokrywki 11, które na swo₁ ich powierzchniach przylegających do siebie uformowane mają kształtowe rowki 5 , które po złożeniu tworzą otwory przelotowe 5. Kształt otworu przelotowego 5 ma decydujący wpływ na skuteczność zasilania wirnika 2 i decyduje o skróceniu czasu wykonania pomiaru niewyważenia. Możliwe do uzyskania metodą obróbki plastycznej kształty przekroju poprzecznego otworu przelotowego 5 ilustruje fig. 7, które oznaczone są: jako K1 dla otworu kolistego, jako K2 dla otworu prostokątnego i jako K4 dla otworu prostokątnego o zaokrąglonych narożach. Na fig. 6 przedstawiono optymalne kształty uformowanych otworu przelotowego 5, który wynika z badań aerodynamicznych i może być zmienny w szerokim zakresie dzięki zastosowaniu metody zgniotu plastycznego. Kształt otworu przelotowego 5 opisują następujące oznaczenia na fig. 6:

- a kąt wlotu strugi powietrza,

- β kąt wylotu strugi powietrza,

- φ1 wymiar wlotowy,

- φ2 wymiar wylotowy,

- O₁ środek przekroju wlotowego,

- O₂ środek otworu wylotowego,

- L₁ oś otworu przelotowego 5,

- W₁ oś tulei zasilającej 6.

Fig. 8 ilustruje przykładowe narzędzie do wytłaczania otworów przelotowych 5 w postaci tłocznika T, składającego się ze stempla 12 z wypustkami kształtującymi 13, które odwzorują swój kształt pod naciskiem siły prasującej P w pierścieniu głównym 10 umieszczonym w matrycy 15. Przykład sposobu wytwarzania otworów przelotowych 5 w tulei zasilającej 6 polega na tym, że metodą zgniotu ₁ plastycznego przez umieszczenie w pierwszej operacji cylindrycznego korpusu 6 z cylindrycznym ₁ pierścieniem głównym 10 w matrycy i poddaniu jego powierzchni górnej 10¹ naciskowi stemplem 12, ₁ zawierającym wypustki kształtujące 13 podczas nacisku uzyskuje się wymagane rowki 5¹ na po₁ wierzchni górnej 10¹ cylindrycznego pierścienia głównego 10, przy czym podczas nacisku cylindryczny ₁ korpus 6 łączy się też trwale w części górnej z cylindrycznym pierścieniem głównym 10. W następnej operacji w podobny sposób umieszcza się w matrycy cylindryczną pokrywkę 11 z odwróconą ku ₁ górze powierzchnią dolną 11¹ i poddaje się ją naciskowi stemplem 12, zawierającym też wypustki ₁ kształtujące 13, które są tak ukształtowane, że podczas nacisku powstają na tej dolnej powierzchni 11¹ 11 wymagane rowki 5 o konfiguracji zwierciadlanego odbicia jak na powierzchni górnej 10 cylindrycznego pierścienia głównego 10. Następnie w końcowej operacji obie powierzchnie cylindrycznego pier₁ ścienia głównego 10 i cylindrycznej pokrywki 11 z uformowanymi rowkami 5¹ łączy się ze sobą ko₁ rzystnie przez sklejenie, tak aby uformowane rowki 5¹ w obu częściach przylegały do siebie tworząc przelotowe otwory 5 stanowiące dysze w tulei zasilającej 6.

Przedstawiona w przykładzie realizacji wynalazku budowa tulei zasilającej w pierścieniowym układzie zasilającym turbinę gazową i sposób wytwarzania dysz w tulei zasilającej według istotnych cech wynalazku, nie wyczerpuje wszystkich możliwych jego odmian realizacji. Ten szczegółowy opis sposobu wytwarzania i budowy tulei zasilającej nie powinien być interpretowany jako ograniczający zasadniczą ideę wynalazczą opisaną w podstawowej części niniejszego opisu.

