RU2456482C2 - Turbocharger - Google Patents
Turbocharger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456482C2 RU2456482C2 RU2010128830/06A RU2010128830A RU2456482C2 RU 2456482 C2 RU2456482 C2 RU 2456482C2 RU 2010128830/06 A RU2010128830/06 A RU 2010128830/06A RU 2010128830 A RU2010128830 A RU 2010128830A RU 2456482 C2 RU2456482 C2 RU 2456482C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- compressor
- gas
- cavity
- housing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок, работающих по замкнутому циклу, обеспечивающих высокую мощность при малых массогабаритных показателях.The invention relates to the field of turbine construction and can be used in the design, for example, of gas turbine plants operating in a closed cycle, providing high power at low mass and size indicators.
Известен турбокомпрессор, содержащий корпус с размещенными в нем несколькими рядами направляющих лопаток, ротор, содержащий обечайку с закрепленными на ней несколькими рядами рабочих лопаток. Две стальные крышки закрывают обечайку ротора с торцов и имеют цапфы, которыми ротор опирается на подшипники (см. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1969, рис.3.06).Known turbocompressor, comprising a housing with several rows of guide vanes placed therein, a rotor containing a shell with several rows of vanes mounted on it. Two steel covers cover the rotor shell from the ends and have trunnions with which the rotor rests on bearings (see G. Skubachevsky. Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. M .: Mashinostroenie, 1969, Fig. 3.06).
При вращении ротора компрессора на него действует осевое усилие, возникающее от действия газов на рабочие лопатки и которое направлено против направления потока газа. Это усилие может достигать больших значений и обычно воспринимается осевым подшипником. Для уменьшения этой силы применяют разгрузочные камеры (думмисы).When the compressor rotor rotates, an axial force acts on it, arising from the action of gases on the blades and which is directed against the direction of gas flow. This force can reach high values and is usually perceived by an axial bearing. To reduce this force, unloading chambers (dummies) are used.
Наиболее близким к данному изобретению устройством является турбокомпрессор, компрессор которого содержит корпус с размещенными в нем несколькими рядами направляющих лопаток, ротор, содержащий обечайку с закрепленными на ней несколькими рядами рабочих лопаток. Две стальные крышки закрывают обечайку ротора с торцов и имеют цапфы, которыми ротор опирается на подшипники. Для уменьшения осевой силы к передней торцевой стенке ротора турбомашины из полости нагнетания компрессора подведен сжатый воздух. Чтобы уменьшить утечку воздуха из разгрузочной камеры, ее снабжают двумя уплотнениями, размещенными на периферии и у цапфы компрессора (см. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1969, рис.2.14).The closest device to this invention is a turbocompressor, the compressor of which comprises a housing with several rows of guide vanes located therein, a rotor containing a shell with several rows of rotor blades mounted on it. Two steel covers cover the rotor shell from the ends and have trunnions with which the rotor rests on bearings. To reduce the axial force, compressed air is supplied to the front end wall of the rotor of the turbomachine from the compressor discharge cavity. To reduce air leakage from the discharge chamber, it is supplied with two seals located on the periphery and at the compressor axle (see G. Skubachevsky, Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. M .: Mashinostroenie, 1969, Fig. 2.14).
Недостатком известного устройства является необходимость установки уплотнений на наружной и внутренней поверхностях газовой камеры, через которые происходит утечка рабочего тела ГТД.A disadvantage of the known device is the need to install seals on the outer and inner surfaces of the gas chamber, through which the leak of the gas turbine working fluid occurs.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является значительное уменьшение осевой силы, действующей на ротор, повышение допустимой окружной скорости и жесткости ротора.The task to which the proposed technical solution is directed is to significantly reduce the axial force acting on the rotor, increase the permissible peripheral speed and stiffness of the rotor.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, заключается в уменьшении осевой силы, действующей на ротор при его вращении, исключении утечки рабочего тела из газовой камеры, охлаждении газостатического подшипника, повышении механической прочности ротора, обеспечивающей возможность его использования в режиме повышенной окружной скорости с уменьшением массогабаритных показателей, повышением жесткости конструкции и упрощением технологии изготовления.The technical result that is achieved in solving this problem is to reduce the axial force acting on the rotor during its rotation, to eliminate leakage of the working fluid from the gas chamber, to cool the gas-static bearing, to increase the mechanical strength of the rotor, which makes it possible to use it in the mode of increased peripheral speed with a decrease in overall dimensions, an increase in structural rigidity and a simplification of manufacturing technology.
