RU2216647C2

RU2216647C2 - Turbocompressor

Info

Publication number: RU2216647C2
Application number: RU2001135959A
Authority: RU
Inventors: Р.Т. Тазеев; А.Ф. Малаховецкий; Н.А. Фархутдинов; А.Т. Кулаков; Н.И. Светличный; Г.Г. Гаффаров; Т.Г. Сафиуллин
Original assignee: ОАО "КАМАЗ-Дизель"
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-11-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to design of turbocompressors intended for supercharging automobile and tractor diesel engines. Proposed turbocompressor contains rotor with compressor and turbine wheels mounted on rotor brackets and bearing bushing installed in stator and fixed from turning and provided with support belts for rotor. Ring grooves connected by oil channel are made on outer diameter of bearing bushing. Holes are made in ring grooves to feed oil to support belts. Radial hole made between support belts from turbine side communicates with oil channel, being displaced from axis to side of rotor rotation, and oil drain hole is provided. Conductive temperature-sensitive resistor and heat screen are installed between turbine housing and stator. EFFECT: improved reliability and performance characteristics of turbocompressor, increased service life, reduced negative influence of temperature on engine lubrication system. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкции турбокомпрессоров, применяемых для наддува автотракторных дизельных двигателей. The invention relates to the field of engineering, and in particular to the design of turbochargers used to pressurize automotive diesel engines.

Известен турбокомпрессор (ТКР) для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащий: ротор, с установленными на консолях колесами компрессора и турбины, и подшипниковую втулку, размещенную в статоре с зазором и зафиксированную от проворота, выполненную составной, в виде стакана, с размещенными в нем, по торцам, плавающими вставками, которые образуют опорные пояски для ротора и сообщаются с магистралью подачи смазки (см. авт. св. СССР 1040200, кл. МПК F 02 B 37/00; 39/00). A known turbocompressor (TCR) for pressurizing internal combustion engines, comprising: a rotor, with compressor and turbine wheels mounted on the consoles, and a bearing sleeve placed in the stator with a clearance and fixed against rotation, made integral, in the form of a glass, with placed in it, at the ends, floating inserts that form the support bands for the rotor and communicate with the lubricant supply line (see ed. St. USSR 1040200, class IPC F 02 B 37/00; 39/00).

Наиболее близким к заявляемой конструкции является ТКР для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащий: ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в статоре с зазором, зафиксированную от проворота подшипниковую втулку, снабженную примыкающими к ее торцам опорными поясками для ротора и заключенной между ними полостью, сообщенной с магистралью подачи смазки (см. авт. св. СССР 552410, кл. МПК F 02 B 37/00). Closest to the claimed design is a TKR for boosting an internal combustion engine, comprising: a rotor with compressor and turbine wheels mounted on its consoles and placed in a stator with a clearance, a bearing sleeve fixed from a turn, equipped with supporting belts adjacent to its ends for supporting the rotor and enclosed between them cavity connected to the grease supply line (see ed. St. USSR 552410, class IPC F 02 B 37/00).

Недостатком этой конструкции является то, что подача масла для смазки и охлаждения ТКР осуществляется через полость, образованную между опорными поясками, где ротор вращается с угловой скоростью до 60 м/с. При этом значительная часть энергии вращения ротора затрачивается на преодоление сил внутреннего трения масла, которая превращается в тепло и в результате снижается КПД турбокомпрессора ("Работа трения пропорциональна квадрату окружной скорости. .." В.А.Воскресенский. "Расчет и проектирование опор скольжения", стр. 117). При первой же аварийной остановке двигателя, в результате прекращения подачи масла, температура в статоре ТКР достигает значения выше расчетного, и находящееся в карманах и каналах масло коксуется - происходит коагуляция с выделением твердых частиц, которые, в дальнейшем, находясь длительное время в маслоканалах во взвешенном состоянии, вызывают износ статора и наружных поверхностей плавающих вращающихся подшипников, аналогично пескоструйной обработке. The disadvantage of this design is that the oil supply for lubrication and cooling of the TCR is carried out through the cavity formed between the support bands, where the rotor rotates with an angular velocity of up to 60 m / s. In this case, a significant part of the rotor rotational energy is spent on overcoming the forces of internal friction of the oil, which turns into heat and as a result decreases the efficiency of the turbocharger ("The friction work is proportional to the square of the peripheral speed. .." V.A. Voskresensky. "Calculation and design of sliding bearings" , p. 117). At the first emergency engine shutdown, as a result of the oil supply shutdown, the temperature in the TCR stator reaches a value higher than the calculated one, and the oil in the pockets and channels is coked - coagulation occurs with the release of solid particles, which are then suspended in the oil channels for a long time state, cause wear of the stator and the outer surfaces of the floating rotating bearings, similar to sandblasting.

В холодное время масло, застывшее в полости между опорными поясками, оказывает сопротивление вращению ротора, в результате чего затрудняется воздухообмен в камерах сгорания и ухудшаются пусковые характеристики двигателя. In cold time, the oil, frozen in the cavity between the support belts, resists the rotation of the rotor, as a result of which air exchange in the combustion chambers is difficult and the starting characteristics of the engine are worsened.