PL 222 604 B1

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Tuleja zasilająca w pierścieniowym układzie zasilającym turbinę gazową, zawierająca na swoim obwodzie dysze przelotowe, znamienna tym, że tuleja zasilająca (6) składa się z trzech części, cylindrycznego korpusu (6 ) połączonego w części górnej z cylindrycznym pierścieniem głównym (10) i osadzoną trwale na nim o tej samej średnicy cylindrycznej pokrywki (11), przy czym zarówno cyli n₁ dryczny pierścień główny (10) na swej powierzchni górnej (10 ), jak i cylindryczna pokrywka (11) na swej powierzchni dolnej (11 ) uformowane mają kształtowe rowki (5 ) metodą zgniotu plastycznego, w kształcie dowolnego przekroju, biegnące współbieżnie do siebie w określonych odstępach na całym obwodzie wzdłuż osi łukowej, których otwory wylotowe (φ1) są około dwukrotnie większe od otworów wlotowych (φ2) i w połączeniu cylindrycznego pierścienia głównego (10) i cylindrycznej pokrywki (11) kształtowe rowki (5¹) przelotowe otwory (5) stanowiące dysze przelotowe (K1, K2, K3, K4).
2. 2. Tuleja zasilająca według zastrz. 1, znamienna tym, że kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej (K1) ma postać kolistą.
3. 3. Tuleja zasilająca według zastrz. 1, znamienna tym, że kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej (K2) ma postać owalu.
4. 4. Tuleja zasilająca według zastrz. 1, znamienna tym, że kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej (K3) ma postać prostokąta.
5. 5. Tuleja zasilająca według zastrz. 1, znamienna tym, że kształt w przekroju poprzecznym uformowanej dyszy przelotowej (K4) ma postać prostokąta z zaokrąglonymi narożami.
6. 6. Tuleja zasilająca według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienna tym, że korzyst11 nym rozwiązaniu kształtowe rowki (5 ) uformowane są na górnej powierzchni (10 ) cylindrycznego pierścienia głównego (10) wzdłuż osi łukowej, która tworzy w miejscu przecięcia się z krawędzią zewnętrzną cylindrycznego pierścienia głównego (10) i osią jego promienia kąt alfa równy około 62°, a w miejscu przecięcia się z krawędzią wewnętrzną i osią jego promienia kąt beta równy około 72°, ₁ przy czym zewnętrzny wymiar kształtowego wylotu (φ1) kształtowego rowka (5 ) w stosunku do wewnętrznego wymiaru wlotu (φ2) kształtowego rowka (5¹) wynosi około 2 do 1.
7. 7. Sposób wytwarzania dysz w tulei zasilającej w pierścieniowym układzie zasilającym turbinę gazową, znamienny tym, że dysze przelotowe w tulei zasilającej (6) wykonuje się metodą zgniotu ₁ plastycznego przez umieszczenie w pierwszej operacji cylindrycznego korpusu (6 ) z cylindrycznym ₁ pierścieniem głównym (10) w matrycy (15) i poddaniu jego powierzchni górnej (10 ) naciskowi stemplem (12), zawierającym wypustki kształtujące (13) i podczas nacisku uzyskuje się wymagane kształtowe ₁ rowki (5 ), na powierzchni cylindrycznego pierścienia głównego (10), przy czym podczas nacisku cylin₁ dryczny korpus (6) łączy się też trwale w części górnej z cylindrycznym pierścieniem głównym (10), a w następnej operacji w podobny sposób umieszcza się w matrycy (15) cylindryczną pokrywkę (11) ₁ z odwróconą ku górze powierzchnią dolną (11 ) i poddaje się ją naciskowi stemplem, zawierającym też wypustki kształtujące, które są tak ukształtowane, że podczas nacisku powstają na tej dolnej po11 wierzchni (11¹) wymagane kształtowe rowki (5¹) o konfiguracji zwierciadlanego odbicia, jak na powierzchni ₁ cylindrycznego pierścienia głównego (10), następnie w końcowej operacji obie powierzchnie (10) cylin₁ drycznego pierścienia głównego (10) i dolną powierzchnię (11 ) cylindrycznej pokrywki (11) z uformo₁ wanymi rowkami (5¹) łączy się ze sobą korzystnie przez sklejenie, tak aby uformowane kształtowe ₁ rowki (5¹) w obu częściach przylegały do siebie tworząc przelotowe otwory (5) stanowiące przelotowe dysze w tulei zasilającej (6).