Поставленная задача решается тем, что турбокомпрессор, содержащий корпус, снабженный направляющими лопатками, в полости которого с возможностью вращения в подшипниках размещен ротор, снабженный средствами закрепления лопаток, отличается тем, что ротор содержит соосные вал и обечайку, жестко скрепленные друг с другом, по меньшей мере, двумя равноудаленными друг от друга перемычками, выполненными в виде пластин одинаковой толщины, длина которых соответствует длине обечайки, ориентированных вдоль продольной оси ротора, при этом концевые участки ротора выполнены с возможностью его газостатического поддержания в подшипниках корпуса, кроме того, торец ротора, размещенный со стороны корпуса, на которую направлена продольная реактивная сила, возникающая при вращении ротора, наглухо перекрыт и составляет с соответствующим участком корпуса газовую камеру, сообщающуюся с полостью нагнетания компрессора, при этом первый зазор, образованный поверхностью подшипника и обращенной к ней поверхностью ротора, изолирован от газовой камеры уплотнением, размещенным у концевого участка ротора, непосредственно связан с полостью нагнетания компрессора источником рабочего тела, с давлением, необходимым для разгрузки ротора от осевого усилия, кроме того, первый зазор открыт в первое газосборное кольцо, которое каналом связано с полостью всасывания компрессора, при этом второй зазор, образованный поверхностью второго газостатического подшипника и обращенной к нему поверхностью ротора, изолирован от полости нагнетания компрессора уплотнением, размещенным между последней ступенью компрессора и обращенной к нему стороной второго подшипника, при этом названный зазор непосредственно связан с выходом компрессора, кроме того, второй зазор открыт во второе газосборное кольцо, которое каналами связано с полостью корпуса, сообщенной с полостью всасывания компрессора.The problem is solved in that the turbocompressor, comprising a housing provided with guide vanes, in the cavity of which a rotor is provided with bearings for rotation of the vanes and is provided with means for securing the vanes, is characterized in that the rotor comprises a coaxial shaft and a shell rigidly fastened to each other, at least at least two jumpers equidistant from each other, made in the form of plates of the same thickness, the length of which corresponds to the length of the shell, oriented along the longitudinal axis of the rotor, while the end parts of the rotor are made with the possibility of its gas-static support in the bearings of the housing, in addition, the end face of the rotor located on the side of the housing, to which the longitudinal reactive force arising from the rotation of the rotor is directed, is tightly closed and forms a gas chamber communicating with the injection cavity with the corresponding portion of the housing compressor, while the first clearance formed by the bearing surface and the rotor surface facing it is isolated from the gas chamber by a seal located at the end portion the rotor is directly connected with the compressor injection cavity by the source of the working fluid, with the pressure necessary to unload the rotor from the axial force, in addition, the first gap is open in the first gas collection ring, which is connected by a channel to the compressor suction cavity, while the second gap formed by the surface of the second gas-static bearing and the rotor surface facing it, isolated from the compressor discharge cavity by a seal placed between the last stage of the compressor and the side facing it the second bearing, wherein a gap called directly connected with the compressor output, in addition, a second gap is open to the second gas-collection ring which channels is connected with the body cavity, the cavity communicating with the compressor suction.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the set of essential features of the proposed technical solution and the set of essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty".
При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the essential features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.
Признаки «…ротор содержит соосные вал и обечайку, жестко скрепленные друг с другом, по меньшей мере, двумя равноудаленными друг от друга перемычками, выполненными в виде пластин одинаковой толщины, длина которых соответствует длине обечайки, ориентированных вдоль продольной оси ротора…» образуют монолитную конструкцию ротора при минимальной массе и массовых моментах инерции ротора турбокомпрессора, обеспечивают равномерное распределение механических напряжений и, тем самым, увеличивают прочность, радиальную и осевую жесткость.The signs "... the rotor contains a coaxial shaft and a shell rigidly fastened to each other by at least two jumpers equally spaced from each other, made in the form of plates of the same thickness, the length of which corresponds to the length of the shell, oriented along the longitudinal axis of the rotor ..." form a monolithic structure the rotor with a minimum mass and mass moments of inertia of the rotor of the turbocompressor, provide a uniform distribution of mechanical stress and, thereby, increase strength, radial and axial stiffness.