Была поставлена задача: повышение надежности и срока службы ТКР, повышение технических характеристик и снижение отрицательного температурного влияния на систему смазки двигателя. The task was set: to increase the reliability and service life of the TCR, increase the technical characteristics and reduce the negative temperature effect on the engine lubrication system.

Поставленная задача решается за счет того, что ТКР содержит: ротор с установленными на его консолях колесами компрессора и турбины и размещенную в статоре и зафиксированную от проворота подшипниковую втулку, выполненную в виде стакана с опорными поясками. При этом на наружном диаметре подшипниковой втулки выполнены кольцевые канавки, соединенные маслоканалом, в канавках выполнены отверстия для подачи масла на опорные пояски. Кроме этого, между опорными поясками, со стороны турбины выполнено радиальное отверстие, сообщенное с маслоканалом и смещенное от оси в сторону вращения ротора, и отверстие для отекания масла. The problem is solved due to the fact that the TCR contains: a rotor with compressor and turbine wheels mounted on its consoles and placed in the stator and fixed from rotation by a bearing sleeve made in the form of a glass with support belts. At the same time, annular grooves connected by an oil channel are made on the outer diameter of the bearing sleeve, holes for supplying oil to the support belts are made in the grooves. In addition, between the support belts, on the turbine side, a radial hole is made, connected to the oil channel and offset from the axis in the direction of rotation of the rotor, and an oil swelling hole.

На фланце посадочных поверхностей, между корпусом турбины и статором установлено в канавку соответствующего размера кондуктивное термосопротивление (кольцо с меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность материала статора). В зазор между торцевой поверхностью статора и элементами корпуса турбины установлен теплоотражающий экран. On the flange of the seating surfaces, between the turbine casing and the stator, a conductive thermal resistance (ring with lower thermal conductivity than the thermal conductivity of the stator material) is installed in a groove of the appropriate size. A heat-reflecting screen is installed in the gap between the end surface of the stator and the elements of the turbine housing.

В известных конструкциях повышение надежности ТКР достигается воздушным или жидкостным охлаждением статора или повышением температуростойкости масла. Для заявляемой конструкции наиболее эффективным техническим решением является теплоизоляция статора от корпуса и охлаждение струей масла теплонапряженного участка ротора. In known designs, improving the reliability of the TCR is achieved by air or liquid cooling of the stator or by increasing the temperature resistance of the oil. For the claimed design, the most effective technical solution is thermal insulation of the stator from the housing and cooling by a jet of oil of the heat-stressed section of the rotor.

Заявленное техническое решение не является очевидным для квалифицированного специалиста в данной области, так как в известном техническом решении масло, подаваемое под давлением для смазки опорных поясков в замкнутом пространстве, взаимодействует с вращающимся ротором. При этом энергия взаимодействия вращающегося ротора с маслом превращается в тепло, что приводит к снижению КПД турбокомпрессора. Кроме этого, масло, проходящее через опорные пояски, особенно, со стороны турбины, где температура колеса и выхлопных газов достигает 680^oС, подвергается термическому воздействию высоких температур, что вызывает ускоренное старение моторных масла.The claimed technical solution is not obvious to a qualified specialist in this field, since in the known technical solution, the oil supplied under pressure to lubricate the support belts in a confined space interacts with a rotating rotor. In this case, the interaction energy of the rotating rotor with oil is converted into heat, which leads to a decrease in the efficiency of the turbocompressor. In addition, the oil passing through the support belts, especially from the side of the turbine, where the temperature of the wheel and exhaust gas reaches 680 ^o C, is subjected to thermal effects of high temperatures, which causes accelerated aging of motor oils.

В заявляемом техническом решении масло на опорные пояски поступает непосредственно по маслоканалам, через радиальные отверстия, то есть не подвергается предварительному возмущению. Для снижения отрицательного влияния высоких температур на физико-химические свойства масла использованы следующие технические решения: охлаждение ротора струей масла между опорными поясками; соединение корпуса турбины и статора через кондуктивное термосопротивление и установка в зазоре между статором и горячими элементами турбины теплоотражающего экрана. In the claimed technical solution, the oil to the support belts enters directly through the oil channels, through the radial holes, that is, it is not subjected to preliminary disturbance. To reduce the negative impact of high temperatures on the physicochemical properties of the oil, the following technical solutions were used: cooling the rotor with a jet of oil between the support belts; connection of the turbine housing and the stator through the conductive thermal resistance and installation of a heat-reflecting screen in the gap between the stator and the hot elements of the turbine.

В результате проведенного анализа уровня техники, включающего поиск по патентам и другим источникам научно-технической информации, аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, обнаружен не был. Следовательно, предложение соответствует условиям патентоспособности. As a result of the analysis of the prior art, including a search by patents and other sources of scientific and technical information, an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention was not found. Therefore, the proposal meets the conditions of patentability.

Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен (схематично) турбокомпрессор в разрезе;
на фиг.2 изображена схема сборки корпуса турбины и статора;
на фиг.3, 4 - результаты сравнительных испытаний серийного (известного) и предлагаемого турбокомпрессоров.The invention is illustrated by drawings, where:
figure 1 shows (schematically) a turbocharger in section;
figure 2 shows the assembly diagram of the turbine housing and the stator;
figure 3, 4 - the results of comparative tests of serial (known) and the proposed turbocompressors.

Турбокомпрессор содержит: статор 1, в котором размещен ротор 2, на консолях которого установлены: колесо 3 турбины и колесо 4 компрессора. В статоре 1 размещена подшипниковая втулка 5 с опорными поясками и радиальным отверстием 6, в котором помещен фиксатор 7, сообщенный с общей магистралью смазки двигателя (система смазки двигателя не показана) и связанный через маслоканал 8 с кольцевыми канавками 9, выполненными на наружном диаметре подшипниковой втулки 5. Кольцевые канавки 9 снабжены отверстиями 10 для подачи масла на опорные пояски подшипниковой втулки 5, углубления 11 (кармашки - грязесборники) для сбора грязи. Между опорными поясками выполнено радиальное отверстие 12, сообщенное с маслоканалом 8 и смещенное от оси в сторону вращения ротора и отверстие 13 для стекания масла. На фланцах посадочных поверхностей, между корпусом турбины 14 и статором 1 установлено в канавку соответствующего размера кондуктивное термосопротивление (кольцо из материала с меньшей теплопроводностью, чем теплопроводность материала статора 1). Между торцевой поверхностью статора 1 и элементами 16 корпуса турбины 14 установлен теплоотражающий экран 17. The turbocharger contains: a stator 1, in which a rotor 2 is placed, on the consoles of which are installed: a turbine wheel 3 and a compressor wheel 4. In the stator 1 there is a bearing sleeve 5 with support belts and a radial hole 6, in which a latch 7 is placed, connected to a common engine lubrication line (engine lubrication system not shown) and connected through an oil channel 8 with ring grooves 9 made on the outer diameter of the bearing sleeve 5. The annular grooves 9 are provided with openings 10 for supplying oil to the support belts of the bearing sleeve 5, recesses 11 (pockets - dirt collectors) for collecting dirt. Between the supporting belts there is a radial hole 12, connected with the oil channel 8 and offset from the axis in the direction of rotation of the rotor and the hole 13 for draining oil. On the flanges of the seating surfaces, between the turbine housing 14 and the stator 1, a conductive thermal resistance (a ring of material with lower thermal conductivity than the thermal conductivity of the stator material 1) is installed in a groove of an appropriate size. Between the end surface of the stator 1 and the elements 16 of the turbine housing 14, a heat-reflecting screen 17 is installed.

Турбокомпрессор работает следующим образом: выхлопные газы из двигателя поступают в корпус турбины и приводят во вращение колесо 3 турбины и через ротор 2 - колесо 4 компрессора. Ротор вращается в опорных поясках. Масло из системы смазки двигателя через фиксатор 7 и маслоканал 8 подается в кольцевые канавки 9 и далее по отверстиям 10 на опорные пояски для охлаждения и смазки. Оказавшиеся в масле твердые частицы собираются в углублениях 11 кольцевых канавок 9. Через радиальное отверстие 12 масло подается со смещением от оси в сторону вращения ротора 2. При этом происходит компенсация скоростей струи масла и вращения ротора 2 и повышается теплоотдача. Принудительное охлаждение ротора позволяет снизить температуру на опорных поясках, в результате снижается отрицательное влияние высокой температуры на свойства моторного масла. При этом зафиксировано снижение температуры наддувочного воздуха. The turbocharger operates as follows: exhaust gases from the engine enter the turbine housing and drive the turbine wheel 3 and, through the rotor 2, the compressor wheel 4. The rotor rotates in the support bands. Oil from the engine lubrication system through the retainer 7 and the oil channel 8 is fed into the annular grooves 9 and then through the holes 10 to the support bands for cooling and lubrication. The solid particles caught in the oil are collected in the recesses 11 of the annular grooves 9. Through the radial hole 12, the oil is supplied with an offset from the axis in the direction of rotation of the rotor 2. In this case, the speed of the oil jet and the rotation of the rotor 2 are compensated and the heat transfer increases. Forced cooling of the rotor reduces the temperature at the support bands, as a result, the negative effect of high temperature on the properties of motor oil is reduced. In this case, a decrease in the temperature of the charge air is recorded.

Предлагаемая конструкция турбокомпрессора соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий. The proposed design of the turbocharger meets the condition of industrial applicability and can be manufactured on standard equipment using previously mastered technologies.

Claims

A turbocharger, for example, for an internal combustion engine, comprising a rotor with compressor wheels and a turbine wheel mounted on its consoles and a bearing sleeve fixed to rotation from the crank, provided with support belts for the rotor, characterized in that annular grooves are made on the outer diameter of the bearing sleeve connected oil channel, and in the annular grooves holes are made for supplying lubricant to the support belts, while between the support belts, on the turbine side, a radial hole is made stie communicating with the oil channels and offset from the axis in the direction of rotation of the rotor, and a hole for draining the oil, and between the turbine housing and the stator mounted Conducted thermistor and a thermally reflective screen.