Признак «…концевые участки ротора выполнены с возможностью его газостатического поддержания в подшипниках корпуса…» обеспечивает минимальную деформацию цапф подшипников и тем самым обеспечивает возможность применения газостатического подшипника при высоких частотах вращения без заклинивания ротора.The sign "... the end sections of the rotor are made with the possibility of its gas-static support in the bearings of the housing ..." provides minimal deformation of the journal of the bearings and thereby provides the possibility of using a gas-static bearing at high speeds without jamming of the rotor.
Признак «…торец ротора, размещенный со стороны корпуса, на которую направлена продольная реактивная сила, возникающая при вращении ротора, наглухо перекрыт и составляет с соответствующим участком корпуса газовую камеру, сообщающуюся с полостью нагнетания компрессора, кроме того, первый зазор, образованный поверхностью подшипника и обращенной к ней поверхностью ротора, изолирован от газовой камеры уплотнением, размещенным у концевого участка ротора, непосредственно связан с полостью нагнетания компрессора источником рабочего тела, с давлением, необходимым для разгрузки ротора от осевого усилия…» обеспечивает уменьшение осевой силы, действующей на ротор при его вращении, тем самым разгружая осевой подшипник, исключает утечки рабочего тела из газовой камеры.The sign "... the end face of the rotor located on the side of the housing, to which the longitudinal reactive force arising from the rotation of the rotor is directed, is tightly closed and forms a gas chamber with the corresponding section of the housing, communicating with the compressor discharge cavity, in addition, the first clearance formed by the bearing surface and the rotor surface facing it, isolated from the gas chamber by a seal located at the end portion of the rotor, is directly connected to the compressor injection cavity by a source of the working fluid, with the pressure necessary to unload the rotor from the axial force ... ”provides a decrease in the axial force acting on the rotor during its rotation, thereby unloading the axial bearing, eliminates leakage of the working fluid from the gas chamber.
Признак «…первый зазор открыт в первое газосборное кольцо, которое каналом связано с полостью всасывания компрессора…» обеспечивает работу газостатического подшипника.The sign "... the first gap is open in the first gas collection ring, which is connected by a channel to the compressor suction cavity ..." ensures the operation of the gas-static bearing.
Признак «…второй зазор, образованный поверхностью второго газостатического подшипника, и обращенной к нему поверхностью ротора, изолирован от полости нагнетания компрессора уплотнением, размещенным между последней ступенью компрессора и обращенной к нему стороной второго подшипника, при этом названный зазор непосредственно связан с выходом компрессора…» предотвращает утечки рабочего тела в окружающую среду.The sign "... the second clearance formed by the surface of the second gas-static bearing and the rotor surface facing it is isolated from the compressor injection cavity by a seal placed between the last stage of the compressor and the side of the second bearing facing it, and this clearance is directly connected to the compressor output ..." prevents leakage of the working fluid into the environment.
Признак «…второй зазор открыт во второе газосборное кольцо, которое каналами связано с полостью корпуса, сообщенной с полостью всасывания компрессора…» обеспечивает работу второго газостатического подшипника.The sign "... the second gap is open in the second gas collection ring, which is connected by channels to the body cavity in communication with the compressor suction cavity ..." ensures the operation of the second gas-static bearing.
На фиг.1 и фиг.2 показаны продольный и поперечный разрезы компрессора турбокомпрессора.Figure 1 and figure 2 shows the longitudinal and transverse sections of the compressor of the turbocompressor.
Компрессор турбокомпрессора содержит внутренний корпус 1, снабженный направляющими лопатками 2, наружный корпус 3, в полости которого с возможностью вращения в подшипниках 4, 5 размещен ротор 6, снабженный средствами закрепления рабочих лопаток 7. Ротор 6 содержит соосные вал 8 и обечайку 9 жестко скрепленные друг с другом, по меньшей мере, двумя равноудаленными друг от друга перемычками 10. Перемычки 10 выполнены в виде пластин одинаковой толщины, длина которых соответствует длине обечайки 9, ориентированных вдоль продольной оси ротора 6. Концевые участки ротора 6 выполнены с возможностью его газостатического поддержания в подшипниках 4, 5 наружного корпуса 3. Торец ротора 6, размещенный со стороны наружного корпуса 3, на которую направлена продольная реактивная сила, возникающая при вращении ротора 6, наглухо перекрыт крышкой 11 и составляет с соответствующим участком наружного корпуса 3 газовую камеру 12, сообщающуюся с полостью нагнетания компрессора. При этом первый зазор, образованный поверхностью подшипника 4 и обращенной к ней поверхностью ротора 6, изолирован от газовой камеры 12 уплотнением 13, размещенным у концевого участка ротора 6, непосредственно связан с полостью нагнетания компрессора источником рабочего тела, с давлением, необходимым для разгрузки ротора 6 от осевого усилия, кроме того, первый зазор открыт в первое газосборное кольцо 14, которое каналом 15 связано с полостью всасывания компрессора. Второй зазор, образованный поверхностью газостатического подшипника 5 и обращенной к нему поверхностью ротора 6, изолирован от полости нагнетания компрессора уплотнением 16, размещенным между последней ступенью компрессора и обращенной к нему стороной подшипника 5, при этом названный зазор непосредственно связан с выходом компрессора. Кроме того, второй зазор открыт во второе газосборное кольцо 17, которое каналами 18 связано с полостью корпуса, сообщенной с полостью всасывания компрессора.The compressor of the turbocompressor comprises an inner casing 1, equipped with guide vanes 2, an outer casing 3, in the cavity of which rotor 6 is mounted rotatably in bearings 4, 5, equipped with means for securing the working vanes 7. The rotor 6 contains a
Ротор 6 турбокомпрессора изготавливают в следующем порядке. Заготовку в виде цилиндра, который может иметь внутреннее отверстие, подвергают механической обработке с целью формирования пазов 19 грушевидной формы, например сверлением с последующим фрезерованием. Торцевую крышку 11 крепят к торцу ротора 6, например, вакуумно-диффузионной сваркой. На наружной поверхности внешнего цилиндра фрезеруют пазы, например, замка «елочного» типа для установки и крепления лопаток 7. Цапфы ротора 6 шлифуют и притирают в притире для получения необходимой геометрии.The rotor 6 of the turbocharger is made in the following order. The blank in the form of a cylinder, which may have an inner hole, is machined to form pear-
Турбокомпрессор работает следующим способом. Перед пуском воздух из ресивера подают в газостатические подшипники 4, 5 и затем через питающие отверстия он поступает в смазочный зазор подшипников. Ротор 6 всплывает на газовом смазочном слое и производится пуск турбокомпрессора. При вращении ротора 6 воздух засасывается из полости всасывания и нагнетается в полость нагнетания, проходя через ступени компрессора. При этом на ротор 6 начинает действовать продольная реактивная сила, которая направлена против потока газа. После создания необходимого давления компрессором происходит переключение работы газостатических подшипников 4, 5 на работу от компрессора турбомашины. Из полости нагнетания через отверстие 20 в крышке 21 в газовую камеру 12 поступает сжатый газ, который создает силу, направленную противоположно продольной реактивной силе. Воздух, прошедший через уплотнение 13 подшипника 4 и из газовой камеры 12, отводится через отверстие 15 в полость всасывания. Воздух, прошедший через уплотнение 16 подшипника 5 и из подшипника 5, отводится через отверстие 18 в окружающую среду. В предложенной схеме разгрузки осевого усилия, действующего на ротор 6, используется вся торцевая поверхность ротора компрессора, что позволяет наиболее полно разгрузить осевые подшипники. Конфигурация поперечного сечения ротора препятствует прогибу крышки 11 по всему сечению, а вакуумно-диффузионная сварка по всей торцевой поверхности ротора 6 придает крышке 20 дополнительную жесткость.The turbocharger operates as follows. Before starting, air from the receiver is supplied to the gas-static bearings 4, 5 and then through the supply holes it enters the lubricating clearance of the bearings. The rotor 6 pops up on the gas lubricating layer and the turbocharger is started. When the rotor 6 is rotated, air is drawn in from the suction cavity and is pumped into the discharge cavity, passing through the compressor stages. In this case, a longitudinal reactive force begins to act on the rotor 6, which is directed against the gas flow. After creating the necessary pressure by the compressor, the operation of the gasostatic bearings 4, 5 switches to the operation from the compressor of the turbomachine. From the injection cavity through the hole 20 in the cover 21, compressed gas enters the gas chamber 12, which creates a force directed opposite to the longitudinal reactive force. Air passing through the seal 13 of the bearing 4 and from the gas chamber 12 is discharged through the opening 15 into the suction cavity. Air passing through the seal 16 of the bearing 5 and from the bearing 5 is discharged through the hole 18 into the environment. In the proposed scheme of unloading the axial force acting on the rotor 6, the entire end surface of the compressor rotor is used, which allows the axial bearings to be most completely unloaded. The configuration of the cross section of the rotor prevents the deflection of the cover 11 over the entire cross section, and vacuum diffusion welding along the entire end surface of the rotor 6 gives the cover 20 additional rigidity.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128830/06A RU2456482C2 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Turbocharger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128830/06A RU2456482C2 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Turbocharger |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010128830A RU2010128830A (en) | 2012-01-20 |
| RU2456482C2 true RU2456482C2 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=45785240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010128830/06A RU2456482C2 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Turbocharger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2456482C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU173247A1 (en) * | ||||
| GB1250041A (en) * | 1969-01-14 | 1971-10-20 | Ass Elect Ind | Improvements in and relating to axial fluid flow machines |
| SU730978A1 (en) * | 1978-09-27 | 1980-04-30 | Донецкий Государственный Проектно- Конструкторский И Экспериментальный Институт Комплексной Механизации Шахт | Apparatus for axial load-relieving of turbomachine rotor |
| RU2276287C1 (en) * | 2005-03-16 | 2006-05-10 | Владимир Дмитриевич Анохин | Multistage centrifugal pump |
-
2010
- 2010-07-12 RU RU2010128830/06A patent/RU2456482C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU173247A1 (en) * | ||||
| GB1250041A (en) * | 1969-01-14 | 1971-10-20 | Ass Elect Ind | Improvements in and relating to axial fluid flow machines |
| SU730978A1 (en) * | 1978-09-27 | 1980-04-30 | Донецкий Государственный Проектно- Конструкторский И Экспериментальный Институт Комплексной Механизации Шахт | Apparatus for axial load-relieving of turbomachine rotor |
| RU2276287C1 (en) * | 2005-03-16 | 2006-05-10 | Владимир Дмитриевич Анохин | Multistage centrifugal pump |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010128830A (en) | 2012-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4204310B2 (en) | Aircraft engine with counter-rotating low pressure turbine rotor supported by an inter-turbine engine frame | |
| US8191374B2 (en) | Two-shaft gas turbine | |
| WO2009095985A1 (en) | Supercharger | |
| US20100284794A1 (en) | Low pressure turbine rotor disk | |
| MXPA06010052A (en) | Sacrificial inner shroud liners for variable guide vanes of gas turbine engines. | |
| WO2005116407A2 (en) | Gas turbine engine including a low pressure sump seal buffer source and thermally isolated sump | |
| US10280836B2 (en) | Variable nozzle unit and variable geometry system turbocharger | |
| EP2246544A1 (en) | Gas turbine, and interior opening method for the gas turbine | |
| US10612436B2 (en) | Deoiler for a gas turbine engine | |
| US20030049118A1 (en) | Axial and radial seal arrangement | |
| RU2675299C2 (en) | Annular cover for a turbomachine lubrication chamber and a turbomachine comprising such a cover | |
| CN113756876B (en) | Novel pneumatic spin wave rotor structure | |
| EP2249003B1 (en) | Gas turbine | |
| EP2855892A2 (en) | Seal land for static structure of a gas turbine engine | |
| JP2013245655A (en) | Variable nozzle unit and variable displacement type supercharger | |
| CN112154261A (en) | Bearing structure and supercharger | |
| JP2001508149A (en) | Steam turbine | |
| JP5849445B2 (en) | Variable nozzle unit and variable capacity turbocharger | |
| KR101382309B1 (en) | Bearing of turbo-charger | |
| KR101729232B1 (en) | Automotive turbocharger with ratiotional inertia reduced rotor shaft | |
| JP6255786B2 (en) | Variable capacity turbocharger | |
| JP2009243396A (en) | Sealing part structure and supercharger | |
| JP2013253519A (en) | Variable nozzle unit and variable capacity type supercharger | |
| RU2456482C2 (en) | Turbocharger | |
| RU2007115282A (en) | TURBOROTOR ENGINE YUGI |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180713 |